[发明专利]制作微型刀具与立体微结构的方法

说明书

本发明涉及一种制作微型刀具与立体微结构的方法，特别是指一种利用微型刀具采用刨削或铣削方式在平面状被加工物上成形出微型立体结构的制作微型刀具与立体微结构的方法。

在光纤通讯、光电显示领域中，常常必须要以机械加工或者是以化学蚀刻方式制作微型机械装置，该微型机械装置通常于表面具有立体的三维(3D)微结构，例如：液晶显示器的背光模组、前光模组(fresnel lens)、光栅(blazedgrating)、光栅型DWDM上的V型沟槽(V-groove)、U型沟槽(U-groove)等平面上的3D微结构。

通常用以加工该类型的3D微结构的方法，不外乎传统的机械加工及化学蚀刻等二种方法。其中，使用机械加工的，其主要是使用切削刀具在被加工物的表面上切削出所需要的立体微结构的形状，在使用机械加工时，该种微结构的尺寸与形状的精度是完全取决于刀具及加工机械的精度，然而一般机械加工其精度通常只能够达到百分之一厘米的精度，而较为精密的机械充其量也只能够达到千分之一厘米的精度，因此用机械加工方法所制造出来的立体微结构，其精度无法符合现今光纤通讯与光电显示产品所要求的精度。而且，传统机械加工方法使用的成型刀具也必须用机械研磨的方式制造出来，如图9所示，在成型刀具1的尖端1A及凹角1B的部份，因为受限于研磨刀具工具的限制，通常都会留有部份的圆角，使得该尖端1A与凹角1B的部位无法成为完全的尖锐形状，会形成弧形，因此使得成型刀具1所加工出来的立体微结构在尖角或是凹槽的内转角位置也无法达到绝对的尖锐形状，会留有部份的弧形，影响到了立体微结构的尺寸精确性，同时立体微结构的数目极多形状亦多样化，如前导光板的V型沟槽可达数千至数万条，而背光模组导光板的微结构有半球形、金字塔形，使得成型刀具的制作更加困难。

另外，用化学蚀刻方法所制作的立体微结构，是于被加工物的表面以光阻微显影的方式先显影出立体微结构的一部份形状，然后以化学药剂蚀刻将该被加工物再一次地微影出另外一道沟槽的光阻图案，然后再蚀刻出另外一道沟槽的形状，如此反覆地在被加工物的表面重复进行微显影及蚀刻的工序，才能够在被加工物的表面制作出立体的微结构。例如图10至图15所示，要使用蚀刻方法制作出一个类似fresnel lens之类的复杂微结构形状时，必须要先在被加工物2的表面涂上光阻剂3，然后微影出一道沟槽的光阻图案4(如图11所示)，然后如图12所示地以化学药剂蚀刻出一个沟槽5，然后再如图13所示地重复再于被加工物2的表面涂上光阻剂3，再如图14所示地于沟槽5的旁边蚀刻出另外一道深度不同的沟槽5A，如此经过多次的蚀刻程序，在被加工物2的表面制作出多道不同深度的沟槽，如此方可通过该若干沟槽组合出一个立体的微结构，而形成一个如图15所示的fresnel lens的构造。

然而因为化学蚀刻方法在制作某些形状较为复杂的立体微结构时，由于立体微结构通常其形状相当复杂，因此，必须要经多次的微显影及蚀刻的程序方能够成形，因此使得以化学蚀刻方式制作出来的微结构的生产速度相当缓慢，使其不能适合于大批量生产，且使其制造成本相当昂贵，蚀刻的表面为阶梯状，无法制作连续的斜面或曲面。由于以上的原因，使得现有的用以制作立体微结构的技术手段在使用上存在相当大的缺点。

本发明的主要目的在于提供一种微型刀具的制作方法，它可增加微型刀具形状的多样化，提高微型刀具的尺寸精度，从而克服传统机械加工方法制作微型刀具的缺点。

本发明的另一目的在于提供一种制作微型刀具与立体微结构的方法，它可以用机械加工方法快速大批量生产立体微结构，提高生产速度，降低生产成本。

本发明的目的是这样实现的：一种制作立体微结构的方法，包括下列步骤：

a.以微影方法制作一用以成形立体微结构的成型刀具的光刻模；

b.以电铸方法于该光刻模中成形一微型刀具；

c.将该微型刀具安装在一加工机床上，并利用该微型刀具对一被加工物进行切削，于该被加工物表面成形一与该微型刀具具有相对应形状的立体微结构。

该微型刀具以线性切削方式在该被加工物上进行切削。

该微型刀具以旋转方式在该被加工物上进行切削。

该微型刀具的材料是选择高硬度材料。

高硬度材料为镍或镍铁合金或镍钴合金或镍钨合金或镍与碳化矽合成材料。

一种用以制作立体微结构的微型刀具的方法，微型刀具具有与前述立体微结构相对应的切削刃口形状，该微型刀具通过在一平面基板上以微影方式制作一与该微型刀具具有相同形状的光刻模，然后以电铸方式于该光刻模中成形该微型刀具。

该微型刀具的材料是选择高硬度材料。