1 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 熱機拋光鑽石膜之設備及方法 發明人:馬廣仁 博士 趙崇禮 博士 林宏彝博士 專利類型:發明 公告日期: 2005/02/01 國際專利分類號: B24B 49/00 ; B24B 51/00 專利法定起日: 2005/02/ /12/25 專利公告號: ; US 6,739,946 B1 中華大學第二屆研發成果發表及推廣說明會
2 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 鑽石與鑽石膜
3 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 應用領域應用實例表面拋光需求 切削刀片、鑽頭、外科手術刀、線鋸、砂輪光滑之表面 抗磨耗軸承、噴嘴、氣閥、硬碟鍍膜、電極鍍膜光滑之表面 抗沾粘奈微米模具、生物晶片光滑之表面 聲波傳遞揚聲器、高頻濾波器超光滑之表面 防擴散、腐蝕坩堝、光纖披覆層、反應容器光滑之表面 光學 X 光視窗、 UV~IR 視窗、抗反射鍍層、雷達 罩 超光滑之表面 光電 X 光偵測器、光開關超光滑之表面 熱力工程 IC 及雷射之散熱片光滑之表面 半導體電晶體、微波元件、紫外線感測器超光滑之表面 電子裝置冷陰極場發射器、壓力規光滑之表面 CVD 鑽石膜之各項應用與表面拋光之需 求
4 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 鑽石膜之應用
5 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 Diamond SAW Filters Substrate (m/s)Velocity(m/s)Freq. IDT linewidth ( LiTaO MHz0.33 LiNbO MHz0.35 Quartz MHz0.32 ZnO/Glass MHz0.32 ZnO/Sapphire GHz0.55 ZnO/Diamond GHz1.0
6 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 RF SAW Filters From Fujitsu Media Devices Ltd
7 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 X-ray, UV, IR Diamond Windows and Diamond Filters
8 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 成長鑽石膜方法之比較
9 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 鑽石膜之表面形貌 MWCVD Hot filament
10 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 各式鑽石膜拋光方式之比較 方式處理 溫度 拋光機 制 加工形 狀限制 加工尺 寸限制 特殊需 求 機台設 置自由 度 加工大 尺寸工 件費用 處理時 間 /cm 2 完成之 粗度 參數自 由度 殘留 污染 設備 成本 機械式拋 光 室溫磨粒磨 耗 平面為 主 無無較低低數十小 時 4.6nm 低無低~高低~高 熱化學式 拋光 800~ 900° C 石墨化 與擴散 平面為 主 加熱平 台大小 須環境 控制 較低低數十分 鐘 5.5nm 低無相較 偏低 化學輔助 機械拋光 >350 °C 氧化平面為 主 加熱平 台大小 無較低低數小時 49nm 低有相較 偏低 雷射室溫石墨化 與氣化 允許非 平面 無須掃描 工件 較高高數分鐘 27nm 高有高 離子束室溫濺射蝕 刻 允許非 平面 離子束 大小 須真空 設備 低高十數小 時 5nm 低有高 電漿 700° C 濺射蝕 刻 允許非 平面 電漿尺 寸 須真空 設備 低高數小時 71nm 高有高
11 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 傳統熱機拋光鑽石膜之設備示意圖
12 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 Schematic representation of the setup for hot polishing experiments
13 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 專利特點 一、提供一種具有高拋光速率的熱機拋 光鑽石膜之設備及方法。 二、提供一種低成本的熱機拋光鑽石膜 之設備及方法。 三、提供一種易於維護與更替的熱機拋 光鑽石膜之設備及方法。
14 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 本發明所提供之熱機拋光鑽石膜之設備及方法, 係包括:可高速轉動的第一轉軸,其圓周表面 係為一可於高溫下與鑽石進行化學反應之材料, 且該圓周表面上係定義有一預定加熱區;可高 速轉動且軸向移動的第二轉軸,係與該第一轉 軸成軸向垂直之配置,且該第二轉軸之一端係 具有一可用以承載鑽石膜工件的軸向承載座; 以及可用以加熱該第一轉軸圓周表面上之預定 加熱區的加熱單元,以令該第二轉軸朝該第一 轉軸進行軸向移動時,其承載座上之鑽石膜工 件可與該已加熱之預定加熱區接觸,以使該工 件上之鑽石膜表面可與該第一轉軸之圓周表面 材料產生化學反應以進行熱機拋光。 於拋光過程中,令該第二轉軸進行一適當的軸 向進給,以維持該鑽石膜表面與該預定加熱區 的適當接觸;以及當該鑽石膜之表面拋光至可 接受的表面平整度時,即結束拋光。 專利內容說明
15 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 熱機拋光鑽石膜方法的流程圖
16 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 鑽石膜於拋光過程中之接觸 表面放大示意圖
17 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 拋光參數對表面形貌之影響 100 rpm/10min-0.39m/s 330 rpm/10min-1.28m/s 900 rpm/5min-3.49m/s900 rpm/15min-3.49m/s
18 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 熱機拋光鑽石膜後表面成份分析
19 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 熱機拋光鑽石膜的拋光速率
20 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 熱機拋光鑽石膜表面形貌隨時間變化情形
21 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 準分子雷射拋光鑽石膜之表面形貌 (380mJ) 2Hz, 3000 shots As grown
22 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 準分子雷射拋光鑽石膜之表面形貌 ( 380mJ ) 10Hz, 5000 shots 10Hz, 4000 shots
23 中華大學機械系 奈米材料及微細加工實驗室 DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING , CHUNG HUA UNIVERSITY NANOMATERIALS AND MICRO-MACHINING LABORATORY 21/11/2005 Thank You !