Transcript 下載/瀏覽Download

Pin-plate micro assembly by integrating micro-EDM and
Nd-YAG laser
姓名:林非錯
學號:M9910212
指導老師:戴子堯 教授
日期:2011.5.30
1
Outline
1.
2.
3.
4.
5.
Introduction
The hybrid machine
Precise pin-plate micro assembly
Results and discussion
Conclusions
2
1. Introduction
未來的數十年，微機械科技廣泛應用於不同的領域(機械工程、
半導體、電子零件)，但這些科技多樣化發展，都會利用不同的
方式來組裝微小的的零組件
基於某些零組件的外型必須選擇適當且精密的安裝方式
Micro-EDM為非接觸式，並且在工件和電極之間產生高溫
與高能量進行加工接觸力與震動即可避免適合加工金
屬的微組件(micro nozzles、micro cavities、micro pins)
雖然Micro-EDM可進行結構複雜的3D零組件之加工，但難
以精確的將兩個零組件安裝再一起
3
1. Introduction
結合micro-EDM and Nd-YAG laser兩種製程來克服上述之問題
Micro-EDM 零組件之加工
Nd-YAG laser優點在於熱能集中且快速冷卻適合做微小銲接
兩種製程合併後避免多餘的力量與避免零組件分開加工(加
工後直接做銲接)達到理想之高寬比銲接強度高
本研究針對304不銹鋼為母材，進行Pin-plate之加工與銲接，
最後探討Pin-plate之銲接強度
4
2.The hybrid machine
(a)The stereography for the hybrid
machine
(b)The stereography for micro-EDM
mechanism
(c)The configyration of top view for
three laser beams
 Micro-EDM可用來做微小的探針
(micro probe)。此外，也可用來
在不銹鋼板上鑽孔(ψ100μm)
Fig1 A micro probe
Fig2 Simplified diagram of the hybrid machine system
Table1 The properties for SUS304 stainless
規格
SUS
304
Chenical compositions(%)
Mechanical properties
Thermal properties
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
TS(Kgf/mm2)
Hv
Melt Point
Conductivity
0.06
1.00
2.00
0.04
0.03
10
20
53
200
1400℃
19W/m ℃
5
3.Precise pin-plate micro assembly
目的：Micro pin安裝上thin plate
過程：1.Pin加工到要求之尺寸
2.使用micro-EDM在不銹鋼板上鑽孔
3.把Pin的末端整修(類似倒角)
4.把Pin安裝到對應的位置
5.從Pin的背面利用Molten Separation
Joint(MSJ)來完成
Fig3 The procedures for pin-plate assembly under 3
laser fibers radiation simultaneously
6
3.Precise pin-plate micro assembly
Molten Separation Joint(MSJ)之介紹：
若以Nd-YAG雷射做pin-plate的接合，此時Pin夾持力不夠，
則銲接時可能會造成Pin的彎曲，但若從Pin的背面銲接
(MSJ)即可克服此問題。
本研究雖然只有微小的能量來產生窄淺的熔池與刻痕，但
還是必須控制能量的輸出，才不至於穿透板材試件。此外，
若太小的入射角會導致刻痕太小而影響凝固後之強度
Fig4 The first spot fusion welding at ‘a’ region
Fig5 The sketch of the maximum notch depth via 7laser
radiation beam in accordance with Gaussian
4.Results and discussion
1.Tensile test:
拉伸試件：ψ200μm的Pin安裝在200μm厚的不銹鋼板，
並且以試件橫剖面之巨觀形貌進行探討
銲接深度約50μm，算是相當窄淺的銲接形式，然而
這類型的銲接型態之強度大多與本身的Pin來低。
若Pin的直徑大於200μm時 直徑與銲接強度成正比
HAZ因為熔化的熱能較小，所以相對雷射的能量也較
小就可達到足夠的銲接強度
8
Fig5 The tensile test configuration for pin-plate
Fig6 The microscopic photograph of pin-plate
cross section after tensile
4.Results and discussion
2.Post assembly tilt evaluation:
在零組件安裝完成後，必須進行PAT(post
Assembly Tilt)的測試
由右圖可看出，半徑↑ Pin的軸偏離極小
pin-plate互相的裝配具有相當安全之垂直度
Fig7 Detective results for the pin-plate
9
4.Results and discussion
3.Reproducibility and yield:
 其中板厚為對銲接會造成重大之影響
(±0.1μm)銲接之成功與否
 對304不銹鋼的板材與Pin進行銲接，已
具有一定之水準
 如此之外，也可以做兩支Pin的銲接，如
右圖所示
Fig8 Two pins assembled into a thin plate
Table2 The reproducibility ane yield that assembles the pin having 150μm in diameter the 200μm thick plate
10
4. Conclusions
1. 利用micro-EDM 與Nd-YAG laser做結合，可提供
micro等級的精確安裝之製程
2. 可輕易的達到高深寬比(30:1)
3. 使用MSJ方式後，銲接強度可高於基材
4. 雷射的焦距設定完成後，具有優異之重複銲接性
11
謝謝聆聽
12