超微细孔原子级有限元素模式之建立及模拟 - 德霖.doc

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 (成果報告 □期中進度報告 超微細鑚孔原子級有限元素模式之建立及模擬 計畫類別：( 個別型計畫　　□ 整合型計畫計畫編號：NSC 98-2221-E-237 -006 -　　　　　　　　　　　　 執行期間：98年08月01日至99年07月31日 計畫主持人：邱進東 共同主持人：張達元 計畫參與人員：賴俊男 成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：(精簡報告 □完整報告 本成果報告包括以下應繳交之附件：□赴國外出差或研習心得報告一份□赴大陸地區出差或研習心得報告一份□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份□國際合作研究計畫國外研究報告書一份 處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢 □涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢 執行單位：德霖技術學院機械工程系 中 華 民 國　　99 　年　9　月 　30　 日 行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告 超微細鑚孔原子級有限元素模式之建立及模擬 Atomistic Finite Element Modeling and Simulation of Ultra Micro Drilling 計畫編號： NSC 98-2221-E-237 -006 - 執行期間： 98年8月1日至99年7月31日 計畫主持人：邱進東 德霖技術學院機械工程系副教授 共同主持人：張達元 中國文化大學機械工程系副教授 計畫參與人員：賴俊男 國立台灣海洋大學 碩士班研究生一、中文摘要(關鍵字：原子級有限元素法, 微鑚孔, 勢能函數) 近年來因IC製程進步神速及微機電產品日益精進，使得相關工業產品朝向輕薄短小的趨勢發展。微鑚孔技術也廣泛的被應用於相關的加工，如IC測試用探針卡、印刷電路板鑚孔、噴墨印表機頭的小噴孔等。目前微鑽針的製作可達孔徑在70之水準，以傳統有限元素法模擬以到達瓶頸。 本計畫將發展原子級有線元素模型模擬微鑚孔過程，不同於連續系統，對於微觀系統而言，粒子的運動軌跡是由粒子與粒子間的作用力所決定。粒子間之勢能函數的不同而影響模擬結果，本計畫擬採用Morse勢能函數來模擬粒子與粒子間的作用力。並使用非線性彈簧與阻尼元素與集中質量來建立原子模型，集中質量位於節點上，用來模擬原子質量；非線性彈簧連接相鄰的節點，用來模擬兩原子間的鍵結，產生斥力與吸力，並以彈簧的斷裂伸長量，模擬原子鍵的截斷長度。最後以三維原子級有限元素模型來模擬銅微結構鑚孔，鑽頭為三維原子級有限元素模型模擬以鑽石為材料，原子模型間採用有限元素法的節點對節點的接觸演算，以模擬整個鑚孔過程，並探討不同參數對鑽孔品質的影響。 Abstract Recently, due to the rapid enhancement of IC processes and the higher level of MENS products, the corresponding industrial products tend to a light, thin, short and small function. Micro-drill technology is also applied to the relative working such as IC test probe card, drill of the printed circuit board and small nozzle of the ink-jet printer head, etc. Nowadays, the manufacturing of micro drill can attain below-70 level and it is difficult to simulate by using the traditional FEM. The atomistic FE model will be developed to simulate the micro-drill process in this project. With respect to the microscopic system which is different from the continuum ones, the trajectory of particle motion is determined by the interaction between the two adjacent particles. Different potential functions may influence th