光學鏡片成型模具及製造該成型模具的方法
2023-10-23 19:18:27 4
專利名稱：光學鏡片成型模具及製造該成型模具的方法
技術領域：
本發明是關於一種光學鏡片成型模具及製造該模具的方法，特別是一種使用壽命長的光學鏡片成型模具，以及製造該光學鏡片模具的濺射方法。
背景技術：
光學鏡片是許多光學系統中不可或缺的關鍵零組件，其應用層面極其廣泛。光學鏡片的表面質量對於光學鏡片的整體性能好壞具有關鍵性的影響作用。
由於生產規模及其生產重複性，光學鏡片的生產多採用模具製造。光學鏡片的模具中最為核心的部分為模具的型芯部分，型芯部分用於成型光學鏡片，故型芯部分的好壞直接影響光學鏡片的表面性能。
由於生產光學鏡片的模具使用頻率高，模具型芯成型表面在多次合模/開模過程中，以及與成型產品接觸的過程中極易壞損。而壞損的模具型芯若不及時更換，則會影響成型的光學鏡片的質量。然而，模具製造成本高昂，經常更換模具型芯無疑會增加產品成本。
發明內容有鑑於此，有必要提供一種使用壽命長的光學鏡片成型模具。
同理，有必要提供一種製造上述光學鏡片成型模具的製造方法。
一種光學鏡片成型模具，包括成型部分和導引部分，該成型部分成型光學鏡片的形狀，該導引部分引導模具的開模和合模運動，該成型部分的成型表面上具有一層薄膜。該薄膜為SiCHxNy材質製成，其中x的摩爾百分比為2％～10％，y的摩爾百分比為5％～30％。
一種光學鏡片成型模具的製造方法，包括以下步驟將SiC靶材和作為基材的模具成型部分分別接於高頻放電電場兩端，並固定於密封腔體內；對該密封腔體抽氣，使其真空度達到5×10-7託以上；向密封腔體內輸入濺射氣體及反應氣體；開啟高頻放電電場對使SiC靶材和模具成型部分以13.56兆赫茲的頻率放電。
與現有技術相比，由於射頻濺射工藝的濺射速率高，且濺射後形成的薄膜膜層緻密、附著能力強。故，通過上述濺射工藝製造SiCHxNy薄膜的生產效率高，製成的SiCHxNy薄膜膜層緻密，且與作為基材52的模具型芯之間附著緊密。
圖1是光學鏡片成型模具的剖視圖。
圖2是濺射裝置的示意圖。
具體實施方式為了延長光學鏡片成型模具的使用壽命、節約其製造成本，並改善光學鏡片的產品性能，通常光學鏡片模具型芯表面會另外鍍上一層薄膜。好的鍍膜不僅能增加模具的使用壽命，還可強化模具表面質量，並提高產品表面性能。
鍍膜材料的選擇條件較為苛刻，鍍膜材料至少需滿足兩個條件第一，鍍膜材料需與型芯材料之間具有良好的粘著性，防止薄膜與型芯脫離；第二，鍍膜材料與待成型的光學鏡片之間易於分離，即離形性好，避免薄膜與成型後的光學鏡片粘著，從而損壞光學鏡片表面或破壞型芯上的薄膜。
圖1所示為用於成型光學鏡片20的成型模具99。該成型模具99包括成型部分(未標示)和導引部分40，成型部分用於塑造光學鏡片20的外形，而導引部分40主要用於引導模具的開模/合模運動。在本實施方式中，成型部分指模具的型芯10。為了增強型芯10的性能和使用壽命，型芯10成型表面(未標示)上鍍有一層薄膜30，該薄膜30的外表面32具有與光學鏡片20的表面22相反的外形。薄膜30是模具中直接與光學鏡片20接觸的部分，也是直接影響光學鏡片20的性能的主要因素。
眾所周知，大部分光學鏡片20成型模具99的型芯10為硬質碳化鎢(WC)材質製成，而光學鏡片20則由玻璃(SiO2)材質製成。所以，光學鏡片20模具型芯10的鍍膜30材料需與碳化鎢之間具有良好的粘著性，且易於與玻璃分離。
SiCHxNy(其中x的摩爾百分比為2％～10％，y的摩爾百分比為5％～30％)為一種與WC具有近似熱延展係數的硬質絕緣材料，且SiCHxNy與SiO2的熱延展係數相差較大，容易與之分離。所以，SiCHxNy時一種很好的光學鏡片模具型芯10的鍍膜材料。另外，SiCHxNy也是一種硬度高的耐磨材料，這也可達到提到模具型芯10的使用壽命的目的。其相關參數參見下表SiCHxNy、WC及SiO2的熱延展參數 基於對加工產品的要求，模具鍍膜技術成為改善模具品質的重要製程。由於SiCHxNy為絕緣材料，不易製備，故需採用射頻反應濺射工藝來沉積SiCHxNy薄膜30於模具型芯10上。
如圖2所示，濺射裝置100具有一高頻放電電場1，該高頻放電電場1的一高頻電源11的一端通過一匹配網絡12與置於密封腔體3內的靶極4相連，密封腔體3內與該靶極4相對的基體5和高頻電源11的另一端同時接地。
密封腔體3具有一抽氣系統6和一進氣系統7。抽氣系統6用於抽取密封腔體3內的空氣或其他雜質氣體，使密封腔體3內成為真空。進氣系統7用於向密封腔體3內充入濺射氣體和反應氣體，該濺射氣體在電場作用下易產生電離，且不易與靶極4或基體5發生化學反應。通常，進氣系統7充入密封腔體3內的濺射氣體為惰性氣體，惰性氣體在電場作用下易發生電離且化學特性穩定，不易與靶極4或基體5發生反應。通常採用氬氣(Ar)作為濺射氣體。
在實際製造SiCHxNy薄膜30的工藝中，採用SiC作為濺射靶極4的靶材42並將其固定於與匹配網絡12相連的背襯44上。同時，將模具型芯作為基體5的基材52並將其固定於接地的夾座54上。進氣系統7除通入惰性氣體外，還加入反應氣體H2(或者CH4或C2H6)和N2。為降低靶極4的溫度，在背襯44處可設置一冷卻系統8抑制靶極4過熱。
SiCHxNy薄膜的濺射工藝主要包括以下幾個步驟(1)將SiC靶材42和作為基材52的模具型芯分別固定於背襯44和夾座54上；(2)打開抽氣系統6，待密封腔體3內的真空度達到5×10-7託(Torr)後後關閉抽氣系統6；
(3)打開進氣系統7向密封腔體3內輸入濺射氣體及反應氣體；(4)開啟高頻放電電場1，以13.56兆赫茲(MHz)的頻率放電，使SiC靶材42發生濺射，並與從進氣系統7進入的反應氣體發生化學反應生成SiCHxNy並沉積於作為基材52的模具型芯表面；(5)當基材52表面沉積的SiCHxNy厚度達到100～1000納米(nm)後，關閉高頻放電電場1。
由於射頻濺射工藝的濺射速率高，且濺射後形成的薄膜膜層緻密、附著能力強。故，通過上述濺射工藝製造SiCHxNy薄膜的生產效率高，製成的SiCHxNy薄膜膜層緻密，且與作為基材52的模具型芯之間附著緊密。
權利要求
1.一種光學鏡片成型模具，包括成型部分和導引部分，該成型部分成型光學鏡片的形狀，該導引部分引導模具的開模和合模運動，其特徵在於該成型部分的成型表面上具有一層薄膜，該薄膜為SiCHxNy材質製成，其中x的摩爾百分比為2％～10％，y的摩爾百分比為5％～30％。
2.如權利要求1所述的光學鏡片成型模具，其特徵在於與該薄膜接觸的成型部分為WC材質製成。
3.如權利要求1或2所述的光學鏡片成型模具，其特徵在於該薄膜通過射頻反應濺射工藝生成於成型部分的成型表面上，該薄膜的厚度為100～1000納米。
4.一種製造如權利要求1所述的光學鏡片成型模具的方法，其特徵在於其包括以下步驟將SiC靶材和作為基材的模具成型部分分別接於高頻放電電場兩端，並固定於密封腔體內；對該密封腔體抽氣，使其真空度達到5X10-7託以上；向密封腔體內輸入濺射氣體及反應氣體；開啟高頻放電電場對使SiC靶材和模具成型部分以13.56兆赫茲的頻率放電。
5.如權利要求4所述的光學鏡片成型模具製造方法，其特徵在於該反應氣體為H2和N2。
6.如權利要求4所述的光學鏡片成型模具製造方法，其特徵在於該反應氣體為CH4和N2。
7.如權利要求4所述的光學鏡片成型模具製造方法，其特徵在於該反應氣體為C2H6和N2。
8.如權利要求5至7中任一所述的光學鏡片成型模具製造方法，其特徵在於該濺射氣體為惰性氣體。
9.如權利要求8所述的光學鏡片成型模具製造方法，其特徵在於該濺射氣體為氬氣。
全文摘要
一種光學鏡片成型模具，包括成型部分和導引部分，該成型部分成型光學鏡片的形狀，該導引部分引導模具的開模和合模運動。該成型部分的成型表面上具有一層SiCH
文檔編號B29D11/00GK1865178SQ200510034760
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月20日 優先權日2005年5月20日
發明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司