DE102005012016B3

DE102005012016B3 - Mold for deposition of a material from an electrolyte especially to form micro- or nano-structured components has a removable metal plate with upstanding plastic or wax projections

Info

Publication number: DE102005012016B3
Application number: DE102005012016A
Authority: DE
Inventors: Evgueni Dr. Oskotski; Volker Dr. Piotter; Gundi Dr. Baumeister; Julia Lorenz; Nils Dr. Holstein; Robert Dr. Ruprecht; Jürgen Prof.Dr. Haußelt
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2025-03-17

Abstract

A mold for deposition of a material from an electrolyte includes (A) a cast perforated inlaid plate of optionally alloyed metal of melting point below that of the material to be deposited or selectively soluble with respect to such material, at least one of the perforations or openings penetrating through the plate; and (B) structures of an electrically non-conductive plastic or wax upstanding from the plate and connected positively with the openings. Independent claims are also included for (1) production of the mold by (i) making a primary mold as a negative of a first mold, the primary mold having projections corresponding to the cavities of the first mold; (ii) casting an appropriate metal into the primary mold to give a plate with openings and separating the plate from the primary mold; (iii) laying the plate on a second cavity-containing mold of a material harder than that of the plate with the openings in the plate and in the second mold overlaying each other; (iv) injecting an electrically non-conductive plastic, resin-forming reaction mixture or wax through the openings of the plate into the mold cavities to form projections upstanding from the plate and firmly fixed to the plate openings; and (v) removing the second mold; and (2) production of a material involving depositing a material from an electrolyte and removing the mold to form a copy of the second mold.

Description

Die Erfindung betrifft eine Form zur Abscheidung eines Werkstoffs aus einem Elektrolyten, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs.The The invention relates to a mold for depositing a material an electrolyte, process for their preparation and their use and a method for producing a material.

Für die Galvanoformung oder Elektrophorese von Mikrobauteilen oder mikrostrukturierten Bauteilen muss eine Form hergestellt werden, die eine Werkstoffabscheidung aus einem Elektrolyten erlaubt. Dazu wird die Form als eine Elektrode in den Elektrolyten eingebracht und elektrisch kontaktiert. Bedingt durch eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen der Form und einer ebenfalls in den Elektrolyten eingebauten Gegenelektrode erfolgt die Abscheidung des Werkstoffes aus den Elektrolyten in die Form. Dem Fachmann ist bekannt, dass insbesondere bei engen, tiefen Spalten in der Form Hohlräume im abgeschiedenen Werkstoff entstehen. Um diese zu vermeiden, ist die Form so auszuführen, dass die Grundfläche der Form, das Substrat, elektrisch leitfähig ist und die Strukturen der Form, die auf der Grundfläche stehen, elektrisch isolierend sind.For electroforming or electrophoresis of microcomponents or microstructured Components must be made of a mold, which is a material deposition allowed from an electrolyte. For this, the shape is as an electrode introduced into the electrolyte and contacted electrically. conditioned by an electrical potential difference between the mold and a likewise built into the electrolyte counter electrode takes place the deposition of the material from the electrolyte into the mold. It is known to the person skilled in the art that in particular with narrow, deep gaps in the form of cavities arise in the deposited material. To avoid this is to execute the form so that the base area the shape, the substrate, is electrically conductive and the structures the shape on the base stand, are electrically insulating.

Aus V. Piotter, R. Ruprecht, J. H. Haußelt und J. Schrök, Verfahren zur Herstellung von LIGA-Metallmikrostrukturen durch Galvanoformung in verlorene Kunststoffformen, in A. Zielonka (Hrsg.), Jahrbuch der Oberflächentechnik, Band 52, Seite 39, Absatz 1, 1996, ist das so genannte Reaktionsgießen einer isolierenden Kunststoffstruktur durch eine gebohrte Lochplatte aus Metall bekannt, das eine Reihe von Nachteilen aufweist. Bei diesem Verfahren wird Reaktionsgießen eingesetzt, um isolierende Kunststoffstrukturen auf einer Metallplatte abzuformen. Das Reaktionsgießharz wird durch Löcher in der Metallplatte in den Formeinsatz eingespritzt. Die Metallplatte dichtete den Formeinsatz an seiner Stirnfläche ab und die Formmasse fließt von den sich verjüngenden Löchern der Me tallplatte zunächst in die größeren Mikrokavitäten und von dort in die kleineren Mikrokavitäten im Formeinsatz. Nach der Polymerisation erfolgt das Entformen durch Zug an der Metallplatte, wobei die Entformungskräfte von den sich verjüngenden Löchern in der Metallplatte auf die Kunststoffmikrostrukturen übertragen werden. Der Aufwand zur Herstellung der Bohrungen in der Metallplatte, durch die das Reaktionsharz eingespritzt wird, ist ebenfalls erheblich und daher für eine Massenfertigung von Formen ungeeignet. Weiterhin werden die Kunststoffmikrostrukturen durch Reaktionsgießen im Kunststoff Polymethylmethacrylat (PMMA) gegossen. Das Aushärten des Harzes dauert einige 10 Minuten und ist deshalb für eine Massenfertigung unwirtschaftlich. Weiterhin unterliegt das Reaktionsgießen während des Aushärtens einem Reaktionsschwund von ca. 20%, wodurch keine maßhaltigen Kunststoffmikrostrukturen erzeugt werden können. Schließlich führt der Reaktionsschwund zu einer Spaltbildung zwischen den Füßen der Kunststoffstrukturen und Lochrändern in der Metallplatte. Bei der Galvanoformung oder Elektrophorese werden diese Spalte durch Metall- oder Keramikabscheidung ausgefüllt, und an den gewünschten Mikrobauteilen oder mikrostrukturierten Bauteilen entsteht ein Grat, der diese Bauteile für die meisten Anwendungen unbrauchbar macht.Out V. Piotter, R. Ruprecht, J.H. Haußelt and J. Schrök, Methods for the production of LIGA metal microstructures by electroforming in lost plastic forms, in A. Zielonka (ed.), Yearbook of Surface Technology, Volume 52, page 39, paragraph 1, 1996, is the so-called reaction casting a insulating plastic structure through a drilled perforated plate Metal known, which has a number of disadvantages. In this Procedure will be reaction casting used to make insulating plastic structures on a metal plate abzuformen. The reaction casting resin gets through holes injected into the mold insert in the metal plate. The metal plate sealed the mold insert on its face and the molding compound flows from the rejuvenating holes the Me tallplatte first into the larger microcavities and from there into the smaller microcavities in the mold insert. After Polymerization, the demolding by pulling on the metal plate, the demolding forces from the rejuvenating ones holes transferred in the metal plate on the plastic microstructures become. The effort to make the holes in the metal plate, through which the reaction resin is injected is also significant and therefore for a mass production of forms unsuitable. Furthermore, the Plastic microstructures by reaction casting in plastic polymethylmethacrylate Poured (PMMA). The curing The resin takes a few tens of minutes and is therefore for mass production uneconomical. Furthermore, the reaction is subject to during the curing a reaction loss of about 20%, whereby no dimensionally stable plastic microstructures can be generated. Finally, the leads Reaction shrinkage to a gap formation between the feet of the Plastic structures and perforated edges in the metal plate. In electroforming or electrophoresis these gaps are filled by metal or ceramic deposition, and to the desired Microcomponents or microstructured components create a ridge, of these components for makes most applications unusable.

Aus V. Piotter, N. Holstein, E. Oskotski, R. Ruprecht und J. Haußelt, Meta1 Micro Parts made by Electroforming on Two-Component Lost Polymer Moulds, Proceed. of the EUSPEN International Topical Conference, Seite 367–370, Aachen, 2003, ist das so genannte Einlegespritzgießen bekannt, worunter das Durchspritzen eines isolierenden Kunststoffs durch eine mit Lochstrukturen versehene leitfähige Substratplatte aus Kunststoff verstanden wird. Hierzu wird eine leitfähige Substratplatte aus Kunststoff, die mit Lochstrukturen versehen ist, in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt, von hinten durch die Lochstrukturen mit isolierenden Thermoplasten durchspritzt und somit isolierende Kunststoffmikrostrukturen erhaben auf der Sub stratplatte erzeugt. Wird das Substrat durch Bohren mit Löchern versehen, ist man in der Vielfalt der Lochgeometrie beschränkt und bei einer Massenfertigung von Formen ist dieses Verfahren nicht wirtschaftlich. Eine Alternative ist das Spritzgießen der leitfähigen Substratplatte mit leitfähigem Kunststoff zur Herstellung des leitfähigen Einlegeteils. Damit ist zwar eine beliebige Form der Lochgeometrie, angepasst an die nachfolgend spritzzugießende isolierende erhobene Kunststoffstruktur, herstellbar und das Verfahren auch für eine Massenfertigung von Formen geeignet, jedoch ergeben sich Maßabweichungen durch die thermische Schwindung des Kunststoffs beim Abkühlen und Erstarren der Einlegeplatte im Spritzgießwerkzeug. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass unabhängig vom Verfahren, mit dem die Löcher in die Substratplatte aus Kunststoff eingebracht werden, eine fehlerfreie Formgebung der isolierenden Kunststoffstrukturen bisher nicht möglich ist. Entweder schmilzt der leitfähige Kunststoff des Substrates während des Durchspritzens des isolierenden Kunststoffs auf und wird als leitfähiger Überzug vom isolierenden Kunststoff mitgezogen, wodurch die erhabene Kunststoffstruktur mit einem leitfähigen Überzug versehen ist und nachfolgend mit dieser Form keine fehlerfreie Metall- oder Keramikmikrostruktur abgeschieden werden können. Ist dagegen die Schmelztemperatur des leitfähigen Kunststoffs ausreichend hoch, so dass er durch die Schmelze des isolierenden Kunststoffs nicht aufgeschmolzen wird, erhält man einen Spalt zwischen dem Loch im Substrat und dem isolierenden Kunststoff am Fuße der auf dem Substrat erhabenen Kunststoffstruktur. Dieser Spalt wird durch die Abscheidung mit Metall oder Keramik gefüllt, was zu einem unerwünschten Grat an den Mikrobauteilen oder mikrostrukturierten Bauteilen führt.From V. Piotter, N. Holstein, E. Oskotski, R. Ruprecht and J. Haußelt, Meta1 Micro Parts made by Electroforming on Two-Component Lost Polymer Molds, Proceed. of the EUSPEN International Topical Conference, page 367-370, Aachen, 2003, the so-called single-injection molding is known, which is understood as the injection molding of an insulating plastic through a provided with hole structures conductive substrate plate made of plastic. For this purpose, a conductive substrate plate made of plastic, which is provided with hole structures, inserted into an injection mold, injected from behind through the hole structures with insulating thermoplastics and thus insulating plastic microstructures raised on the sub stratplatte generated. If the substrate is provided with holes by drilling, one is limited in the variety of hole geometry and in a mass production of molds, this method is not economical. An alternative is the injection molding of the conductive substrate plate with conductive plastic for the production of the conductive insert. Thus, although any shape of the hole geometry, adapted to the below spritzzugießende insulating raised plastic structure, produced and the method also suitable for mass production of forms, however, deviations resulting from the thermal shrinkage of the plastic during cooling and solidification of the insert plate in the injection mold. Another disadvantage is that regardless of the method with which the holes are introduced into the substrate plate made of plastic, a faultless shaping of the insulating plastic structures is not yet possible. Either the conductive plastic of the substrate melts during the injection molding of the insulating plastic and is entrained as a conductive coating of the insulating plastic, whereby the raised plastic structure is provided with a conductive coating and subsequently with this form no defect-free metal or ceramic microstructure can be deposited. If, however, the melting temperature of the conductive plastic is sufficiently high that it is not melted by the melt of the insulating plastic, a gap is obtained between the hole in the substrate and the insulating plastic at the foot of the plastic structure raised on the substrate. This gap is made by deposition with metal or ceramic filled, resulting in an undesirable burr on the microcomponents or microstructured components.

Nach V. Piotter, R. Ruprecht, J. H. Haußelt und J. Schrök, Verfahren zur Herstellung von LIGA-Metallmikrostrukturen durch Galvanoformung in verlorene Kunststoffformen, in A. Zielonka (Hrsg.), Jahrbuch der Oberflächentechnik, Band 52, Seite 39, Absatz 2, 1996, wird durch das Reaktionsgießen eine isolierende Kunststoffstruktur direkt erhaben auf ein unstrukturiertes Zeitfähiges Kunststoffsubstrat aufgebracht. Dazu wird ein Reaktionsharz zunächst in einen mikrostrukturierten Formeinsatz eingefüllt und anschließend das leitfähige Substrat auf die Stirnfläche des Formeinsatzes aufgebracht. Während der Polymerisation des Reaktionsharzes erfolgt die Verbindung als Stoffschluss zum Substrat über eine physikalische bzw, chemischphysikalische Reaktion. Nachteile dieses Verfahrens sind die lange Reaktionszeit des Harzes, dessen Schwindung während der Polymerisation und insbesondere Reste des Reaktionsharzes an der Formeinsatzfläche, die während des Füllens des Formeinsatzes mit Harz entstehen. Um vollständig isolierende Kunststoffstrukturen zu erhalten, die Voraussetzung für Mikrobauteile oder mikrostrukturierte Bauteile aus Metall oder Keramik ohne Hohlräume sind, muss der Formeinsatz vollständig mit Harz gefüllt sein. Dabei lässt sich nicht verhindern, dass auch auf der Formeinsatzstrukturfläche isolierendes Harz zu finden ist. Dieses Harz beschichtet das leitende Substrat, während die isolierende Kunststoffstruktur mit dem leitenden Substrat verbunden wird. Da auf der isolierenden Schicht keine Abscheidung erfolgt, führt diese Schicht zu Fehlstellen an mikrostrukturierten Bauteilen bzw. zum vollständigen Fehlen von Mikrobauteilen. Das Verfahren ließ sich im Labormaßstab erfolgreich bisher nur dann einsetzen, wenn vor der Abscheidung das Harz durch reaktives Ionenätzen oder Absputtern entfernt wurde, wobei jedoch ein unerwünschtes Aufrauen der Form erfolgt.To V. Piotter, R. Ruprecht, J.H. Haußelt and J. Schrök, Methods for the production of LIGA metal microstructures by electroforming in lost plastic forms, in A. Zielonka (ed.), Yearbook the surface technology, Volume 52, page 39, paragraph 2, 1996, by the reaction casting is an insulating Plastic structure raised directly onto an unstructured time-stable plastic substrate applied. For this purpose, a reaction resin is first in a microstructured Mold insert filled and subsequently the conductive one Substrate on the face applied to the mold insert. While the polymerization of the reaction resin, the compound takes place as Material bond to the substrate via a physical or chemical-physical reaction. disadvantage This method is the long reaction time of the resin whose Shrinkage during the Polymerization and in particular residues of the reaction resin at the Mold insert surface the while of filling of the mold insert with resin arise. To completely insulating plastic structures too received, the requirement for Microcomponents or microstructured components made of metal or ceramic without cavities are, the mold insert must be completely filled with resin. Leave it do not prevent insulating also on the mold insert surface Resin is to be found. This resin coats the conductive substrate, while the insulating plastic structure connected to the conductive substrate becomes. Since there is no deposition on the insulating layer, leads this Layer to defects on microstructured components or to the complete absence of microcomponents. The process was successful on a laboratory scale previously used only if before the deposition of the resin reactive ion etching or sputtering was removed, but an undesirable Roughening the mold done.

Wird nach der DE 40 10 669 C1 ein Substrat aus einem isolierenden Kunststoff mit einer leitfähigen Metallschicht beschichtet und anschließend das Kunststoffsubstrat durch Warmumformen in einen mikrostrukturierten Formeinsatz geprägt, so reißt die Metallschicht im Bereich der Kanten der Mikrostrukturen auf. Es entsteht ein Kunststoffsubstrat mit auf dem Sub strat erhaltenen Mikrostrukturen, wobei beide aus isolierendem Kunststoff bestehen. Sowohl auf der Substratoberfläche als auch auf der Stirnfläche der Mikrostrukturen verbleibt die Metallschicht, während sich an den Wänden der Kunststoffmikrostrukturen zwischen deren Stirnflächen und dem Substrat nur noch Reste der Metallschicht in Form von Flittern, eingeprägt in die Oberfläche der Kunststoffmikrostrukturen, befinden. Das Verfahren versagt, wenn sehr eng stehende Mikrostrukturen oder inselförmige Hohlstrukturen vorhanden sind, da in diesem Fällen keine zusammenhängende Metallschicht vorhanden ist, die eine fehlerfreie Abscheidung in diese Form garantiert. Weiterhin befindet sich nach Abscheidung der Mikrobauteile oder mikrostrukturierten Bauteile die Metallschicht an den Teilen aus Metall oder Keramik in Form einer Beschichtung an einer Stirnfläche und der Metallflitter an den Strukturwänden. Zumindest die Metallflitter können für die meisten Anwendungen nicht akzeptiert werden, da diese aus der Metall- oder Keramik-Oberfläche herausragen. Ein Ätzprozess zur Entfernung dieser Metallflitter verursacht im Allgemeinen Korrosion an den Metallteilen; für Keramik ist dieser zusätzliche Arbeitsschritt eine Lösung.Will after the DE 40 10 669 C1 coating a substrate made of an insulating plastic with a conductive metal layer and then embossing the plastic substrate by hot forming into a microstructured mold insert, the metal layer ruptures in the region of the edges of the microstructures. The result is a plastic substrate with strat on the sub strat microstructures, both made of insulating plastic. Both on the substrate surface and on the end face of the microstructures remains the metal layer, while on the walls of the plastic microstructures between the end faces and the substrate only remains of the metal layer in the form of flakes, embossed in the surface of the plastic microstructures, are. The method fails when very close microstructures or island-shaped hollow structures are present, since in this case no coherent metal layer is present, which guarantees an error-free deposition in this form. Furthermore, after deposition of the microcomponents or microstructured components, the metal layer is located on the parts of metal or ceramic in the form of a coating on an end face and the metal flake on the structure walls. At least the metal baubles can not be accepted for most applications as they protrude from the metal or ceramic surface. An etching process for removing these metal flakes generally causes corrosion on the metal parts; for ceramic, this extra step is a solution.

Eine Variante einer beschichteten Kunststoffform, bei der keine Metallflitter an den Strukturwänden auftreten, wird nach V. Piotter, R. Ruprecht, J. H. Haußelt und J. Schrök, Verfahren zur Herstellung von LIGA-Metallmikrostrukturen durch Galvanoformung in verlorene Kunststoffformen, in A. Zielonka (Hrsg.), Jahrbuch der Oberflächentechnik, Band 52, Seite 35–36, Kap. 3, 1996, dadurch realisiert, dass eine Beschichtung erst nach der Strukturierung in Kunststoff erfolgt. Hierzu wird zunächst aus isolierendem Kunststoff ein mikrostrukturiertes Bauteil, bestehend aus einem Kunststoffsubstrat mit mindestens einer Oberfläche, die Strukturen aus demselben Kunststoff trägt, durch Spritzgießen, Prägen oder Reaktionsgießen hergestellt. Danach wird diese isolierende Kunststoffstruktur mit einer Me tallschicht versehen. Erfolgt die Beschichtung durch Bekeimen aus einer Lösung, durch Aufdampfen oder Besputtern, d. h. einem nahezu isotropen Beschichtungsverfahren, so werden neben dem Substrat auch die Strukturwände beschichtet, was ebenfalls zu Hohlräumen und Fehlstellen in der nachfolgenden Abscheidung von Metall und Keramik führt, insbesondere bei eng stehenden und hohen Kunststoffmikrostrukturen.A Variant of a coated plastic mold, in which no metal baubles on the structure walls occur after V. Piotter, R. Ruprecht, J. H. Haußelt and J. Schrök, Process for the preparation of LIGA metal microstructures by electroforming in lost plastic forms, in A. Zielonka (ed.), Yearbook of Surface Technology, Volume 52, pages 35-36, Cape. 3, 1996, realized that a coating after the structuring is done in plastic. For this purpose, first off insulating plastic a microstructured component consisting of a plastic substrate having at least one surface which Structures of the same plastic carries, by injection molding, embossing or reaction molding produced. Thereafter, this insulating plastic structure with provided a Me tallschicht. If the coating is done by germination from a solution, by vapor deposition or sputtering, d. H. a nearly isotropic coating process, Thus, in addition to the substrate and the structure walls are coated, which also to cavities and defects in the subsequent deposition of metal and Ceramic leads, especially with narrow and high plastic microstructures.

Wird gemäß A. Thies, V. Piotter, J. H. Haußelt und O. F. Hagena, A new method for mass fabrication of metallic microstructures, Microsystem Technologies, Band 4, S. 110–112, 1998, zur Herstellung einer Form mit leitfähiger Oberfläche eine mikrostrukturierte Kunststoffstruktur mit Clusterstrahlen beschichtet, so erfolgt ein gerichteter Niederschlag der Beschichtung. Hierbei ist das Problem, dass das Kunststoffsubstrat sehr präzise senkrecht zum Strahl des Niederschlags auszurichten ist. Ist das Substrat in der Fläche zu groß oder nicht korrekt ausgerichtet, erfolgt eine unerwünschte Beschichtung mindestens einer Seite der Wände der Kunststoffmikrostrukturen, wodurch bei der Abscheidung von Metall oder Keramik Fehlstellen entstehen. Weiterhin kann diese Methode für räumlich isolierte, inselförmige Lochstrukturen in der Kunststoffstruktur nicht eingesetzt werden, da diese metallisierten Bereiche keine elektrisch leitende Verbindung untereinander aufweisen. Da die Clusterbeschichtung bis heute nicht industriell verfügbar ist, ist dieses Verfahren relativ teuer.According to A. Thies, V. Piotter, JH Haußelt and OF Hagena, A new method for mass fabrication of metallic microstructures, Microsystem Technologies, Vol. 4, pp. 110-112, 1998, to produce a conductive surface mold, a microstructured plastic structure coated with cluster jets, so there is a directional precipitate of the coating. Here, the problem is that the plastic substrate is to be aligned very precisely perpendicular to the jet of precipitate. If the substrate is too large or misaligned in the surface, undesirable coating occurs on at least one side of the walls of the plastic microstructures, resulting in defects in the deposition of metal or ceramic. Furthermore, this method can not be used for spatially isolated, island-shaped hole structures in the plastic structure, since these metallized areas have no electrically conductive connection with each other. Since the cluster coating is not industrially ver is available, this process is relatively expensive.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Form zur Abscheidung eines Werkstoffs aus einem Elektrolyten, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs vorzuschlagen, die die oben genannten Nachteile und Einschränkungen nicht aufweisen. Insbesondere soll eine erfindungsgemäße Form mit beliebig geformten Strukturen in mikro- oder feinwerktechnischen Dimensionen versehenen sein und gegebenen falls für die Werkstoffabscheidung aus dem Elektrolyten unbeschädigt mehrmals verwendet werden können. Weiterhin soll das Verfahren zur Herstellung derartiger Formen eine wirtschaftliche Herstellung in größeren Stückzahlen für eine Massenfertigung ermöglichen.outgoing From this it is the object of the present invention to provide a mold for depositing a material from an electrolyte, a process for their manufacture and their use, and a method for To propose a material, the above mentioned Disadvantages and limitations do not have. In particular, a shape according to the invention with arbitrarily shaped structures in micro- or precision engineering Be provided dimensions and where appropriate for the material deposition from the electrolyte undamaged can be used several times. Farther the process for producing such forms is intended to be an economical one Production in larger quantities for one Enable mass production.

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Form durch die Merkmale des Anspruchs 1, im Hinblick auf das Verfahren zur Herstellung der Form durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 6, im Hinblick auf die Verwendung der Form durch die Ansprüche 22 bis 26 sowie im Hinblick auf das Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 18 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.These Task is in view of the form by the features of the claim 1, in view of the method for producing the mold by the method steps of claim 6, in view of the use the form by the claims 22 to 26 and in view of the method for producing a Material solved by the method steps of claim 18. The under claims each describe advantageous embodiments of the invention.

Eine erfindungsgemäße Form zur Abscheidung eines Werkstoffs aus einem Elektrolyten besteht aus einer gegossenen Einlegeplatte als Substrat und hierauf aufgebrachten Strukturen aus einem isolierenden Kunststoff. Eine derartige verlorene Metallkunststoffform wird mit einem Werkstoff, vorzugsweise durch Galvanoformung mit Nickel, Kobalt, Eisen, Gold, Kupfer oder einer Legierung aus diesen Elementen, oder durch Elektrophorese mit Keramik galvanisch gefüllt. Die Abscheidung bedeckt die seitlichen Kunststoffwände völlig oder die Form wird, wenn sie nicht das abgeschiedene Material schützen soll, nur teilweise aufgefüllt. Ein völliges Auffüllen empfiehlt sich, wenn der Abscheidung eine Nachbearbeitung z.B. der Oberflächen der Abscheidung erfolgt. Dabei dient die Form als Magazin. Danach wird die Form durch mechanisches Trennen entfernt, geschmolzen bzw. physikalisch oder chemisch aufgelöst.A inventive form for depositing a material from an electrolyte from a cast insert plate as a substrate and applied thereto Structures made of an insulating plastic. Such a lost one Metal plastic mold is filled with a material, preferably by Electroforming with nickel, cobalt, iron, gold, copper or a Alloy of these elements, or by electrophoresis with ceramic galvanic filled. The deposition completely or completely covers the plastic side walls the shape becomes, if it is not to protect the deposited material, only partially filled. A complete one Filling up recommends if the deposition is post processing, e.g. the surfaces of the Deposition takes place. The shape serves as a magazine. After that, the Mold removed by mechanical separation, melted or physically or chemically dissolved.

Die Einlegeplatte ist elektrisch leitfähig und besteht aus einem bei Raumtemperatur weichen, schmelzbaren Metall oder einer entsprechenden Legierung. Soll die Einlegeplatte vom abgeschiedenem Werkstoff durch Schmelzen getrennt werden, so muss das Metall bzw. die Legierung einen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunkts des abzuscheidenden Werkstoffs, der vorzugsweise Nickel, Kobalt oder eine Legierung aus diesen Elementen ist, jedoch oberhalb der Verarbeitungstemperatur des hierauf aufgebrachten Kunststoffs aufweisen. In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Einlegeplatte daher aus Zinn oder einer Zinnlegierung.The Insert plate is electrically conductive and consists of a Room temperature soft, fusible metal or equivalent Alloy. If the insert plate from the deposited material by Melting must be separated, so must the metal or the alloy a melting point below the melting point of the deposited Material, preferably nickel, cobalt or an alloy from these elements, but above the processing temperature have the applied thereto plastic. In a preferred Design consists of the insert plate therefore made of tin or one Tin alloy.

Die auf der Einlegeplatte aufgebrachten elektrisch isolierenden und hiervon abstehenden Strukturen bestehen aus einem nichtleitfähigen Kunststoff wie Polymer, Harz usw., besonders bevorzugt Polyacetal (POM). Diese Strukturen sind formschlüssig in Öffnungen auf der Einlegeplatte eingebracht.The on the insert plate applied electrically insulating and protruding structures consist of a non-conductive plastic such as polymer, resin, etc., more preferably polyacetal (POM). These Structures are form-fitting in openings placed on the insert plate.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Form zur Abscheidung eines Werkstoffs aus einem Elektrolyten umfasst mindestens die Verfahrensschritte a) bis g).The inventive method for producing a mold for depositing a material an electrolyte comprises at least the process steps a) to g).

Gemäß Verfahrensschritt a) wird zunächst ein erster Formeinsatz bereitgestellt, der Kavitäten, d.h. nicht durchgehende Vertiefungen, aufweist, die vorzugsweise mikrostrukturiert sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird hierzu aus einem dritten Formeinsatz, der aus zumeist einem Metall oder einer Metalllegierung (Nickel oder Messing) besteht, jedoch auch aus Keramik, Silizium, Kunststoff oder Glas bestehen kann, und der Erhebungen aufweist, der erste Formeinsatz, der Kavitäten an Stelle der Erhebungen des dritten Formeinsatzes aufweist, gefertigt. Der erste Formeinsatz kann aus einem beliebigen festen Material bestehen. Im Falle, dass der erste Formeinsatz jedoch aus einem dritten Formeinsatz, der Erhebungen an Stelle von dessen der Kavitäten aufweist, gefertigt wird, besteht er vorzugsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA).According to process step a) becomes first first mold insert providing cavities, i. not continuous Wells, which are preferably microstructured. In a preferred embodiment, for this purpose, from a third mold insert, The usually made of a metal or a metal alloy (nickel or brass), but also of ceramic, silicon, plastic or glass, and which has elevations, the first Mold insert, the cavities has made in place of the elevations of the third mold insert. The first mold insert can be made of any solid material consist. In the case of the first mold insert, however, from a third mold insert having elevations in place of the cavities, is made, it is preferably made of polymethylmethacrylate (PMMA).

Aus diesem ersten Formeinsatz wird gemäß Verfahrensschritt b) als Negativ eine Primärform hergestellt, die bevorzugt aus Keramik, Gips oder einem Elastomer, besonders bevorzugt Silikonkautschuk, besteht. Die hitzebeständige Primärform weist an denjenigen Stellen Erhebungen auf, an denen der erste Formeinsatz Kavitäten besitzt.Out This first mold insert is in accordance with method step b) as Negative a primary form made of ceramic, gypsum or an elastomer, silicone rubber is particularly preferred. The heat-resistant primary form has In those places surveys on which the first mold insert wells has.

Im sich hieran anschließenden Verfahrensschritt c) wird ein Metall oder eine Legierung in die zuvor hergestellte Primärform gegossen. Die so gebildete leitfähige Einlegeplatte wird während des Gießens wie folgt mit Lochstrukturen und stellt die Grundfläche der erfindungsgemäßen Form dar, die mit Öffnungen an denjenigen Stellen versehen ist, an denen die Primärform Erhebungen aufweist und wobei mindestens eine der Öffnungen durchgehend ist. Die Einlegeplatte besteht aus einem schmelzbaren, bei Raumtemperatur weichen Metall oder einer Legierung. Die Einlegeplatte muss weicher als der zweite Formeinsatz sein. Der Schmelzpunkt dieses Materials liegt in einer vorteilhaften Ausgestaltung unterhalb des Schmelzpunkts des abzuscheidenden Werkstoffs, bevorzugt wird beim Einsatz einer der abgeschiedenen Werkstoffe Nickel, Kobalt oder einer Legierung aus diesen Elementen für die Einlegeplatte Zinn oder eine Zinnlegierung eingesetzt. In einer alternativen Ausgestaltung besteht die Einlegeplatte aus einem Metall oder einer Legierung, das bzw. die selektiv gegen den abzuscheidenden Werkstoff lösbar ist.In the subsequent process step c), a metal or an alloy is poured into the previously prepared primary mold. The conductive insert plate thus formed becomes as follows with hole structures during casting and constitutes the base of the mold according to the invention, which is provided with openings at those points where the primary form has projections and at least one of the openings is continuous. The insert plate consists of a fusible, at room temperature soft metal or an alloy. The insert plate must be softer than the second mold insert. The melting point of this material is in an advantageous embodiment below the melting point of the deposited Material, is preferably used when using one of the deposited materials nickel, cobalt or an alloy of these elements for the insert plate tin or a tin alloy. In an alternative embodiment, the insert plate is made of a metal or an alloy which is selectively releasable against the material to be deposited.

Bevor die Einlegeplatte gemäß Verfahrensschritt d) aus der Primärform entnommen wird, kann deren Oberfläche gegebenenfalls z. B. durch Polieren, Fräsen, Schleifen usw. eingeebnet werden. Die Primärform lässt sich je nach Material der Einlegeplatte im nachfolgenden Metallguss mehrmals unbeschädigt einsetzen.Before the insert plate according to method step d) from the primary form is removed, the surface may optionally z. B. by Polishing, milling, Grinding etc. are leveled. The primary form can be depending on the material of Insert the insert plate several times undamaged in the following metal casting.

Die Einlegeplatte wird dann gemäß Verfahrensschritt e) auf einen zweiten, ebenfalls Kavitäten aufweisenden Formeinsatz, aufgelegt. Hierbei ist es wichtig, dass die Öffnungen der Einlegeplatte und des zweiten Formeinsatzes, die sich in der Geometrie ihrer Strukturen meist unterscheiden, möglichst übereinander positioniert werden. Ist die Einlegeplatte gegenüber dem zweiten Formeinsatz richtig positioniert, können sich grundsätzlich keine Spalte zwischen den Kunststoffstrukturen und der Einlegeplatte innerhalb der erfindungsgemäßen Form einerseits und zwischen der Einlegeplatte und dem zweiten Formeinsatz andererseits bilden. In einer weiteren Ausgestaltung wird der erste Formeinsatz auch als zweiter Formeinsatz eingesetzt.The Insert plate is then according to process step e) to a second, also cavities having mold insert, hung up. It is important that the openings of the insert plate and the second mold insert, resulting in the geometry of their structures mostly different, if possible one above the other be positioned. Is the insert plate opposite the second mold insert can be positioned correctly basically no gaps between the plastic structures and the insert plate inside the shape of the invention on the one hand and between the insert plate and the second mold insert on the other hand. In a further embodiment, the first Mold insert also used as a second mold insert.

Anschließend wird nach Verfahrensschritt f) ein nichtleitfähiger Kunststoff wie Thermoplast, thermoplastisches Elastomer oder Wachs mittels Mikrospritzgießen in die Öffnungen der Einlegeplatte gegossen. Durch die Lochstrukturen der Einlegeplatte wird auf diese Weise eine Kunststoffschmelze gespritzt, um die isolierenden Strukturen der erfindungsgemäßen Form zu realisieren, die erhaben über mindestens einer Oberfläche der leitfähigen Einlegeplatte aus Metall oder einer Metalllegierung stehen und formschlüssig mit den Öffnungen in der Einlegeplatte verbunden sind. Vorzugsweise wird Polyoxymethylen (POM) als elektrisch nichtleitfähiger Kunststoff eingesetzt. In einer alternativen Ausgestaltung wird anstelle des Spritzgießens eines Kunststoffs ein Reaktionsgießen eines Harzes, das zu einem Kunststoff reagiert, durchgeführt.Subsequently, will after process step f) a non-conductive plastic such as thermoplastic, thermoplastic elastomer or wax by means of micro injection molding in the openings poured the insert plate. Through the hole structures of the insert plate is In this way, a plastic melt injected to the insulating Structures of the inventive form to realize the sublime over at least one surface the conductive insert plate made of metal or a metal alloy and with a form-fitting with the openings are connected in the insert plate. Preferably, polyoxymethylene (POM) as electrically non-conductive plastic used. In an alternative embodiment, instead of injection molding of a plastic, a reaction casting of a resin, resulting in a Plastic reacts, performed.

Die erfindungsgemäße Form wird schließlich nach Verfahrensschritt g) durch Abnehmen des zweiten Formeinsatzes erhalten.The inventive form eventually becomes Method step g) obtained by removing the second mold insert.

Eine bezüglich Maßhaltigkeit besonders bevorzugte Werkstoffauswahl lautet wie folgt:A in terms of dimensional stability particularly preferred material selection is as follows:

1. mold insert: polymethyl methacrylate (PMMA)
2. Mold insert: nickel
3. Mold insert: nickel
Primary form: silicone rubber
Insert plate: tin

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die serienmäßige Herstellung von erfindungsgemäßen Formen durch Kombination von Metall- und Spritzgießen. Dieses Verfahren nutzt die Gießtechnik von Metallschmelzen zur Herstellung einer mit Löchern in mikro- oder feinwerktechnischen Dimensionen versehenen Substratplatte aus einem Metall, das weicher ist als der für das Spritzgießen verwendete mikrostrukturierte zweite Formeinsatz und kombiniert dieses Verfahren mit den bekannten Vorteilen des Mikrospritzgießens von Kunststoffstrukturen vor allem hinsichtlich Wirtschaftlichkeit bei der Serienfertigung und Formgebung bei Thermoplasten, thermoplastischen Elasten und Wachsen ohne Reaktionsschwund.The inventive method allows serial production of forms according to the invention by combination of metal and injection molding. This method uses the casting technique of Metal melts for producing a hole in micro- or precision engineering Dimensions provided substrate plate of a metal, the softer is as the for the injection molding used microstructured second mold insert and combined this Method with the known advantages of micro injection molding of Plastic structures above all in terms of cost-effectiveness series production and shaping of thermoplastics, thermoplastic Elasten and waxes without reaction shrinkage.

Erfindungsgemäß wird das Gießen als Verfahren eingesetzt, um eine mit Löchern strukturierte weiche Metallplatte herzustellen, die anschließend in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt wird. Hierbei bietet der Feinguss die Möglichkeit, gegenüber einem eingelegten Urmodell maßgleiche Metallplatten herzustellen. Damit lässt sich durch den Mikroguss nach dem Vorbild des Feingussverfahrens eine gegenüber einem Urmodell maßgleiche Lochplatte herstellen, weil der Schrumpf der Metallschmelze bei der Erstarrung und Abkühlung durch eine vorherige Expansion der Einbettmasse, die in das Urmodell eingegossen, getrocknet und gesintert wird, beim Brennen kompensiert wird.According to the invention to water used as a method to make a hole-structured soft Metal plate, then in an injection mold is inserted. Here, the investment casting offers the opportunity across from an inlaid original model of the same dimensions Produce metal plates. This can be achieved by the micro-casting after the example of the investment casting process one against one Original model true to size Make perforated plate, because the shrinkage of the molten metal at the solidification and cooling through a prior expansion of the investment, which is in the original model poured, dried and sintered, compensated during firing becomes.

Im erfindungsgemäßen Verfahren bildet die Primärform die Gussform. Ein Maßvorhalt ist in der Struktur des ersten Formeinsatzes berücksichtigt.in the inventive method forms the primary form the mold. A Maßvorhalt is taken into account in the structure of the first mold insert.

Erfindungsgemäß verhindert die Verwendung eines Metalls, das weicher ist als der mikrostrukturierte zweite Formeinssatz, der für die Formgebung der Kunststoffmikrostrukturen der erfindungsgemäßen verwendet wird, eine Deformation der Formeinsatzstirnfläche Form während des Spritzgießens der Kunststoffstrukturen. Durch den Einsatz der Spritzgießtechnik – statt Reaktionsgießen durch eine strukturierte Metallplatte – tritt kein Reaktionsschwund während der Verfestigung der Kunststoff strukturen auf, um Kunststoffmikrostrukturen auf einem Metallsubstrat durch Einlegspritzgießen herzustellen.Prevented according to the invention the use of a metal that is softer than the microstructured one second form of sentence used for the shape of the plastic microstructures of the invention used is a deformation of the mold insert face during injection molding of the mold Plastic structures. Through the use of injection molding - instead reaction molding through a textured metal plate - occurs no reaction shrinkage while the solidification of the plastic structures on to plastic microstructures on a metal substrate by insert injection molding.

Eine erfindungsgemäße Form wird insbesondere zur Galvanoformung eines Metalls bzw. einer Legierung, zur Elektrophorese einer Keramik bzw. eines Glases, zur elektrochemischen Abscheidung eines Oligomers bzw. eines Polymers oder zur Abscheidung eines biologischen bzw. naturidentischen Materials verwendet. Durch die Abscheidung von mindestens zwei Materialien lässt sich ein Werkstoffverband herstellen. In allen Fällen kann die erfindungsgemäße Form dazu verwendet werden, um mikro- oder nanostrukturierte Bauteile herzustellen.A mold according to the invention is used in particular for the electroforming of a metal or an alloy, for the electrophoresis of a ceramic or a glass, for the electrochemical deposition of an oligomer or a polymer or for the deposition of a biological or nature-identical material. By the deposition At least two materials can be used to produce a material bond. In all cases, the mold according to the invention can be used to produce micro- or nanostructured components.

Die vorliegende Erfindung weist folgende wesentliche Vorteile auf:

– Der Einsatz der Gießtechnik erlaubt eine wirtschaftliche Herstellung der metallischen Einlegeplatten in größeren Stückzahlen für eine Massenfertigung. Diese können eine beliebige Anzahl und Geometrieform der Lochstrukturen bis in den Mikrometerbereich aufweisen.
– Die Verwendung eines Metalls für die Einlegeplatte, das weicher ist als der zweite Formeinsatz, der für das folgende Spritzgießen der Kunststoffmikrostrukturen verwendet wird, verhindert Deformationen an der Stirnfläche des zweiten Formeinsatzes während des Spritzgießens.
– Im Gegensatz zu einem spritzgegossenen oder reaktionsgegossenen Substrat aus Kunststoff schwindet eine Metalleinlegeplatte nicht gegenüber einem mikrostrukturierten ersten Formeinsatz, weil er fast den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt wie die üblicherweise eingesetzten Materialien für den zweiten Formeinsatz.
– Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Form stellt sicher, dass es während des nachfolgenden Spritzgießens der isolierenden Kunststoffmikrostrukturen, das durch die Löcher in der Einlegeplatte erfolgt, weder zum Aufschmelzen der Löcher noch zur Verschleppung von leitfähigem Werkstoff in den Bereich der aus isolierendem Kunststoff spritzgegossenen erhabenen Mikrostrukturen kommt.
– Durch die Verwendung eines Metalls wird eine steife Einlegeplatte realisiert, die sich bei niedrigen Werkzeugtemperaturen während und nach dem Spritzgießen nicht verformt. Damit ist sichergestellt, dass die Ebenheit der Metalleinlegeplatte und des mikrostrukturierten zweite Formeinsatzes, der beim Spritzgießen der Kunststoffstrukturen eingesetzt wurde, nicht nur in die mikrostrukturierte Form, sondern auch in den anschließenden galvanischen oder elektrophoretischen Niederschlag übertragen wird.
– Falls sich die galvanische oder elektrophoretische Abscheidung, die nach dem Spritzgießen auf der Metallplatte stehend die Zwischenräume zwischen den Kunststoffstrukturen füllt, mechanisch von der Metallplatte trennen lässt, kann die Metallplatte mehrfach verwendet werden. Sind die Kunststoffstrukturen nicht deformiert, kann die gesamte Form wiederverwendet werden.

The present invention has the following significant advantages:

- The use of casting technology allows an economical production of metallic insert plates in larger quantities for mass production. These can have any number and geometry of the hole structures down to the micrometer range.
- The use of a metal for the insert plate, which is softer than the second mold insert, which is used for the subsequent injection molding of the plastic microstructures, prevents deformation on the end face of the second mold insert during injection molding.
In contrast to an injection-molded or reaction-molded plastic substrate, a metal insert plate does not shrink from a microstructured first mold insert because it has almost the same coefficient of thermal expansion as the materials commonly used for the second mold insert.
The use of a mold according to the invention ensures that during the subsequent injection molding of the insulating plastic microstructures which takes place through the holes in the insert plate, neither the melting of the holes nor the carryover of conductive material into the region of the raised microstructures injection molded from insulating plastic ,
- By using a metal a rigid insert plate is realized, which does not deform at low mold temperatures during and after injection molding. This ensures that the flatness of the metal insert plate and the microstructured second mold insert, which was used in the injection molding of the plastic structures, not only in the microstructured shape, but also in the subsequent galvanic or electrophoretic precipitate is transferred.
- If the galvanic or electrophoretic deposition, which fills the gaps between the plastic structures standing on the metal plate after injection molding, can be mechanically separated from the metal plate, the metal plate can be used several times. If the plastic structures are not deformed, the entire shape can be reused.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to embodiments and the figures explained in more detail. It demonstrate:

1 Schema für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils in Schnittansicht: 1 Scheme for carrying out the process according to the invention in each case in sectional view:

1a) Erster Formeinsatz 20 mit Kavitäten 21, 21'; 1a ) First mold insert 20 with cavities 21 . 21 ';

1b) Herstellen einer Primärform 30 als Negativ des ersten Formeinsatzes mit Erhebungen 31, 31'; 1b ) Making a primary shape 30 as a negative of the first mold insert with elevations 31 . 31 ';

1c) Gießen eines Metalls (Legierung) in die Primärform 30 und Bilden einer Einlegeplatte 12 mit Öffnungen 13, 13' an Stelle der Erhebungen 31, 31' der Primärform; 1c ) Casting a metal (alloy) into the primary form 30 and forming an insert plate 12 with openings 13 . 13 ' in place of the surveys 31 . 31 ' the primary form;

1d) Trennen der Einlegeplatte 12 von der Primärform 30; 1d ) Separate the insert plate 12 from the primary form 30 ;

1e) Auflegen der Einlegeplatte 12 auf einen zweiten Formeinsatz 40 mit Kavitäten 41, 41', wobei die Öffnungen 13, 13' der Einlegeplatte 12 und die Kavitäten 41, 41' des zweiten Formeinsatzes 40 übereinander positioniert werden; 1e ) Place the insert plate 12 on a second mold insert 40 with cavities 41 . 41 ' where the openings 13 . 13 ' the insert plate 12 and the cavities 41 . 41 ' of the second mold insert 40 be positioned one above the other;

1f) Spritzgießen eines elektrisch nichtleitfähigen Kunststoffs durch die Öffnungen 13, 13' der Einlegeplatte 12 in die Kavitäten 41, 41' des zweiten Formeinsatzes 40 und Bilden von Kunststoffstrukturen 11, 11', die auf der Einlegeplatte 12 abstehen und formschlüssig mit den Öffnungen 13,13' der Einlegeplatte 12 verbunden sind; 1f ) Injection molding of an electrically non-conductive plastic through the openings 13 . 13 ' the insert plate 12 into the cavities 41 . 41 ' of the second mold insert 40 and forming plastic structures 11 . 11 ' on the insert plate 12 stand out and form-fitting with the openings 13 . 13 ' the insert plate 12 are connected;

1g) Abnehmen des zweiten Formeinsatzes 4C, wodurch die erfindungsgemäße Form 10 erhalten wird. 1g ) Removal of the second mold insert 4C , whereby the inventive form 10 is obtained.

2 Schnittansicht des mit der erfindungsgemäßen Form 10 aus einem Elektrolyten abgeschiedenen Werkstoffs 50, 55, 2 Sectional view of the mold according to the invention 10 made of an electrolyte deposited material 50 . 55 .

2a) bei dem die Höhe der Abscheidung höher als die Strukturen 11, 11' aus dem elektrisch nichtleitfähigen Kunststoff ist, so dass ein abgeschiedener Werkstoff 50 mit Kavitäten 51, 51' erhalten wird, bzw. 2a ) in which the height of the deposit is higher than the structures 11 . 11 ' made of electrically non-conductive plastic, so that a deposited material 50 with cavities 51 . 51 ' is obtained, or

2b) bei dem die Höhe der Abscheidung höchstens den Strukturen 11, 11' aus dem elektrisch nichtleitfähigen Kunststoff entspricht, so dass ein abgeschiedener Werkstoff 55 mit durchgehenden Öffnungen 56, 56' erhalten wird. 2 B ) at which the height of the deposit at most the structures 11 . 11 ' from the electrically non-conductive plastic, so that a deposited material 55 with through openings 56 . 56 ' is obtained.

3 Schnittansicht der erfindungsgemäßen Form 3 Sectional view of the mold of the invention

3a) mit gegossener Einlegeplatte ohne Verschiebung zwischen dem Angusskanal und der Kavität des zweiten Formeinsatzes; 3a ) with cast insert plate without displacement between the runner and the Cavity of the second mold insert;

3b) mit gegossener Einlegeplatte und hergestellt mit Verschiebung zwischen dem Angusskanal und der Kavität des zweiten Formeinsatzes; 3b ) with cast insert plate and made with displacement between the runner and the cavity of the second mold insert;

3e) wie a) mit Bodenplatte aus dem elektrisch nichtleitfähigen Kunststoff; 3e ) as a) with bottom plate made of electrically non-conductive plastic;

3d) wie b) mit Bodenplatte aus dem elektrisch nichtleitfähigen Kunststoff; 3d ) as b) with bottom plate made of electrically non-conductive plastic;

3e) wie a), wobei die Strukturen im zweiten Formeinsatz im Querschnitt kleiner sind als die Öffnungen in der Einlegeplatte und mittig liegen; 3e ) as in a), wherein the structures in the second mold insert are smaller in cross-section than the openings in the insert plate and are located centrally;

3f) wie c), wobei die Strukturen im zweiten Formeinsatz im Querschnitt kleiner sind als die Öffnungen in der Einlegeplatte und außermittig liegen; 3f as c), wherein the structures in the second mold insert in cross-section are smaller than the openings in the insert plate and are off-center;

3g) wie e), wobei der Querschnitt der Öffnungen in der Einlegeplatte signifikant kleiner ist als der Querschnitt der Strukturen im zweiten Formeinsatz; 3g ) as e), wherein the cross section of the openings in the insert plate is significantly smaller than the cross section of the structures in the second mold insert;

3h) wie g), wobei die Öffnungen der Einlegplatte außermittig in Bezug auf die Strukturen im zweiten Formeinsatz sind. 3h g), wherein the openings of the insert plate are eccentric with respect to the structures in the second mold insert.

1 zeigt jeweils in Schnittansicht eine schematische Darstellung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In diesem Ausführungsbeispiel wurde der in 1a) dargestellte erste Formeinsatz 20 als PMMA-Negativ eines dritten Formeinsatzes aus Messing hergestellt. Die Kavitäten 21, 21' dieser Kopie spiegeln die Erhebungen des dritten Formeinsatzes wider. 1 shows a sectional view of a schematic representation of the implementation of the method according to the invention. In this embodiment, the in 1a ) illustrated first mold insert 20 as PMMA negative of a third mold insert made of brass. The cavities 21 . 21 ' This copy reflects the elevations of the third mold insert.

Anschließend wurde entsprechend 1b) als Negativ des ersten Formeinsatzes 20 eine Primärform 30 aus dem Elastomer Silikonkautschuk hergestellt. In diese Primärform wurden gemäß 1c) Einlegeplatten 12 aus Zinn serienmäßig gegossen und nach 1d) von der Primärform 30 problemlos entfernt. Die hierfür eingesetzten Parameter waren:

– Evakuierung der Form bei ca. 0,1 bar,
– Temperatur der Zinnschmelze ca. 250°C,
– Druck nach dem Gießen ca. 4 bar.

Subsequently, it became appropriate 1b ) as a negative of the first mold insert 20 a primary form 30 made of the elastomer silicone rubber. In this primary form were according to 1c ) Extension leaves 12 cast in pewter as standard and after 1d ) of the primary form 30 easily removed. The parameters used for this were:

Evacuation of the mold at about 0.1 bar,
- temperature of the tin melt about 250 ° C,
- Pressure after casting approx. 4 bar.

Eine der Einlegeplatten 12 aus Zinn wurde in ein Werkzeug einer Spritzgießmaschine gegenüber dem zweiten Formeinsatz 40 gemäß 1e) eingelegt. In die durchgehenden Öffnungen der Einlegeplatte 12 wurde ebenfalls gemäß 1f) mit den folgenden Parametern Polyoxymethylen (POM) 11, 11' eingespritzt, um die Form 10 zu erhalten:

– Einspritztemperatur der Polymerschmelze ca. 190°C,
– Einspritzdruck ca. 100 bar,
– Temperatur des Werkzeugs und des zweiten Formeinsatzes ca. 40°C

One of the extension leaves 12 made of tin was placed in a mold of an injection molding machine opposite the second mold insert 40 according to 1e ). In the through holes of the insert plate 12 was also according to 1f ) with the following parameters Polyoxymethylene (POM) 11 . 11 ' injected to the mold 10 to obtain:

Injection temperature of the polymer melt about 190 ° C,
- injection pressure approx. 100 bar,
- Temperature of the tool and the second mold insert about 40 ° C

Danach wurde die Form 10 aus Zinn und POM gemäß 1g) entnommen und mit folgenden Parametern galvanisch mit Nickel entweder nach 2a) vollständig oder nach 2a) teilweise aufgefüllt

– Nickelsulfamatelektrolyt mit pH 3,3 bis 3,5 und Temperatur ca. 52°C,
– Stromdichte ca. 1 A/dm²

After that, the shape became 10 made of tin and POM according to 1g ) and with the following parameters galvanically with nickel either after 2a ) completely or after 2a ) partially filled

Nickel sulphamate electrolyte with pH 3.3 to 3.5 and temperature about 52 ° C,
- Current density approx. 1 A / dm ²

Nach der Nickel-Abscheidung wurden die Kunststoffstrukturen 11, 11' aus POM in einem Lösungsmittel entfernt, das Zinn der Einlegeplatte 12 geschmolzen und der Zinnrest galvanisch aufgelöst, z. B. mit Zinn als Anode in einer 5 M-Lösung aus NaOH bei 80°C und einer Stromdichte von 5–10 A/dm². Nickel löst sich unter diesen Bedingungen nicht auf.After nickel deposition, the plastic structures became 11 . 11 ' removed from POM in a solvent, the tin of the insert plate 12 melted and the tin remainder galvanically dissolved, z. B. with tin as the anode in a 5 M solution of NaOH at 80 ° C and a current density of 5-10 A / dm ^second Nickel does not dissolve under these conditions.

Die Qualität der POM-Mikrostrukturen 11, 11' hängt praktisch nur von der richtigen Auffüllung der Kavitäten 41, 41' des zweiten Formeinsatzes 40 ab. Es wurde beobachtet, dass mit Ausnahme der Mikrostrukturen die Oberfläche der Einlegeplatte 12 völlig mit Nickel bedeckt wird. Wie festgestellt wurde, gewährleisten die Einlegeplatten 12 mit Einspritzkonturen eine bessere Qualität der verlorenen Metallkunststoffformen 10 und der Ni-Abformungen 50, 55 als perforierte Einlegeplatten.The quality of POM microstructures 11 . 11 ' depends almost only on the correct filling of the cavities 41 . 41 ' of the second mold insert 40 from. It has been observed that, except for the microstructures, the surface of the insert plate 12 completely covered with nickel. As stated, the insert plates ensure 12 with injection contours a better quality of the lost metal plastic molds 10 and the Ni impressions 50 . 55 as perforated insert plates.

Eine der wichtigsten Defektursachen beim Einlegespritzgießen ist die Spaltbildung zwischen den Mikrostrukturen und der Oberfläche der Einlegeplatte. Handelt es sich um eine perforierte Einlegeplatte, so bilden sich, wie in 3h) und i) dargestellt, leicht Spalte 175, 185 zwischen den Mikrostrukturen 171, 181 und dem Einlegeplatte 172, 182, was zu einem unerwünschten Grat an den mikrostrukturierten Bauteilen führt.One of the most important causes of defect during injection molding is the gap formation between the microstructures and the surface of the insert plate. If it is a perforated insert plate, then form as in 3h ) and i) shown, easily column 175 . 185 between the microstructures 171 . 181 and the insert plate 172 . 182 , resulting in an undesirable burr on the microstructured components.

Wie in 3a) bis d) skizziert, können sich aber grundsätzlich keine Spalte zwischen den Mikrostrukturen 101, 111, 121, 131 und der Einlegeplatte 102, 112, 122, 132 bilden, wenn eine Einlegeplatte mit Einspritzkonturen gegenüber dem zweiten Formeinsatz richtig positioniert ist, wobei auch geringe Verschiebung in der Position keine Nachteile hinsichtlich Spaltbildung und Abscheidung mit sich bringt.As in 3a ) to d), but in principle no gaps between the microstructures 101 . 111 . 121 . 131 and the insert plate 102 . 112 . 122 . 132 form when an insert plate is positioned with injection contours relative to the second mold insert correctly, with even slight shift in position brings no disadvantages in terms of gap formation and deposition with it.

Ebenso können sich, wie in 3 e) und f) skizziert, auch grundsätzlich keine Spalte zwischen den Mikrostrukturen 141, 151 und der Einlegeplatte 142, 152 bilden, wenn die Strukturen im zweiten Formeinsatz im Querschnitt kleiner sind als die Öffnungen in der Einlegeplatte. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass die Justage der Einlegeplatte gegenüber dem zweiten Formeinsatz vereinfacht wird und auch größere Toleranzen im lateralen Versatz akzeptiert werden können.Likewise, as in 3 e) and f) also outlines no gaps between the microstructures 141 . 151 and the insert plate 142 . 152 form when the structures in the second mold insert in cross-section are smaller than the openings in the insert plate. Another advantage of this method is that the adjustment of the insert plate is simplified compared to the second mold insert and larger tolerances in the lateral offset can be accepted.

Befinden sich, wie in 3g) dargestellt, im zweiten Formeinsatz dünnwandige, eng beieinander stehende Strukturen 161 so empfiehlt sich, eine Einlegeplatte 162 zu verwenden, deren Öffnungen mindestens den Bereich dieser Strukturen 161 umfasst.Are, as in 3g ), in the second mold insert thin-walled, closely spaced structures 161 so we recommend an insert plate 162 to use, whose openings at least the area of these structures 161 includes.

Im Falle von Strukturen, wie sie beispielhaft in den 3e) bis g) dargestellt sind, kann darüber hinaus jede elektrisch leitfähige oder mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtete Einlegeplatte, die durch ein beliebiges Verfahren hergestellt wird, eingesetzt werden.In the case of structures, as exemplified in the 3e ) to g), any electrically conductive or electrically conductive material coated insert plate made by any method may be used.

Mit erfindungsgemäßen Formen 10 hergestellte Nickel-Mikrostrukturen besitzen eine höhere Qualität, schärfere Kanten und praktisch keine Defekte.With inventive forms 10 manufactured nickel microstructures have higher quality, sharper edges and virtually no defects.

10, 100, 110, 120,..., 18010 100, 110, 120, ..., 180: Formshape
11, 11', 101, 111, 121,..., 18111 11 ', 101, 111, 121, ..., 181: Strukturen aus Kunststoffstructures made of plastic
12, 102, 112, 122,..., 18212 102, 112, 122, ..., 182: Einlegeplatteinsert plate
13, 13'13 13 ': Öffnungen der Einlegeplatteopenings the insert plate
2020: 1. Formeinsatz1. mold insert
21, 21'21 21 ': Kavitäten des 1. FormeinsatzesCavities of 1. mold insert
3030: Primärformprimary form
31, 31'31 31 ': Erhebungen der Primärformsurveys the primary form
4040: 2. FormeinsatzSecond mold insert
41, 41'41 41 ': Kavitäten des 2. FormeinsatzesCavities of 2. mold insert
50, 5550, 55: Abgeschiedener Werkstoffsecluded material
51, 51'51 51 ': Öffnungen des abgeschiedenen Werkstoffsopenings of the deposited material
56, 56'56 56 ': Kavitäten des abgeschiedenen WerkstoffsCavities of deposited material
175, 185175 185: Spaltgap

Claims

Form for separating a material from a Electrolytes comprising - one cast, openings comprising insert plate made of a non-alloyed or alloyed metal, the a melting point below the melting point of the deposited Has material or selectively against the material to be deposited solvable, wherein at least one of the openings is continuous is and - Structures made of an electrically non-conductive plastic or of wax, which protrude from the insert plate and with positive fit with the openings the insert plate are connected.

Mold according to claim 1, wherein the cross-section is at least an opening the insert plate is larger as the cross section of the over the insert plate protruding structures.

Mold according to claim 2, wherein the cross section of the at least an opening the insert plate is larger as the sum of the cross sections of at least two above the Insert plate protruding structures plus the intermediate surface between these structures.

Mold according to one of claims 1 to 3 with an insert plate made of tin or a tin alloy.

Mold according to one of claims 1 to 4 with polyoxymethylene (POM) as a plastic.

Process for producing a mold for deposition a material of an electrolyte comprising the method steps: a) Provide a cavities having the first mold insert, b) producing a primary form as Negative of the first mold insert, with the primary form elevations in place the cavities having the first mold insert, c) casting a unalloyed or alloyed metal, which has a melting point below the melting point of the material to be deposited or selectively against the material to be separated solvable is, in the primary form, creating an insert plate with openings is formed in place of the elevations of the primary form and wherein at least one of the openings is continuous, d) separating the insert plate from the primary mold, e) Laying the insert plate on a second, cavities Mold insert, which consists of a material that is harder than the material is that of the insert plate, wherein the openings of the Insert plate and the second mold insert are positioned one above the other, f) injection molding an electrically non-conductive plastic or a wax or reaction casting a resin, which is a Plastic reacts through the openings the insert plate into the cavities of the second mold insert, leaving structures of the plastic are formed, which protrude on the insert plate and positively with the openings are connected in the insert plate, and g) removing the second Mold insert, whereby the mold for the deposition of a material is obtained from an electrolyte.

The method of claim 6, wherein the second mold insert has at least one cavity whose cross-section is smaller than at least one opening the insert plate.

The method of claim 7, wherein the second mold insert at least two cavities has, whose cross-sectional area plus the intervening surface is smaller than an opening the insert plate.

Method according to one of claims 6 to 8, wherein the second Mold insert made of nickel or a nickel alloy.

Method according to one of claims 6 to 9, wherein from a third mold insert, which has elevations, the first mold insert, the cavities has made in place of the elevations of the third mold insert becomes.

The method of claim 10, wherein the first mold insert made of polymethylmethacrylate (PMMA).

A method according to any one of claims 10 to 11, wherein the third Mold insert made of nickel or a nickel alloy.

Method according to one of claims 6 to 9, wherein the first Mold insert is also used as a second mold insert.

Method according to one of claims 6 to 13, wherein a primary form of a heat resistant Elastomer, ceramic or plaster is used.

The method of claim 14, wherein a primary form of Silicone rubber is used.

Method according to one of claims 6 to 15, wherein the insert plate is cast from tin or a tin alloy.

A method according to any one of claims 6 to 16, wherein polyoxymethylene (POM) as electrically non-conductive Plastic is used.

Process for the production of a material under Use of a mold made according to any one of claims 6 to 17 is, with the following process steps: - deposition of the material from the electrolyte into the mold, - Remove the mold from insert plate and electrically nonconductive Plastic, making the structure in the deposited material a Copy of the structure of the second mold insert forms.

The method of claim 18, wherein the insert plate is removed by melting.

The method of claim 18, wherein the insert plate removed form by chemical or electrochemical dissolution becomes.

A method according to any one of claims 18 to 20, wherein the plastic the mold removed by melting, thermal decomposition or dissolution becomes.

Use of the mold according to one of claims 1 to 5 for the electroforming of a metal or an alloy.

Use of the mold according to one of claims 1 to 5 for the electrophoresis of a ceramic or a glass.

Use of the mold according to one of claims 1 to 5 for the electrochemical deposition of an oligomer or a polymer.

Use of the mold according to one of claims 1 to 5 for the deposition of a biological material.

Use of the mold according to one of claims 1 to 5 for the deposition of at least two materials for the production of a material association.

Use of the mold according to one of claims 22 to 26 for producing a micro- or nanostructured component.

Use of the mold according to one of claims 22 to 26 as a magazine for post-processing a deposited material.