CN110100047A - 电铸微结构制品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电铸燃料喷射器喷嘴结构的方法，诸如例如喷嘴板、阀门导管、喷嘴板与阀门导管的组合等，以及包含微结构特征的其他制品。本文所述的方法可以用于电铸具有高纵横比特征的紧邻制品，同时降低电铸过程期间空隙形成的可能性。
Description
技术领域
本发明总体上涉及电铸喷嘴结构(例如，可以适用于内燃机的燃料喷射器的喷嘴板、阀门导管、其他喷嘴结构及其组合)以及包括微结构特征的其他制品的方法。
背景技术
燃料喷射器系统有三种基本类型：进气道燃料喷射(PFI)、汽油直喷(GDI)、和直喷(DI)。PFI和GDI使用汽油作为燃料，而DI使用柴油燃料。继续努力进一步开发制造燃料喷射器喷嘴结构(例如，喷嘴板，也称为导向板)的方法和包含该燃料喷射器喷嘴结构的燃料喷射系统，以便潜在地改善燃料效率并减少内燃机的有害排放，以及降低包括内燃机的车辆的总体能量需求。
燃料喷射器系统使用燃料喷射器喷嘴(包括具有通孔的喷嘴结构)以输送燃料用于燃烧。喷嘴结构的制造可能在系统中造成特别的挑战，其中对通过喷嘴结构进行的燃料输送的控制可以改善或降低发动机的效率。
发明内容
本发明是针对电铸燃料喷射器喷嘴结构的方法，诸如例如喷嘴板、阀门导管结构、喷嘴板与阀门导管结构的组合等，以及包含微结构特征的其他制品。
在一个或多个实施方案中，本文所述的方法可以用于电铸具有高纵横比特征的紧邻制品，同时降低电铸过程期间空隙形成的可能性。通常，待电铸结构的表面涂覆有金属(例如，银或其他导电金属)涂层以使表面导电-包括高纵横比特征的垂直表面。参考例如图1，描绘了在基底表面12上包括微结构图案30的制品10。微结构图案30包括微结构特征40，每个微结构特征包括在基底表面12上的基底42和远距基底42和基底表面12的远端44。图1中还描绘了导电涂层20位于基底表面12以及微结构特征40上。特别地，导电涂层20位于微结构特征40的垂直表面上以及远端44上。
如图2中所描绘，在微结构制品10上电铸金属结构(例如，以板的形式)导致电铸金属50沉积在被导电涂层20覆盖的每个导电表面上。结果，甚至微结构特征40的垂直表面也涂覆有电铸金属50。通常，在微结构特征具有相对较高纵横比(即，相对于它们在基底表面上方的高度彼此靠近定位)的情况下，在微结构特征40之间的特征间空间完全被沉积在高纵横比微结构特征40的垂直表面上的电铸金属50填充之前，电铸金属50在微结构特征40的远端44附近聚拢。结果，可以在微结构特征40的基底42附近形成空隙52。
电铸制品中的空隙(诸如例如空隙52)是电铸制品中潜在的结构弱点，并且当制品因温度、压力或两者而受到压力时会导致失效。当电铸制品是用于燃料喷嘴的喷嘴结构时，这些问题尤其真实存在，该燃料喷嘴通常在使用期间受到相对较高的温度和压力。降低空隙形成的可能性可以改善电铸制品(包括如本文所述的微结构特征)的耐久性。
在一个或多个实施方案中，如本文所述的电铸制品(诸如例如喷嘴结构)的方法包括：形成第一材料的微结构图案，其中所述微结构图案包括延伸远离基底表面的多个微结构特征，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征包括靠近所述基底表面的基底和远距所述基底表面的远端，其中所述基底表面是导电表面，每个微结构特征沿其长度具有不均匀横截面，并且在其基底与远端之间具有非导电表面，其中所述微结构图案的所述多个微结构特征(i)彼此分立，(ii)彼此连接，或(iii)是(i)与(ii)两者的组合；在形成所述微结构图案之后从所述基底表面电铸金属结构(例如，板的形式)，其中所述金属结构延伸远离所述基底表面并且贴合每个微结构特征的所述非导电表面；以及从所述金属结构中去除所述第一材料以制造微结构金属制品，所述微结构金属制品包括所述金属结构中的所述微结构图案的负片。
在一个或多个实施方案中，所述多个微结构特征包括一对相邻的微结构特征，所述相邻的微结构特征包括第一微结构和第二微结构，其中当沿远离所述基底表面的方向朝向所述第一微结构特征和第二微结构特征的所述远端移动时，所述第一微结构与所述第二微结构之间的距离发生改变。在一个或多个实施方案中，所述距离增加。在一个或多个实施方案中，所述距离减小。在一个或多个实施方案中，当沿远离所述基底表面的方向朝向所述第一微结构特征和第二微结构特征的所述远端移动时，所述距离增大和减小。
在一个或多个实施方案中，所述多个微结构特征中的每个微结构的基底完全被所述导电基底表面围绕。
在一个或多个实施方案中，这对相邻的微结构特征的所述基底彼此接触，使得这对相邻的微结构特征中没有一个微结构的所述基底完全被所述导电基底表面围绕。
在一个或多个实施方案中，所述多个微结构特征包括三个或更多个微结构特征，并且其中所述三个或更多个微结构特征中的至少一个微结构包括与所述至少两个微结构特征的所述基底接触的基底，使得至少一个微结构的所述基底不完全被所述导电基底表面包围。
在一个或多个实施方案中，所述多个微结构特征中的每个微结构的整个表面是不导电的。
在一个或多个实施方案中，所述基底表面包括导电层。
在一个或多个实施方案中，所述多个微结构特征中的每个微结构在所述基底表面上方的高度为2毫米或更小。
在一个或多个实施方案中，所述微结构金属制品包括在所述微结构金属制品的相反两侧上的第一主表面和第二主表面，其中所述微结构金属制品包括从所述第一主表面延伸到所述第二主表面的多个通孔，其中每个通孔包括在所述第一主表面上的第一开口和在所述第二主表面上的第二开口，并且其中所述多个通孔中的每个通孔及其第一开口和第二开口具有由所述多个微结构特征的一个微结构限定的形状。
在一个或多个实施方案中，形成所述第一材料的所述微结构图案包括在所述基底表面上方提供一定量(例如，层或厚度)的所述第一材料，然后对所述第一材料使用多光子工艺。
在第二方面，如本文所述的制造微结构金属制品的方法的一个或多个实施方案可以包括：将模塑衬套的导电表面定位在微结构模具的第一主表面上，其中所述微结构模具包括在所述微结构模具的与所述第一主表面相反的一例上的第二主表面，其中所述微结构金属模具包括位于其中的多个腔，其中所述多个腔中的每个腔包括在所述第一主表面上的第一开口，其中所述模塑衬套包括多个孔隙，其中所述多个孔隙中的每个孔隙与所述微结构模具中的所述腔中的一个的第一开口对准；将模塑材料输送到所述微结构模具的所述多个腔中的每个腔中；在将模塑材料输送到所述微结构模具的所述多个腔中的每个腔中之后将所述微结构模具与所述模塑材料和所述模塑衬套分离，其中所述模塑材料形成微结构图案，所述微结构图案包括延伸远离所述模塑衬套的所述导电表面的多个微结构特征，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征包括靠近所述模塑衬套的所述导电表面的基底和远距所述模塑衬套的所述导电表面的远端，并且其中每个微结构特征在其基底与远端之间具有非导电表面；在将所述微结构模具与所述模塑材料和所述模塑衬套分离之后，在所述模塑衬套的所述导电表面上电铸金属结构(例如，以板的形式)，其中所述金属结构延伸远离所述模塑衬套的所述导电表面并且贴合每个微结构特征的所述非导电表面；以及从所述金属结构中去除所述模塑材料以制造微结构金属制品，所述微结构金属制品包括所述金属结构中的所述微结构图案的负片。
在根据第二方面的方法的一个或多个实施方案中，所述多个微结构特征中的每个微结构特征包括沿其长度不均匀的不均匀横截面，其中所述微结构图案的所述多个微结构特征(i)彼此分立，(ii)彼此连接，或(iii)是(i)与(ii)两者的组合。
以上发明内容不意图描述如本文所述的制造喷嘴结构或其他制品的方法的每个实施方案或每种实施方式。相反，根据附图，参考以下具体实施方式和权利要求书，对本发明更完整的理解将变得显而易见。
附图说明
图1是包括具有高纵横比的微结构特征的一个示例性微结构制品的横截面视图。
图2是在图1的微结构制品上电铸金属结构(例如，以板的形式)之后该微结构制品的横截面视图。
图3是包括导电层和中间层两者的基板上的第一材料的横截面视图，其中该中间层位于第一材料与导电层之间。
图4是在图1的第一材料中形成的微结构图案的一个示例性实施方案的横截面视图，其中未形成微结构图案的一部分的第一材料已从基板中去除。
图5是在图4中描绘的微结构图案的俯视图。
图6A-6D是使用如图4和5中所描绘的微结构图案形成微结构金属制品的示例性方法的横截面视图。
图7A-7E是可以在本文描述的方法中形成的微结构图案的替代实施方案的横截面视图。
图8A-8B是在如本文所述的一种或多种方法中位于导电表面上的微结构特征的示例性替代布置的俯视图。
图9是位于覆盖基底表面上的导电层的中间层上的微结构图案的另一个替代实施方案的横截面视图。
图10是在去除位于微结构的微结构特征之间的中间层的一部分以进行图案化之后图9的微结构图案的横截面视图。
图11是在微结构图案上形成电铸金属结构(例如，以板的形式)之后图10的微结构图案的横截面视图。
图12是在去除电铸金属结构的一部分之后图11的微结构图案的横截面视图。
图13是在去除导电层、导电层所处的基底和形成图12的微结构特征的第一材料之后图12的电铸金属结构的横截面视图。
图14是可以用于电铸如本文所述的微结构制品的一种或多种方法中的模塑衬套的一个示例性实施方案。
图15是图14的模塑衬套的横截面视图，该模塑衬套附接到模具，该模具具有位于其中的多个腔以形成微结构图案的微结构特征。
图16是在将第一材料输送到模塑衬套的腔中之后图15的模具和模塑衬套的横截面视图。
图17是在去除模具之后图16的模具和模塑衬套的横截面视图。
图18是在微结构特征上方的模塑衬套上电铸金属结构(例如，以板的形式)之后图17的模塑衬套和微结构特征的横截面视图。
图19是在去除金属结构的一部分之后图18的模塑衬套、微结构图案和电铸金属结构的横截面视图。
图20是图19的电铸金属结构的横截面视图，其中模塑衬套附接到该电铸金属结构。
图21是在去除模塑衬套之后图20的电铸金属结构的横截面视图。
具体实施方式
在以下说明中，参考作为本文一部分的附图，并且其中通过举例的方式示出具体实施方案。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施方案且可以做出改变。
在一个或多个实施方案中，制造如本文所述的微结构制品(诸如例如喷嘴结构)的方法可以使用第9,333,598 B2号美国专利和第US 2013/0313339号美国专利申请出版物(这两份申请标题为“喷嘴及其制造方法(Nozzle and Method of Making Same)”)中描述的多光子(例如，双光子)技术、设备和材料。特别地，多光子过程可以用于制造各种微结构图案，该微结构图案可以例如包括一个或多个孔形成特征，该孔形成特征可以用于例如燃料喷射器中使用的一个或多个喷嘴结构。另外，如本文所述，该过程可以用于形成喷嘴结构(或其他微结构制品)本身，和/或用作模具，该模具然后可以用于制造喷嘴结构或其他微结构制品。
在一个或多个实施方案中，本文所述的微结构制品可以适合用作在燃料喷射器喷嘴中使用的喷嘴结构(包括，例如多个喷嘴板、喷嘴板和阀门导管结构，以及其他结构组合)。应当理解，如本文所用，术语“喷嘴”或“喷嘴结构”在本领域中可以具有许多不同的含义。例如，第2009/0308953 Al号美国专利公开(帕莱斯特朗(Palestrant)等人)公开了一种“雾化喷嘴”，其包括多个元件，该多个元件包括孔口衬套24和封堵器腔室50。对此提出的“喷嘴结构”的理解和定义可以例如包括如帕莱斯特朗等人的孔口衬套24的结构以及与腔室50相对应的结构的部分、大部分或全部。一般来讲，当前描述的喷嘴结构可以被理解为包括最终喷射喷雾的雾化喷雾系统的结构，参见例如姆·韦伯斯持(Merriam Webster)的喷嘴字典定义(“(如在软管上)使用具有锥形部或收缩部的短管加速或引导流体流动”。通过参考授予田宗有限公司(Nippondenso Co.，Ltd.)(日本刈谷(Kariya，Japan))的第5,716,009号美国专利(荻原哲(Ogihara)等人)可以获得进一步的理解。在该参考文献中，流体喷射“喷嘴”再次广义地定义为多件式阀门元件10(“用作流体喷射喷嘴的燃料喷射阀门10...”-参见荻原哲等人的第4栏第26-27行)。如本文所使用的术语“喷嘴结构”的当前定义和理解将会涉及例如第一孔板130和第二孔板132、阀体26、和可能的套筒138(参见荻原哲等人的图14和15)，例如它们位于燃料喷射装置附近。在日立有限公司(Hitachi，Ltd.)(日本茨城(Ibaraki，Japan))的第5,127,156号美国专利(横山光(Yokoyama)等人)中公开了可以称为“喷嘴结构”的类似结构，如本文所述。在那里，喷嘴10与附接和集成结构的元件(例如“旋流器”12(参见图1))分开定义。此类单独元件可以部分或完全形成为一个一体结构。当在说明书和权利要求的其余部分中提及术语“喷嘴结构”时，可以包括上述结构。
在一个或多个实施方案中，使用本文所述的方法制造的喷嘴结构可以包括策略性地结合到喷嘴结构中的一个或多个喷嘴通孔。一个或多个喷嘴通孔可以为喷嘴结构提供以下一种或多种性质：(1)提供可变流体流通过喷嘴的能力(例如，通过打开或关闭一个或多个一个或多个喷嘴通孔)，(2)相对于喷嘴结构的出口面提供多向流体流的能力，和(3)相对于垂直延伸穿过喷嘴出口面的中心法线提供多向轴外流体流的能力。
如本文所述的说明性方法的一个实施方案开始于在位于基底上的材料中形成微结构图案。图3是设置在基板100上的第一材料118的示意性侧视图，该基板具有由导电层114形成的基底表面112。中间层116可以设置在由导电层114形成的基底表面112上方，其中第一材料118位于中间层116上。在一个或多个实施方案中，例如，在基板100本身导电的情况下，可以不需要单独的导电层114，并且基底表面112可以直接形成在基板100上-在此类实施方案中，导电层114是任选的。在一个或多个实施方案中，可选的导电层114可以由一种或多种金属或其他导电材料形成，这些其他导电材料适合用作可以在其上沉积电铸金属的表面。示例包括但不限于元素或合金金属(例如，Ni、Co和包括这些金属中的一种或两种的合金)。
在一个或多个替代实施方案中，导电层114还可以促进微结构特征与已经导电的基板的粘附(即，与由形成导电基板的材料提供的粘附相比改善了粘附性)。此类材料的示例可以包括例如钛、铟锡氧化物等。
另外，在一个或多个实施方案中，中间层116可以是任选的。在一个或多个实施方案中，可选的中间层116可以被设置为改善微结构特征140与由导电层114形成的基底表面112或者当基底100本身导电时直接形成在基底100上的基底表面112的附接。
在本文所述方法的一个或多个实施方案中，特别是当用于中间层116的材料的导电性不足以进行电镀时，中间层116可以选择性地从基底表面112的不位于形成在基底表面112上的微结构图案的微结构特征140下方的那些部分去除。
在本文所述方法的一个或多个实施方案中，其中形成微结构图案的第一材料118能够通过同时吸收多个光子而发生多光子反应。例如，在一个或多个实施方案中，第一材料能够通过同时吸收两个光子而发生双光子反应。第一材料可以是能够发生多光子反应的任何材料或材料系统，诸如双光子反应，诸如在以下专利中描述的那些反应：第7,583,444号美国专利(“用于制造微透镜阵列和Masteroform的方法(Process For Making MicrolensArrays and Masteroforms)”)；美国专利申请出版物US 2009/0175050(“用于制造具有提取结构的光导的方法和由此产生的光导(Process For Making Light Guides WithExtraction Structures And Light Guides Produced Thereby)”)；和PCT出版物WO2009/048705(“高功能多光子可固化反应物质(Highly Functional Multiphoton CurableReactive Species)”)。
在一些情况下，第一材料可以是光反应性组合物，其包括能够发生酸或自由基引发的化学反应的至少一种反应性物质，和至少一种多光子光引发剂体系。适用于光反应性组合物的反应性物质包括可固化和不可固化的物质。示例性可固化物质包括可加成聚合单体和低聚物以及可加成交联聚合物(诸如可自由基聚合或可交联的烯键式不饱和物质，包括例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和某些乙烯基化合物，诸如苯乙烯)，以及阳离子可聚合的单体和低聚物以及可阳离子交联的聚合物(这些物质最常见的是酸引发的并且包括例如环氧树脂、乙烯基醚、氰酸酯等)等等，以及它们的混合物。示例性的不可固化物质包括溶解度可以在酸或自由基引发的反应时增加的反应性聚合物。此类反应性聚合物包括例如带有酯基的水不溶性聚合物，这些酯基可以通过光生酸转化为水溶性酸基团(例如，聚(4-叔丁氧基羰基氧苯乙烯))。不可固化物质还包括化学增强的光致抗蚀剂。
多光子光引发剂体系能够将聚合约束或限制在用于暴露第一材料的聚焦光束的聚焦区域。此类体系优选地是双组分或三组分体系，其包括至少一种多光子光敏剂、至少一种光引发剂(或电子受体)、和任选的至少一种电子给体。
用于改善微结构特征140与基底表面112的附接的任选中间层116的可能合适的非导电材料的示例可以包括但不限于一种或多种非导电氧化物或氮化物(具有例如导电率太低而不能进行有效电铸的材料，诸如例如二氧化钛、氮化钛、氧化铝、氮化铝、二氧化硅、氮化硅等)。可以用作中间层116的其他材料可以包括与第一材料118具有相似组成的聚合物材料，并且可以用作助粘剂。硅烷材料可能是理想的此类助粘剂。可以将此类中间层材料沉积到基板上(经由例如溅射涂覆、物理气相沉积等)以促进微结构特征与基板的粘附，然后在形成微结构特征之后优先去除(通过例如化学蚀刻等)。这将会去除微结构特征下面的任何地方之外的中间层(不影响基板或微结构特征)。将认识到，其他非导电材料可以用于中间层116以改善微结构特征140与基底表面112的附接。第一材料118可以是能够通过如本文所述同时吸收多个光子而发生多光子反应的材料，或者第一材料118可以不是能够通过如本文所述同时吸收多个光子而发生多光子反应的材料。可能需要选择中间层116以便与所使用的第一材料118兼容。
可以使用任何方法在基板100(以及任何居间层，诸如例如任选的导电层114、任选的中间层116等)上提供第一材料118。较高粘度的第一材料可以例如使用在特定情况下可能需要的任何涂覆方法涂覆在基板上。例如，在一个或多个实施方案中，第一材料可以通过溢流涂覆而涂覆在基板上。其他示例性涂覆方法包括刮涂、凹口涂覆、逆辊涂覆、凹面涂覆、喷涂、棒涂、旋涂和浸涂。
在本文所述方法的一个或多个实施方案中，第一材料118选择性地暴露于具有足够强度的入射光，以使暴露区域中的第一材料同时吸收多个光子。可以通过能够提供足够强度的光的任何方法来完成暴露。示例性暴露方法和设备描述于美国专利申请出版物US2009/0099537(“用于制造微针、微针阵列、原模和复制工具的方法(Process For MakingMicroneedles，Microneedle Arrays，Masters，and Replication Tools)”)中。
在选择性暴露第一材料118以在第一材料中限定微结构图案之后，将暴露的第一材料置于溶剂中以溶解具有较高溶剂溶解度的区域。可以用于显影所暴露的第一材料的示例性溶剂可以包括例如含水溶剂，诸如例如水(例如，pH范围为1至12)和水与有机溶剂的可混溶混合物(例如，甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等、以及它们的混合物)；和有机溶剂。示例性有用的有机溶剂包括醇(例如，甲醇、乙醇和丙醇)、酮(例如，丙酮、环戊酮和甲基乙基酮)、芳族化合物(例如，甲苯)、卤代烃(例如，二氯甲烷和氯仿)、腈(例如，乙腈)、酯(例如，乙酸乙酯和丙二醇甲醚乙酸酯)、醚(例如，乙醚和四氢呋喃)、酰胺(例如，N-甲基吡咯烷酮)等、以及它们的混合物。
图4是在图3的第一材料118中形成的微结构图案的示意性侧视图。如上文所讨论的，已经去除了不形成微结构图案的一部分的第一材料118。在去除第一材料118之后剩余的微结构图案包括微结构特征140，在所描绘的实施方案中，这两者都位于基底表面112上(尽管在所描绘实施方案中，微结构特征140直接位于中间层116上，该中间层本身位于由导电层114形成的基底表面112上)。例如，如果要使用由微结构特征140形成的微结构图案来构造喷嘴结构，则微结构特征140可以例如对应于任何这种喷嘴结构中的喷嘴通孔。
结合本文描述的方法使用的微结构图案中的每个微结构特征可以延伸远离基底表面112并且包括靠近基底表面112的基底142和远距基底表面112的远端144。如本文所讨论的，与本文所述方法结合使用的微结构图案中的每个微结构特征140的基底142周围的表面优选地是导电的，使得电铸金属选择性地沉积在每个微结构特征140的基底142周围的表面上。
此外，每个微结构特征包括在其基底与远端之间的非导电表面，使得电铸金属不直接沉积在微结构特征140上。这与例如第9,333,598 B2号美国专利和第US 2013/0313339号美国专利申请出版物中描述的方法形成直接对比，其中微结构图案本身通过导电层加晶种或者以其他方式设置有导电表面，电铸金属在电铸过程期间沉积在该导电表面上(诸如例如，图1和2中所描绘的微结构特征40)。
尽管微结构图案的微结构特征140的表面本身不导电，但是在形成微结构图案之后从基底表面向上电铸金属结构(例如，以板、三维结构等的形式)导致金属结构延伸远离基底表面112，但是贴合每个微结构特征140的非导电表面，同时减少或消除微结构特征之间的空隙(例如，结合图1和2中描述的空隙52)的形成。
在导电表面上电铸金属结构的潜在有用方法可以描述于例如第9,333,598 B2号美国专利和第US 2013/0313339号美国专利申请出版物中。用于电铸的金属可以是例如元素或合金金属(例如，Ni、Co和包括这些金属中的一种或两种的合金)。
在本文所述方法的一个或多个实施方案中，微结构图案的微结构特征具有不均匀的横截面。如本文所使用，“不均匀横截面”(及其变体)表示当沿微结构特征在其基底与远端之间的长度移动时，微结构特征的横截面在形状和/或尺寸上发生改变。微结构特征的横截面取自通常横向于微结构特征的长度的平面。微结构特征的长度沿轴线限定，该轴线从该微结构特征的基底到其远端延伸穿过微结构特征(在一个或多个实施方案中，这可以导致呈曲线形式的轴线以从微结构特征的基底到其远端保持在微结构特征内)。
在本文所述方法的一个或多个实施方案中，微结构图案中的微结构特征可以包括一对或多对相邻的微结构特征。多对相邻的微结构特征可以被描述为具有微结构特征之间的特征间距离，在沿远离基底表面的方向朝向微结构特征的远端移动时该特征间距离发生改变。在例如图4中所描绘的示例性实施方案中，沿远离基底表面的方向朝向微结构特征的远端移动导致沿Z轴的大致方向移动。
以大致横向于微结构特征的长度的距离测量特征间距离。在图4中描绘的示例性实施方案的上下文中，在所描绘的一对相邻的微结构特征140之间沿通常由微结构特征140之间的最大距离(dmax)(参见图4和5)和微结构特征140之间的最小距离(dmin)所示的方向测量特征间距离(参见图5)。
在制造具有微结构图案的微结构特征的微结构制品的方法的一个或多个实施方案中，该微结构特征具有在沿远离基底表面的方向朝向多对相邻的微结构特征的远端移动时发生改变的特征间距离。在一个或多个实施方案中，当远离基底表面朝向远端移动时，特征间距离可以增加。在一个或多个替代实施方案中，当远离基底表面朝向远端移动时，特征间距离可以减小。在其他替代实施方案中，当沿远离基底表面的方向朝向微结构特征的远端移动时，特征间距离增大和减小。
在如本文所述的制造微结构制品的方法的一个或多个实施方案中，微结构制品的微结构图案的微结构特征可以具有相对有限的或较低的高度。这可以特别真实地用于制造用于例如燃料喷射器喷嘴的喷嘴结构。在一个或一个以上示例性实施方案中，微结构特征在微结构特征所处的基底表面上方的高度(h)(参见例如图4中微结构特征40在基底表面112上方的高度(h))可以为例如2mm或更小、1.5mm或更小、1.2mm或更小、1mm或更小、800μm或更小、500μm或更小、200μm或更小、或100μm或更小。在高度范围的相对端，使用本文所述的方法的一个或多个实施方案制造的微结构制品上的微结构图案的微结构特征可以具有5μm或更大、10μm或更大、20μm或更大、30μm或更大、40μm或更大、或50μm或更大的高度(h)。当提及具有不同高度的一对相邻的微结构特征的高度时，相邻对的高度是基于相邻对的较短微结构特征的高度。
在制造微结构图案中具有多对相邻的微结构特征的微结构制品的方法的一个或多个实施方案中，至少一对相邻的微结构特征具有在这对相邻的微结构特征在基底表面上的一半高度(h)的距离处测量的中间特征间距离(dint)。在一个或多个实施方案中，微结构特征的高度(h)与中间特征间距离(dint)的比率可以是2∶1或更大、5∶1或更大；或10∶1或更大。在上端，微结构特征的高度(h)与中间特征间距离(dint)的比率可以为300∶1或更小、250∶1或更小、200∶1或更小、150∶1或更小、120∶1或更小、100∶1或更小、80∶1或更小、50∶1或更小、20∶1或更小、或10∶1或更小。
图6A-6D描绘了电铸金属结构以形成图4和5中所描绘的微结构图案的负片形式的微结构金属制品的一种示例性方法。对于该实施方案和以下示例性实施方案，金属结构被示出并描述为金属板。然而，应当理解，也可以用这些和其他实施方案制造其他结构(例如，三维结构)。在图6A中，在去除中间层116的不位于微结构特征的基底142与基底表面112之间的部分之后，仅保留中间层116的位于微结构特征140的基底142与基底表面112之间的部分。
可以在形成微结构特征140前后完成去除中间层116的不位于微结构特征140与基底表面112之间的部分。然而，在形成微结构图案的微结构特征140之后，可以优选地和/或更容易地去除中间层116的第二部分。
图6A还描绘了在由导电层114提供的基底表面112上电铸金属板150之后图4和图5的微结构制品。如上面结合图4和5中描绘的微结构图案所讨论的，微结构特征140的表面不导电，结果，电铸金属优先沉积在由导电层114提供的基底表面112上。另外，电铸金属板150在沉积时贴合微结构特征140的形状。如图6A中所描绘，电铸金属板150可以形成为具有足以覆盖微结构特征140的远端144的深度。如在例如图6A中所示，电铸金属板150具有位于微结构特征140的远端144上方的上表面152。
图6B描绘了在去除电铸金属板150的一部分使得上表面152更靠近基底表面112并且在所描绘的实施方案中微结构特征140的远端144暴露在电铸金属板150的上表面152上之后图6A的微结构制品。在一个或多个实施方案中，在电铸金属板150的上表面152处去除其的一部分可以导致去除形成微结构特征140及其远端144的第一材料的至少一部分。在本文所述的方法的一个或多个实施方案中，可以通过任何合适的技术或技术组合(例如，研磨、铣削、电子放电加工(EDM)或其他方法)去除电铸金属板150的开始于表面152上的一部分。
在一个或多个实施方案(诸如图6B中所描绘的实施方案)中，在去除电铸金属板150的一部分之后，电铸金属板150的表面152优选地处于或低于微结构特征140的远端144的水平。
参考图6C，导电基底表面112′的一个或多个替代实施方案无论是由设置在基板100′上的任选的导电层形成还是当基板100′导电时由基板100′本身形成(如图6C中所描绘)都可能会具有一种或多种不良性质。例如，诸如形成在微结构特征140′上的金属板150′的电铸结构(类似于结合图6A描绘和描述的金属板150)可能不能从导电基底表面112′彻底地或容易地释放。
在此类实施方案中，任选的中间层116′设置在由基板100′形成的导电基底表面112′上(尽管中间层116′可以设置在导电层上，诸如例如结合图6A描述的层114，如果提供了的话)。可以提供任选的中间层116′以改善电铸金属板150′从导电基底表面112′的释放特性。如图6C中所示，在基底表面112′上位于微结构特征140′之间的可选中间层116′在电铸之前不会被去除，而是保留在电铸金属板150′的下面，以例如促进电铸金属板150′的去除。
在一个或多个实施方案中，在导电层上提供以改善电铸金属板150′的释放的中间层(诸如导电基底表面112′上的中间层116′)可以采用多种形式。例如，在导电表面112′是不锈钢的情况下，中间层116′可以通过钝化工艺/方法或表面处理形成。在一个或多个实施方案中，该工艺可以包括在脱脂溶液中清洁形成基底表面的金属，然后将金属基底表面置于酸溶液/酸浴中。酸浴可以是例如含有或不含重铬酸钠、重铬酸钠、柠檬酸溶液等的硝酸溶液。酸的体积％取决于钝化的金属基底表面，以及例如酸浴中的温度和/或时间。在其中基底表面是例如不锈钢的一个或多个实施方案中，该工艺去除表面污染物和游离铁，以允许在暴露于空气时自然形成的非常薄的氧化物层形成在该表面上方。
图6D描绘了微结构金属制品的一个实施方案，该微结构金属制品可以在从基板100及其任选的导电层114去除电铸金属板150以及去除形成微结构特征140的第一材料之后由电铸金属板150形成，如图6B中所示。去除形成微结构特征140的第一材料导致在第一代模具中形成腔160，该腔160在电铸金属板150的相反两侧上的表面152和154之间延伸。每个腔160可以优选地包括在由金属板150形成的微结构金属制品的表面152上的开口162和在由金属板150形成的微结构金属制品的表面154上的开口164。
在本文所述方法的一个或多个实施方案中，由电铸金属板150形成的微结构金属制品可以被描述为具有第一主表面152和第二主表面154，其中第一主表面和第二主表面位于微结构金属制品的相反两侧上。另外，在由电铸金属板150形成的微结构金属制品中形成的腔160可以被描述为从第一主表面152延伸到第二主表面154的通孔160，其中每个通孔160具有在第一主表面152上的第一开口162和在第二主表面154上的第二开口164。每个通孔160及其第一开口162和第二开口164具有由例如图4和5中所描绘的微结构图案的一个微结构特征140限定的形状。
在本文所述的方法的一个或多个实施方案中，在电铸金属板或其他结构中形成的微结构金属制品中的通孔160可以具有如图6D中所示的长度L，其中从第一开口162到第二开口164测量长度L。在本文所述的方法的一个或多个实施方案中，通孔的长度L可以是例如2mm或更小、1.5mm或更小、1.2mm或更小、1mm或更小、800μm或更小、500μm或更小、200μm或更小、或100μm或更小。在高度范围的相对端、通孔的长度L可以是5μm或更大、10μm或更大、20μm或更大、30μm或更大、40μm或更大、或50μm或更大。
在本文所述的方法的一个或多个实施方案中，由电铸金属板150(在例如图6D中描绘的)提供的微结构金属制品本身可以用作微结构制品。例如，微结构金属制品可以用作例如燃料喷射喷嘴中的喷嘴结构。然而，使用由如图6A中所描绘的电铸金属板150提供的微结构金属制品作为制造第二代模具的主模具可能是有利的，该第二代模具可以用于使用一种或多种已知的复制工艺形成任何合适材料的成品。可以使用如图6A中所描绘的金属板150作为主模具的一种可能合适的复制工艺是喷射模塑，其中例如，图6A的模板150可以被喷射可喷射模塑的聚合物，该聚合物被去除并用于形成具有与图6A中所描绘的金属板150相同形状的附加金属结构。
各种示例性的多对相邻微结构特征在图7A-7C中被描绘为示出多对相邻微结构特征对之间的形状和特征间距离的变化，其可以在使用本文所述的方法的一个或多个实施方案制造的微结构制品的一个或多个实施方案中找到。
图7A中描绘的一对相邻的微结构特征240各自包括基底242和远端244。基底242位于基底表面212附近。与图4和5中描绘的这对相邻的微结构特征140相比，图7A中的这对相邻的微结构特征240之间的一个区别在于，这对相邻的微结构特征240之间的最大距离(dmax)比这对相邻的微结构特征240之间的最小距离(dmin)更靠近基底表面212。
图7B中描绘的一对相邻的微结构特征340各自包括基底342和远端344。基底342位于基底表面312附近。与图4和5中描绘的这对相邻的微结构特征140相比，图7B中的这对相邻的微结构特征340之间的一个区别在于，这对相邻的微结构特征240之间的最大距离(dmax)位于微结构特征340的基底342和远端344之间的中间位置处。这与图4中描绘的微结构特征140的远端144处的最大距离(dmax)的位置和图7A中描绘的微结构特征240的基底242处的最大距离(dmax)的位置形成对比。
图7C中描绘的一对相邻的微结构特征440中的微结构特征440各自包括基底442和远端444。基底442位于基底表面412附近。与图4和5中描绘的这对相邻的微结构特征140相比，图7C中的这对相邻的微结构特征440之间的一个区别在于，这对相邻的微结构特征440之间的最小距离(dmin)位于微结构特征440的基底442和远端444之间的中间位置处。这与图4中描绘的微结构特征140的基底142处的最小距离(dmin)的位置和图7A中描绘的微结构特征240的远端244附近的最小距离(dmin)的位置形成对比。
图7D和7E描绘了另一个任选的特征，其可以在与图7C的微结构特征结合的微结构特征的微结构图案的一个或多个实施方案中找到。图7D和7E中描绘的这对相邻的微结构特征440的说明性实施方案的微结构特征440彼此互连。特别地，微结构特征440通过支撑结构446彼此互连，微结构特征的远端444附接到该支撑结构。图7D和7E中描绘的微结构特征的所描绘的说明性实施方案仅表示互连微结构特征的一个实施方案。如本文所述的微结构图案的互连微结构特征的替代示例可以包括但不限于在微结构特征的基底和远端之间的一个或多个中间位置处彼此直接互连的微结构特征(例如，在没有诸如支撑结构446的单独特征的情况下)、在微结构特征的基底处彼此直接互连的微结构特征(参见例如图8A和8B的微结构特征540)等。
其中可以表征如本文所述的制造微结构制品的方法的一个或多个实施方案的另一种方式是微结构制品上的微结构图案中的微结构特征的基底的尺寸。例如，在一个或多个实施方案中，微结构图案的每个微结构特征的基底在微结构特征所处的基底表面上可以占据50μm2或更大、60μm2或更大、70μm2或更大、80μm2或更大、或100μm2或更大的面积。在上端，在一个或多个实施方案中，微结构图案中的每个微结构特征的基底在微结构特征所处的基底表面上可以占据1mm2或更小、0.5mm2或更小、0.2mm2或更小、0.1mm2或更小、或0.05mm2或更小的面积。
在本文所述的方法的一个或多个实施方案中，形成微结构图案的一个或多个微结构特征的基底完全被导电基底表面围绕。此类实施方案的一个示例在例如图5中描绘，其中微结构特征140的基底142各自彼此分离，使得每个基底142(在去除如本文所讨论的任何中间层116之后)完全被导电表面围绕。
在本文所述的方法的一个或多个替代实施方案中，一对相邻的微结构特征的基底可以彼此接触，使得这对相邻的微结构特征中没有一个微结构特征的基底完全被导电基底表面围绕。此类实施方案的一个示例在例如图8A中描绘，其中这对相邻的微结构特征540的基底542彼此聚拢或接触，使得微结构特征540中没有一个微结构特征的基底542完全被微结构特征540所处的导电基底表面512包围。还应当注意，微结构特征540的远端544不在基底542上方居中，而是可以相对于它们相应的基底542偏移。
在本文所述的方法的一个或多个另外的替代实施方案(微结构图案包括例如在图8B中描绘的三个或更多个微结构特征540)中，一个或多个微结构特征可以具有与至少另外两个微结构特征的基底542接触的基底542，使得一个或多个微结构特征540的基底542不完全被微结构特征540所处的导电基底表面512围绕。在该示例性实施方案中，微结构特征540的远端544也相对于它们相应的基底542偏移。
在如本文所述的制造微结构制品的方法的一个或多个实施方案中，该方法可以包括在基底表面上形成微结构图案之前在导电基底表面上形成不导电的中间层。在此类方法中，微结构图案的微结构特征的基底形成在任何这样的中间层的第一部分上并覆盖该第一部分。在图9中描绘了包括上面形成了微结构图案的微结构特征的中间层的微结构制品的一个示例性实施方案。
图9中描绘的微结构图案包括微结构特征640，每个微结构特征类似于上述微结构特征包括基底642和远端644。微结构特征640位于中间层616上，该中间层继而位于形成在基板600上的导电层614上。如本文其他地方所讨论的，导电层614可以是任选的，其中例如基板600本身是导电的。可以提供中间层616以执行各种功能，包括例如改善微结构特征640与基板600的附接，以及提供通过选择性地去除中间层616来选择性地暴露导电基底表面612的区域的能力。
图10描绘了在去除中间层616的第二部分之后的微结构特征640，在所描绘的实施方案中，该第二部分构成围绕微结构特征640的基底642的中间层的部分。结果，在去除中间层616的第二部分之后，仅保留中间层616的位于微结构特征640的基底642和基底表面612之间的部分。
可以在形成微结构特征640前后完成去除中间层616的不位于微结构特征640与基底表面612之间的第二部分。然而，在形成微结构图案的微结构特征640之后，可以优选地和/或更容易地去除中间层616的第二部分。
图11描绘了在由导电层614提供的基底表面612上电铸金属板650之后图10的微结构制品。如上面结合图4和5中描绘的微结构图案所讨论的，微结构特征640的表面不导电，结果，电铸金属沉积在由导电层614提供的基底表面612上，但是不会直接形成微结构特征640的表面。然而，电铸金属板650在沉积时确实优选地贴合微结构特征640的形状。
图12描绘了在去除电铸金属板650的一部分之后图11的微结构制品。特定地，通过对电铸金属板650的位于微结构特征640的远端644上方的表面652进行机加工、抛光等，去除电铸金属板650。在一个或多个实施方案(诸如图12中所描绘的实施方案)中，在去除电铸金属板650的一部分之后，电铸金属板650的表面652优选地处于或低于微结构特征640的远端644的水平。
图13描绘了微结构金属制品的一个实施方案，该微结构金属制品在从基板600及其任选的导电层614去除电铸金属板650以及去除形成微结构特征640的第一材料之后由电铸金属板650提供。去除形成微结构特征640的第一材料导致在微结构金属制品中形成腔660，该腔660在位于由电铸金属板650形成的微结构金属制品的相反两侧上的主表面652和654之间延伸。每个腔660可以优选地包括在微结构金属制品的表面652上的开口662和在微结构金属制品的表面654上的开口664。
在本文所述的方法的一个或多个实施方案中，由电铸金属板650(在例如图13中所示)提供的微结构金属制品可以用作例如燃料喷射喷嘴中的喷嘴结构。然而，使用由如图11中所描绘的电铸金属板650提供的微结构金属制品作为制造第二代模具的主模具可能是有利的，该第二代模具可以用于使用一种或多种已知的复制工艺形成任何合适材料的成品。可以使用如图11中所描绘的金属板650作为主模具的一种可能合适的复制工艺是喷射模塑，其中例如，图11的金属板650可以被喷射可喷射模塑的聚合物，该聚合物被去除并用于形成具有与图11中所描绘的金属板650相同形状的附加金属结构。
可以结合图14至21描述可以使用用于形成附加电铸微结构制品的模具(诸如，例如根据产生图11中描绘的模具的工艺制造的主模具)的一种示例性复制工艺。特别地，由图14至21中所示的步骤描绘的方法可以提供可以使用更常规的模塑技术(诸如，例如喷射注塑)复制微结构特征的一种工艺。然而，应当理解，结合图14至21描述的方法可以与通过任何方法-不仅仅是本文所述的方法制造的模具一起使用。
图14描绘了模塑衬套770的一个实施方案，该模塑衬套可以与模具结合(诸如，例如图11中所描绘的模具650)使用。模塑衬套770可以由任何合适的一种或多种材料形成，并且包括穿过模塑衬套770形成的孔隙772。在一个或多个实施方案中，孔隙772的尺寸和间隔优选地被设计成与模具650中的腔660对准，使得模具材料可以穿过孔隙772进入模具650中的腔660。
在一个或多个实施方案中，模塑衬套770的至少表面774是导电表面，电铸金属可以沉积在该导电表面上。在一个或多个实施方案中，导电表面774可以通过金属层的形式提供在形成模塑衬套770的另外非导电基板上。在一个或多个替代实施方案中，模塑衬套770可以由导电材料构成，使得不需要单独的导电涂层来在模塑衬套770上提供导电表面774。
图15描绘了模具650，其中主表面654位于模塑衬套770的表面774上使得模塑衬套770中的孔隙772与模具650中的腔660中的开口664对准。
在模具650和模塑衬套770如此定位的情况下，模塑材料680可以被输送到模具650中的腔660中，如图16中所描绘。模塑材料680可以通过孔隙772和与孔隙772对准的开口664输送到腔660中。
在将模塑材料680输送到腔660中之后，可以从填充腔660的模塑材料680以及模塑衬套770中去除模具650。图17中描绘了所得结构的一个示例性实施方案。如那里所描绘，模塑材料680形成微结构特征740的微结构图案，该微结构特征复制模具650中的腔660的形状并且延伸远离设置在模塑衬套770上的基底表面774。如本文所讨论的，微结构特征740优选地是不导电的，而模塑衬套770上的表面774是导电的。
通过该方法形成的微结构特征740可以具有如本文关于例如形状、尺寸、间距等所述的微结构图案的其他微结构特征的任何特性。
图18描绘了在模塑衬套770的导电表面774上电铸金属板750之后图17的微结构制品。如上面结合在本文所述的其他示例性实施方案中描绘的微结构图案所讨论的，微结构特征740的表面不导电，结果，电铸金属优先沉积在导电表面774上。另外，电铸金属板750在沉积时贴合微结构特征740的形状。如图18中所描绘，电铸金属板750可以形成为具有足以覆盖微结构特征740的远端744的深度。如在例如18中所示，电铸金属板750具有位于微结构特征740的远端744上方的上表面752。
图19描绘了在去除电铸金属板750的一部分使得上表面752更靠近模塑衬套770并且在所描绘的实施方案中微结构特征740的远端744暴露在电铸金属板750的上表面752上之后图18的微结构制品。在一个或多个实施方案中，在电铸金属板750的上表面752处去除其的一部分可以导致去除形成微结构特征740及其远端744的模塑材料的至少一部分。在本文所述的方法的一个或多个实施方案中，可以通过任何合适的技术或技术组合(例如，研磨、铣削、电子放电加工(EDM)或其他方法)去除电铸金属板750的开始于表面752上的一部分。
在一个或多个实施方案(诸如图19中所描绘的实施方案)中，在去除电铸金属板750的一部分之后，电铸金属板750的表面752优选地处于或低于微结构特征740的远端744的水平。
图20描绘了微结构金属制品的一个实施方案，该微结构金属制品可以在去除形成微结构特征740的模塑材料之后由电铸金属板750形成。去除形成微结构特征740的模塑材料导致在电铸金属板750中形成腔760，其中腔760在电铸金属板750的相反两侧上的主表面752和754之间延伸以及延伸穿过模塑衬套770中的孔隙772。
在本文所述的方法的一个或多个实施方案中，由电铸金属板750形成的微结构金属制品可以是完整的并且包括模塑衬套770。换句话说，在如本文所述的一种或多种方法中，模塑衬套770可以形成任何成品的一部分。
在一个或多个替代实施方案中，该方法还可以包括去除模塑衬套770，其中由图21中描绘的电铸金属板750形成所得微结构金属制品的一个示例性实施方案。由电铸金属板750形成的微结构金属制品可以被描述为具有第一主表面752和第二主表面754，其中第一主表面和第二主表面位于微结构金属制品的相反两侧上。另外，在由电铸金属板750形成的微结构金属制品中形成的腔760可以被描述为从第一主表面752延伸到第二主表面754的通孔760，其中每个通孔760具有在第一主表面752上的第一开口762和在第二主表面754上的第二开口764。每个通孔760及其第一开口762和第二开口764具有由例如图19中所描绘的微结构图案的一个微结构特征740限定的形状。
相关申请：
在一个或多个实施方案中，如本文所讨论的制造喷嘴结构的方法可以与如以下共同未决申请中讨论的制造喷嘴结构的方法和/或在以下共同未决申请中描述的喷嘴结构结合使用：于2016年12月23日提交的第62/438,561号美国临时申请(代理人案卷号77312US002)“在结构化表面上制造喷嘴结构(MAKING NOZZLE STRUCTURES ON ASTRUCTURED SURFACE)”和于2016年12月23日提交的第62/438,558号美国临时申请(代理人案卷号77311US002)“具有薄焊接范围的喷嘴结构和使用喷嘴结构的燃料喷射器(NOZZLESTRUCTURES WITH THIN WELDING RINGS AND FUEL INJECTORS USING THE SAME)”。
例示性实施方案：
1.一种制造微结构金属制品的方法，所述方法包括：
形成第一材料的微结构图案，其中所述微结构图案包括延伸远离基底表面的多个微结构特征，所述多个微结构特征中的每个微结构特征包括靠近所述基底表面的基底和远距所述基底表面的远端，其中所述基底表面是导电表面，每个微结构特征沿其长度具有不均匀横截面，并且在其基底与远端之间具有非导电表面，并且所述微结构图案的所述多个微结构特征(i)彼此分立，(ii)彼此连接，或(iii)是(i)与(ii)两者的组合；
在形成所述微结构图案之后从所述基底表面电铸金属结构(例如，以板、三维结构等形式)，其中所述金属结构延伸远离所述基底表面并且贴合每个微结构特征的所述非导电表面；以及
从所述金属结构中去除所述第一材料以制造微结构金属制品，所述微结构金属制品包括所述金属结构中的所述微结构图案的负片。所述金属结构可以适用于制造喷嘴结构，诸如例如喷嘴板、组合喷嘴板和阀门导管等。
2.根据实施方案1所述的方法，其中所述多个微结构特征包括一对相邻的微结构特征，所述相邻的微结构特征包括第一微结构和第二微结构，其中当沿远离所述基底表面的方向朝向所述第一微结构特征和第二微结构特征的所述远端移动时，所述第一微结构与所述第二微结构之间的距离发生改变。
3.根据实施方案2所述的方法，其中所述距离增加。
4.根据实施方案2所述的方法，其中所述距离减小。
5.根据实施方案2所述的方法，其中当沿远离所述基底表面的方向朝向所述第一微结构特征和第二微结构特征的所述远端移动时，所述距离增大和减小。
6.根据实施方案2至5中任一项所述的方法，其中这对相邻的微结构特征包括在所述基底表面上方的高度和在这对相邻的微结构特征之间的中间特征间距离，其中在所述基底表面上方的这对相邻的微结构特征的一半高度的距离处测量所述中间特征间距离，并且其中所述高度与所述中间特征间距离的比率为2∶1或更大、5∶1或更大；或10∶1或更大。在上端，所述微结构特征的所述高度与所述中间特征间距离的比率为300∶1或更小、250∶1或更小、200∶1或更小、150∶1或更小、120∶1或更小、100∶1或更小、80∶1或更小、50∶1或更小、20∶1或更小、或10∶1或更小。
7.根据实施方案1至6中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构的基底完全被所述导电基底表面围绕。
8.根据实施方案1至6中任一项所述的方法，其中这对相邻的微结构特征的所述基底彼此接触，使得这对相邻的微结构特征中没有一个微结构的所述基底完全被所述导电基底表面围绕。
9.根据实施方案1至6中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征包括三个或更多个微结构特征，并且其中所述三个或更多个微结构特征中的至少一个微结构包括与所述至少两个微结构特征的所述基底接触的基底，使得至少一个微结构的所述基底不完全被所述导电基底表面包围。
10.根据实施方案1至9中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构的整个表面是不导电的。
11.根据实施方案1至10中任一项所述的方法，其中所述方法还包括在所述基底表面上形成所述微结构图案之前在所述基底表面上形成中间层，其中所述多个微结构特征的所述基底形成在所述中间层的第一部分上并覆盖所述第一部分。
12.根据实施方案11所述的方法，其中所述方法还包括在所述基底表面上形成所述微结构图案之前去除所述中间层的第二部分。
13.根据实施方案12所述的方法，其中所述方法还包括在形成所述微结构图案之后去除所述中间层的第二部分。
14.根据实施方案1至13中任一项的方法，其中所述基底表面包括整体的基底制品的表面。
15.根据实施方案1至13中任一项所述的方法，其中所述基底表面包括导电层。
16.根据实施方案15所述的方法，其中所述导电层位于非导电基板上。
17.根据实施方案1至16中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征在所述基底表面上方的高度为2毫米或更小、1.5mm或更小、1.2mm或更小、1mm或更小、800μm或更小、500μm或更小、200μm或更小、或100μm或更小。在所述高度范围的相对端，所述微结构特征具有5μm或更大、10μm或更大、20μm或更大、30μm或更大、40μm或更大、或50μm或更大的高度(h)。
18.根据实施方案1至17中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征的所述基底在所述基底表面上占据1mm2或更小、0.5mm2或更小、0.2mm2或更小、0.1mm2或更小、或0.05mm2或更小的面积。在下端，微结构图案中的每个微结构特征的所述基底在所述基底表面上占据50μm2或更大、60μm2或更大、70μm2或更大、80μm2或更大、或100μm2或更大的面积。
19.根据实施方案1至18中任一项所述的方法，其中所述微结构金属制品包括在所述微结构金属制品的相反两侧上的第一主表面和第二主表面，其中所述微结构金属制品包括从所述第一主表面延伸到所述第二主表面的多个通孔，其中每个通孔包括在所述第一主表面上的第一开口和在所述第二主表面上的第二开口，并且其中所述多个通孔中的每个通孔及其第一开口和第二开口具有由所述多个微结构特征的一个微结构限定的形状。
20.根据实施方案19所述的方法，其中所述微结构金属制品中的所述多个通孔中的每个通孔具有从所述第一开口到所述第二开口测量的长度，所述长度为2mm或更小、1.5mm或更小、1.2mm或更小、1mm或更小、500μm或更小、200μm或更小、或100μm或更小。在所述高度范围的相对端，所述通孔具有5μm或更大、10μm或更大、20μm或更大、30μm或更大、40μm或更大、或50μm或更大的长度。
21.根据实施方案1至20中任一项所述的方法，其中形成所述第一材料的所述微结构图案包括在所述基底表面上方提供一定量(例如，以层或厚度的形式)的所述第一材料，然后对所述第一材料使用多光子工艺。
22.根据实施方案21所述的方法，其中所述第一材料包括聚(甲基丙烯酸甲酯)。
23.根据实施方案21至22中任一项所述的方法，其中形成所述微结构图案包括在所述第一材料中的双光子反应。
24.根据实施方案21至23中任一项所述的方法，其中形成所述微结构图案包括使用双光子工艺将能量输送所述到第一材料。
25.根据实施方案21至24中任一项所述的方法，其中在所述第一材料中形成所述微结构图案包括暴露所述第一材料的至少一部分以引起多个光子的同时吸收。
26.根据实施方案25所述的方法，其中在所述第一材料中形成所述微结构图案包括去除所述第一材料的所述暴露部分。
27.根据实施方案25所述的方法，其中在所述第一材料中形成所述微结构图案包括去除所述第一材料的未暴露部分。
28.一种制造微结构金属制品的方法，所述方法包括：
将模塑衬套的导电表面定位在微结构模具的第一主表面上，其中所述微结构模具包括在所述微结构模具的与所述第一主表面相反的一侧上的第二主表面，其中所述微结构金属模具包括位于其中的多个腔，其中所述多个腔中的每个腔包括在所述第一主表面上的第一开口，其中所述模塑衬套包括多个孔隙，其中所述多个孔隙中的每个孔隙与所述微结构模具中的所述腔中的一个的第一开口对准；
将模塑材料输送到所述微结构模具的所述多个腔中的每个腔中；
在将模塑材料输送到所述微结构模具的所述多个腔中的每个腔中之后将所述微结构模具与所述模塑材料和所述模塑衬套分离，其中所述模塑材料形成微结构图案，所述微结构图案包括延伸远离所述模塑衬套的所述导电表面的多个微结构特征，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征包括靠近所述模塑衬套的所述导电表面的基底和远距所述模塑衬套的所述导电表面的远端，并且其中每个微结构特征在其基底与远端之间具有非导电表面；
在将所述微结构模具与所述模塑材料和所述模塑衬套分离之后，在所述模塑衬套的所述导电表面上电铸金属结构，其中所述金属结构延伸远离所述模塑衬套的所述导电表面并且贴合每个微结构特征的所述非导电表面；以及
从所述金属结构中去除所述模塑材料以制造微结构金属制品，所述微结构金属制品包括所述金属结构中的所述微结构图案的负片。
29.根据实施方案28所述的方法，其中所述多个孔隙中与所述微结构模具中的所述腔的第一开口对准的每个孔隙等于或大于所述第一开口。
30.根据实施方案28至29中任一项所述的方法，其中将模塑材料输送到所述微结构模具的所述多个腔中的每个腔中包括使所述模塑材料穿过所述模塑衬套中的所述多个孔隙。
31.根据实施方案30所述的方法，其中所述模塑材料在到达所述微结构模具中的所述多个腔之前穿过所述模塑衬套中的所述多个孔隙。
32.根据实施方案28至31中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征包括沿其长度的不均匀横截面，并且其中所述微结构图案的所述多个微结构特征(i)彼此分立，(ii)彼此连接，或(iii)是(i)与(ii)两者的组合。
33.根据实施方案28至32中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征包括一对相邻的微结构特征，所述相邻的微结构特征包括第一微结构和第二微结构，其中当沿远离所述模塑衬套的方向朝向所述第一微结构特征和第二微结构特征的所述远端移动时，所述第一微结构与所述第二微结构之间的距离发生改变。
34.根据实施方案33所述的方法，其中所述距离增加。
35.根据实施方案33所述的方法，其中所述距离减小。
36.根据实施方案33所述的方法，其中当沿远离所述模塑衬套的方向朝向所述第一微结构特征和第二微结构特征的所述远端移动时，所述距离增大和减小。
37.根据实施方案28至36中任一项所述的方法，其中这对相邻的微结构特征包括在所述导电模塑衬套上方的高度和在这对相邻的微结构特征之间的中间特征间距离，其中在所述模塑衬套的所述导电表面上方的这对相邻的微结构特征的一半高度的距离处测量所述中间特征间距离，并且其中所述高度与所述中间特征间距离的比率为2∶1或更大、5∶1或更大；或10∶1或更大。在上端，所述微结构特征的所述高度与所述中间特征间距离的比率为300∶1或更小、250∶1或更小、200∶1或更小、150∶1或更小、120∶1或更小、100∶1或更小、80∶1或更小、50∶1或更小、20∶1或更小、或10∶1或更小。
38.根据实施方案28至37中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构的基底完全被所述模塑衬套的所述导电表面围绕。
39.根据实施方案28至38中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构的整个表面是不导电的。
40.根据实施方案28至39中任一项所述的方法，其中所述模塑衬套的所述导电表面包括在基板上的导电层。
41.根据实施方案40所述的方法，其中所述基板不导电。
42.根据实施方案28至41中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征在所述模塑衬套的所述导电表面上方的高度为2毫米或更小、1.5mm或更小、1.2mm或更小、1mm或更小、500μm或更小、200μm或更小、或100μm或更小。在所述高度范围的相对端，所述微结构特征具有5μm或更大、10μm或更大、20μm或更大、30μm或更大、40μm或更大、或50μm或更大的高度(h)。
43.根据实施方案28至42中任一项所述的方法，其中所述模塑衬套的所述多个孔隙中的每个孔隙在所述模塑衬套的所述导电表面上占据1mm2或更小、0.5mm2或更小、0.2mm2或更小、0.1mm2或更小、或0.05mm2或更小的面积。在下端，所述模塑衬套的所述多个孔隙中的每个孔隙在所述模塑衬套的所述导电表面上占据50μm2或更大、60μm2或更大、70μm2或更大、80μm2或更大、或100μm2或更大的面积。
44.根据实施方案28至43中任一项所述的方法，其中所述微结构金属制品包括所述微结构模具的复制品，所述复制品包括在所述微结构金属制品的相反两侧上的第一主表面和第二主表面以及多个腔，其中每个腔包括在所述第一主表面上的第一开口，并且其中所述多个腔中的每个腔及其第一开口具有由所述多个微结构特征中的一个微结构限定的形状。
45.根据实施方案44所述的方法，其中所述方法包括在电铸所述金属结构之前从所述微结构图案去除所述微结构模具。
46.根据实施方案1至45中任一项所述的方法，还包括去除所述电铸金属结构的一部分，使得所述微结构特征中的至少一个或多个、大部分或全部微结构特征的远端暴露以形成开口。
应当理解，尽管示例性方法被描述为“包括”一个或多个部件、特征或步骤，但是该方法可以“包括”上述部件和/或特征和/或步骤中的任一者，“由上述部件和/或特征和/或步骤中的任一者组成”或“基本上由上述部件和/或特征和/或步骤中的任一者组成”。因此，在已经用诸如“包括”等可广泛解释的术语描述了本发明或其一部分的情况下，应当容易理解(除非另有说明)本发明的描述或其部分还应当被解释为使用如下文所讨论的术语“基本上由......组成”或“由......组成或其变体”来描述本发明或其的一部分。
如本文所用，术语“包括”(“comprises”、“comprising”、“includes”、“including”)、“具有”(“has，”“having，”)、“包含/含有”(“contains”，“containing，”)、“特性在于”或它们的任何其它变型形式旨在涵盖非排他性的包括，受到对所列举部件的另外明确指示的任何限制。例如，“包括”元件列表(例如，部件或特征或步骤)的方法不一定仅限于那些元件(或部件或特征或步骤)，而是可以包括没有明确列出或该方法所固有的其他元件(或部件或特征或步骤)。
如本文所用，单数形式“一个/一种”和“该/所述”包括多个指代物，除非上下文另有清晰的表示。因此，举例来说，提及“一个/一种”或“该/所述”部件可包括本领域技术人员已知的一个或多个部件或其等价物。另外，术语“和/或”意指所列元素中的一个或全部或者所列元素中的任何两个或更多个的组合。
另外，术语“包括”及其变体在这些术语出现在所附说明书中时不具有限制性含义。另外，“一个”、“一个”、“该”、“至少一个”、和“一个或多个”在本文中可互换使用。
如本文所使用，过渡短语“由......组成(consists of)”和“由......组成(consisting of)”排除未指定的任何元件、步骤或部件。例如，在权利要求中使用的“由......组成(consists of)”和“由......组成(consisting of)”将权利要求限制于权利要求中具体陈述的部件、材料或步骤，除了通常与其相关联的杂项(即，给定部件内的杂项)之外。当短语“由......组成(consists of)”和“由......组成(consisting of)”出现在权利要求主体的条款中，而不是紧跟在序言之后时，短语“由......组成(consists of)”和“由......组成(consisting of)”仅限于该条款中陈述的元件(或部件或步骤)；其他要素(或部件)未被从作为整体的权利要求排除。
如本文所使用，除了字面上公开的那些之外，过渡短语“由......组成(consistsof)”和“由......组成(consisting of)”还用于定义包括材料、步骤、特征、部件或元件的方法，只要这些附加材料、步骤、特征、部件或元件不会实质上影响所要求保护的发明的基本和新颖特性即可。术语“基本上由......组成”占据“包括”和“由......组成”之间的中间地带。另外，应当理解，本文描述的方法可以包括如图中所示的本文描述的具有或不具有图中未示出的任何附加特征的部件和特征中的任一者，基本上由其组成或由其组成。换句话说，在一些实施方案中，本发明的方法可以具有未在图中具体示出的任何附加特征。在一些实施方案中，本发明的方法不具有除图中所示的那些(即，一些或所有)之外的任何附加特征，并且此类附加特征(图中未示出)被明确地排除在方法之外。
本文中确定的专利、专利申请、专利文献和出版物的完整公开内容全文以引用方式并入本文中，如同各自单独并入一样。如果在本文件和在任何此类并入的文献中的公开内容之间存在冲突或矛盾，那么以本文件为准。
从本发明的一般原理和前述详细描述的上述公开内容可知，本领域的技术人员将易于理解本发明所涉及的各种修改形式、重新布置和替代形式，以及本发明可提供的多种优点和有益效果。因此，本发明的范围应仅由以下权利要求书及其等同形式限定。另外，应当理解，在本发明的范围内，所公开和要求保护的方法可以用于其他应用(即，在除燃料喷射器喷嘴结构之外的制品的制造中)。因此，本发明的范围可以扩展到包括将要求保护和公开的方法用于此类其他应用。
Claims (16)
1.一种制造微结构金属制品的方法，所述方法包括：
形成第一材料的微结构图案，其中所述微结构图案包括远离基底表面延伸的多个微结构特征，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征包括靠近所述基底表面的基底和远距所述基底表面的远端，其中所述基底表面是导电表面，每个微结构特征沿其长度具有不均匀横截面，并且在其基底与远端之间具有非导电表面，其中所述微结构图案的所述多个微结构特征(i)彼此分立，(ii)彼此连接，或(iii)是(i)与(ii)两者的组合；
在形成所述微结构图案之后从所述基底表面电铸金属结构，其中所述金属结构远离所述基底表面延伸并且贴合每个微结构特征的所述非导电表面；以及
从所述金属结构中去除所述第一材料以制造微结构金属制品，所述微结构金属制品包括所述金属结构中的所述微结构图案的负片。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个微结构特征包括一对相邻的微结构特征，所述一对相邻的微结构特征包括第一微结构和第二微结构，其中当沿远离所述基底表面的方向朝向所述第一微结构特征的远端和第二微结构特征的远端移动时，所述第一微结构与所述第二微结构之间的距离发生改变。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述距离增加。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述距离减小。
5.根据权利要求2所述的方法，其中当沿远离所述基底表面的方向朝向所述第一微结构特征的所述远端和第二微结构特征的所述远端移动时，所述距离增大和减小。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构的基底完全被所述导电基底表面围绕。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中这对相邻的微结构特征的所述基底彼此接触，使得这对相邻的微结构特征中没有一个微结构的所述基底完全被所述导电基底表面围绕。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征包括三个或更多个微结构特征，并且其中所述三个或更多个微结构特征中的至少一个微结构包括与至少两个微结构特征的所述基底接触的基底，使得至少一个微结构的所述基底不完全被所述导电基底表面包围。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构的整个表面是不导电的。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述基底表面包括导电层。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构在所述基底表面上方的高度为2毫米或更小。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述微结构金属制品包括在所述微结构金属制品的相反两侧上的第一主表面和第二主表面，其中所述微结构金属制品包括从所述第一主表面延伸到所述第二主表面的多个通孔，其中每个通孔包括在所述第一主表面上的第一开口和在所述第二主表面上的第二开口，并且其中所述多个通孔中的每个通孔及其第一开口和第二开口具有由所述多个微结构特征中的一个微结构限定的形状。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中形成所述第一材料的所述微结构图案包括在所述基底表面上方提供一定量的所述第一材料，然后对所述第一材料使用多光子工艺。
14.一种制造微结构金属制品的方法，所述方法包括：
将模塑衬套的导电表面定位在微结构模具的第一主表面上，其中所述微结构模具包括在所述微结构模具的与所述第一主表面相反的一侧上的第二主表面，其中所述微结构金属模具包括位于其中的多个腔，其中所述多个腔中的每个腔包括在所述第一主表面上的第一开口，其中所述模塑衬套包括多个孔隙，其中所述多个孔隙中的每个孔隙与所述微结构模具中的所述多个腔中的一个腔的第一开口对准；
将模塑材料输送到所述微结构模具的所述多个腔中的每个腔中；
在将模塑材料输送到所述微结构模具的所述多个腔中的每个腔中之后，将所述微结构模具与所述模塑材料和所述模塑衬套分离，其中所述模塑材料形成微结构图案，所述微结构图案包括远离所述模塑衬套的所述导电表面延伸的多个微结构特征，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征包括靠近所述模塑衬套的所述导电表面的基底和远距所述模塑衬套的所述导电表面的远端，并且其中每个微结构特征在其基底与远端之间具有非导电表面；
在将所述微结构模具与所述模塑材料和所述模塑衬套分离之后，在所述模塑衬套的所述导电表面上电铸金属结构，其中所述金属结构远离所述模塑衬套的所述导电表面延伸并且贴合每个微结构特征的所述非导电表面；以及
从所述金属结构中去除所述模塑材料以制造微结构金属制品，所述微结构金属制品包括所述金属结构中的所述微结构图案的负片。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个微结构特征中的每个微结构特征包括沿其长度不均匀的不均匀横截面，其中所述微结构图案的所述多个微结构特征(i)彼此分立，(ii)彼此连接，或(iii)是(i)与(ii)两者的组合。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，还包括去除所述电铸金属结构的一部分，使得所述微结构特征中的至少一个或多个、大部分或全部微结构特征的远端暴露以形成开口。
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