CN1105003C - 将已成形的基片与压印模具分开的设备与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将已成形的基片与压印模具分开的设备和方法，本发明的目的是保证可靠脱模和基本上排除损坏昂贵构件的可能性。一个可闭合的室由两个可相对移动的作为压印模具(3)或可成形的基片(5)的托座的室部件(1、2)组成，此室包含一基片固定件(16)，在室闭合时它在压印区外部将基片(5)固定在其托座上，因此在室开启时可实现将基片(5)与压印模具(3)脱开。此设备和方法可应用于生产微型系统工程的构件。

Description

将已成形的基片与压印 模具分开的设备与方法
本发明涉及将已成形的基片与压印模具分开的设备，它有一个可闭合的室的一对可相对移动的室部件，其中第一个室部件用作压印模具的托座，第二个室部件用作可成形的基片的托座。
已知一种生产微型系统工程构件的方法称为LIGA技术(Lithographie mit Synchrotronstrahlung，Galvanoformung，Abformtechnik mit Kunststoffen，亦即，借助于同步加速器辐射、电铸版成形、塑料模塑技术的平版印刷术)。最好在真空条件下和温度高于可成形的材料的软化温度时通过模具压入可成形的材料例如热塑性塑料层内，制成三维结构，其结构高度在几个纳米至几百微米的范围内。
一种适用于此的按DE 196 48 844C1的设备包括一个室，它有一个位置固定的和一个可移动的室部件。在室的内部压力和温度状况的调整取决于在固定不动的室部件上所作用力的预定值。
在热造型过程结束后，在一个处于固定的室部件上的基片载体上施加的可成形的材料，由于大的纵横比、收缩过程和由工艺决定的模具表面粗糙度而粘附在模具的结构内，因而必须用恰当的方式分离。
按DE 195 09 452A1的设备用于这种脱模的目的，在脱模时应保持小的弯曲应力以及应避免对模具可提供使用的表面提出几何的限制。
一个将其微结构转移到模制件上去的模具嵌件在其边缘区被一个顶出器所围绕，顶出器为了将模制件从模具嵌件上脱模可以在静止位置与工作位置之间移动。在顶出器背对模制件的那一侧设一腔，它可充填压力流体。在顶出器的工作位置流体应在模制件下面作用在边缘上，在模具嵌件与要脱模的模制件之间形成一个压力从而支持脱模。此外，顶出器应借助于流体压力移到其工作位置。
但是在所公开的方案中这样一种工作方式，亦即其中针对流体的双重功能所设置的腔必须设计为压力室以及为了移动顶出器必须如气动缸那样工作，非常不可靠。其原因在于，模具嵌件和相邻的顶出器与位于它们上面的模制件层构成腔的壁的部分。模制件在顶出器上不确定地粘附会导致不密封性以及严重破坏设备的工作。
在脱模过程的控制，无论是所使用的力的控制以及通过机械止挡终止此过程都是不确定的。模制件基本上仍处于不可控制的状况。
除此之外的一个缺点是顶出器与模具嵌件在边缘处的适配问题，因为采用这种在昂贵的构件上的直接交接，不必要地增大了对模具造成损伤的危险或对模具造成其他有害的影响。
本发明的目的是保证可靠地脱模和基本上排除了损伤昂贵的构件的可能性。
为实现此目的按本发明首先提供了这样一种用于将已成形的基片与压印模具分开的设备，它有：一个可闭合的室的一对可相对移动的室部件，其中第一个室部件用作压印模具的托座，第二个室部件用作可成形的基片的托座；和一基片固定件，它在压印区外部将基片固定就位，其特征为：上述基片固定在其托座上，当上述两个室部件之间的间距增大时，利用上述基片固定件将基片与压印模具脱开。
除此之外，基片固定件可平行于室部件的移动方向移动，并与压印模具的托座一起围绕着一个第一压力腔。有利的是此第一压力腔加工为在压印模具托座内的环形槽，基片固定件封闭此环形槽。
此压力腔包括设计为运动部分的基片固定件并具有高度可靠性地作为气动缸工作，其中基片固定件通过增大压力腔的体积运动到基片上。
若基片固定件围绕着在压印模具托座上的压印模具固定件，后者在压印模具的圆周面上围夹住压印模具，也能带来有利的效果。这样一来避免了昂贵的压印模具与一个运动部分的直接交接，显著减小损伤的危险。
还有，基片固定件通过其在基片上的支座与模具固定件一起构成第二压力腔的边界，在此压力腔内至少有一个穿过模具固定件的压缩空气通道，用于在室开启时支持基片与压印模具分开。
压印模具的托座含有压缩空气输入通道，其中第一个输入通道与第一压力腔连通，第二个输入通道与模具固定件内的通道连通。
为实现上述目的，按本发明的另一方面还提供了一种将已成形的基片与在闭合的室内部的压印模具分开的方法，室包括一对可相对移动的室部件，其中第一个室部件用作压印模具的托座，第二个室部件用作可成形的基片的托座，基片在一个处于压印区之外的边缘区固定在其托座上，其特征为：在上述基片保持固定在其托座上时将上述两个室部件之间的间距增大。
有利的是，在室开启时在被固定的边缘区内形成的开始脱开区通过压缩空气和室的进一步开启而增大，直至基片与压印模具完全分离。
与已知的按DE 195 09 452A1的方案不同，在那里模制件与模具嵌件的脱开在功能上仅仅通过借助于顶出器的力的控制实现，而在这里基片与压印模具的脱开可分成一些不同的有区别地控制的工作过程。当基片在边缘区内固定在其托座上时可通过妥善计量地开启室实现与压印模具的分离。模制件的状况基本上是可控制的。基片不是被剥离或抛出，而是起先被固定，接着脱模。
为了可通过压缩空气执行工作过程，设彼此独立的压力腔，腔内随时处于稳定的压力状态，按有利的方式，脱开过程的控制可随时可靠地实施，使可成形的材料均匀地无回弹效应和结构断裂地从模具脱出。避免再用手工操作和成形后单独的可重现的工序的自动化导致提高生产率。
下面借助于示意图进一步说明本发明。其中：
图1  用于微型系统工程结构造型的设备；
图2  包括在按图1的设备中的脱模设备；以及
图3   完成脱模后的脱模设备局部。
按图1在真空条件下工作的造型设备设计为可闭合的室，它由彼此可相对移动的室部件1、2组成，其中，室部件1包含用于压印模具3的托座，另一个室部件2在基片托座4上含有可成形的基片5。调温板6、7用于调整为热压所需要的温度。
由图2可清楚看出，压印模具3的托座包括一圆柱形模具固定件8，它通过密封圈10密封地固定在底板9上，以及在压印模具3的圆周面上围夹着此压印模具3。在通过密封圈11、12密封地固定在调温板6上的底板9内加工一环形槽13，槽的内圆柱面14通过模具固定件8的外圆柱面15延长。一个可平行于室部件移动的方向移动的环形的基片固定件16与槽13和延长的外表面15一起构成第一个压力腔17，压缩空气的第一输入通道18穿过底板9引入压力腔17内。其端面有一个用作压紧装置并具有环形密封装置20的台阶19的基片固定件16，通过密封件21、22贴靠在模具固定件8的外圆柱面15上或槽13的外圆柱面23上。由此保证可沿轴向运动的基片固定件16能如一个气动缸的活塞那样工作。其运动范围沿一个方向以底板9为界以及沿另一个方向受图中没有画出的止挡的限制。复位弹簧24用于在压缩空气的供入结束后将基片固定件16重新带回其静止位置。在静止位置基片固定件16向上提升到使台阶19不再通过环形密封装置20伸出压印模具3具有一定结构的表面，不过在所有的附图中都看不到这一情况。在底板9内的另一个压缩空气输入通道25通入一个垂直延伸的通道26内，并通过模具固定件8内的另一个通道27一直延伸到在端面的出口。这两个输入通道18、25由一个图中未表示的造型设备的气动控制装置供气并可以单独控制。
在压印周期中例如按DE 196 48 844C1所述将压印模具的表面结构转移在基片上，此压印周期从闭合造型设备开始。在这一时刻基片固定件16处于静止位置。在通过气动控制装置调整为所要求的大气条件(真空)和通过调温板6、7调整为额定温度后，将两个室部件1、2通过力和行程控制为互相垂直定位直至压印模具3与可成形的基片5接触。之后，基片5通过一个控制力量的定位过程相应地调整过程参数压入压印模具3内。接着，室借助于调温板6、7冷却到一个取决于过程的脱模温度。在此期间在压印模具3与基片5之间在压印过程形成的表面接触仍在控制力量的情况下保持不变。若达到脱模温度，在室内重新造成正常的大气压力状况。在压力平衡后，通过气动控制装置在输入通道18内供入压缩空气，在这里压缩空气应理解为是一种适用于此过程的处于压力状态下的气态的介质。
由于在第一压力腔17内压力升高，基片固定件16朝室部件2的方向移动到直至台阶19通过环形密封装置20位于基片5的表面上时为止。因为受到挡靠使运动停止，所以基片5以一个与空气压力成正比的力压靠在基片托座4上。环形的台阶19通过其密封地支靠在基片5上封闭了第二压力腔28，此压力腔28除此之外还以基片5、模具固定件8和压印模具3为界，以及通道27通入此腔内。
在压力腔28通过通道25、26、27充填压力空气后，两个室部件1、2的间距不断增大。由于在第一压力腔17内存在的压力被基片固定件16持续地压在基片托座4上的基片5，从边缘那里与压印模具3脱离。在第二压力腔28内存在的压缩空气立即流入形成的间隙内并以一个与空气压力成正比的脱模力支持基片5脱离。随着脱离的不断推进增大了空气的作用面，导致进一步提高脱模力。脱模过程在基片5周围均匀分布地完成以及没有回弹效应。
室部件1、2的连续运动对于一个规定的距离以一个确定和均匀的速度进行。在这一运动结束后，中断向压力腔17和28的压缩空气供入。复位弹簧24将基片固定件16重新送回其静止位置。
当基片5与压印模具3完全脱开时室便可以开启。

Claims (8)

1.将已成形的基片(5)与压印模具(3)分开的设备，它有：一个可闭合的室的一对可相对移动的室部件(1，2)，其中第一个室部件(1)用作压印模具(3)的托座，第二个室部件(2)用作可成形的基片(5)的托座；和一基片固定件(16)，它在压印区外部将基片(5)固定就位，其特征为：上述基片(5)固定在其托座上，当上述两个室部件(1，2)之间的间距增大时，利用上述基片固定件(16)将基片(5)与压印模具(3)脱开。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征为：基片固定件(16)可平行于室部件(1、2)的移动方向移动，并与压印模具(3)的托座一起围绕着一个第一压力腔(17)。
3.按照权利要求2所述的设备，其特征为：基片固定件(16)围绕一个在压印模具(3)托座上的模具固定件(8)，它在压印模具(3)的圆周面上围夹住压印模具(3)。
4.按照权利要求3所述的设备，其特征为：第一压力腔(17)加工为在压印模具(3)托座内的环形槽(13)，基片固定件(16)封闭此环形槽。
5.按照权利要求4所述的设备，其特征为：基片固定件(16)通过其在基片(5)上的支座与模具固定件(8)一起构成第二压力腔(28)的边界，在此压力腔内至少有一个穿过模具固定件(8)的压缩空气通道(27)，用于在室开启时支持基片(5)与压印模具(3)脱开。
6.按照权利要求5所述的设备，其特征为：压印模具(3)的托座含有压缩空气输入通道(18、25)，其中第一个输入通道与第一压力腔(17)连通，第二个输入通道与模具固定件内的通道(27)连通。
7.将已成形的基片(5)与在闭合的室内部的压印模具(3)分开的方法，室包括一对可相对移动的室部件(1，2)，其中第一个室部件(1)用作压印模具(3)的托座，第二个室部件(2)用作可成形的基片(5)的托座，基片(5)在一个处于压印区之外的边缘区固定在其托座上，其特征为：在上述基片(5)保持固定在其托座上时将上述两个室部件(1，2)之间的间距增大。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征为：在室开启时在被固定的边缘区内形成的开始脱开区通过压缩空气和室的进一步开启而增大，直至基片(5)与压印模具(3)完全分开。
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