CN1188041A - 微型系统技术结构成型的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于成型微型系统技术结构的装置与方法。此装置的腔室拥有一对面对面的腔室部件,其中的一个与机架固定而另一个可调节;还拥有侧壁,它由一个内部部分和一个外部部分组成。内部部分被固定在固定的腔室部件上;而在外部部分朝外的端面上,当闭合腔室时,因抵抗弹簧的作用力,抵靠着可调整的腔室部件,外部部分沿着靠近固定腔室部件的导向部件,可以在两个止挡之间移动。在腔室内部,当腔室闭合的时刻,调整气氛条件和温度状态,在此时刻作用于固定的腔室部件的作用力的提高达到预定值。

Description

微型系统技术结构成型 的装置与方法

本发明涉及微型系统技术结构成型用的一套装置，装置包括可闭合腔室的一对面对面的腔室部件，腔室作为载体用于容纳冲压模和一种可塑性材料，其中一个腔室部件与机架固定，而另一个可在框架内被操作调整。

在名称为LIGA技术(采用同步加速幅射、电成型、塑料成形技术的平板印刷术)。用于生产微型系统技术构件的已被公开的方法中，成型是批量生产的关键。通过最好在真空状态下，把成形工具压入一种热塑性塑料层或一种其它材料，并且在一个高于热塑性塑料软化温度的温度下，生产结构高度在几个毫微米直到几百微米范围内的三维结构。

主题是用塑料生产微型结构体的方法的DE4010669C1和DE4222856C1，按照工艺过程详细介绍了所谓的真空冲压方法。适用连续成型的装置的构造设计没有被详细地说明。

一套这样的装置必须满足对灵活的可使用性的要求。除其它问题之外需要解决这样的问题：即因所用成形模的不同高度，以及成型材料的不同厚度，还有成型深度(结构深度)而产生的问题。这种可适应性由于在DE4222856C1中包括的、成形模非常精确的平行引导增加了难度。

因此本发明的目的在于，对于在真空条件下实施的冲压方法，在保证高度的尺寸精确性条件下，补偿这样的厚度波动，并且保证不同的成型深度。

此目的由一套用于成型微型系统技术结构的装置完成，该装置带有一个可闭合腔室的一对面对面的腔室部件，腔室作为载体用于容纳冲压模和一种可塑性材料，其中一个腔室部件与机架固定，而另一个在框架内可调整地被导引，其中，腔室拥有侧壁，侧壁由一个内部部分和一个外部部分组成，内部部分固定在固定的腔室部件上，而外部部分朝外的端面由当腔室闭合时反抗弹簧力的可调节腔室部件抵靠，外部部分可以沿位于固定的腔室部件上的导向部件，在两个止挡之间移动。止挡的间距基本确定了腔室宽度。

内部部分由第一圆柱凸缘构成，其扩经部位被固定在固定的腔室部件上。扩经部分在槽内有一个圆环，用于密封固定的腔室部件。

呈第二圆柱凸缘形式的外部部分，既以其内部的柱面包围着第一凸缘，也用其扩经部分内的孔，包围着导向部件，其中通过一个正方形的环，在第一和第二凸缘之间产生了一种真空密封的滑动联接。

在成型过程和成型的在先和随后步骤期间，尽管可调腔室部件有必要的移动，腔室仍保持处于闭合状态，所以被调整过的工艺条件不被改变。

最好腔室一般至少分步地被绝热外壳包围，同时在腔室部件朝外的侧面上安装调温护板，并且通过被分级安装的热反射环形护板实现减少侧面的热幅射损失。

此外，本发明的主题是一种用于成型微型系统技术结构的方法，其中，在进行了气氛条件调整和适于可塑性材料的温度调整之后，一种可塑性材料以某一成型力和预定的持续时间，在一个可闭合的腔室内部，通过对一种可移动的腔室部件相对于固定的腔室部件的调节被压入成形工具中，并且，在某个脱模温度下把已成型材料取出。气氛条件和工艺温度的调整在腔室闭合的时刻进行，在此时刻作用于固定腔室部件的力的升高达到预定值。

所以，在作用力的第一个预定值的情况下，开始气氛条件的调整，这时，通过在侧壁外部部分的朝外端面上抵靠可闭合的腔室部件来进行腔室闭合。

工艺温度的调整以第二个预定值为前提，此温度下模具与可塑性材料互相紧贴，处于最佳的热接触状态。

由于热膨胀引起的对固定腔室部件的作用力的提高，最好通过可调腔室部件的路程调整得到补偿。

下面应借助于简图详细解释本发明。图中所示为：

图1一套成型装置的基本结构

图2一个用于成型的真空腔室

图3用放大剖面图表示的用于腔室高度调整的装置。

按照图1，与机架固定的部分2与可调节部分3由一个承载机架1承载，法兰4、5被固定在部分2和3上。两个法兰4、5用于固定在图2和3中详细表现的真空腔室的两个面对面的腔室部件6、7。

使用一种在承载机架1内，由电动机、轴和导向装置组成的整体性组合作为动力单元，可调节部分3在用于测力的装置9、控制装置10以及未画出的用于测量位移和调整力的装置的协同作用下，能够压力可调整地被朝底座固定的部分2移动。

为了在热成型过程期间和之后升高温度和冷却，提供一种用油作为热载体工作的调温单元13。

位于法兰4、5和可调温的腔室部件6、7之间的调温护板14、15，充分限制了与相邻装置部件的热传递。

没有给出用于产生监控、产生真空、通风以及用于温度检测的手段。

按照图2和3，与调温单元13联接的管道16、17穿过腔室部件6、7。

通过六个螺钉实现腔室部件6在法兰4上的固定，螺钉穿过套管18，按照图可以看到其中的一个或两个。(为简明起见，在图2中并不是所有的部分都被配了标号。)

真空腔室的侧壁被分为内部部分和外部部分。内部部分由第一个圆柱凸缘19构成，其扩径部分被螺钉20固定在腔室部件6上。为了密封，在槽21内放入圆环22。

呈第二圆柱凸缘23形式的外部部分，既以其内部的柱面包围了第一凸缘19，又用它在扩经部分的孔24包围了套管18。通过一种正方形环25产生真空密封的滑动联接。压力弹簧26在作为第二凸缘23的导向装置套管18上被移动，抵靠在第二凸缘部分23的扩径上，并且支撑在腔室部件6上。

螺钉头27、28构成了限位止挡用于第二凸缘23的移动，凸缘23在真空腔室被开启时，借助于压簧26的作用被压靠到螺钉头28上，而在真空腔室闭合时，可调节的腔室部件7反抗压簧26的作用力，抵靠在凸缘23朝外的端面29上。为了密封的目的，在端面29的槽31内放入一个零位环。

作为过程空间的真空腔室的内腔，为了减少侧面的热幅射损失，用热反射护板多重地包围。第一层内部护板32被安装在第一凸缘的内部，并且与凸缘保持一段间隙33。中间层护板35、36邻近在朝外侧面上的腔室部件6、7，并且保持间隙34、37。最后，外部护板38、39构成了最后的绝热板。

在用作上部件和下部件的腔室部件6、7上，设置了一个未绘出的支座，成型模具和/或冲压模具可以被固定安装地保持在其内，或者它适于夹持在装置的外部被组装到一起的例如由成型模具、可塑性材料、冲压模和与工艺条件适配的分界薄膜组成的层状结构。装载既可以手动也可以自动进行。

为了避免模具氧化或者在待生产的结构中夹杂空气，不仅真空环境而且使用保护气体也适于作为气氛条件。在前面的例子中所介绍的真空腔室，可以不改变本发明的基本构件，也被设计为可闭合腔室，在腔室内可以在一种保护气体气氛下加工。

下腔室部件7的密封面40在真空腔室闭合时，抵靠位于朝外端面29内的零位环30，使测力装置9测量的压力升高。在达到预定的第一压力时，可调部分3的移动被阻止，位置用路程调整来保持恒定。没有在可塑性材料上施加作用力的情况下，进行真空腔室的抽真空。

一完成抽真空，就开始了成型过程。首先测力装置9被调零，这是因为抽真空之后由真空产生的作用于腔室的力，对成型没有影响。可调节部分3从现在一直移动，直到达到重新预定的第二个力，在第二个力的作用下，成型模具与可塑性材料互相处于最佳接触，以便温度调整。由于第二凸缘23滑动在第一凸缘19上，所以在保持真空条件的情况下，实现了对此所必需的腔室高度减小。

成型模具与可塑性材料被调整到要求的成型温度，这时通过力调整，被调整过的力保持恒定。由于材料的热膨胀引起的压力升高，通过可调节部分3的路程调整得到补偿。

由于凸缘23相对于凸缘19的可移动性，即便在这种措施的情况下，以适宜的方式保证了真空腔室的真空密封闭合。

螺钉头27的止挡产生一种用测力装置9测量的作用力的可测量升高，所以，参与成型的部件的最大移动距离可以被监控。

一到要求的成型温度，就通过可调节部分3导入对于成型过程必要的成型力，并且通过调整力来控制成型过程。

成型过程结束后，可调节部分3被一直移动，直到达到规定的第三个力。然后，成型工具与成型冲模通过转换调温方式借助腔室部件6、7冷却到脱模温度。一达到脱模温度，真空腔室就被灌满保护性气体，并且通过可调节部分3的回程被打开。通过压簧26的作用，第二凸缘23被压到螺钉头28上，所以达到具有最大腔室宽度的起始位置。

Claims (9)

1.用于微型系统技术结构成型的装置，带有一个可闭合腔室的一对面对面的腔室部件，腔室作为载体用于容纳冲模和一种可塑性材料，而且其中的一个腔室部件与机架固定，而另一个可在一个架内被调整，其特征在于：腔室拥有侧壁，侧壁由一个内部部分和一个外部部分组成；内部部分固定在固定的腔室部件(6)上，可调节的腔室部件(7)在腔室闭合时，抵抗弹簧(26)的作用力抵靠在外部部分的朝外的端面(29)上，外部部分可以沿固定的腔室部件(6)上的导向部件(18)，在两个止挡之间移动，两个止挡的距离基本上确定了腔室宽度。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，内部部分由一个第一圆柱凸缘(19)构成，凸缘的扩径部分被固定在固定在腔室部件(6)上，扩径部分在槽(21)内有一个圆环(22)，用于密封固定的腔室部件(6)。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，呈第二个圆柱凸缘(23)形式的外部部分，既以其内部的柱面包围着第一个凸缘(19)，又用在其扩径范围内的孔(24)包围着导向装置(18)，这时通过一个正方形环(25)，在第一个凸缘和第二个凸缘(19，23)之间产生一种真空密封的滑动联接。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，腔室一般至少分级地被绝热外壳包围。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在腔室部件(6、7)的外侧面上，安装可保温的保护板(14、15)，并且通过分级排列安装的热反射环状护板，来减小侧面热幅射损失。

6.用于微型系统技术结构成型的方法，使用这种方法时，在进行了气氛条件与适于可塑性材料的成型温度的调整后，一种可塑性材料以一定成型压力和规定的持续时间，在可闭合腔室内，通过对可移动的腔室部件相对于一个固定的腔室部件挤压到成形工具内，而且在脱模温度下进行已被成型的材料的脱模，该方法的特征在于，在闭合腔室的时刻进行气氛条件与工艺温度的调节，在此时刻作用于固定腔室部件(6)的作用力的增高，达到预定值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，气氛条件的调整在作用力为第一个预定值的情况下开始，同时进行腔室闭合。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，工艺温度的调整以第二个预定值为前提条件，在这一温度下，成型模具与可塑性材料互相处于最佳的热接触状态。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，由热膨胀引起的作用于固定腔室部件的力的提高，通过可调节腔室部件的路程调整得以补偿。

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