DE10161492C2 - Verfahren zur Herstellung und Magazinierung von Mikrobauteilen, Magazin und Montageverfahren für Mikrobauteile - Google Patents
Verfahren zur Herstellung und Magazinierung von Mikrobauteilen, Magazin und Montageverfahren für MikrobauteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und
Magazinierung einer Mehrzahl von metallischen Bauteilen mit
Mikrostrukturen, sowie ein Magazin für mehrere Bauteile und
ein Montageverfahren für Bauteile mit Mikrostrukturen.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von
metallischen Bauteilen mit Mikrostruktur mittels
Photolithographie, insbesondere Direktlithographie und
Galvanoformung zeichnet sich dadurch aus, dass auf einem
elektrischen leitenden Substrat ein Photoresist in der
benötigten Strukturhöhe aufgetragen, der Photoresist zur
Übertragung der Mikrostrukturen in den Photoresist belichtet
und entwickelt wird, mittels Galvanoformung die Mikrostruktur
im Photoresist mit Metall gefüllt und das Substrat
anschließend entfernt wird.
Bei dieser konventionellen Vorgehensweise der Herstellung
metallischer Bauteile, insbesondere mit Mikrostrukturen
mittels Direktlithographie wird zunächst eine Maske
hergestellt, auf der sich die Konturen der späteren Bauteile
befinden. Hierzu wird auf einem elektrisch leitenden Substrat
der Photoresist in der benötigten Strukturhöhe aufgetragen. In
dem Lithographieschritt werden die zweidimensionalen Konturen
der Bauteile durch Schattenprojektion in den Photoresist
übertragen. Je nach Art des verwendeten Photoresists wird
dieser an den bestrahlten Bereichen zerstört, das heißt die
Molekülketten gebrochen, beziehungsweise der Photoresist durch
Belichtung vernetzt. Hierdurch entstehen in dem Photoresist
Bereiche, die eine unterschiedliche chemische Beständigkeit
besitzen und somit selektiv gelöst werden können. In einem
nachfolgenden Entwicklungsschritt werden je nach verwendetem
Photolack beziehungsweise Photoresist die belichteten oder
unbelichteten Bereiche selektiv aufgelöst. Durch den
Entwicklungsschritt entstehen somit dreidimensionale
Photoresist- beziehungsweise Photolackstrukturen, welche die
laterale Geometrie der Maskenkonturen besitzen.
Die entwickelten Photolack- beziehungsweise
Photoresiststrukturen haften auf dem elektrisch leitfähigen
Substrat, so dass durch Galvanoformung, welche bevorzugt auf
dem elektrisch leitenden Substrat startet, die
Photolackstrukturen hochpräzise abgeformt werden können. Der
Prozess der Galvanoformung wird solange betrieben, bis alle
Photolackstrukturen metallaufgefüllt sind.
Als Werkstoffe können unterschiedliche Metalle, zum Beispiel
Kupfer, Nickel, Gold oder auch Legierungen, zum Beispiel
Nickeleisen oder Nickelwolfram verwendet werden. Anschließend
werden die metallischen Bauteile durch einen Schleifprozess
auf die benötigte Höhe nachbearbeitet, worauf abschließend der
belichtete Photoresist beziehungsweise Photolack und das
Substrat selektiv weggeätzt werden, so dass die erzeugten
metallischen Mikrostrukturen vereinzelt vorliegen und
gegebenenfalls montiert werden können. Nachteilig hieran ist,
dass die vereinzelt vorliegenden Bauteile, insbesondere mit
Mikrostruktur, zum Zwecke der Montage mittels aufwendiger
Positionier- und Haltevorrichtungen relativ zueinander
positioniert werden müssen, um die Montage durchführen zu
können.
Durch die abschließende Vereinzelung der Bauteile mit
Mikrostruktur am Ende des Herstellungsprozesses wird in
nachteiliger Weise eine Information, nämlich die zunächst sehr
exakte relative Lagerpositionierung der Mikrobauteile während
des Herstellungsprozesses nicht ausgenutzt.
Insoweit wurde bereits in der WO 98/39230 A1 beziehungsweise in
der parallelen DE 197 09 136 A1 vorgeschlagen, die
Mikrobauteile auf einer Bauteilgrundplatte herzustellen.
Anschließend erfolgt ein Eingießen der freiliegenden
seitlichen Flächen des Mikrobauteils mittels eines sich
verfestigenden Formstoffs, worauf die Bauteilgrundplatte oder
der das Mikrobauteil überdeckende Formstoff entfernt wird. Das
Magazin für mindestens ein Mikrobauteil umfasst eine
scheibenförmige Platte, die das Mikrobauteil mindestens an den
seitlichen Flächen formschlüssig umfasst. Dieses Eingießen
beziehungsweise Umspritzen der Mikrostrukturen, beispielsweise
mittels eines spritz- oder gießfähigen Kunststoffs, erfordert
jedoch einen zusätzlichen Prozessschritt, der die
Herstellungskosten erhöht und den Produktionsablauf weiter
kompliziert.
Aus der WO 98/39501 A1 bzw. der parallelen DE 197 09 137 A1 ist es bekannt, metallische Mikrobauteile
herzustellen, indem ein Magazin aus elektrisch nicht leitendem
Formstoff ein Mikrobauteil aus einem chemisch lösbaren
Material an den seitlichen Flächen formschlüssig umfasst. Das
Magazin und das Mikrobauteil erster Art werden einseitig mit
einer Beschichtung oder mit einem Substrat aus einem
elektrisch leitfähigen Material versehen. Anschließend wird
dieses Mikrobauteil erster Art aus dem Magazin entfernt,
worauf das Magazin mit einem Metall oder einer Metalllegierung
zur Herstellung metallischer Mikrobauteile zweiter Art gefüllt
wird. Anschließend werden die Schicht beziehungsweise das
Substrat entfernt.
Weiterhin ist aus der DE 41 28 964 A1 ein Verfahren bekannt,
bei dem Photoresist beziehungsweise Photolack als Fügemittel
zum Verbinden zweier Mikrobauteile oder Mikrostrukturen dient.
Aus der Zeitschrift "Sensors and Actuators" A 64 (1998), pp.
33-39 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von
metallischen Bauteilen mittels Photolithographie und
Galvanoformung bekannt, wobei auf einem elektrisch leitenden
Substrat ein Photoresist der benötigten Strukturhöhe
aufgetragen, der Photoresist zur Übertragung der
Mikrostrukturen in den Photoresist belichtet und entwickelt
wird, mittels Galvanoformung die Mikrostruktur im Photoresist
mit Metall gefüllt und das Substrat anschließend entfernt
wird.
Die DE 37 27 142 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung
von Mikrosensoren mit integrierter Signalverarbeitung, bei dem
die elektrischen Schaltkreise für die Signalverarbeitung und
die mit diesen gekoppelten Sensorstrukturen auf einem
gemeinsamen Substrat räumlich unmittelbar benachbart gefertigt
werden. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
Fertigung der elektronischen Schaltkreise auf dem Substrat
nach Methoden der Halbleitertechnik, Aufbringen einer
leitfähigen Schicht auf dem Substrat, die so strukturiert
wird, dass nach Maßgabe des Grundrisses der herzustellenden
Sensorstrukturen sowie der erforderlichen Leiterbahnen und
Anschlüsse für die Schaltkreise eine flächenhaft strukturierte
Galvanielektrode steht, Aufbringen einer Schicht eines
Röntgenresists auf dem mit der Galvanikelektrode versehenen
Substrat, wobei die Dicke der Schicht einer charakteristischen
Höhe der Sensorstruktur entspricht, Herstellen von Negativen
der Sensorstrukturen in dieser Schicht auf
röntgenlithographischem Wege, galvanische Abscheidung eines
Metalls oder einer Metalllegierung in die Negative der
Sensorstrukturen unter Verwendung der Galvanikelektrode und
Aufteilen des Substrats mit den darauf aufgebrachten
Sensorstrukturen in einzelne Funktionseinheiten. Der Resist
wird bevorzugterweise erst nach dem Zerteilen des Substrats entfernt.
Die DE 198 41 785 C2 befasst sich mit einem Verfahren zur
Herstellung eines Körpers mit Mikrostrukturen aus thermisch
aufgespritztem Material, welches folgende Schritte umfasst:
Aufbringen mindestens einer Schicht eines
strahlungsempfindlichen Kunststoffs auf eine Oberfläche eines
Substrats, Mikrostrukturieren der Kunststoffschicht mittels
eines lithographischen Verfahrens, Aufbringen mindestens eines
Materials auf die die mikrostrukturierte Kunststoffschicht
aufweisende Oberfläche des Substrats durch thermisches
Spritzen und vollständiges oder teilweises Entfernen der
mikrostrukturierten Kunststoffschicht und/oder des Substrats
und/oder Abtragen zumindest von aufgespritztem Material
mindestens bis zur Höhe der Oberkante von Mikrostrukturen der
Kunststoffschicht. Als ein mögliches Zwischenprodukt liegt
eine magazinähnliche Anordnung vor, die aus Photolitho
graphisch strukturierten Photoresist besteht.
In der DE 100 16 017 A1 ist ein Verfahren zur Montage von
magazinierten Mikrobauteilen beschrieben, das mit einer
geringen Anzahl von bauteilspezifischen Ausdrückwerkzeugen
auskommt und schneller durchführbar ist. Das Verfahren sieht
vor, dass mindestens zwei Bauteilträger aufweisende Magazine
mit jeweils mindestens einer Bauteilsorte und mit jeweils
aufeinander abgestimmten Bauteilpositionen verwendet werden,
wovon mindestens ein Magazin ein Grundplattenmagazin ist, bei
dem die Mikrobauteile auf einer Grundplatte als Bauteilträger
angeordnet sind. Es wird mindestens ein Fügeschritt
durchgeführt, bei dem jeweils zwei Magazine gegenüberliegend
angeordnet und alle Mikrobauteile der beiden Magazine im
Magazinverbund gleichzeitig zur Bauteilgruppe oder zu
Bauteileinheiten zusammengefügt werden. Die Bauteilträger der
Magazine werden anschließend entfernt.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von
metallischen Bauteilen dahingehend weiterzuentwickeln, dass
die Bauteile, insbesondere mit Mikrostrukturen, nach der
Herstellung insbesondere zum Zwecke der Montage mit anderen
Bauteilen einfach gehandhabt werden können und das Verfahren
zur Herstellung und Magazinierung der Bauteile möglichst
einfach ausgestaltet ist.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren mit den eingangs
genannten Merkmalen im wesentlichen dadurch gelöst, dass der
Photoresist beziehungsweise Photolack selbst ein Magazin für
die Bauteile bildet und zusätzlich zu den Bauteilen weitere
Hilfsstrukturen mittels Photolithographie und Galvanoformung
in dem Photoresist erzeugt werden.
Durch diese Maßnahmen können gleichzeitig mit der
photolithographischen Strukturierung der Mikrobauteile
Justagemarken, Ausrichtstrukturen oder sonstige
Hilfsstrukturen für die spätere Montage in dem Photoresist
erzeugt werden, wodurch der Aufwand bei der späteren Montage
stark reduziert wird. Diese Hilfsstrukturen werden bei der
späteren Montage der Bauteile mit Mikrostruktur zur Justage
und Ausrichtung der Bauteile beziehungsweise der Magazine
verwendet. Insoweit ist eine montagefreundliche Halterung und
Ausrichtung der erzeugten Mikrostrukturen gegeben. Aufgrund
der hochpräzisen Strukturierung des Photoresists
beziehungsweise Photolacks, welche gleichzeitig und ohne
zusätzliche Kosten bei der Strukturierung der benötigten
Bauteile erfolgt, wird die spätere Montage erheblich
vereinfacht. Die photolithographische Strukturierung des
Photolacks sorgt nicht nur dafür, dass die Genauigkeit der
Bauteile im Submikrometerbereich liegt, sondern dass auch die
relative Positionierung und Lage der einzelnen Mikrobauteile
innerhalb des Magazins im Submikrometerbereich bekannt ist. Um
diese Informationen nicht durch eine Vereinzelung der
erzeugten Mikrostrukturen zu verlieren, ist es vorgesehen, die
Mikrobauteile in dem aus Photoresist bestehenden Magazin zu
belassen. Zusätzlich werden in dem Photoresist Hilfsstrukturen
beziehungsweise geeignete, hochpräzise Marken mit der
Herstellung der Bauteile gebildet. Durch Kenntnis der
Positionierung und Lage dieser Hilfsmarken ist somit auch die
Positionierung und Lage eines jeden Bauteils, welches sich in
dem Magazin beziehungsweise Photoresist befindet, mit einer
Genauigkeit im Submikrometerbereich bekannt. Insoweit ist es
bei der späteren Montage nicht erforderlich, dass jedes
einzelne Bauteil vermessen wird, vielmehr ist das Magazin
anhand der Lage der Hilfsstrukturen entsprechend zu
positionieren, wodurch dann die Position sämtlicher in dem
Photoresist befindlichen Bauteile bekannt ist.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens
ist das Magazin als flache beziehungsweise dünne Platte,
Scheibe oder Wafer ausgebildet. Insoweit besteht durch
geeignete Dimensionierung die Möglichkeit, das Magazin in
handelsüblich erhältlichen Verarbeitungseinheiten einzusetzen.
Von Vorteil wird als Photoresist ein Photolack SU-8 verwendet.
Des weiteren besteht nach einer anderen Ausgestaltung der
Erfindung die Möglichkeit, das Magazin beziehungsweise die
Bauteile nach dem Galvanoformungsschritt auf die gewünschte
Strukturhöhe durch Abschleifen, Läppen oder sonstige
spanabhebende Maßnahmen einzustellen.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Substrat selektiv
weggeätzt wird.
Sofern die Bauteile mit Mikrostrukturen beziehungsweise die
Hilfsstrukturen Kanäle, Durchgangslöcher oder dergleichen
aufweisen, ist es von Vorteil vorgesehen, dass der diese
Kanäle, Durchgangslöcher oder dergleichen ausfüllende Kern des
Photoresists vor Beginn der Montage durch mechanische oder
sonstige Mittel, beispielsweise mittels eines Ausstoßes oder
Druckluft, entfernt wird.
Insgesamt zeichnet sich das Verfahren zum Herstellen und
Magazinieren der mehreren metallischen Bauteile mit
Mikrostrukturen dadurch aus, dass die in dem Magazin mit der
Herstellung der Mikrostrukturen eingebrachten Hilfskonturen
bei der späteren Montage zur Justage und Ausrichtung der
Magazine beziehungsweise Bauteile verwendet werden können.
Hierbei wird die Eigenschaft ausgenutzt, dass bei der
Herstellung der Maske nicht nur jede einzelne Struktur, das
heißt die Konturkante, mit einer Präzision im Submikrometer-
Bereich erstellt werden kann, sondern auch die relative
Position und Orientierung der einzelnen Strukturen zueinander
hochpräzise abgebildet wird. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren wird diese Information aus der Maskenherstellung für
die spätere Montage der Bauteile ausgenutzt.
Von Vorteil ist die Position und Orientierung der
Justagemarken, Ausrichtstrukturen oder sonstiger
Hilfsstrukturen für alle Magazine im wesentlichen gleich oder
identisch. Damit lassen sich dann auch unterschiedliche Masken
bezüglich dieser Strukturen mit der Präzision, die bei der
Maskenherstellung erzielbar ist, zueinander ausrichten.
Die Bauteile, die später miteinander gefügt werden sollen,
werden relativ zu den Hilfsstrukturen, seien es nun
Justagemarken oder Ausrichtstrukturen, auf der jeweiligen
Maske angeordnet. Hierdurch ist die Orientierung und Lage
eines jeden Bauteils bezogen auf die Justagemarken und
Ausrichtstrukturen exakt bekannt.
Nach den Prozessschritten Belichtung, Entwicklung,
Galvanoformung und Abschleifen auf die erforderliche Höhe wird
das Substrat durch selektives Ätzen entfernt, worauf aus dem
Photoresist ein Magazin entsteht, in dem die galvanisch
erzeugten Strukturen eingeschlossen sind. Damit die einzelnen
Magazine mit den unterschiedlichen Bauteilen zueinander
ausgerichtet und auch die unterschiedlichen Bauteile
ineinander gefügt werden können, ist es erforderlich, in den
jeweiligen durch Durchgangslöcher oder dergleichen gebildeten
Bereichen der Hilfsstrukturen sowie Bauteile den oder die
Photoresistkerne zu entfernen, was beispielsweise durch
mechanisches Ausdrücken geschehen kann.
Das Magazin zur Aufnahme einer Mehrzahl von Bauteilen,
insbesondere metallischen Bauteilen mit Mikrostrukturen,
welches insbesondere nach dem Verfahren der vorhergehenden
Ansprüche hergestellt ist, zeichnet sich dadurch aus, dass das
Magazin aus photolithographisch strukturiertem Photoresist
besteht, wobei das Magazin bevorzugt Hilfsstrukturen zur
Positionierung aufweist.
Von Vorteil ist die Hilfsstruktur eine Ausrichtstruktur,
welche bevorzugt als Ringelement ausgebildet ist. Durch diese
Ringelemente oder sonstige Ausrichtstrukturen können
hochpräzise Stifte gesteckt werden, so dass beispielsweise
zwei übereinander angeordnete Magazine sehr präzise relativ
zueinander ausgerichtet werden können. Somit ist die Position
jedes einzelnen Bauteils zweier oder mehrerer über die
Ausrichtmittel, wie beispielsweise Stifte, miteinander
verbundener Magazine gegenüber der Position der Ausrichtmittel
beziehungsweise Stifte bekannt. Diese Information wird
anschließend für die Steuerung einer automatischen
Montagevorrichtung verwendet, wobei beispielsweise ein oder
mehrere Stößel oder Ausstoßer sukzessive oder parallel mehrere
oder alle Positionen, an denen Bauteile gefügt werden sollen,
anfährt. Da die Position und Orientierung der zu fügenden
beziehungsweise zu montierenden Bauteile vom Maskendesign her
bekannt ist, entfällt eine Vermessung der Lage und
Orientierung sowie eine Ausrichtung der einzelnen
Mikrostrukturen zueinander, wodurch der gesamte Ablauf sehr
vereinfacht wird.
Weiterhin bietet es sich an, dass die Hilfsstruktur eine
Justagemarkierung ist, welche bevorzugt Kreuzform oder eine
sonstige, genau lokalisierbare Form besitzt. Diese
Justagemarkierungen können beispielsweise mittels einer
Positioniervorrichtung optisch erfasst werden, so dass eine
Relativbewegung zweier, übereinander angeordneter Magazine
mittels einer Positioniervorrichtung ermöglicht ist und der
Füge- beziehungsweise Montageprozess vollautomatisch
durchgeführt werden kann.
Weiterhin bietet es sich an, dass das Magazin in einer
einzigen ersten Gruppe eine Mehrzahl von gleichen Bauteilen
aufnimmt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die eine Gruppe
von gleichen Bauteilen in einem ersten Magazin und eine zweite
Gruppe von zu fügenden gleichen Bauteilen in einem zweiten
Magazine vorgesehen, wobei die ersten und zweiten Bauteile
bevorzugt unterschiedlich ausgestaltet sind. Sobald die beiden
Magazine übereinander angeordnet und mittels der
Ausrichtmittel definiert relativ zueinander positioniert sind,
kann mit dem Fügeprozess begonnen werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, in einem einzigen Magazin
zwei Gruppen von jeweils unterschiedlichen Bauteilen
aufzunehmen, wobei dann zwei derartiger Magazine
gegebenenfalls unter einer relativen Verdrehung zueinander
übereinander angeordnet werden, so dass dann mit dem
Fügeprozess der unterschiedlichen Bauteile begonnen werden
kann.
Das Montageverfahren von magazinierten Bauteilen mit
Mikrostruktur, die in einem Magazin aufgenommen sind, zeichnet
sich dadurch aus, dass zwei Magazin mit Bauteilen übereinander
positioniert werden, und Bauteile des ersten Magazins von
einer Montagevorrichtung, beispielsweise mittels Druckluft
oder eines Ausstoßes, mit Bauteilen des zweiten Magazins
und/oder gegebenenfalls umgekehrt montiert oder verbunden
beziehungsweise gefügt werden. Dabei wird die relative
Positionierung der beiden übereinander positionierten Magazine
bevorzugt mittels der Ausrichtmittel durchgeführt, wobei diese
Ausrichtmittel in der Ausrichtstruktur der beiden Magazine
aufgenommen sind.
Insoweit ist es vorgesehen, dass die Bauteile in den Magazinen
nicht deckungsgleich angeordnet sind und die
übereinanderliegenden Magazine zur Montage der Bauteile
mittels einer Positioniervorrichtung relativ zueinander
örtlich definiert und parallel zueinander verfahren werden,
wobei die Positioniervorrichtung Ortsinformationen der
Hilfsstrukturen verarbeitet. Bei dieser Ausführungsform
besteht der Vorteil darin, dass die Fläche des Magazins
beziehungsweise die Aufnahmekapazität des Magazins an
Bauteilen optimiert werden kann, wobei dann jedoch zum Zwecke
des Fügens der Bauteile das eine Magazin relativ zum anderen
Magazin definiert örtlich zu verfahren ist, um die zu fügenden
Bauteile jeweils zur Deckung gelangen zu lassen.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, mittels beispielsweise
einer Montagevorrichtung sukzessive nacheinander die ersten
und zweiten Bauteile zu fügen, wobei dann die
Montagevorrichtung über das Magazin verfahren wird. Bei dieser
Ausgestaltung weist jedes der übereinander angeordneten
Magazine unterschiedliche Strukturen auf, so dass auch ein
unterschiedliches Maskendesign für die beiden oder auch
mehreren Magazine erforderlich ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Montageverfahrens besteht
auch darin, dass die Magazine beziehungsweise Bauteile mittels
der Hilfsstruktur beziehungsweise Ausrichtstruktur und der
Ausrichtmittel während der Montage relativ zueinander örtlich
definiert fixiert werden.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung zwei Magazine, wobei das
eine Magazin eine einzige Gruppe der ersten Bauteile
und das andere Magazin eine einzige Gruppe der zweiten
Bauteile aufnimmt,
Fig. 2 in schematischer Schnittdarstellung zwei Magazine mit
jeweils den ersten und zweiten Bauteilen in
verschiedenen Fertigungsstufen des
Herstellungsprozesses,
Fig. 3 in schematischer Darstellung ein Magazin, in dem zwei
Gruppen von unterschiedlichen Bauteilen aufgenommen
sind,
Fig. 4 in schematischer Darstellung den Montage
- beziehungsweise Fügeprozeß von unterschiedlichen
Bauteilen, die jeweils in einem Magazin aufgenommen
sind,
Fig. 5 in schematischer Darstellung zwei Magazine, in denen
jeweils eine Gruppe erster beziehungsweise zweiter
Bauteile aufgenommen sind, wobei die Anzahl und
Positionierung der Bauteile von Magazin zu Magazin
unterschiedlich ist, und
Fig. 6 in schematischer Darstellung den Fügeprozeß der
Bauteile der Magazine der Fig. 5.
In den Fig. 1, 3 und 5 sind verschiedene Magazine 18, 20
schematisch dargestellt, die mit Bauteilen 10, 12 bestückt
sind. Bei den Bauteilen 10, 12 handelt es sich um solche mit
Mikrostruktur, beispielsweise um Mikrozahnräder für
Miniaturgetriebe oder sonstige Mikrobauelemente.
Aus Fig. 2 gehen einige Schritte des Herstellungsverfahrens
hervor. Nachdem auf einem elektrisch leitenden Substrat 14 ein
Photoresist 16 in der benötigten Strukturhöhe aufgetragen
worden ist, wird der Photoresist 16 zur Übertragung der
Mikrostrukturen der Bauteile 10, 12 in den Photoresist 16
belichtet und anschließend entwickelt. Bei dem
Lithographieschritt der Belichtung werden die
zweidimensionalen Konturen der Bauteile durch
Schattenprojektion über eine Maske in das Photoresist 16
übertragen. Je nach verwendetem Photoresist 16 werden die
belichteten Bereiche zerstört beziehungsweise vernetzt, so daß
der Photoresist 16 unterschiedliche chemische Beständigkeiten
aufweist und somit selektiv entfernt beziehungsweise gelöst
werden kann. Die entfernten Bereiche des Photoresists 16
werden anschließend mittels Galvanoformung mit Metall gefüllt,
welches dann die Bauteile 10, 12 bildet. Die solchermaßen
erhaltenen Magazine 10, 12 sind in den oberen Darstellungen
der Fig. 2 ersichtlich. In dem anschließenden
Fertigungsschritt wird das Substrat 14 beispielsweise durch
selektives Ätzen entfernt. Gegebenenfalls findet zusätzlich
ein Abschleifen der Magazine 18, 20 auf die gewünschte
Strukturhöhe statt. Die Magazine 18, 20 nach Entfernen des
Substrats 14 sind in der mittleren Reihe der Fig. 2
dargestellt.
Sofern die Bauteile 10, 12 mit Mikrostrukturen sowie
gegebenenfalls die noch näher zu beschreibenden
Hilfsstrukturen 22, 24 Durchgangslöcher 28 oder Kanäle
aufweisen, werden die in diesen Durchgangslöchern 28 sitzenden
Kerne 30 des Photoresists 16 entfernt, zum Beispiel mechanisch
ausgestoßen. Die Magazine 18, 20 nach diesem letzten
Bearbeitungsschritt sind in der unteren Reihe der Fig. 2
dargestellt.
Von Vorteil weisen die Magazine die Form einer dünnen flachen
Scheibe 26, einer Platte oder eines Wafers auf.
Die Anordnung der Bauteile 10, 12 in dem jeweiligen Magazin
18, 10 kann unterschiedlich sein. Gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind in dem Magazin 18 nur
Bauteile 10 in einer Gruppe aufgenommen. Hingegen sind in dem
Magazin 20 eine Gruppe anderer Bauteile 12 untergebracht. Die
Anordnung und Positionierung der Bauteile 10, 12 in dem
jeweiligen Magazin 18, 20 der Fig. 1 ist derart getroffen,
daß bei einer deckungsgleichen übereinanderliegenden Anordnung
der Magazine 18, 20 übereinandergeordnete Paare von Bauteilen
10, 12 vorgesehen sind, die dann unter dem Einsatz von
Montagewerkzeugen 38 (Fig. 4) miteinander gefügt werden
können. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird mittels
des Montagewerkzeuges 38 das Bauteil 12 aus dem Magazin 18
beziehungsweise 20 herausgedrückt und in das Bauteil 10 das
Magazin 20, 18 eingefügt.
Das exakte Positionieren der Bauteile 10, 12 in den Magazinen
18, 20 wird mittels Hilfsstrukturen 22, 24 in den Magazinen
18, 20 bewerkstelligt. Bei den Hilfsstrukturen 22, 24 handelt
es sich beispielsweise um kreisringförmige Ausrichtstrukturen
und beispielsweise kreuzförmige Justagemarkierungen. Wie aus
Fig. 4 ersichtlich, werden die Magazine 18, 20 mittels
Ausrichtmitteln 42, bei denen es sich beispielsweise um
hochpräzise Stifte oder dergleichen handeln kann, in ihrer
relativen Positionierung zueinander fixiert.
Das Magazin selbst besteht aus dem Photoresist 16, wobei neben
den Bauteilen 10, 12 auch die Hilfsstrukturen 22, 24 in dem
Photoresist aufgenommen sind.
Während im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Bauteile 10 der
Gruppe 34 im Magazin 18 und die Bauteile 12 der Gruppe 36 im
Magazin 20 aufgenommen sind, ist es gemäß Fig. 3 vorgesehen,
die Magazine 18, 20 identisch hinsichtlich Anordnung und
Ausbildung der Bauteile 10, 12 auszubilden, wobei dann in
jedem der Magazine 18, 20 jeweils eine Gruppe 34 der Bauteile
10 sowie eine Gruppe 36 der Bauteile 12 aufgenommen ist. Der
Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die beiden
Magazine 18, 20 mit Bauteilen 10, 12 mittels eines einzigen
Maskendesigns gefertigt werden können. Zum Zwecke der Montage
werden die beiden Magazine 18, 20 derart übereinander
positioniert, daß wiederum die Bauteile 18 des einen Magazins
über beziehungsweise unter den Bauteilen 20 des anderen
Magazins angeordnet sind, so daß dann mit dem Fügeprozeß
begonnen werden kann. Hierzu sind die beiden identisch gemäß
Fig. 3 ausgebildeten Magazine 18, 20 derart übereinander
anzuordnen, daß das eine Magazin 20 um 180° bezüglich einer
Mittellängsachse gedreht über dem anderen Magazin 20, 18
angeordnet ist. Die örtlich definierte Fixierung beider
Magazine wird wiederum mittels Ausrichtmitteln vorgenommen,
die in der als Ausrichtstruktur ausgebildeten Hilfsstruktur 22
angeordnet sind.
Eine weitere Ausführungsform der Magazine 18, 20 ist in Fig.
5 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die
Magazine 18, 20 hinsichtlich der Aufnahmekapazität für die
Bauteile 10, 12 optimiert, so daß in jedem Magazin 18, 20 ein
Maximum an Bauteilen 10, 12 der ersten Gruppe 34
beziehungsweise zweiten Gruppe 36 aufgenommen ist. In diesem
Fall ist eine parallele Montage sämtlicher Bauteile 10, 12 der
beiden Magazine 18, 20 nicht möglich, da eine deckungsgleiche
Anordnung der Bauteile 10, 12 in den Magazinen 18, 20 bei
einer festen örtlichen, übereinanderliegenden Fixierung der
Magazine 18, 20 nicht mehr gegeben ist. In diesem Fall wird
die Montage derart ausgeführt, daß beispielsweise das Magazin
20 mittels der schematisch dargestellten
Positioniervorrichtung 40 parallel zu dem Magazin 18 verfahren
wird. Dabei wertet die Positioniervorrichtung 40 die als
Justagemarkierung ausgebildete Hilfsstruktur 24 der Magazine
18, 20 aus. Weiterhin kann jedes Magazin 18, 20 mittels der
als Ausrichtstruktur ausgebildeten Hilfsvorrichtung 22 an der
Positioniervorrichtung 40 beziehungsweise Montagevorrichtung
38 mittels der Ausrichtmittel 42 örtlich definiert festgelegt
werden.
Sämtlichen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß die Magazine
18, 20 mit zusätzlichen Hilfsstrukturen 22, 24 versehen
werden, die bei der späteren Montage der Bauteile 10, 12 zur
Justage und Ausrichtung der Magazine 18, 20 dienen. Hierbei
wird die Eigenschaft ausgenutzt, daß bei der Herstellung der
Maske aus Photoresist 16 nicht nur jede einzelne Struktur der
Bauteile 10, 12, das heißt der Konturkanten, mit einer
Präzision im Submikrometer-Bereich erstellt wird, sondern daß
auch die Position und Orientierung der einzelnen Strukturen
relativ zueinander hochpräzise mit dieser Genauigkeit
abgebildet wird. Diese bei der Maskenherstellung zusätzlich
abfallende Information wird dann für die spätere Montage der
Bauteile 10, 12 ausgenutzt.
Claims (13)
1. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von metallischen
Bauteilen (10, 12) mittels Photolithographie und
Galvanoformung, wobei auf einem elektrisch leitenden
Substrat (14) ein Photoresist (16) in der benötigten
Strukturhöhe aufgetragen, der Photoresist (16) zur
Übertragung der Mikrostrukturen in den Photoresist (16)
belichtet und entwickelt wird, mittels Galvanoformung die
Mikrostruktur im Photoresist (16) mit Metall gefüllt und
das Substrat anschließend entfernt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass der Photoresist (16) selbst ein
Magazin (18, 20) für die Bauteile (10, 12) bildet und
zusätzlich zu den Bauteilen (10, 12) weitere
Hilfsstrukturen (22, 24) mittels Photolithographie und
Galvanoformung in dem Photoresist (16) erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Magazin (18, 20) als flache beziehungsweise dünne Platte,
Scheibe (26) oder Wafer ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass als Photoresist (16) ein Photolack SU-8 verwendet
wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Magazin (18, 20) beziehungsweise
die Bauteile (10, 12) nach dem Galvanoformungsschritt auf
die gewünschte Strukturhöhe durch Abschleifen, Läppen oder
sonstige spanabhebende Maßnahmen gebracht werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Substrat (14) selektiv weggeätzt
wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Bauteile (10, 12) mit
Mikrostrukturen beziehungsweise die Hilfsstrukturen (22,
24) Kanäle, Durchgangslöcher (28) oder dergleichen,
aufweisen und der diese Kanäle, Durchgangslöcher (28) oder
dergleichen ausfüllende Kern (30) des Photoresists (16)
insbesondere vor Beginn der Montage mechanisch,
beispielsweise mittels eines Ausstoßers oder Druckluft,
entfernt wird.
7. Magazin (18, 20) zur Aufnahme einer Mehrzahl von Bauteilen
(10, 12) mit Mikrostruktur, insbesondere hergestellt nach
dem Verfahren einer der vorhergehenden Ansprüche, bestehend
aus photolithographisch strukturiertem Photoresist (16),
wobei das Magazin (18, 20) Hilfsstrukturen (22, 24) zur
Positionierung des Magazins (18, 20) aufweist.
8. Magazin nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hilfsstruktur (22, 24) eine Ausrichtstruktur (22) ist,
welche bevorzugt als Ringelement ausgebildet ist.
9. Magazin nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die Hilfsstruktur (22, 24) eine Justagemarkierung ist,
welche bevorzugt Kreuzform besitzt.
10. Magazin nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9,
welches in einer einzigen ersten Gruppe (34, 36) eine
Mehrzahl von gleichen Bauteilen (10, 12) aufnimmt.
11. Magazin nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9,
welches wenigstens in einer ersten und zweiten Gruppe (34,
36) eine Mehrzahl von Gruppe (34) zu Gruppe (36)
unterschiedlichen Bauteilen (10, 12) aufnimmt.
12. Montageverfahren von magazinierten Bauteilen (10, 12) mit
Mikrostruktur, die in einem Magazin (18, 20) aufgenommen
sind, wobei wenigstens zwei Magazine (18, 20) mit Bauteilen
(10, 12) übereinander positioniert werden und Bauteile (10,
12) des ersten Magazins (18, 20) von einer
Montagevorrichtung (38) mit Bauteilen (12, 10) des zweiten
Magazins (20, 18) oder gegebenenfalls umgekehrt, montiert
oder verbunden beziehungsweise gefügt werden, wobei die
Magazine (18, 20) Hilfsstrukturen (22, 24) zur
Positionierung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bauteile (10, 12) in den Magazinen (18, 20) nicht
deckungsgleich angeordnet sind und die übereinander
liegenden beziehungsweise übereinander angeordneten
Magazine (18, 20) zur Montage der Bauteile (10, 12) mittels
einer Positioniervorrichtung (40) örtlich definiert
parallel zueinander verfahren werden, wobei die
Positioniervorrichtung (40) Ortsinformationen der
Hilfsstrukturen (22, 24) verarbeitet.
13. Montageverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magazine (18, 20) beziehungsweise die Bauteile
mittels der Hilfsstruktur (22, 24), insbesondere unter
Verwendung von Ausrichtmitteln (42), während der Montage
beziehungsweise des Fügungsvorganges relativ zueinander
örtlich definiert fixiert werden.
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