DE102008018742B4

DE102008018742B4 - Electrochemical machining tool electrode and method for electrochemical machining

Info

Publication number: DE102008018742B4
Application number: DE102008018742.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Blattert; David Hradetzky; Claas Müller; Holger Reinecke
Original assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Current assignee: Hahn-Schickard-Gesellschaft fur Angewandte Fo De
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: DE102008018742A1

Abstract

Werkzeugelektrode (100) zur elektrochemischen Materialabtragung umfassend:
ein Halbleitersubstrat (110) mit reliefartiger Oberflächenstruktur (120), wobei die reliefartige Oberflächenstruktur (120) benachbarte Gräben, die von Mesastreifen getrennt sind und Grabenwände und einen Grabenboden aufweisen, aufweist; und
eine Isolationsschicht (130), die entlang der Grabenwände der reliefartigen Oberflächenstruktur (120) ausgebildet ist, so dass die reliefartige Oberflächenstruktur (120) zumindest einen freiliegenden Halbleiterbereich (140) aufweist.

Tool electrode (100) for electrochemical material removal, comprising:
a semiconductor substrate (110) with a relief-like surface structure (120), the relief-like surface structure (120) having adjacent trenches which are separated by mesa strips and have trench walls and a trench floor; and
an insulation layer (130) which is formed along the trench walls of the relief-like surface structure (120), so that the relief-like surface structure (120) has at least one exposed semiconductor region (140).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugelektrode für eine elektrochemische Bearbeitung und ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung und insbesondere auf eine Werkzeugelektrode für einen elektrochemischen Materialabtrag metallener und metallischer Materialien.The present invention relates to a tool electrode for electrochemical machining and a method for electrochemical machining and in particular to a tool electrode for electrochemical material removal of metal and metallic materials.

Die elektrochemische Metallbearbeitung (ECM = Electrochemical Machining) ist ein Verfahren zur abtragenden Metallbearbeitung. Der Materialabtrag erfolgt durch anodische Auflösung eines elektrisch leitenden Werkstoffs. Dabei wird mittels einer Elektrolytlösung ein Stromkreis zwischen einem als Kathode gepolten Formwerkzeug, der sogenannten Werkzeugelektrode, und dem als Anode gepolten Werkstück hergestellt. Dadurch können Durchbrüche oder Raumformen erzeugt werden. Die Geometrie der Werkzeugelektrode kann durch die an die zu lösenden Bearbeitungsaufgabe und die angestrebte Endkontur des Werkstücks angepasst werden. Zur Abfuhr (Ableitung) der Reaktionsprodukte und der Wärme wird der Elektrolyt mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch den entstehenden Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück gedrückt.Electrochemical metalworking (ECM = Electrochemical Machining) is a process for removing metalworking. The material is removed by anodic dissolution of an electrically conductive material. An electrolytic solution is used to create a circuit between a forming tool polarized as a cathode, the so-called tool electrode, and the workpiece polarized as an anode. As a result, breakthroughs or three-dimensional shapes can be created. The geometry of the tool electrode can be adapted to the machining task to be solved and the desired final contour of the workpiece. To dissipate (dissipate) the reaction products and the heat, the electrolyte is forced through the resulting gap between the tool electrode and the workpiece at high flow rates.

Das ECM-Verfahren kommt beispielsweise beim Entgraten oder auch dem Herstellen komplexer dreidimensionaler Bauteile zum Einsatz. Beispiele für dreidimensionalen Bauteile sind: Kurbelwellen, Zahnräder, Turbinenblätter, Pressformen, Waffelformen, Scherkappen für Rasierer, Bremsscheiben, Radnaben oder aus der Medizintechnik Prothesen, Sehnenklammern, chirurgische Nadeln u.a.m.The ECM process is used, for example, for deburring or the manufacture of complex three-dimensional components. Examples of three-dimensional components are: crankshafts, gears, turbine blades, press moulds, waffle moulds, shaving caps for razors, brake discs, wheel hubs or medical technology prostheses, tendon clamps, surgical needles and much more.

Aufgrund des nichtmechanischen Metallabtrags ist das ECM-Verfahren besonders vorteilhaft für das Bearbeiten von Werkstoffen beliebiger Härte. Da es im Allgemeinen zu keinem direkten Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem zu formenden Werkstoff kommt, ist somit eine Bearbeitung unabhängig von den mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes (hochlegierte oder gehärtete Stähle, Titanwerkstoffe etc.) möglich. Durch die Abbildung der Werkzeugelektrode im Werkstück können außerdem komplizierte Geometrien realisiert werden. Typisch für das Verfahren ist die Fertigbearbeitung eines Werkstücks in einem Arbeitsgang. Durch innovative Technologien konnte die Abbildungsgenauigkeit immer weiter erhöht werden, so dass die Fertigung sehr feiner Strukturen möglich geworden ist. Da keine thermische oder mechanische Belastung des Werkstücks während der Bearbeitung erfolgt, kommt es auch zu keiner Schädigung der Randzone, und darüber hinaus sind nur sehr geringe Prozesskräfte erforderlich. Gleichzeitig wird somit der Verschleiß zwischen Werkzeug und Werkstück extrem gering gehalten. Weitere Vorteile des ECM-Verfahrens umfassen eine hohe Abtragrate, keine Gratbildung und außerdem eine mögliche parallele Prozessierung von mehreren Werkstücken.Due to the non-mechanical removal of metal, the ECM process is particularly advantageous for processing materials of any hardness. Since there is generally no direct contact between the tool and the material to be formed, machining is possible regardless of the mechanical properties of the material (high-alloy or hardened steel, titanium materials, etc.). Complicated geometries can also be realized by mapping the tool electrode in the workpiece. Typical of the process is the finishing of a workpiece in one operation. Thanks to innovative technologies, the accuracy of imaging has been continuously increased, making it possible to manufacture very fine structures. Since there is no thermal or mechanical stress on the workpiece during processing, there is no damage to the edge zone and, in addition, only very low process forces are required. At the same time, the wear between the tool and the workpiece is kept extremely low. Other advantages of the ECM process include a high removal rate, no burr formation and the possibility of parallel processing of several workpieces.

Somit ist das ECM-Verfahren im Besonderen auch für die Mikrobearbeitung von sonst nicht oder nur sehr schwer zugänglichen Konstruktionswerkstoffen, wie beispielsweise Stahl oder Titan, möglich. Einsatzgebiete umfassen somit beispielsweise die Spritzgießwerkzeuge, Stanz-/Umformwerkzeuge, korrosions- und temperaturfeste Bauteile, oder auch Instrumente und Implantate in der Medizintechnik.This means that the ECM process is particularly suitable for the micro-machining of construction materials that are otherwise difficult or impossible to access, such as steel or titanium. Areas of application include, for example, injection molding tools, stamping/forming tools, corrosion-resistant and temperature-resistant components, or instruments and implants in medical technology.

Für die Qualität der Werkstückbearbeitung wesentlich ist dabei neben der geeigneten Wahl der Elektrolysebedingungen die präzise Formbeständigkeit der Werkzeugelektrode (während der Bearbeitung) sowie der Elektrodenisolierung, da nur an den elektrisch leitenden Oberflächenanteilen durch Wechselwirkung mit dem Elektrolyt ein Materialabtrag stattfindet.In addition to the suitable choice of electrolysis conditions, the precise dimensional stability of the tool electrode (during processing) and the electrode insulation are essential for the quality of the workpiece processing, since material removal only takes place on the electrically conductive surface areas due to interaction with the electrolyte.

Herkömmliche Werkzeugelektroden sind in DE 199 29 023 A1 , in DE 198 54 793 A1 , in US 5 759 362 A in DE 10 2004 028 658 A1 offenbart. Diese herkömmlichen Werkzeugelektroden weisen einen Metallgrundkörper auf und sind typischerweise, bis auf einige freiliegende Oberflächenbereiche, zur elektrischen Isolation mit einer Kunststoff- bzw. Expoxidharzschicht, Keramik oder weiteren anorganischen Kompositwerkstoffen überzogen oder darin eingebettet. Während des Einsatzes, vor allem in der Massenproduktion, wird häufig ein Abplatzen oder Teilablösen der Isolationsschichten beobachtet. Gründe für dieses Teilablösen sind beispielsweise stark unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten oder Haftungsprobleme unterschiedlicher Materialien sowie der Absorption von beim Bearbeitungsprozess entstehendem Wasserstoff. Durch das Lösen der Isolationsschicht werden die Werkzeugelektroden unbrauchbar oder können die Qualitätsanforderungen bezüglich Formgenauigkeit und Oberflächengüte der erzeugten Struktur nicht mehr gerecht werden und müssen deshalb ersetzt werden. Weiterhin weisen herkömmliche Verfahren Einschränkungen hinsichtlich der fortschreitenden Miniaturisierung der Elektroden auf.Conventional tool electrodes are in DE 199 29 023 A1 , in DE 198 54 793 A1 , in U.S. 5,759,362 A in DE 10 2004 028 658 A1 disclosed. These conventional tool electrodes have a metal base body and, apart from a few exposed surface areas, are typically covered with or embedded in a plastic or epoxy resin layer, ceramic or other inorganic composite materials for electrical insulation. During use, especially in mass production, flaking or partial detachment of the insulation layers is often observed. Reasons for this partial detachment are, for example, very different thermal expansion coefficients or adhesion problems of different materials as well as the absorption of hydrogen produced during the machining process. The detachment of the insulation layer renders the tool electrodes unusable or they can no longer meet the quality requirements in terms of dimensional accuracy and surface quality of the structure produced and must therefore be replaced. Furthermore, conventional methods have limitations with regard to the progressive miniaturization of the electrodes.

DE 24 56 515 C2 offenbart eine Elektrode für die elektrochemische Verarbeitung elektrisch leitender Werkstücke, wobei die Elektrode ein metallisches Substrat, wie beispielsweise Wolfram oder Molybdän aufweist. Auf das metallische Substrat ist eine halbleitende Schichten ausgebildet. Die halbleitenden Schichten bilden dabei einen PN-Übergang, so dass sich eine spannungsregulierende Diode an dem Oberflächenbereich des metallischen Substrats heraus bildet und bei Überschreiten der Zenerspannung eine deutliche Erhöhung des Stromflusses erreichbar ist. Es wird vorgeschlagen, die Isolierschichten, die im Allgemeinen bei Elektrolytelektroden ausgebildet sind, um die Genauigkeit zu erhöhen, durch eine Halbleiterschichtanordnung zu ersetzen, da die Halbleiterschichtanordnung sich durch ein verbessertes Leckstromverhalten auszeichnet. DE 24 56 515 C2 discloses an electrode for the electrochemical processing of electrically conductive workpieces, the electrode having a metallic substrate such as tungsten or molybdenum. A semiconductive layer is formed on the metallic substrate. The semiconducting layers form a PN junction, so that a voltage-regulating diode forms on the surface area of the metallic substrate and a significant increase in the current flow can be achieved if the Zener voltage is exceeded. It is proposed that the insulation layers, which are generally formed in electrolyte electrodes to increase accuracy, are replaced with a semiconductor layer assembly, since the semiconductor layer assembly excels in improved leakage current performance.

US 6 586 699 B1 offenbart eine Elektrode für ein Mikro-Electro-Discharge-Machining-Verfahren. Bei dem Verfahren wird kein Elektrolyt genutzt, um einen Stromfluss zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auszubilden, sondern Verfahren nutzt vielmehr eine dielektrische Flüssigkeit, die zwischen Werkzeug und Werkstück eingebracht wird. Bei einer hinreichenden Annäherung des Werkzeugs an das Werkstück kommt es zu einer Entladung, die Teile von dem Werkstück herauslöst, die dann durch die dielektrische Flüssigkeit abtransportiert werden. Die Elektroden brauchen sich während des EDM-Verfahrens auf und sind dann nicht mehr nutzbar. Somit ist die Elektrode lediglich ein Einwegwerkzeug, welches insbesondere zum Schneiden von leitfähigem Material, wie beispielsweise Stahl oder Graphit oder auch Silizium, geeignet ist. U.S. 6,586,699 B1 discloses an electrode for a micro-electro-discharge machining process. The method does not use an electrolyte to form a current flow between the tool and the workpiece, but rather uses a dielectric liquid that is introduced between the tool and the workpiece. When the tool gets close enough to the workpiece, a discharge occurs, which detaches parts from the workpiece, which are then carried away by the dielectric liquid. The electrodes wear out during the EDM process and are then no longer usable. The electrode is therefore only a disposable tool which is particularly suitable for cutting conductive material such as steel or graphite or silicon.

US 3 476 674 A offenbart eine Werkzeugelektrode für ein elektrolytisches Verfahren, wobei die Werkzeugelektrode ein metallisches Substrat aufweist, auf welches in einem Oberflächenbereich halbleitende Schichten gebildet sind, so dass sich eine spannungsabhängige Diode ausbildet. Die Zenerdurchbruchspannung wird genutzt um den elektrischen Strom durch die Diode zu steuern. Als Elektrodenmaterial werden beispielsweise Kupfer oder Kupferverbindung oder auch Stahl benutzt. U.S. 3,476,674 A discloses a tool electrode for an electrolytic process, the tool electrode having a metallic substrate on which semiconducting layers are formed in a surface region, so that a voltage-dependent diode is formed. The zener breakdown voltage is used to control the electrical current through the diode. For example, copper or a copper compound or else steel is used as the electrode material.

US 5 286 944 A offenbart ein Verfahren zum Herstellen von multiplen Elektroden, wobei die Elektroden arrayförmig zueinander angeordnet werden und durch Isolierschichten voneinander getrennt sind. Die Isolierschichten dienen dabei lediglich als Abstandshalter zwischen den Elektroden. U.S. 5,286,944 A discloses a method for producing multiple electrodes, wherein the electrodes are arranged in an array with respect to one another and are separated from one another by insulating layers. The insulating layers only serve as spacers between the electrodes.

DE 198 54 793 A1 offenbart eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücks, wobei die Elektrode ein metallisches Substrat offenbart, auf die eine polymere Schutzschicht bzw. eine zusätzliche Schutzschicht darauf ausgebildet sind. DE 198 54 793 A1 discloses an electrode for electrochemical machining of a metal workpiece, the electrode disclosing a metal substrate having a polymeric protective layer or an additional protective layer formed thereon.

WO 2007/ 134 916 A1 offenbart ein Verfahren zum Vorbereiten eines Bauteils aus einem elektrisch leitenden Material, wobei ein Erodierverfahren genutzt wird. Bei dem Erodierverfahren erfolgt das Abtragen/Aufbringen von Material mittels elektrischer Entladevorgänge zwischen der Elektrode und dem Werkstück, die durch eine elektrische Isolierschicht getrennt sind.WO 2007/134 916 A1 discloses a method for preparing a component made of an electrically conductive material, an eroding method being used. In the eroding process, material is removed/applied by means of electrical discharge processes between the electrode and the workpiece, which are separated by an electrically insulating layer.

DE 10 2006 044 416 A1 offenbart ein Verfahren zum elektrochemischen Be- und Entschichten von Bauteilen, wobei insbesondere Grate genutzt werden, die von der Werkzeugelektrode hervorstehen und zu einer erhöhten Rate des Abtragens/Aufbringens von Material führt. DE 10 2006 044 416 A1 discloses a method for electrochemical coating and decoating of components, in particular utilizing burrs that protrude from the tool electrode and result in an increased rate of material removal/deposition.

DE 102 37 324 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung eines Werkstücks, wobei die Elektrode ein Substrat, welches aus Aluminium oder handelsüblicher Aluminiumlegierungen besteht. DE 102 37 324 B4 discloses a method for producing an electrode for the electrochemical machining of a workpiece, the electrode comprising a substrate which consists of aluminum or commercially available aluminum alloys.

DE 26 56 366 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, wobei die Elektrode ein Substrat aufweist, welches wiederum mit einem elektrisch isolierenden Material überzogen ist. Die elektrische Elektrode ist durch drahtförmige Einlagen innerhalb von Kanälen in dem elektrisch isolierenden Material gebildet. DE 26 56 366 A1 discloses a method of making an electrode, the electrode comprising a substrate which in turn is coated with an electrically insulating material. The electrical electrode is formed by wire-like inserts within channels in the electrically insulating material.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugelektrode und ein Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten zu schaffen, die eine hohe Auflösung bei gleichzeitig hoher Robustheit gewährleisten.Proceeding from this state of the art, the object of the present invention is to create a tool electrode and a method for electrochemical machining that ensure high resolution coupled with high robustness.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsbeispiele werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Embodiments are given in the dependent claims.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine robuste Werkzeugelektrode als Material einen Halbleiter aufweist und die Werkzeugelektrode beispielsweise eine reliefartige Oberflächenstruktur aufweist, wobei entlang der reliefartigen Oberflächenstruktur freiliegende Halbleiterbereiche durch eine Isolationsschicht (beispielsweise Oxid) bedeckt werden.The present invention is based on the finding that a robust tool electrode has a semiconductor as the material and the tool electrode has a relief-like surface structure, for example, with exposed semiconductor regions along the relief-like surface structure being covered by an insulating layer (for example oxide).

Somit wird erfindungsgemäß die Elektrode aus einem oder mehreren Materialien aufgebaut, die die Eigenschaft haben, dass sich die örtliche Verteilung des Stromes während der Bearbeitung aufgrund der Materialeigenschaften der Elektrode gezielt ändert. Der vorliegenden Erfindung liegt ebenfalls die Idee zugrunde, die vorhandene und bereits hoch entwickelte Silizium-Mikrotechnik für die Herstellung hochpräziser, komplexer und mikrostrukturierter Elektroden einzusetzen.Thus, according to the invention, the electrode is constructed from one or more materials that have the property that the local distribution of the current changes in a targeted manner during processing due to the material properties of the electrode. The present invention is also based on the idea of using the existing and already highly developed silicon microtechnology for the production of high-precision, complex and microstructured electrodes.

Ausführungsbeispiele umfassen ebenfalls eine Kombination der PECM (Precise Electrochemical Machining) mit partiell isolierten Elektroden aus Silizium.Exemplary embodiments also include a combination of PECM (Precise Electrochemical Machining) with partially insulated electrodes made of silicon.

Die Vorteile der Verwendung von Elektroden aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, umfassen eine verbesserte Ortsauflösung, die beispielsweise durch mikrostrukturierte Elektroden mit passivierten Flächen bei minimaler Strukturabmessung erreicht werden können. Dabei können insbesondere etablierte Verfahren der Silizium-Technologie nutzbringend verwendet werden. Ferner ist es möglich, die Werkzeugelektroden aus hochleitendem Silizium einzusetzen.The advantages of using electrodes made of a semiconductor material, such as silicon, include improved spatial resolution, for example through microstructured electrodes can be achieved with passivated surfaces with minimal structural dimensions. In particular, established methods of silicon technology can be used in a beneficial manner. It is also possible to use the tool electrodes made from highly conductive silicon.

Die erfindungsgemäße Werkzeugelektrode weist gegenüber den konventionellen Lösungen weiterhin folgende Vorteile auf: ein verbessertes Verschleißverhalten, eine hohe Formstabilität, eine hohe chemische Stabilität, eine hohe Abbildungsgenauigkeit während der ECM-Bearbeitung, insbesondere bei der Erzeugung von Mikrostrukturen. In der Summe führt dies zu einer verbesserten Formgenauigkeit und Oberflächenqualität des erzeugten Werkstücks.The tool electrode according to the invention also has the following advantages over conventional solutions: improved wear behavior, high dimensional stability, high chemical stability, high imaging accuracy during ECM processing, particularly when producing microstructures. All in all, this leads to improved dimensional accuracy and surface quality of the workpiece produced.

Wird bei der Werkzeugelektrode ein Grundkörper aus einem in der Halbleitertechnologie verwendeten Werkstoffs, wie beispielsweise Silizium, verwendet, können durch halbleitertechnologische Ätz- und Beschichtungsverfahren strukturierte Werkzeugelektroden mit unterschiedlich elektrisch leitenden Bereichen hergestellt werden. Dabei weisen die Elektrodenstrukturen beispielsweise an ihren Austrittsoberflächen Geometrien auf, die der jeweils gewünschten Endkontur entsprechend ausgelegt sind. Schon relativ dünne Isolationsschichten von wenigen Nanometern oder bis zu einigen Mikrometern (mehr als 50 nm oder mehr als 1 µm) besitzen eine für die elektrochemische Bearbeitung ausreichende elektrische Durchschlagsfestigkeit. Eine Herstellung der Isolationsschichten mit halbleitertechnologischen Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise der thermischen Oxidation oder der Gasphasenabscheidung, führt zu formstabilen, haftfesten und gegenüber dem Elektrolyt chemisch resistenten Schichten mit sehr gutem Verschleißverhalten.If a base body made of a material used in semiconductor technology, such as silicon, is used for the tool electrode, structured tool electrodes with differently electrically conductive areas can be produced by semiconductor technological etching and coating processes. In this case, the electrode structures have geometries, for example on their exit surfaces, which are designed in accordance with the respectively desired final contour. Even relatively thin insulation layers of a few nanometers or up to a few micrometers (more than 50 nm or more than 1 µm) have sufficient dielectric strength for electrochemical processing. Production of the insulation layers using semiconductor technology coating methods, such as thermal oxidation or gas phase deposition, leads to dimensionally stable, adhesive layers that are chemically resistant to the electrolyte and have very good wear behavior.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Darstellung der strukturgebenden Standard-ECM-Bearbeitung;
2A-2C Seitlich isolierte Elektroden mit Ausführungen von Kanälen zur Medienversorgung;
3 eine Querschnittsansicht einer Werkzeugelektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
4A bis 4C Schritte zur Herstellung einer Werkzeugelektrode gemäß Ausführungsbeispielen.

Preferred exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 a representation of the structuring standard ECM processing;
2A-2C Laterally insulated electrodes with channels for media supply;
3 a cross-sectional view of a tool electrode according to an embodiment of the present invention; and
4A until 4C Steps for manufacturing a tool electrode according to exemplary embodiments.

Bevor im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.Before the present invention is explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that the same elements in the figures are provided with the same or similar reference symbols and that a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine Darstellung der strukturgebenden Bearbeitung eines Werkstücks 102 durch die Werkzeugelektrode 100, zwischen dem eine Spannung der Spannungsquelle 103 angelegt ist. Wie in der 1 ersichtlich ist, bildet sich eine Stromdichteverteilung 106 heraus, wobei in den Gebieten mit engen Stromlinien ein hoher Strom und in den Gebieten mit weniger dichten Stromlinien ein geringer Strom fließt. Dementsprechend fließt an der Stelle mit dem geringsten Abstand zwischen der Werkzeugelektrode 100 und dem Werkstück 102 ein maximaler Strom (der Widerstand des zu überbrückenden Elektrolyten 104 ist dort am geringsten). Das führt dazu, dass an den Stellen mit maximalem Strom ein maximaler Materialabtrag erfolgt. Demzufolge prägt sich die Form der Werkzeugelektrode 100 in das Werkstück 102 ein, so dass es, wie in der 1 gezeigt, zu einer Vertiefung in einem Bereich V in dem Werkstück 102 kommt. 1 shows a representation of the structuring machining of a workpiece 102 by the tool electrode 100, between which a voltage from the voltage source 103 is applied. Like in the 1 As can be seen, a current density distribution 106 forms, with a high current flowing in the regions with narrow streamlines and a low current flowing in the regions with less dense streamlines. Accordingly, a maximum current flows at the point with the smallest distance between the tool electrode 100 and the workpiece 102 (the resistance of the electrolyte 104 to be bridged is lowest there). This leads to maximum material removal at the points with maximum current. Accordingly, the shape of the tool electrode 100 imprints itself on the workpiece 102 so that, as in FIG 1 shown, a depression in a region V in the workpiece 102 occurs.

Die Variation der elektrochemischen Auflösungsrate (die besonders hoch in dem Abschnitt V ist) über die Oberfläche des Werkstücks 102 ist somit eine Folge der Erzeugung einer inhomogenen Stromverteilung und führt zu der gewünschten Strukturbildung auf dem Werkstück 102. Die Stromdichte und damit die Abtragrate hängen von der Leitfähigkeit des Elektrolyten entlang des Strompfades ab. Da der Strompfad die Werkzeugelektrode 100 von allen Seiten erreicht, wird - wenn keine weiteren Maßnahmen, wie beispielsweise die Isolation des Werkzeugs, getroffen werden - Material auch im seitlichen Werkstück 102 aufgelöst. Dies bedeutet, dass der Bereich V des Werkstücks 102 größer sein wird als der Durchmesser L der Werkzeugelektrode 100 und sich somit ein Spalt mit einer Spaltweite D herausbildet.The variation in the electrochemical dissolution rate (which is particularly high in section V) over the surface of the workpiece 102 is therefore a consequence of the generation of an inhomogeneous current distribution and leads to the desired structure formation on the workpiece 102. The current density and thus the removal rate depend on the Conductivity of the electrolyte along the current path. Since the current path reaches the tool electrode 100 from all sides, material is also dissolved in the workpiece 102 on the side—if no further measures are taken, such as insulating the tool, for example. This means that the area V of the workpiece 102 will be larger than the diameter L of the tool electrode 100 and a gap with a gap width D will thus form.

Das Werkstück 102 und die Werkzeugelektrode 100 können in einem Behälter 105 angeordnet sein, die einen Abstand s aufweisen, wobei der Abstand s entlang einer Richtung 109 variabel sein kann. Dadurch ist es möglich den Stromfluss zwischen Werkzeugelektrode 100 und dem Werkstück 102 zu variieren.The workpiece 102 and the tool electrode 100 can be arranged in a container 105 which have a distance s, wherein the distance s can be variable along a direction 109 . This makes it possible to vary the flow of current between the tool electrode 100 and the workpiece 102 .

Das beschriebene ECM-Verfahren wird insbesondere für die Mikrostrukturierung verwendet, wobei kleine und kleinste Strukturen in die Oberfläche eines Werkstücks 102 eingeprägt oder erzeugt werden sollen. Die Strukturen können beispielsweise Schriften, Muster oder auch einfach nur Löcher aufweisen. Die entsprechenden Strukturgrößen werden dabei entscheidend durch die Werkzeuggröße und der Spaltweite D beeinflusst. Ferner wird die Strukturform durch den örtlichen und zeitlichen Verlauf der Stromdichte beeinflusst, wobei der örtliche Verlauf durch die Form und Ausgestaltung des Werkzeugs 100 und die Zusammensetzung des Elektrolyten 104 und der zeitliche Verlauf insbesondere durch den Vorschub und die Arbeitsspannung beeinflusst wird. Auf die Strukturform und Strukturgröße der durch das ECM-Verfahren gestalteten Oberfläche des Werkstücks 102 kann durch die Isolierung von Teilflächen der Werkzeugelektrode 100 Einfluss genommen werden.The ECM method described is used in particular for microstructuring, in which case small and extremely small structures are intended to be embossed or produced in the surface of a workpiece 102 . The structures can, for example, have writings, patterns or just holes. The corresponding structure sizes are decisively influenced by the tool size and the gap width D. Furthermore, the structure Turform influenced by the local and temporal course of the current density, the spatial course being influenced by the shape and design of the tool 100 and the composition of the electrolyte 104 and the course over time in particular by the feed rate and the working voltage. The structural shape and structural size of the surface of the workpiece 102 designed by the ECM method can be influenced by insulating partial areas of the tool electrode 100 .

2 zeigt einen Lösungsweg für die Fertigung von Elektroden mit partiell isolierten Seitenwänden und integrierter Medienversorgung. Die Herstellung von dazu notwendigen mikrostrukturierten und seitlich isolierten Elektroden aus Silizium oder Glas kann folgende Schritte umfassen. In einem ersten Schritt wird in einem Silizium- oder Glassubstrat 710 eine Ausnehmung 720 erzeugt, die in einem zweiten Schritt mit einem Metall 730 aufgefüllt wird. Schließlich werden in einem dritten Schritt die Oberfläche strukturiert und Kanäle zur Medienversorgung 740 eingebracht. Diese können sich entweder innerhalb des Metalls oder außerhalb im Glas oder Silizium befinden und dienen beispielsweise dazu, um die Elektrolytlösung dem Gebiet zwischen der Werkzeugelektrode 100 und dem Werkstück zuzuführen oder abzuführen. 2 shows a solution for the production of electrodes with partially insulated side walls and integrated media supply. The production of the necessary microstructured and laterally insulated electrodes made of silicon or glass can include the following steps. In a first step, a recess 720 is produced in a silicon or glass substrate 710, which is filled with a metal 730 in a second step. Finally, in a third step, the surface is structured and channels for media supply 740 are introduced. These can be located either inside the metal or outside in the glass or silicon and are used, for example, to feed or remove the electrolyte solution from the area between the tool electrode 100 and the workpiece.

3 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Werkzeugelektrode 100, die ein Halbleitersubstrat 110 aufweist, wobei das Halbleitersubstrat 110 eine reliefartige Oberflächenstruktur 120 aufweist. Entlang der reliefartig ausgebildeten Oberflächenstruktur 120 ist eine Isolierschicht 130 derart angeordnet, dass freiliegende Halbleiterbereiche 140 einen Stromfluss I in dem Elektrolyten (in der 3 nicht gezeigt) ermöglicht wird. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein erster Stromfluss I1 durch eine stufenförmig ausgebildete Erhöhung möglich, ein zweiter Stromfluss 12 aus einer Vertiefung heraus möglich, wobei die Vertiefung Seitenwände aufweist, entlang derer die Isolierschicht 130 ausgebildet ist. Ferner ist in dem Ausführungsbeispiel der 3 eine kegelförmig dargestellte Struktur 122 dargestellt, wobei ein dritter und vierter Stromfluss 13 und 14 sich entlang von Seitenflächen der kegelförmig dargestellten Erhöhung 122 ausbreiten. Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist eine leitfähige Beschichtung 144 auf den freiliegenden Halbleiterbreichen 140 ausgebildet, so dass das Halbleitermaterial beispielsweise beim Einsatz von aggressiven Elektrolyten geschützt werden kann. Die leitfähige Beschichtung 144 kann beispielsweise ein Metall sein. 3 shows a cross-sectional view through a tool electrode 100 according to the invention, which has a semiconductor substrate 110, the semiconductor substrate 110 having a relief-like surface structure 120. An insulating layer 130 is arranged along the relief-like surface structure 120 in such a way that exposed semiconductor regions 140 allow a current flow I in the electrolyte (in the 3 not shown) is enabled. in the in 3 In the exemplary embodiment shown, a first current flow I1 is possible through a step-shaped elevation, and a second current flow I2 is possible from a depression, with the depression having side walls along which the insulating layer 130 is formed. Furthermore, in the embodiment of 3 a cone-shaped structure 122 is shown, with a third and fourth current flow 13 and 14 propagating along side surfaces of the cone-shaped elevation 122 shown. In further exemplary embodiments, a conductive coating 144 is formed on the exposed semiconductor regions 140 so that the semiconductor material can be protected, for example when aggressive electrolytes are used. The conductive coating 144 can be a metal, for example.

In dieser Querschnittsansicht umfasst die Isolierschicht 130 getrennt dargestellte Gebiete, jedoch kann die Isolierschicht 130 als eine zusammenhängende Schicht entlang der reliefartigen Oberflächenstruktur 120 ausgebildet sein. Die reliefartig ausgebildete Oberflächenstruktur 120 kann dabei stufenförmige, nadelförmig oder kegelförmig ausgebildete Objekte oder beliebig andere durch Silizium-Mikromechanik herstellbare Strukturen aufweisen. Beispielsweise können die Vertiefungen in Form von benachbarten Gräben ausgebildet sein, so dass sich zwischen benachbarten Gräben Mesastreifen mit variabler Breite d ausgebildet sind, wobei die Breite d sowohl entlang eines Grabens als auch im Vergleich zu anderen Gräben variabel sein kann. In diesem Fall kann die Isolierschicht 130 beispielsweise entlang der Grabenwände ausgebildet sein, nicht jedoch auf dem Grabenboden und dem Mesa-Plateau. Die Breite d kann beispielsweise einen Bereich zwischen 50 nm und 10 mm aufweisen.In this cross-sectional view, the insulating layer 130 comprises regions shown separately, however, the insulating layer 130 can be formed as a continuous layer along the relief-like surface structure 120 . The relief-like surface structure 120 can have stepped, needle-shaped or conical objects or any other structures that can be produced by silicon micromechanics. For example, the depressions can be formed in the form of adjacent trenches, so that mesa strips with a variable width d are formed between adjacent trenches, it being possible for the width d to be variable both along one trench and in comparison to other trenches. In this case, the insulating layer 130 may be formed along the trench walls, for example, but not on the trench bottom and the mesa plateau. The width d can have a range between 50 nm and 10 mm, for example.

Optional kann die Werkzeugelektrode 100 einen oder mehrere Kanäle 740 zur Medienversorgung aufweisen. Durch die Kanäle 740 kann beispielsweise die Elektrolytlösung dem Bereich zwischen der Werkzeugelektrode 100 und dem Werkstück 102 zugeführt werden oder auch Abtragprodukte wie beispielsweise gelöste Metall-Ionen von dem Werkstück abtransportiert werden. Die Kanäle 740 können durch die Isolierschicht 130 geschützt sein und die reliefartige Oberflächenstruktur 120 an einem isolierten Bereich erreichen (z.B. der isolierte Kanal 740b). Anderseits kann ein weiterer Kanal 740a auch entlang des nichtisolierten Bereiches geführt werden, so dass der weitere Kanal 740a den freiliegenden Halbleiterbereicht 140 erreicht oder diesen öffnet.Optionally, the tool electrode 100 can have one or more channels 740 for media supply. Through the channels 740, for example, the electrolyte solution can be supplied to the area between the tool electrode 100 and the workpiece 102, or ablation products such as, for example, dissolved metal ions can be transported away from the workpiece. Channels 740 may be protected by insulating layer 130 and may reach relief surface structure 120 at an isolated area (e.g., isolated channel 740b). On the other hand, a further channel 740a can also be guided along the non-insulated area, so that the further channel 740a reaches the exposed semiconductor area 140 or opens it.

Das Halbleitermaterial 110 kann beispielsweise infolge einer Dotierung leitfähig sein (z.B. einen n-Halbleiter erzeugen), wobei über die Dotierung ein gewünschter Widerstandswert einstellbar ist, so dass die Werkzeugelektrode 100 beispielsweise einen möglichst geringen Widerstand aufweist. Die Isolierschicht 130 kann ein Oxid oder Nitrid des Halbleitermaterials 110 sein. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Oberflächenstruktur 120 unterschiedlich stark dotierte Bereiche aufweisen, so dass die Isolierschicht 130 durch niedrig- oder nichtdotierte Bereiche (oder komplementär dotiert ist) gegeben ist, während die freiliegenden Halbleiterbereiche 140 durch hochdotierte Bereiche des Halbleitermaterials gegeben sein können. Zusätzlich können durch in der Silizium-Mikromechanik etablierte Ätzverfahren Strukturen für die Medienversorgung eingebracht werden.The semiconductor material 110 can, for example, be conductive as a result of doping (e.g. produce an n-semiconductor), with a desired resistance value being able to be set via the doping, so that the tool electrode 100 has, for example, the lowest possible resistance. The insulating layer 130 can be an oxide or nitride of the semiconductor material 110 . In further exemplary embodiments, the surface structure 120 can have differently heavily doped areas, so that the insulating layer 130 is provided by low- or non-doped areas (or is complementarily doped), while the uncovered semiconductor areas 140 can be provided by highly doped areas of the semiconductor material. In addition, structures for the media supply can be introduced using etching processes established in silicon micromechanics.

4A bis 4C zeigen eine mögliche Herstellungsprozessierung der Werkzeugelektrode 100 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In 4A ist zunächst gezeigt, dass ein Halbleitersubstrat, das beispielsweise Silizium aufweisen kann und einen spezifischen Widerstand von beispielsweise p = 10^-3 Ω*cm (oder kleiner ist als 1 Ω*cm oder kleiner ist als 0,1 Ω*cm) aufweisen kann, bereitgestellt wird. Das Halbleitersubstrat 110 wird anschließend beispielsweise durch einen Ätzprozess, z.B. einen ASE-Prozess (ASE = Advanced Silicon Etching), bearbeitet. Als Folge dieses Strukturierungsprozesses entsteht die reliefartige Oberflächenstruktur 120 entlang des Oberflächenbereichs 112 des Halbleitersubstrats 110. In einem Folgeschritt wird dann die Isolationsschicht 130 entlang der reliefartig ausgebildeten Oberflächenstruktur 120 aufgebracht oder ausgebildet, wobei die Isolationsschicht 130 beispielsweise Siliziumoxid umfassen kann. 4A until 4C 12 show a possible production processing of the tool electrode 100 according to exemplary embodiments of the present invention. In 4A is first shown that a semiconductor substrate, which may have silicon, for example, and a specific resistance of, for example, p=10 ^-3 Ω*cm (or is less than 1 Ω*cm or is less than 0.1 Ω*cm). The semiconductor substrate 110 is then processed, for example, by an etching process, for example an ASE process (ASE=Advanced Silicon Etching). As a result of this structuring process, the relief-like surface structure 120 is created along the surface area 112 of the semiconductor substrate 110. In a subsequent step, the insulation layer 130 is then applied or formed along the relief-like surface structure 120, wherein the insulation layer 130 can comprise silicon oxide, for example.

Im Anschluss an den soweit vorbereiteten Halbleitersubstrat 110 können sich zwei unterschiedliche Prozessierungen sich anschließen.Following the semiconductor substrate 110 that has been prepared to this extent, two different processes can follow.

4B zeigt eine erste weitere Prozessierung unter Verwendung eines beispielhaften CMP-Prozesses (CMP = Chemical Mechanical Polishing), bei dem die Isolationsschicht 130 entlang der Oberfläche 112 entfernt wird, so dass die freiliegenden Halbleiterbereiche 140 entstehen. Bei diesem Verfahren bleibt die Isolationsschicht 130 in den Vertiefungen der reliefartig ausgebildeten Oberflächenstruktur 120 weiterhin vorhanden, da der Polierschritt lediglich den obersten Bereich der Isolationsschicht 130 (den am höchsten gelegenen in der reliefartigen Oberflächenstruktur 120, z.B. auf den Mesaplateaus zwischen benachbarten Gräben) entfernt. In einem Folgeschritt kann die Rückseite des Halbleitersubstrats 110 elektrisch kontaktiert werden). Schließlich kann in einem letzten Schritt eine Galvanisierung der Rückseite erfolgen, z.B. durch das Ausbilden einer Kupferschicht 160. 4B 12 shows a first further processing using an exemplary CMP process (CMP=Chemical Mechanical Polishing), in which the insulation layer 130 is removed along the surface 112, so that the uncovered semiconductor regions 140 arise. With this method, the insulating layer 130 remains in the depressions of the relief-like surface structure 120, since the polishing step only removes the uppermost region of the insulating layer 130 (the highest in the relief-like surface structure 120, e.g. on the mesa plateaus between adjacent trenches). In a subsequent step, the rear side of the semiconductor substrate 110 can be electrically contacted). Finally, in a last step, the rear side can be electroplated, e.g. by forming a copper layer 160.

4C zeigt eine zweite Prozessierung, die sich an die in der 4A gezeigten Prozessschritte anschließt und die einen RIE-Prozess umfassen kann (RIE = Reactive Ion Etching). Bei diesem Ätzverfahren, das im Wesentlichen anisotrop verläuft, wird die Isolationsschicht 130 an jenen Bereichen entfernt, die senkrecht zur Oberfläche 112 des Halbleitersubstrats ausgebildet sind - sofern der Ätzprozess senkrecht zur Oberfläche 112 erfolgt. Entlang der Seitenwände der reliefartig ausgebildeten Oberflächenstruktur 120 verbleibt jedoch die Isolationsschicht 130 vorhanden. Das führt dazu, dass in Bereichen senkrecht der Flächennormalen der Oberfläche 112 keine Isolationsschicht 130 ausgebildet ist, jedoch Bereiche, die parallel zur Flächennormale der Oberfläche 112 verlaufen, immer noch eine Isolationsschicht aufweisen. Somit ist ein Stromfluss nicht nur entlang der als Mesastreifen ausgebildeten oberen Bereiche der Oberflächenstruktur 120 möglich, sondern ebenfalls aus den Grabenböden der Oberflächenstruktur 120. Durch die Seitenwände ist jedoch kein Stromfluss möglich. Die Folgeschritte umfassen wiederum zunächst eine elektrische Kontaktierung 150 der Rückseite und anschließend eine Galvanisierung der Rückseite, bei der eine beispielhafte Kupferschicht 160 auf der Rückseite ausgebildet werden kann. 4C shows a second processing similar to that in the 4A followed by the process steps shown and which can include an RIE process (RIE = Reactive Ion Etching). In this etching process, which proceeds essentially anisotropically, the insulation layer 130 is removed in those areas that are formed perpendicularly to the surface 112 of the semiconductor substrate—provided the etching process takes place perpendicularly to the surface 112 . However, the insulation layer 130 remains present along the side walls of the surface structure 120 designed in the manner of a relief. This means that no insulation layer 130 is formed in areas perpendicular to the surface normal of the surface 112, but areas that run parallel to the surface normal of the surface 112 still have an insulation layer. A current flow is thus possible not only along the upper regions of the surface structure 120 embodied as mesa strips, but also out of the trench bottoms of the surface structure 120. However, no current flow is possible through the side walls. The subsequent steps in turn firstly comprise electrical contacting 150 of the rear side and then electroplating of the rear side, in which an exemplary copper layer 160 can be formed on the rear side.

Die Isolationsschicht 130 kann beispielsweise durch eine Oxidschicht gebildet sein und eine Schichtdicke zwischen 10 und 1.000 nm umfassen oder eine Schichtdicke zwischen 200 und 400 nm oder eine Schichtdicke von ungefähr 200 oder ungefähr 400 nm umfassen. Die Kupferschicht 160 kann beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 100 µm und 3.000 µm umfassen oder beispielsweise rund 150 µm oder rund 300 µm oder rund 500 µm oder rund 1.500 µm umfassen.The insulation layer 130 can be formed by an oxide layer, for example, and can have a layer thickness of between 10 and 1000 nm or a layer thickness of between 200 and 400 nm or a layer thickness of approximately 200 or approximately 400 nm. The copper layer 160 can, for example, have a layer thickness of between 100 μm and 3000 μm or, for example, be around 150 μm or around 300 μm or around 500 μm or around 1500 μm.

Die Ausführungsbeispiele liefern somit die Möglichkeit der Entwicklung eines einfachen Fertigungsprozesses für mikrostrukturierte Werkzeugelektroden 100 unter Verwendung eines hochleitenden Halbleitermaterials 110, wie beispielsweise Silizium, das zu einer erfolgreichen ECM-Mikrobearbeitung genutzt werden können. Die Isolierungen der Seitenwände verringern den Arbeitsspalt D beträchtlich.The exemplary embodiments thus provide the possibility of developing a simple manufacturing process for microstructured tool electrodes 100 using a highly conductive semiconductor material 110, such as silicon, which can be used for successful ECM micromachining. The insulation of the side walls reduces the working gap D considerably.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden. Eine Elektrode oder Werkzeugelektrode 100 zur elektrochemischen Bearbeitung metallener oder metallischer Werkstücke kann dadurch gekennzeichnet werden, dass die Elektrode 100 ein oder mehrere Materialien aufweist und die Eigenschaft haben, dass sich die Verteilung des Stromes während der Bearbeitung aufgrund der Materialeigenschaften der Elektrode 100 gezielt ändert.Embodiments of the present invention can be summarized as follows. An electrode or tool electrode 100 for the electrochemical processing of metal or metallic workpieces can be characterized in that the electrode 100 has one or more materials and has the property that the distribution of the current during processing changes in a targeted manner due to the material properties of the electrode 100.

Die Werkzeugelektrode 100 kann ferner ein halbleitendes Material aufweisen, wobei der spezifische Schichtwiderstand des halbleitenden Materials beispielsweise < 1 Qcm sein kann oder < 10 Ωcm oder < 0,5 Ωcm sein kann. Die Werkzeugelektrode kann beispielsweise als halbleitendes Material Silizium oder Germanium oder Galliumarsenid aufweisen. Ferner können unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlicher Leitfähigkeit durch eine Beschichtung erzielt werden, wobei beispielsweise die Beschichtung nur an bestimmten Stellen generiert werden kann. Die Beschichtung kann beispielsweise die Isolationsschicht 130 umfassen und kann durch eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) generiert werden oder durch eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) generiert werden. Die Beschichtung kann ferner ein Siliziumoxid aufweisen, das beispielsweise durch einen Oxidationsprozess erzeugt werden kann. Ferner ist es möglich, dass die Beschichtung ein Siliziumnitrid aufweist, oder dass die Beschichtung ein anorganisches oder organisches Isolat aufweist. Die Beschichtung kann außerdem aus eine beliebige Mischung aus organischen und/oder anorganischen Isolaten erzeugt werden.The tool electrode 100 can also have a semiconductive material, in which case the specific sheet resistance of the semiconductive material can be <1 Ωcm, for example, or <10 Ωcm or <0.5 Ωcm. The tool electrode can have, for example, silicon or germanium or gallium arsenide as the semiconducting material. Furthermore, different areas with different conductivity can be achieved by a coating, with the coating being able to be generated only at certain points, for example. The coating can include the insulation layer 130, for example, and can be generated by physical vapor deposition (PVD) or generated by chemical vapor deposition (CVD). The coating can also have a silicon oxide, which can be produced, for example, by an oxidation process. It is also possible for the coating to have a silicon nitride, or for the coating to have an inorganic or organic isolate. The coating can can also be generated from any mixture of organic and/or inorganic isolates.

Ferner ist es möglich, dass die Werkzeugelektrode 100 elektrisch leitende Bereiche 140 aufweist, die zusätzlich mit einem Metall 144 beschichtet werden. Die Werkzeugelektrode 100 kann beispielsweise auch dadurch gekennzeichnet werden, dass Strukturdetails (z.B. einen Strich oder Strichdurchmesser oder einen Punkt, z.B. die Länge L in 1) von ungefähr 50 nm Größe oder kleiner als 50 nm oder bevorzugt in einem Bereich zwischen 100 nm und 1 mm erzielbar ist. Ferner können bei der Werkzeugelektrode 100 Elektrolyte mit Kanälen oder sonstigen Strukturen versehen sein, die eine gezielte Strömungsführung der Elektrolyte erlauben.Furthermore, it is possible for the tool electrode 100 to have electrically conductive regions 140 which are additionally coated with a metal 144 . The tool electrode 100 can, for example, also be characterized in that structural details (e.g. a line or line diameter or a point, e.g. the length L in 1 ) of about 50 nm in size or smaller than 50 nm or preferably in a range between 100 nm and 1 mm can be achieved. Furthermore, in the case of the tool electrode 100, electrolytes can be provided with channels or other structures that allow the electrolytes to flow in a targeted manner.

Claims

Tool electrode (100) according to claim 1 , in which the semiconductor material is doped so that the specific resistance is less than 1 Ω*cm or less than 0.1 Ω*cm.

Tool electrode (100) according to claim 1 or claim 2 , wherein the exposed semiconductor region (140) has a metal layer (144).

Tool electrode (100) according to claim 3 wherein the metal layer (144) is stable with respect to an electrolyte of electrochemical machining.

Tool electrode (100) according to one of Claims 1 until 4 , wherein the insulating layer (130) has an oxide or nitride layer or an organic or inorganic isolate.

Tool electrode (100) according to one of the preceding claims, in which the semiconductor material has a doping in at least one region.

Tool electrode (100) according to claim 6 , in which the doping produces an n-type semiconductor.

Tool electrode (100) according to one of Claims 1 until 7 , in which the relief-like surface structure (120) forms a microstructure with a structural detail of at least 50 nm.

Tool electrode (100) according to one of the preceding claims, in which the adjacent trenches have a different width.

Tool electrode (100) according to the preceding claims, in which the exposed semiconductor region (140) is formed along the mesa strips or along the trench floor.

A tool electrode (100) according to any one of the preceding claims, wherein the mesa stripes have a width and the width is in a range between 10 nm and 10 mm or in a range between 50 nm and 1 mm.

Tool electrode (100) according to one of the preceding claims, which also has at least one channel (740) for supplying an electrolytic solution.

Device for electrochemical removal with the following features: an anode connection for a workpiece (102); a cathode connection with a tool electrode (100) according to one of Claims 1 until 12 ; a container (105) into which an electrolyte (104) can be introduced, so that the workpiece (102) and the tool (100) can be brought into contact with an electrolyte (104), between the tool (100) and the workpiece (102) a voltage can be applied.

A method for electrochemically removing material from a workpiece (102), comprising the following steps: introducing the workpiece (102) into a container (105); Providing a tool electrode (100), which has a semiconductor substrate with a relief-like surface structure (120), in the container (105), the relief-like surface structure (120) having adjacent trenches which are separated by mesa strips and have trench walls and a trench bottom, so that at presence of an electrolyte (104), a current flow (I) is generated between the tool electrode (100) and the workpiece (102) after application of a voltage; and varying a distance (s) between the tool electrode (100) and the workpiece (102).

procedure after Claim 14 , Which further comprises varying the applied voltage (U) between the tool electrode (100) and the workpiece (102).

procedure after claim 15 , at which a maximum voltage is reached at a minimum distance (s _min ).

Procedure according to one of Claims 14 until 16 , which further comprises supplying or discharging an electrolyte solution via at least one channel (740) in the tool electrode (100).

A method of manufacturing a tool electrode (100) comprising: providing a semiconductor substrate (110); forming a relief-like surface structure (120) along a surface (112) of the semiconductor substrate (110), the relief-like surface structure (120) having adjacent trenches which are separated by mesa strips and have trench walls and a trench bottom; and forming an insulation layer (130) along the ditch walls of the relief-like surface structure (120), so that the insulation layer (130) leaves exposed semiconductor regions (140) open, with the method according to a tool electrode (100). claim 1 is obtained.

procedure after Claim 18 , wherein the step of forming the exposed semiconductor regions (140) comprises a chemical-mechanical polishing or an etching step.