DE102010027438B4 - Process for producing a connection point and/or a connection area in a substrate, in particular for improving the wetting and/or adhesion properties of the substrate - Google Patents
Process for producing a connection point and/or a connection area in a substrate, in particular for improving the wetting and/or adhesion properties of the substrate Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010027438B4 DE102010027438B4 DE102010027438.0A DE102010027438A DE102010027438B4 DE 102010027438 B4 DE102010027438 B4 DE 102010027438B4 DE 102010027438 A DE102010027438 A DE 102010027438A DE 102010027438 B4 DE102010027438 B4 DE 102010027438B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- substrate
- laser
- area
- deep structure
- application
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 230000008569 process Effects 0.000 title description 9
- 238000009736 wetting Methods 0.000 title description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 94
- 239000002318 adhesion promoter Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 claims description 2
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 2
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 15
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 14
- 238000003491 array Methods 0.000 description 11
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 6
- ZINJLDJMHCUBIP-UHFFFAOYSA-N ethametsulfuron-methyl Chemical compound CCOC1=NC(NC)=NC(NC(=O)NS(=O)(=O)C=2C(=CC=CC=2)C(=O)OC)=N1 ZINJLDJMHCUBIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 3
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 3
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000000025 interference lithography Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
- B32B37/12—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by using adhesives
- B32B37/1284—Application of adhesive
- B32B37/1292—Application of adhesive selectively, e.g. in stripes, in patterns
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
- B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
- B23K26/3568—Modifying rugosity
- B23K26/3584—Increasing rugosity, e.g. roughening
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/362—Laser etching
- B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
- B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
- B32B38/10—Removing layers, or parts of layers, mechanically or chemically
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
- B32B38/18—Handling of layers or the laminate
- B32B2038/1891—Using a robot for handling the layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2309/00—Parameters for the laminating or treatment process; Apparatus details
- B32B2309/08—Dimensions, e.g. volume
- B32B2309/10—Dimensions, e.g. volume linear, e.g. length, distance, width
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2310/00—Treatment by energy or chemical effects
- B32B2310/08—Treatment by energy or chemical effects by wave energy or particle radiation
- B32B2310/0806—Treatment by energy or chemical effects by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
- B32B2310/0843—Treatment by energy or chemical effects by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using laser
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsstelle und/oder eines Verbindungsbereichs auf und/oder in einer Oberfläche (1a) eines Substrats (1), wobeiauf und/oder in der Oberfläche (1a) des Substrats (1) mittels Laserinterferenz ein zu einer bevorzugt periodischen Tiefenstruktur (2) führender Materialabtrag erfolgt,bevor anschließend die in die Oberfläche (1a) des Substrats (1) eingebrachte Tiefenstruktur (2) zumindest teilweise mit einem zum stoffschlüssigen Verbinden geeigneten Vermittlermaterial (3) aufgefüllt wird, wobeidas Vermittlermaterial (3) ein Haftvermittlermaterial oderein Laminiermaterial ist unddas Vermittlermaterial (3) durch freifallenden Tropfenauftrag, Siebdrucken, Stempelauftrag, Nadelauftrag, Pinselauftrag, Spachtelauftrag, Rakelauftrag, Spritzen, Sprühen, Gießen und/oder Walzen in die Tiefenstruktur (2) eingebracht wirdundder Materialabtrag mittels Laserinterferenz erfolgt, indem mindestens ein Laserstrahl (4) durch ein Mikrolinsenarray (5) gestrahlt und hierdurch in mehrere Einzelstrahlen (4a, 4b, ...) aufgeteilt wird, die auf eine ebene Fokusfläche (6) fokussiert werden und indem die Oberfläche (1a) in Laserstrahlrichtung gesehen hinter dem Mikrolinsenarray (5) an einer vordefinierten Position vor der Fokusfläche (6), hinter der Fokusfläche (6) oder in der Fokusfläche (6) positioniert wirdoderder Materialabtrag mittels Laserinterferenz erfolgt, indem mehrere kohärente Laserstrahlen (4a, 4b, ...) in einem Überlagerungsbereich (U) unter vordefiniertem/n Winkel(n) zur Interferenz gebracht werden und indem die Oberfläche (1a) an einer vordefinierten Position in diesem Überlagerungsbereich (U) positioniert wird,und dabei die mehreren Laserstrahlen (4a, 4b, ...) mittels mindestens eines Strahlteilers (10a, 10b, ...) aus einem einzelnen, von einem Laser emittierten Laserstrahl (4) erzeugt und unter Verwendung mindestens eines Strahlumlenkers (11a, 11b, ...) in den Überlagerungsbereich (U) geführt werden.Method for producing a connection point and/or a connection area on and/or in a surface (1a) of a substrate (1), wherein on and/or in the surface (1a) of the substrate (1) a preferably periodic deep structure ( 2) leading material removal takes place before the deep structure (2) introduced into the surface (1a) of the substrate (1) is then at least partially filled with a mediator material (3) suitable for materially bonded connection, the mediator material (3) being an adhesion promoter material or a laminating material and the mediator material (3) is introduced into the deep structure (2) by free-falling droplet application, screen printing, stamp application, needle application, brush application, spatula application, doctor blade application, spraying, spraying, pouring and/or rolling, and the material is removed by means of laser interference, in that at least one laser beam (4) is radiated through a microlens array (5) and thereby divided into several individual beams (4a, 4b, ...), which are focused on a flat focal surface (6) and by the surface (1a) seen in the laser beam direction behind the microlens array (5) is positioned at a predefined position in front of the focal surface (6), behind the focal surface (6) or in the focal surface (6), or the material is removed by means of laser interference, in that several coherent laser beams (4a, 4b, ...) are applied in an overlapping area (U) are made to interfere at predefined angle(s) and by positioning the surface (1a) at a predefined position in this overlapping area (U), thereby separating the plurality of laser beams (4a, 4b,...) by means of at least one beam splitter (10a, 10b, ...) from a single laser beam (4) emitted by a laser and guided into the superimposition area (U) using at least one beam deflector (11a, 11b, ...).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsstelle und/oder eines Verbindungsbereiches auf und/oder in einer Oberfläche eines Substrats. Bei dem Substrat kann es sich um ein beliebiges Material handeln, dessen Benetzungs- und/oder Haftungseigenschaften verbessert werden sollen.The present invention relates to a method for producing a connection point and/or a connection area on and/or in a surface of a substrate. The substrate can be any material whose wetting and/or adhesion properties are to be improved.
Aus dem Stand der Technik sind z.B. Laservorbehandlungen von Oberflächen für den anschließenden Klebe-oder Kaschiereinsatz mittels eindimensionaler oder zweidimensionaler Laserscanner-Technik in Kombination mit Fokussieroptiken bekannt: Dabei rastert der Laserstrahl die Oberfläche quasi-simultan ab und trifft, je nach Optik, senkrecht oder unter einem positionsabhängigen, variablen Winkel, auf die Probenoberfläche.Laser pre-treatment of surfaces for subsequent bonding or lamination using one-dimensional or two-dimensional laser scanner technology in combination with focusing optics is known from the state of the art: The laser beam scans the surface quasi-simultaneously and hits it perpendicularly or below, depending on the optics a position-dependent, variable angle, on the sample surface.
Nachteilig hierbei ist, dass das Abrastern zu einem unregelmäßigen Energieeintrag führt, der wiederum zu unterschiedlich tiefen Strukturen und/oder undefinierten Mustern der in die Probenoberfläche eingebrachten Tiefenstruktur führt. Darüber hinaus weisen die Laserscanner-Verfahren einen hohen Wärmeeintrag in das bearbeitete Probenmaterial auf.The disadvantage here is that the scanning leads to an irregular energy input, which in turn leads to structures of different depths and/or undefined patterns of the deep structure introduced into the sample surface. In addition, the laser scanner methods have a high heat input into the processed sample material.
Aus dem Stand der Technik ist darüber hinaus bekannt, die Topographie einer Probenoberfläche durch Sandstrahlen mit Korund zu verändern. Wird kieselsäure-modifizierter Korund verwendet, wird neben einer Aufrauhung der Oberfläche eine SiOx-Schicht abgeschieden.In addition, it is known from the prior art to change the topography of a sample surface by sandblasting with corundum. If silica-modified corundum is used, a SiO x layer is deposited in addition to roughening the surface.
Die
Ein ähnliches Fügeverfahren ist aus
Die
Nachteilig hierbei ist insbesondere, dass ein zusätzlich durchzuführender Reinigungsprozess (der dann auch vor und nach dem Sandstrahlen ausgeführt werden muss) notwendig ist. Das Sandstrahlen führt zudem zu Inhomogenitäten in der Oberfläche bzw. in der erzielten Tiefenstrukturierung dieser Oberfläche, da eine gleichmäßige Bearbeitung schwer zu kontrollieren ist. Zudem ist das Korundstrahlen für dünne Fügeteile ungeeignet und nicht in Produktionslinien integrierbar.A particular disadvantage here is that an additional cleaning process (which then also has to be carried out before and after the sandblasting) is necessary. The sandblasting also leads to inhomogeneities in the surface or in the depth structuring of this surface that is achieved, since uniform processing is difficult to control. In addition, corundum blasting is unsuitable for thin parts to be joined and cannot be integrated into production lines.
Von M. Campbell u.a. sind in „Fabrication of photonic crystals for visible spectrum by holographic lithography“; Nature; Vol. 404; 2000, Seiten 53-56 Möglichkeiten für die Herstellung photonischer Kristalle unter Einsatz von Laserstrahlung bekannt.By M. Campbell et al. in "Fabrication of photonic crystals for visible spectrum by holographic lithography"; Nature; Vol. 404; 2000, pages 53-56 known possibilities for the production of photonic crystals using laser radiation.
Möglichkeiten und Vorteile für die Ausbildung von Mikrostrukturen unter Einsatz von Laserinterferenz sind in allgemeiner Form von M. Bieda in "Herstellung periodischer Mikrostrukturen auf Metalloberflächen; Fraunhofer Jahresbericht 2009, Seiten 26-27 erwähnt.Possibilities and advantages for the formation of microstructures using laser interference are mentioned in general terms by M. Bieda in "Production of periodic microstructures on metal surfaces; Fraunhofer Annual Report 2009, pages 26-27.
Die Diplomarbeit von A. F. Lasagni; „Advanced design of periodical structures by laser interference metallurgy in the micro/nano scale on microscopic areas“, Universität des Saarlands; Saarbrücken 2006. URL: https://publikationen.sulb.uni-
saar-
land.de/handle/20.500.11880/22418;jsessionid=F4DD18AE791B14E791B14E7 A9035FD890720863 beschreibt Möglichkeiten zur Laserinterfernzstrukturierung.The diploma work of AF Lasagni; "Advanced design of periodical structures by laser interference metallurgy in the micro/nano scale on microscopic areas", Saarland University; Saarbrücken 2006. URL: https://publikationen.sulb.uni-
Saar-
land.de/handle/20.500.11880/22418;jsessionid=F4DD18AE791B14E791B14E7 A9035FD890720863 describes possibilities for laser interference structuring.
Grundlagen zur Interferenz gehen aus Interferenz (Physik). In: Wikipedia, die freie Enzyklopädie.Bearbeitungsstand 13. Juli 2010, 22:13 UTC, URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?Title=Interferenz_(Physik)&oldid=76637143 hervor.The basics of interference can be found in Interference (Physics). In: Wikipedia, the free encyclopedia. Editing status July 13, 2010, 22:13 UTC, URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?Title=Interferenz_(Physik)&oldid=76637143.
Eichler J. et al. bieten eine Übersicht über mögliche Laserbearbeitungen in „Bauformen, Strahlführung; Anwendungen. 6. Aufl., Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2006, S. 368 - ISBN 3-540-30149-6 an.Eichler J et al. offer an overview of possible laser processing in "designs, beam guidance; applications. 6th edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2006, p. 368 - ISBN 3-540-30149-6.
Auf Bedingungen zur Einhaltung von Kohärenz ist von Stehen
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsstelle und/oder eines Verbindungsbereiches und/oder ein Verfahren zum Verbinden eines Materials (nachfolgend auch als Substrat bezeichnet) mit einem weiteren Material (nachfolgend auch als mit dem Substrat zu verfügendes Element oder als mit dem Substrat zu verbindendes LaminiermaterialBased on the prior art, it is therefore the object of the present invention to provide a method for producing a connection point and/or a connection area and/or a method for connecting a material (hereinafter also referred to as substrate) with another material (hereinafter also referred to as with element to be provided on the substrate or as a laminating material to be bonded to the substrate
(Laminierschicht) bezeichnet) zur Verfügung zu stellen, das zu einer Verbesserung der Benetzungs- und/oder Haftungseigenschaften des Materials und/oder zwischen dem Material und dem mit diesem Material zu verfügenden Element bzw. dem Laminiermaterial führt und mit dem eine hochfeste Verbindung zwischen einem zum Verbinden geeigneten, auf das Substrat aufzubringenden Vermittlermaterial (bei dem es sich um ein Haftvermittlermaterial oder auch um ein auf das Substrat zu laminierendes Material handelt ) und der Substratoberfläche und/oder zwischen dem Substrat und einem damit zu verfügenden Element herstellbar ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen somit beim Anwenden des zum Verbinden geeigneten Vermittlermaterials ein verbessertes Klebe- oder Laminierverhalten und eine hochfeste Verbindung zwischen den beteiligten Materialien (Substrat, Haftvermittlermaterial und mit dem Substrat zu verfügendes Element oder Substrat und Vermittlermaterial in Form eines Laminiermaterials) erzielt werden.(Laminating layer) called) to make available, which leads to an improvement in the wetting and / or adhesion properties of the material and / or between the material and the element to be disposed of with this material or the laminating material and with which a high-strength connection between a for connecting suitable intermediary material to be applied to the substrate (which is an adhesion promoter material or else a material to be laminated to the substrate) and the substrate surface and/or between the substrate and an element to be provided with it. With the method according to the invention, when using the mediator material suitable for connecting, improved adhesive or laminating behavior and a high-strength connection between the materials involved (substrate, adhesion promoter material and element or substrate and mediator material in the form of a laminating material to be disposed of with the substrate) are to be achieved.
Aufgabe der Erfindung ist darüber hinaus, ein entsprechendes Substrat mit einer Verbindungsstelle und/oder einem Verbindungsbereich und ein Bauteil mit einem Substrat und einem mit diesem Substrat verfügten Element oder einem auf das Substrat auflaminierten Material zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is also to provide a corresponding substrate with a connection point and/or a connection area and a component with a substrate and an element provided with this substrate or with a material laminated onto the substrate.
Die vorstehende Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten lassen sich dabei jeweils den abhängigen Ansprüchen entnehmen.The above object is achieved by a manufacturing method according to
Die gesamte nachfolgende Erfindungsbeschreibung erfolgt dabei für ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsstelle und/oder eines Verbindungsbereiches in Form einer Fügestelle bzw. eines Fügebereiches, bei dem also die erzeugte Tiefenstruktur (s. nachfolgend) zumindest teilweise mit einem zum stoffschlüssigen Fügen geeigneten Haftvermittlermaterial (Klebermaterial) als Vermittlermaterial aufgefüllt wird. Genau dieselbe Vorgehensweise lässt sich jedoch erfindungsgemäß für das Ausbilden einer Verbindungsstelle oder eines Verbindungsbereiches als Laminierstelle bzw. Laminierbereich realisieren: In diesem Falle wird die Tiefenstruktur mit einem Laminiermaterial anstelle eines Haftvermittlermaterials bzw. Klebermaterials aufgefüllt.The entire following description of the invention is given for a method for producing a connection point and/or a connection area in the form of a joint or a joint area, in which the deep structure produced (see below) is at least partially bonded with an adhesion promoter material (adhesive material) suitable for materially bonded joining. is filled as mediator material. However, exactly the same procedure can be implemented according to the invention for forming a connection point or a connection area as a laminating point or laminating area: In this case, the deep structure is filled with a laminating material instead of an adhesion promoter material or adhesive material.
Auch andere Materialien als Kleber- oder Laminiermaterialien, die zum Verbinden geeignet sind, können in die Tiefenstruktur eingebracht werden.Materials other than adhesive or laminating materials that are suitable for connecting can also be introduced into the deep structure.
Sämtliche nachfolgend erfindungsgemäß für das Fügen beschriebenen Merkmale sind somit erfindungsgemäß ebenso für das Aufbringen eines Laminiermaterials oder einer Laminierschicht auf das tiefenstrukturierte Substrat offenbart. Der einzige Unterschied besteht dann darin, dass lediglich das Laminiermaterial als Vermittlermaterial in die Tiefenstruktur des Substrates eingefüllt wird (und in der Regel auch darüber hinaus als z.B. ebene Laminierschicht aufgebracht wird): In diesem Falle werden somit lediglich zwei unterschiedliche Materialien (Substratmaterial und Laminiermaterial) benötigt, das beim Fügen (neben dem Substratmaterial und dem Haftvermittler- bzw. Klebermaterial) noch benötigte weitere, mit dem Substrat zu verfügende Material (weiteres Element) entfällt dann.All of the features described below according to the invention for the joining are thus also disclosed according to the invention for the application of a laminating material or a laminating layer to the deep-structured substrate. The only difference is that only the laminating material is filled into the deep structure of the substrate as an intermediary material (and is usually also applied as a flat laminating layer, for example): In this case, only two different materials (substrate material and laminating material) are used. required, the further material (additional element) still required during joining (in addition to the substrate material and the adhesion promoter or adhesive material) to be disposed of with the substrate is then omitted.
Im Rahmen der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung wird das Haftvermittlermaterial alternativ auch als Klebstoff bezeichnet, obwohl es sich hier ganz allgemein um ein beliebiges Material handeln kann, das nach Auf- und/oder Einbringen auf und/oder in die Oberfläche des Substrates zum Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung des Substrates bzw. dessen Oberfläche mit dem damit zu verfügenden Element geeignet ist.In the context of the following description of the invention, the adhesion-promoting material is alternatively referred to as an adhesive, although it can generally be any material that, after being applied and/or introduced onto and/or into the surface of the substrate, is used to form a material-to-material connection of the Substrate or its surface is suitable with the element to be provided with it.
Nachfolgend wird die Erfindung zunächst allgemein, dann anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die im Rahmen der Ausführungsbeispiele in Kombination miteinander beschriebenen Einzelmerkmale müssen dabei nicht genau in den in den Beispielen gezeigten Konfigurationen verwirklicht werden, sondern können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch in andersartigen Kombinationen miteinander realisiert werden. Insbesondere können einzelne der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Verfahrensschritte auch weggelassen werden.In the following, the invention is first described in general terms, then with reference to exemplary embodiments. The individual features described in combination with one another in the context of the exemplary embodiments do not have to be implemented exactly in the configurations shown in the examples, but can also be implemented in other types of combinations within the scope of the present invention. In particular, individual method steps described in the exemplary embodiments can also be omitted.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung basiert darauf, mittels Laserinterferenz die Oberfläche des Substrates zu strukturieren, also eine sich von der Oberfläche in die Tiefe des Substrates erstreckende Tiefenstruktur (mittels des Laser-bedingten Materialabtrags) zu erzeugen und anschließend ein zum stoffschlüssigen Fügen des Substrates mit einem anderen Material geeignetes Haftvermittlermaterial in die Vertiefungen der Tiefenstruktur einzubringen. In der Regel handelt es sich bei diesen Vertiefungen um Strukturen in Mikrometergröße, so dass nachfolgend alternativ auch von Mikrovertiefungen bzw. Mikrostrukturen gesprochen wird.The basic idea of the present invention is based on using laser interference to structure the surface of the substrate, i.e. to create a deep structure extending from the surface into the depth of the substrate (by means of laser-induced material removal) and then to materially join the substrate with a other material suitable adhesion promoter material to introduce into the depressions of the deep structure. As a rule, these indentations are structures in the size of a micrometer, so that the terms microindentations or microstructures are alternatively also used below.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine ebene oder auch vorkonturierte (z.B. gekrümmte) Oberfläche des Substrates (oder auch des Substrates und des damit zu verfügenden Elementes; es können also auch beide zu verfügenden Oberflächen der Fügematerialien entsprechend behandelt werden) durch direkte Laserstrahl-Interferenz und/oder durch Einsatz von Mikrolinsenarrays (siehe auch nachfolgend) und unter Verwendung von gepulster oder kontinuierlicher Laserstrahlung im UV-Bereich, im sichtbaren Bereich und/oder im InfrarotBereich strukturiert mit einer Mikrometer- oder Sub-Mikrometer-Struktur versehen.According to the invention, a flat or also pre-contoured (e.g. curved) surface of the substrate (or also of the substrate and the element to be joined with it; both surfaces of the joining materials to be joined can therefore also be treated accordingly) by direct laser beam interference and/or by Use of microlens arrays (see also below) and using pulsed or continuous laser radiation in the UV range, in the visible range and/or in the infrared range, structured with a micrometer or sub-micrometer structure.
Bei den (tiefen)-strukturierten Fügematerialien (Substrat und/oder Element) kann es sich um Kunststoffe, insbesondere Faser-verstärkte Kunststoffe, Keramiken, Metalle oder Legierungen handeln. Der Einsatzbereich der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die genannten Materialien beschränkt.The (deep) structured joining materials (substrate and/or element) can be plastics, in particular fiber-reinforced plastics, ceramics, metals or alloys. However, the area of use of the present invention is not limited to the materials mentioned.
Nach der Tiefenstrukturierung der Oberfläche des Substrates (oder beider Fügematerialien) erfolgt der Auftrag des zum stoffschlüssigen Fügen geeigneten Haftvermittlermaterials (Klebstoffauftrag) für den anschließenden stoffschlüssigen Fügevorgang. Je nachdem, welches Haftvermittlermaterial verwendet wird, sind dabei gegebenenfalls zeitliche Einschränkungen zu beachten, die ein Verfügen der beiden Fügematerialien innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls notwendig machen.After the deep structuring of the surface of the substrate (or both joining materials), the adhesion promoter material (application of adhesive) suitable for the materially bonded joining is applied for the subsequent materially bonded joining process. Depending on which adhesion promoter material is used, time restrictions may have to be observed, which make it necessary to join the two joining materials within a predefined time interval.
Hierbei können Klebstoffsysteme auf Basis der Polyaddition (beispielsweise Epoxide, Polyurethane und/oder Silikone), der Polykondensation (Formaldehyde, Polyamide und/oder Silikone), der Polymerisation (z.B. Acrylate oder Kautschukpolymere oder auch thermoplastische Elastomere) sowie physikalisch abbindende Systeme (Schmelzklebstoffe, z.B. Polyolefine) eingesetzt werden. Die genannten Klebstoffsysteme müssen entsprechend gemischt, dosiert und aufgetragen, also in die Vertiefungen eingebracht werden, was je nach den verwendeten Haftvermittlermaterialien unterschiedliche Prozessschritte notwendig machen kann: Abhängig von den Haftvermittlermaterialien und/oder auch von den konkreten Klebegeometrien des Substrates und/oder Elementes werden folgende Verfahren eingesetzt und das Vermittlermaterial erfindungsgemäß in die Tiefenstruktur eingebracht: Freifallender Tropfenauftrag, Siebdruck-Verfahren, Stempelauftrag, Nadelauftrag, Auftrag mittels Pinsel, Spachtel und/oder Rackel, Spritzen, Sprühen, Gießen und/oder Walzen. Die Aushärtungsbedingungen (Temperatur, gegebenenfalls Anwendung von UV-Strahlung, ...) der verwendeten Haftvermittlermaterialien hängen dabei von den Vernetzungsmechanismen dieser Materialien ab.Adhesive systems based on polyaddition (e.g. epoxides, polyurethanes and/or silicones), polycondensation (formaldehyde, polyamides and/or silicones), polymerisation (e.g. acrylates or rubber polymers or also thermoplastic elastomers) as well as physically setting systems (hot melt adhesives, e.g. Polyolefins) are used. The adhesive systems mentioned must be mixed, dosed and applied accordingly, i.e. introduced into the depressions, which can necessitate different process steps depending on the adhesion promoter materials used: Depending on the adhesion promoter materials and/or also on the specific adhesive geometry of the substrate and/or element, the following are required Methods used and the mediator material introduced into the deep structure according to the invention: free-falling droplet application, screen printing method, stamp application, needle application, application by brush, spatula and / or scraper, spraying, spraying, pouring and / or rolling. The curing conditions (temperature, use of UV radiation if necessary, ...) of the adhesion promoter materials used depend on the crosslinking mechanisms of these materials.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen von Fügebereichen auf Oberflächen von Substraten umfasst somit einen ersten Schritt, bei dem auf und/oder in der Oberfläche des Substrates mittels eines Laserstrahl-Interferenz-Verfahrens durch Laserbestrahlung der Oberfläche des Substrates ein Materialabtrag aus dieser Oberfläche erfolgt, der zu einer Tiefenstrukturierung dieser Oberfläche führt. Unter einer solchen Tiefenstruktur wird das Einbringen von in der Regel mikrometer- bis submikrometergroßen Strukturen, wie beispielsweise Gräben oder Löchern, in die in der Regel vormals (zumindest lokal) ebene Oberfläche des Substrates verstanden. Bevorzugt werden periodische Tiefenstrukturen eingebracht.A method according to the invention for producing joining areas on surfaces of substrates thus comprises a first step in which material is removed from this surface on and/or in the surface of the substrate by means of a laser beam interference method by laser irradiation of the surface of the substrate, which a deep structuring of this surface. Such a deep structure is understood to mean the incorporation of generally micrometer to submicrometer sized structures, such as trenches or holes, into the generally formerly (at least locally) flat surface of the substrate. Periodic deep structures are preferably introduced.
Anschließend erfolgt in einem zweiten Schritt das Einbringen des zum stoffschlüssigen Fügen geeigneten Haftvermittlermaterials in die in der Oberfläche eingebrachte Tiefenstruktur. Die einzelnen Vertiefungen der Tiefenstruktur müssen dabei, abhängig von der Anzahl, Lage, Größe und/oder Form dieser Vertiefungen und/oder der Form der Oberfläche vor deren Tiefenstrukturierung, nicht unbedingt alle und/oder vollständig mit dem Haftvermittlermaterial aufgefüllt werden, gegebenenfalls reicht ein teilweises Auffüllen aus.Then, in a second step, the adhesion promoter material suitable for material-to-substance joining is introduced into the deep structure introduced into the surface. Depending on the number, position, size and/or shape of these depressions and/or the shape of the surface before their deep structuring, the individual depressions of the deep structure do not necessarily all and/or have to be completely filled with the adhesion promoter material; if necessary, a partial amount is sufficient fill off.
In einer ersten vorteilhaften Verfahrensvariante wird das zur Laserstrahl-Interferenz verwendete, eingestrahlte Laserlicht mit örtlich variierender Laserlichtintensität auf die Oberfläche des Substrates so eingestrahlt, dass dadurch ein örtlich variierender Materialabtrag zur Ausbildung einer Vielzahl einzelner Vertiefungen der Tiefenstruktur führt.In a first advantageous variant of the method, the laser light used for laser beam interference is radiated onto the surface of the substrate with locally varying laser light intensity in such a way that locally varying material removal leads to the formation of a large number of individual depressions in the deep structure.
In einer weiteren vorteilhaften Variante kann die Laserinterferenz-Einstrahlung erfolgen, indem ein oder auch mehrere Laserstrahl(en) durch ein oder auch mehrere Mikrolinsenarray(s) gestrahlt und hierdurch (jeweils) in mehrere Einzelstrahlen aufgeteilt wird/werden. Diese Einzelstrahlen werden dann auf
eine Fokusfläche fokussiert. Die zu strukturierende Oberfläche des Substrates wird dann in Laserstrahlrichtung gesehen hinter dem/den Mikrolinsenarray(s) an einer vordefinierten Position angeordnet: Diese Position kann vor der Fokusfläche, im Bereich der Fokusfläche oder hinter der Fokusfläche liegen, wobei bevorzugt eine Positionierung der Oberfläche des Substrates in der Fokusfläche erfolgt.In a further advantageous variant, the laser interference irradiation can take place by radiating one or more laser beam(s) through one or more microlens array(s) and thereby dividing it (in each case) into a number of individual beams. These individual rays are then on
focused on a focal area. The surface of the substrate to be structured is then arranged at a predefined position behind the microlens array(s), seen in the direction of the laser beam: This position can be in front of the focus area, in the area of the focus area or behind the focus area, with preference being given to positioning the surface of the substrate takes place in the focal area.
Alternativ dazu oder bei geeigneter Anordnung der einzelnen Systemelemente auch in Kombination damit kann der Laserinterferenz-induzierte Materialabtrag auch wie folgt erfolgen: Mehrere kohärente Laserstrahlen werden in einem Überlagerungsbereich unter vordefiniertem/n Winkel(n) zur Interferenz gebracht. Die Substratoberfläche wird hierbei an einer vordefinierten Position in diesem Überlagerungsbereich positioniert. Die mehreren Laserstrahlen können mittels eines oder mehrerer Strahlteiler(s) aus einem einzelnen, von einem einzelnen Laser emittierten Laserstrahl erzeugt und unter Verwendung von Strahlumlenkern so in den Überlagerungsbereich geführt werden, dass in diesem Überlagerungsbereich Interferenz dieser Laserstrahlen eintritt.Alternatively, or with a suitable arrangement of the individual system elements in combination with it, the laser interference-induced material removal can also take place as follows: Several coherent laser beams are brought to interference in an overlapping area at a predefined angle(s). In this case, the substrate surface is positioned at a predefined position in this overlapping area. The multiple laser beams can be generated from a single laser beam emitted by a single laser by means of one or more beam splitter(s) and guided into the overlapping area using beam deflectors such that interference of these laser beams occurs in this overlapping area.
Bei der in die Substratoberfläche eingebrachten Tiefenstruktur bzw. deren einzelner Vertiefungen kann es sich um ein- oder zweidimensional periodische Strukturen handeln. Die für die Abstände der einzelnen Vertiefungen, die Periodizität der Tiefenstruktur, die Tiefe der einzelnen Vertiefungen (senkrecht zur Substratoberfläche), deren laterale Ausdehnung in der Substratoberfläche und/oder die Aspektverhältnisse (z.B. bei periodisch eingebrachten linienförmigen Gräben mit dazwischen stehen bleibenden Graten) vorteilhaft zu realisierenden Größenordnungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.The deep structure introduced into the substrate surface or its individual depressions can be one- or two-dimensional periodic structures. The for the distances between the individual depressions, the periodicity of the deep structure, the depth of the individual depressions (perpendicular to the substrate surface), their lateral extent in the substrate surface and / or the aspect ratios (e.g. in the case of periodically introduced linear trenches with ridges remaining between them) are advantageous realizable orders of magnitude can be found in the dependent claims.
Insbesondere können die durch Laserinterferenz eingebrachten Tiefenstrukturen die folgenden Varianten einschließen:
- • linienartige Muster mit periodischem Abstand d,
- • kreuzartige Muster, die durch Mehrfachbestrahlung mit Linienmustern mit einem spezifischen Rotationswinkel von beispielsweise 30°, 60° oder 90° erreicht werden,
- • kombinierte kreuzartige Muster mit unterschiedlichen Linienabständen d1 und d2,
- • verschiedene Anordnungen von Vertiefungen (Löchern) mit unterschiedlichen Abständen,
- • praktisch beliebige Formen von Vertiefungen, die mittels Mikrolinsenarrays über der Probe eingebracht werden können,
- • praktisch beliebige Formen von Vertiefungen, die über eine Verschiebung der Probe während der Laserbestrahlung durch ein/mehrere Mikrolinsenarray(s) eingebracht werden können,
- • praktisch beliebige Formen von Vertiefungen, die durch eine Verschiebung der Bestrahlungsoptik während der Bestrahlung mittels eines Mikrolinsenarrays einstrukturiert werden können,
- • linienartige Muster, die über Mikrolinsenarrays eingebracht werden können,
- • kreuzartige Muster, die durch eine Mehrfachbestrahlung mit Linienmustern mit Mikrolinsenarrays erzeugt werden können, oder
- • beliebige Kombinationen der vorstehend aufgezählten Varianten.
- • line-like patterns with periodic spacing d,
- • cross-like patterns, which are achieved by multiple irradiation with line patterns with a specific rotation angle of, for example, 30°, 60° or 90°,
- • combined cross-like patterns with different line spacings d 1 and d 2 ,
- • different arrangements of indentations (holes) with different distances,
- • practically any shape of indentations that can be introduced over the sample using microlens arrays,
- • practically any shape of indentations that can be introduced by moving the sample during laser irradiation through one or more microlens array(s),
- • practically any shape of depressions that can be structured by shifting the irradiation optics during the irradiation using a microlens array,
- • line-like patterns that can be introduced via microlens arrays,
- • Cross-like patterns that can be generated by multiple irradiation with line patterns using microlens arrays, or
- • Any combination of the variants listed above.
Die Laserbestrahlung kann gepulst oder kontinuierlich erfolgen, wobei Laserwellenlängen im sichtbaren, im infraroten und/oder im ultravioletten Bereich verwendet werden können. Besonders bevorzugt werden Nd:YAG-gepulste Laser mit Wellenlängen von 266 nm oder 355 nm eingesetzt.The laser irradiation can be pulsed or continuous, it being possible for laser wavelengths in the visible, in the infrared and/or in the ultraviolet range to be used. Nd:YAG-pulsed lasers with wavelengths of 266 nm or 355 nm are particularly preferably used.
Der entscheidende Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Einbringung einer präzisen periodischen Mikrometer- bzw. Sub-Mikrometer-Struktur, wodurch, in Kombination mit der durch das Einbringen der Struktur erreichten Oberflächenvergrößerung und der anschließenden Auftragung des Haftvermittlermaterials (Klebstoffs) ein optimierter Fügevorgang erreicht werden kann.The decisive advantage of the present invention lies in the introduction of a precise periodic micrometer or sub-micrometer structure, which, in combination with the surface enlargement achieved by introducing the structure and the subsequent application of the adhesion promoter material (adhesive), results in an optimized joining process can.
Die Laserstrahl-Interferenz erlaubt hierbei die Bearbeitung aller Arten von Oberflächen und von Bauteilgeometrien unter natürlichen Umgebungsbedingungen. Sie ermöglicht die Herstellung exakt definierter periodischer Mikro- oder Sub-Mikrometer-Strukturen in einem einzigen Prozessschritt. Die hohe Auflösung, die dabei erreicht werden kann, ist anderen kommerziell eingesetzten Mikrostrukturierungsverfahren überlegen.
Das direkte Laserinterferenz-Strukturierungsverfahren gemäß der Erfindung (ohne Einsatz von Mikrolinsenarrays) zeichnet sich darüber hinaus auch besonders dadurch aus, dass große Flächen in kurzer Zeit auf nahezu jedes Material strukturiert werden können. Kein anderes Verfahren bewirkt ein solch homogenes und definiert strukturiertes Muster an einer Fügeteiloberfläche. Die erfindungsgemäße Oberflächenprägung bzw. Strukturierung durch Laserinterferenz kann die Klebeschichtmorphologie und das damit strukturabhängige, mechanische Verhalten des Substrates und/oder damit zu verfügenden Elementes wirksam verbessern.The laser beam interference allows the processing of all types of surfaces and component geometries under natural environmental conditions. It enables the production of precisely defined periodic micro- or sub-micron structures in a single process step. The high resolution that can be achieved is superior to other commercially used microstructuring processes.
The direct laser interference structuring method according to the invention (without using microlens arrays) is also characterized in particular by the fact that large areas can be structured on almost any material in a short time. No other process produces such a homogeneous and defined structured pattern on a part surface. The surface embossing or structuring according to the invention by laser interference can effectively improve the adhesive layer morphology and the structure-dependent mechanical behavior of the substrate and/or element to be provided with it.
Die erfindungsgemäße Laserstrahl-Interferenz-Methode zur Bauteilvorbehandlung für das anschließende Einbringen des Haftvermittlermaterials, also für die eigentliche Fügung, erlaubt außerdem einen sehr geringen Füge- bzw. Klebespalt. Bei niederviskosen Klebstoffen können die erzeugten Oberflächenstrukturen zudem äußerst effektiv verzahnen.The laser beam interference method according to the invention for component pretreatment for the subsequent introduction of the adhesion promoter material, ie for the actual joining, also allows a very small joining or adhesive gap. With low-viscosity adhesives, the surface structures created can also interlock extremely effectively.
Die vorliegende Erfindung umfasst darüber hinaus die Verwendung der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich der Medizintechnik, Optik, Sensorik und in Bereichen, in denen Oberflächenverwerfungen sowie undefinierte Klebstoffmengen einen entscheidenden negativen Einfluss auf das Gesamtsystem haben. Darüber hinaus sind insbesondere auch in anderen Hochtechnologiebereichen, wie beispielsweise im Bereich der Elektronik oder im Bereich des Flugzeugbaus, Anwendungen der beschriebenen Verfahren möglich.The present invention also includes the use of the method according to the invention described above in the field of medical technology, optics, sensor technology and in areas in which surface distortions and undefined amounts of adhesive have a decisive negative influence on the overall system. In addition, applications of the methods described are also possible, particularly in other high-tech areas, such as in the area of electronics or in the area of aircraft construction.
Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und durch dieses ausgebildete, erfindungsgemäße Substrate und Bauteile anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben.The production method according to the invention and substrates and components according to the invention formed by it are described below with reference to several exemplary embodiments.
Es zeigen:
-
1 eine Skizze für ein Substrat mit Fügebereich, das erfindungsgemäß herstellbar ist. -
2 verschiedene Tiefenstrukturformen (nachfolgend alternativ auch als Vertiefungsstrukturformen bezeichnet) der vorliegenden Erfindung. -
3 eine Mikrolinsen-Array-Konfiguration zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. -
4 verschiedene Mikrolinsen-Arrays fürden Aufbau gemäß 3 . -
5 einen direkten Laser-Interferenz-Strukturierungsaufbau für ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in Zwei-Strahl-Konfiguration. -
6 einen entsprechenden Aufbau wie in5 in Drei-Strahl-Konfiguration. -
7 einen entsprechenden Aufbau wie in5 in Vier-Strahl-Konfiguration. -
8 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Erzeugung einer Vertiefungsstruktur in einer Substratbasis durch ein Herstellungsverfahren gemäß5 bis7 . -
9 ein erfindungsgemäßes Bauteil bestehend aus einem Substrat mit Fügebereich und einem mit diesem Substrat verfügten Element.
-
1 a sketch of a substrate with a joining area that can be produced according to the invention. -
2 various depth structure forms (hereinafter also alternatively referred to as recess structure forms) of the present invention. -
3 a microlens array configuration for carrying out a manufacturing method according to the invention. -
4 different microlens arrays for the structure according to3 . -
5 a direct laser interference patterning setup for a manufacturing method according to the present invention in two-beam configuration. -
6 a corresponding structure as in5 in three-beam configuration. -
7 a corresponding structure as in5 in four-beam configuration. -
8th a schematic diagram for the inventive production of a recess structure in a substrate base by a manufacturing method according to5 until7 . -
9 a component according to the invention consisting of a substrate with a joining area and an element provided with this substrate.
Wie mit Bezug auf die
Die Intensität der Laserstrahlen (Nd:YAG gepulster Laser mit Frequenzverdreifachung der Wellenlänge 355 nm) wird hierbei durch Überlagerung von mehreren Strahlen (
Durch Kontrolle des Auftreffwinkels β von z.B. zwei Laserstrahlen (
Nach der Laserstrukturierung der Oberfläche 1a wird das Substrat 1 mit der Tiefenstruktur 2 zur Abscheidung des Klebematerials 3 in den erzeugten Vertiefungen 2a, 2b einem Siebdruckprozess unterworfen. Im vorliegenden Fall wird ein zum Verkleben der Cu-Platte 1 geeignetes Epoxidmaterial in die Vertiefungen 2a, 2b, ... eingedruckt.After the laser structuring of the
Das Mikrolinsen-Array 5 ist hier ein Zylinderlinsen-Mikrolinsen-Array mit einer Vielzahl von in einer Ebene parallel zueinander und in konstanten Abständen voneinander angeordneten Zylinderlinsen (deren Längsachsen hier senkrecht zur dargestellten Ebene angeordnet sind). Die einzelnen Zylinderlinsen des Mikrolinsen-Arrays 5 haben einen Fokusabstand f. Durch das Mikrolinsen-Array 5 wird der Laserstrahl 4 somit in eine Vielzahl einzelner Teilstrahlen 4a, 4b, 4c, ... aufgeteilt, die in einem Abstand f hinter dem Mikrolinsen-Array 5 auf eine ebene Fläche 6 fokussiert werden.The
Mithilfe eines in den drei Translationsrichtungen x, y und z eines Kartesischen Koordinatensystems bewegbaren Verschiebetisches 17 ist nun das Substrat 1 so ausgerichtet, dass die zu strukturierende Oberfläche 1a (vgl.
Zur Einstellung der Strukturgröße der Vertiefungsstruktur 2 kann der Abstand a zwischen Mikrolinsen-Array 5 und Substratbasis 1 verändert werden: Durch Verfahren der Substratbasis 1 mittels des Verschiebetisches 14 in +z-Richtung wird die Fokusebene 6 hinter die Oberfläche 1a ins Innere des Substrats 1 verschoben; es werden dann Vertiefungen 2a, 2b, ... mit vergrößerter lateraler Ausdehnung l erzeugt. Entsprechendes geschieht bei einem Verfahren in -z-Richtung, da die Fokusebene 6 dann außerhalb des Substrats 1 und vor diesem liegt. Zur Regelung der Strukturgröße der Vertiefungsstruktur kann somit der Abstand a größer oder kleiner als der Fokusabstand f gewählt werden. Zusätzlich ist es möglich, durch Translation des Substrats 1 in x- und/oder y-Richtung mittels des Verschiebetisches 17 unterschiedliche Vertiefungsstrukturgeometrien mit kontrollierter Größe zu erzeugen.The distance a between the
Anstelle eines Verschiebetisches (mit oder ohne Rotationsachse) kann auch ein Roboter verwendet werden. Hierbei können sowohl die Komponenten 5 und 13 bis 16 als auch die Substratbasis 1 mit dem Verschiebetisch und/oder Roboter gekoppelt werden. Bei einem Anordnen der Komponenten 5 und 13 bis 16 an einem entsprechenden Verschiebetisch oder Roboter ist es vorteilhaft, fasergekoppelte Laser zu verwenden.A robot can also be used instead of a translation table (with or without a rotary axis). Here, both the
Beim in den
Mithilfe des Verschiebetisches 17 kann ein Verschieben des Substrats 1 erfolgen, so dass große, ebene wie nicht ebene (z.B. zylinderförmige) Oberflächen tiefenstrukturiert 2 werden können. Die Verschiebung kann orthogonal zur Hauptstrahlachse (z.B. lateral oder vertikal), oder parallel zur Hauptstrahlachse erfolgen und/oder aus einer Rotation des Elements 1 bestehen. Die laterale Ausdehnung l und/oder die Tiefe h der Strukturen 2 können über die Strahlintensität, Bestrahlungsdauer und/oder Pulsanzahl eingestellt werden.With the aid of the displacement table 17, the
Die in den
Beim Substrat 1 handelt es sich um eine (vor der Tiefenstrukturierung) ebene Kunststoffplatte, die hier auf einer Metallbasis 1b aufgeschraubt ist. Nach dem Einbringen einer eindimensionalen, periodischen Tiefenstruktur in Form von parallel zueinander verlaufender Gräben 2a, 2b, ..., mit konstantem Grabenabstand d benachbarter Gräben (entsprechend der Periodizität p der Tiefenstruktur 2) wurde mit Hilfe einer Rakel ein Acrylat-basiertes Haftvermittlermaterial 3 in die Gräben 2a, 2b, ..., eingearbeitet. Die Gräben wurden hierbei vollständig, d.h. über ihre gesamte Höhe h, und darüber hinaus mit Haftvermittlermaterial 3 aufgefüllt, so dass sich auf der der Metallplatte 1b gegenüber liegenden Seite bzw. über die Oberfläche 1a des Substrates 1 hinaus stehend eine dünne, geschlossene Kleberschicht 3 zusätzlich ausbildet.The
Schließlich wird das mit dem Substrat 1 zu fügende weitere Element E, bei dem es sich hier um eine weitere ebene Kunststoffplatte handelt, parallel zur Oberfläche 1a bzw. zur Schichtebene S auf die Haftvermittlerschicht 3 aufgelegt und mit den Elementen 1, 1b druckverpresst.Finally, the further element E to be joined to the
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010027438.0A DE102010027438B4 (en) | 2010-07-14 | 2010-07-14 | Process for producing a connection point and/or a connection area in a substrate, in particular for improving the wetting and/or adhesion properties of the substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010027438.0A DE102010027438B4 (en) | 2010-07-14 | 2010-07-14 | Process for producing a connection point and/or a connection area in a substrate, in particular for improving the wetting and/or adhesion properties of the substrate |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010027438A1 DE102010027438A1 (en) | 2012-01-19 |
DE102010027438B4 true DE102010027438B4 (en) | 2023-08-03 |
Family
ID=45402846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010027438.0A Active DE102010027438B4 (en) | 2010-07-14 | 2010-07-14 | Process for producing a connection point and/or a connection area in a substrate, in particular for improving the wetting and/or adhesion properties of the substrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010027438B4 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202011110732U1 (en) * | 2011-05-10 | 2015-12-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Optical arrangement for laser interference structuring of a sample with beam guidance of the same path length |
DE102012012868A1 (en) * | 2012-06-28 | 2014-01-02 | Universität Konstanz | Method and device for producing a solar cell with a laser-structured metal layer |
DE102013007524B4 (en) * | 2013-04-22 | 2021-04-01 | Technische Universität Dresden | Optical arrangement for the formation of structural elements on component surfaces and their use |
DE102019209992A1 (en) * | 2019-07-08 | 2021-01-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing a composite component |
DE102022129623A1 (en) | 2022-11-09 | 2024-05-16 | SurFunction GmbH | Method for producing a tool, tool, method for machining a workpiece, workpiece |
CN117600649B (en) * | 2023-11-29 | 2024-06-18 | 苏州德皓裕激光科技有限公司 | Laser engraving machine and die engraving processing technology |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4328894A1 (en) | 1992-08-27 | 1994-03-10 | Mitsubishi Electric Corp | Laser perforating appts. with single laser - for simultaneous multiple perforation of packaging material web |
DE19614328A1 (en) | 1996-04-11 | 1997-10-16 | Gehring Gmbh & Co Maschf | Coating and/or machining of previously treated workpiece surfaces |
FR2796388A1 (en) | 1999-07-16 | 2001-01-19 | Robert Stehle | surface treatment for aerospace applications, etc includes changing surface roughness measured perpendicular and in plane of surface before applying adhesive or decorative material |
DE10105893A1 (en) | 2001-02-09 | 2002-08-22 | Bosch Gmbh Robert | Laminar component, is produced by forming micro-structured cut-outs in the surface of one of the seam sections using a laser, and then adhering the surfaces together |
US20080213612A1 (en) | 2006-08-15 | 2008-09-04 | David Starikov | Method of bonding solid materials |
DE102009060924A1 (en) | 2009-12-18 | 2011-06-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 | A structure containing a solid lubricant (solid lubricant structure), in particular a solid lubricant structure formed for a vacuum tribological application, and a production method thereof |
-
2010
- 2010-07-14 DE DE102010027438.0A patent/DE102010027438B4/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4328894A1 (en) | 1992-08-27 | 1994-03-10 | Mitsubishi Electric Corp | Laser perforating appts. with single laser - for simultaneous multiple perforation of packaging material web |
DE19614328A1 (en) | 1996-04-11 | 1997-10-16 | Gehring Gmbh & Co Maschf | Coating and/or machining of previously treated workpiece surfaces |
FR2796388A1 (en) | 1999-07-16 | 2001-01-19 | Robert Stehle | surface treatment for aerospace applications, etc includes changing surface roughness measured perpendicular and in plane of surface before applying adhesive or decorative material |
DE10105893A1 (en) | 2001-02-09 | 2002-08-22 | Bosch Gmbh Robert | Laminar component, is produced by forming micro-structured cut-outs in the surface of one of the seam sections using a laser, and then adhering the surfaces together |
US20080213612A1 (en) | 2006-08-15 | 2008-09-04 | David Starikov | Method of bonding solid materials |
DE102009060924A1 (en) | 2009-12-18 | 2011-06-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 | A structure containing a solid lubricant (solid lubricant structure), in particular a solid lubricant structure formed for a vacuum tribological application, and a production method thereof |
Non-Patent Citations (7)
Title |
---|
BIEDA, Matthias: Herstellung Periodischer Mikrostrukturen auf Metalloberflächen. In: Fraunhofer IWS. Dresden: Fraunhofer IWS Jahresbericht 2009. 24.03.2010. 26-27. - Firmenschrift |
CAMPBELL, M.; SHARP, D. N.; HARRISON, M. T.; DENNING, R. G.; TURBERFIELD, A. J.: Fabrication of photonic crystals for the visible spectrum by holographic lithography.. In: Nature, Vol. 404, 2.03.2000, 53-56. |
EICHLER J. et al.: Laser – Bauformen, Strahlführung, Anwendungen. 6.Aufl. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. S.368 – ISBN 3-540-30149-6 |
Interferenz (Physik). In: Wikipedia, die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 13. Juli 2010, 22:13 UTC, URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Interferenz_(Physik)&oldid=76637143 |
LASAGNI A.F.: Advanced design of periodical structures by laser interference metallurgy in the micro/nano scale on macroscopic areas. Dissertation, Universität des Saarlandes, Saarbrücken 2006. URL: https://publikationen.sulb.uni-saarland.de/handle/20.500.11880/22418;jsessionid=F4DD18AE791B14E7A9035FD890720863 |
STEEN W.M. et al.: Laser Material Processing. 4.Aufl., Springer-Verlag London 2010, S. 54-55, S.98-99 und S.381 - ISBN 978-1-84996-061-8 |
W. M. et al. In „Laser Material Processing. 4. Aufl., Springer-Verlag London, 2010; S. 54-55 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010027438A1 (en) | 2012-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102010027438B4 (en) | Process for producing a connection point and/or a connection area in a substrate, in particular for improving the wetting and/or adhesion properties of the substrate | |
DE102014116958B4 (en) | Optical system for beam shaping of a laser beam, laser processing system, method for material processing and use of a common elongated focus zone for laser material processing | |
EP3592500B1 (en) | Process for manufacturing a recess in a material by means of electromagnetic radiation and subsequent etching process | |
EP2964417B1 (en) | Method for providing through-openings in a substrate | |
DE102009060924B4 (en) | Production Method for a Solid Lubricant Structure A solid lubricant structure produced by the production method, and uses | |
DE102012011343B4 (en) | Device for interference structuring of samples | |
DE19513354A1 (en) | Surface processing equipment | |
EP2596899B1 (en) | Method and device for the interference structuring of flat samples | |
EP3221727A1 (en) | System for asymmetric optical beam shaping | |
DE102011101585B4 (en) | Process for the production of light-emitting diodes or photovoltaic elements | |
DE102020102077B4 (en) | Laser processing device and method for laser processing a workpiece | |
EP3660573A1 (en) | Optical arrangement for structuring surfaces of a substrate | |
EP4041488B1 (en) | Optical stamping of micro-holes into thin glass | |
WO2022122251A1 (en) | Laser machining of a material using a gradient filter element | |
DE10029110B4 (en) | Method for material processing and use thereof | |
DE102019108131A1 (en) | Device and method for forming VIA laser bores | |
DE102018120011A1 (en) | Welding method for connecting a transparent, aluminum oxide-containing first substrate to an opaque second substrate | |
EP0683007B1 (en) | Machining device | |
DE10140533A1 (en) | Method and device for micromachining a workpiece with laser radiation | |
DE102007020704B4 (en) | Device for processing a workpiece with a laser beam | |
WO2014102008A2 (en) | Method for producing structures on a surface of a workpiece | |
DE102022101094A1 (en) | Method for laser drilling a hole in a workpiece and laser drilling device | |
WO2024175406A1 (en) | Method and system for producing microelectronic components with a layer structure | |
WO2024052177A1 (en) | Method for producing dimples on the surface of a transparent material | |
DE102022101349A1 (en) | Process for laser machining a workpiece |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |