DE102012206097A1

DE102012206097A1 - Method for manufacturing metal structure e.g. movable metallic microstructure, involves galvanizing metal structure on surface of substrate so that shaped portion and substrate are formed with structured surface formed by column matrix

Info

Publication number: DE102012206097A1
Application number: DE201210206097
Authority: DE
Inventors: Christian Solf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-17

Abstract

The method involves providing a shaped portion defining shape of a metal structure (5). A substrate (1) is formed with electrical conductive surface. The casting of the substrate is carried out (300) by forming (200) an insulation layer (3), to cover a portion of the conductive surface. A mold of the shaped portion is inserted into the insulation layer over total thickness up to conductive surface. The metal structure is galvanized (400) on surface of the substrate such that the shaped portion and substrate are formed with a structured surface formed by a column matrix (2).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallstrukturen, insbesondere auch zur Herstellung beweglicher Metallstrukturen. Die Herstellung erfolgt dabei durch Abformung und Galvanik.The present invention relates to a method for the production of metal structures, in particular also for the production of movable metal structures. The production takes place by impression and electroplating.

Aus dem Stand der Technik ist das LIGA-Verfahren bekannt, mit dem hochpräzise metallische Strukturen erzeugt werden können. Dabei wird auf einen Wafer eine elektrisch leitfähige Keimschicht aufgebracht, auf die wiederum eine elektrisch isolierende Schicht aufgetragen wird. Die Isolationsschicht wird belichtet und entwickelt, so dass innerhalb dieser Schicht eine Negativform der zu erzeugenden metallischen Mikrostruktur entsteht. Schließlich kann durch Galvanik die Mikrostruktur innerhalb der Negativform erzeugt werden.From the prior art, the LIGA method is known, can be produced with the high-precision metallic structures. In this case, an electrically conductive seed layer is applied to a wafer, to which in turn an electrically insulating layer is applied. The insulation layer is exposed and developed so that a negative form of the metallic microstructure to be generated arises within this layer. Finally, by electroplating the microstructure can be generated within the negative mold.

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass der ursprünglich geplante Abformschritt für moderne Anwendungen nicht mehr nutzbar ist. Es ist daher aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Ansätzen bekannt, das LIGA-Verfahren zu verbessern und Möglichkeiten zu finden, wie Metallstrukturen präzise und kostengünstig hergestellt werden können.However, this method has the disadvantage that the originally planned molding step is no longer usable for modern applications. It is therefore known from the prior art, a variety of approaches to improve the LIGA method and to find ways to metal structures can be produced precisely and inexpensively.

Aus der DE 38 42 611 C1 ist ein Verfahren zur Reproduktion eines Mikrostrukturkörpers bekannt, bei dem der Mikrostrukturkörper in eine elektrisch isolierende Schicht eingedrückt wird. Die elektrisch isolierende Schicht ist auf einer elektrisch leitfähigen Schicht angebracht und der Mikrostrukturkörper wird so weit in die elektrisch isolierende Schicht eingedrückt, bis dieser die elektrisch leitfähige Schicht berührt. Anschließend wird der Mikrostrukturkörper entfernt, so dass in der elektrisch isolierenden Schicht eine Negativform des Mikrostrukturkörpers vorhanden ist, deren Boden von einer elektrisch leitfähigen Oberfläche gebildet wird. Daher kann in einem letzten Schritt die Negativform durch ein Metall galvanisch aufgefüllt werden. Nach Entfernen der verbliebenen isolierenden Schicht und der elektrisch leitfähigen Schicht ist somit eine Kopie des ursprünglichen Mikrostrukturkörpers vorhanden.From the DE 38 42 611 C1 a method for the reproduction of a microstructure body is known in which the microstructure body is pressed into an electrically insulating layer. The electrically insulating layer is mounted on an electrically conductive layer and the microstructure body is pressed into the electrically insulating layer until it touches the electrically conductive layer. Subsequently, the microstructure body is removed, so that in the electrically insulating layer, a negative mold of the microstructure body is present, the bottom of which is formed by an electrically conductive surface. Therefore, in a last step, the negative mold can be filled with metal by electroplating. After removing the remaining insulating layer and the electrically conductive layer, a copy of the original microstructure body is thus present.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung von metallischen Mikrostrukturkörpern ist aus der DE 39 37 308 C1 bekannt. Hierfür wird auf einer elektrisch leitfähigen Grundplatte eine Negativform aus Kunststoff durch Elektronenstrahl-Lithografie, Röntgen-Lithografie oder Mikroabformtechnik erzeugt. Dabei wird jeweils eine Kunststoffrestschicht auf der elektrisch leitfähigen Grundplatte belassen, die in einem weiteren Schritt durch Ätzen entfernt wird. Abschließend wird die Negativform durch Galvanisieren mit einem Metall aufgefüllt. Somit entsteht auch hier ein Mikrostrukturkörper. Another method for the production of metallic microstructure bodies is known from DE 39 37 308 C1 known. For this purpose, a negative mold made of plastic by electron beam lithography, X-ray lithography or Mikroabformtechnik is produced on an electrically conductive base plate. In each case, a plastic residue layer is left on the electrically conductive base plate, which is removed by etching in a further step. Finally, the negative mold is filled by electroplating with a metal. Thus, here too a microstructure body arises.

Die beiden genannten Verfahren sind jedoch teuer und aufwändig durchzuführen, so dass diese nicht in allen Fällen eine vorteilhafte Alternative zum zuvor genannten LIGA-Verfahren darstellen. Es ist daher aus dem Stand der Technik kein einfaches und günstiges Verfahren bekannt, mit dem metallische Mikrostrukturen, insbesondere bewegliche metallische Mikrostrukturen, hergestellt werden können.However, the two methods mentioned are expensive and expensive to carry out, so that they do not always represent an advantageous alternative to the aforementioned LIGA method. It is therefore not known from the prior art, a simple and inexpensive method with which metallic microstructures, in particular movable metallic microstructures, can be produced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Mikro-Metall-Strukturen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird durch die folgenden Schritte beschrieben: Zunächst wird ein Formkörper bereitgestellt, der eine Form aufweist, die später auch die metallische Struktur aufweisen soll. Anschließend wird ein Substrat hergestellt, das eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist. Erfindungsgemäß umfasst die Oberfläche eine Säulenmatrix. Zur Herstellung des Substrats können beispielsweise Techniken genutzt werden, wie sie für das Wafer-Bumping entwickelt wurden. Ebenso können andere Herstellungsverfahren wie beispielsweise mechanische oder lithografische Verfahren verwendet werden. Um eine Negativform des Formkörpers zu erhalten, wird ein Abformschritt durchgeführt, bei dem eine Isolationsschicht auf das Substrat aufgebracht wird, die zumindest einen Teil der Oberfläche des Substrats bedeckt. Insbesondere die elektrisch leitfähige Säulenmatrix soll durch die Isolationsschicht bedeckt werden. Zusätzlich wird die Form des Formkörpers in die Isolationsschicht eingebracht, wobei sich die Form über die gesamte Dicke (Höhe) der Isolationsschicht erstreckt. Es entsteht somit eine Negativform des Formkörpers innerhalb der Isolationsschicht, wobei die Grundfläche dieser Negativform durch die elektrisch leitfähige Oberfläche des Substrats gebildet wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Oberfläche des Substrats als Säulenmatrix, wird die Grundfläche der Negativform daher durch die Oberflächen der Säulen gebildet. Auf diese Weise ist die Grundfläche elektrisch leitfähig und kann als Galvanisierungsstartschicht zum Galvanisieren der Mikrostruktur verwendet werden. Nach dem Galvanisieren steht somit ein Abbild des Formkörpers als metallische Mikrostruktur zur Verfügung. Das Verfahren wird erfindungsgemäß ebenso durchgeführt, wenn nicht die Oberfläche des Substrats eine Säulenmatrix aufweist, sondern die Oberfläche des Formkörpers. The inventive method for producing micro-metal structures with the features of claim 1 is described by the following steps: First, a molded body is provided, which has a shape, which should later also have the metallic structure. Subsequently, a substrate is produced, which has an electrically conductive surface. According to the invention, the surface comprises a column matrix. For example, techniques for developing the substrate may be used as developed for wafer bumping. Likewise, other manufacturing methods such as mechanical or lithographic methods may be used. In order to obtain a negative mold of the molded article, an impression step is carried out in which an insulating layer is applied to the substrate covering at least part of the surface of the substrate. In particular, the electrically conductive column matrix should be covered by the insulating layer. In addition, the shape of the molded body is introduced into the insulating layer, the mold extending over the entire thickness (height) of the insulating layer. This results in a negative mold of the molded body within the insulating layer, wherein the base of this negative mold is formed by the electrically conductive surface of the substrate. Due to the inventive design of the surface of the substrate as a column matrix, the base surface of the negative mold is therefore formed by the surfaces of the columns. In this way, the base is electrically conductive and can be used as a galvanization starting layer for plating the microstructure. After galvanizing, an image of the shaped body is thus available as a metallic microstructure. The method is also carried out according to the invention, if not the surface of the substrate has a column matrix, but the surface of the shaped body.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, wenn der Formkörper während des Abformschritts in Kontakt mit zumindest einem Bereich der Oberfläche des Substrats gebracht wird. Auf diese Weise kann eine Restschicht der Isolierschicht zwischen Formkörper und Oberfläche des Substrats verringert oder vermindert werden. Sollte der Formkörper eine strukturierte Oberfläche aufweisen, so muss die strukturierte Oberfläche des Formkörpers in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats gebracht werden. Advantageously, the inventive method is carried out when the shaped body during the molding step in contact with at least one Area of the surface of the substrate is brought. In this way, a residual layer of the insulating layer between the molded body and the surface of the substrate can be reduced or reduced. Should the shaped body have a structured surface, the structured surface of the shaped body must be brought into contact with the surface of the substrate.

In einer weiteren vorteilhaften Form wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, indem die Isolationsschicht durch bzw. zwischen die Säulen der Säulenmatrix aufgespritzt wird. Diese Variante stellt eine einfache und kostengünstige Methode dar, um die Isolationsschicht auf das Substrat aufzubringen.In a further advantageous form, the method according to the invention is carried out by spraying the insulation layer through or between the columns of the columnar matrix. This variant provides a simple and inexpensive method for applying the insulating layer to the substrate.

Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Abformschritt derart durchgeführt, dass zunächst die Isolationsschicht vollständig auf das Substrat aufgebracht wird. In einem zweiten Schritt wird der Formkörper unter Erhitzung in die Isolationsschicht eingepresst. Durch diesen Heißprägeschritt wird die Form des Formkörpers in die Isolationsschicht eingebracht, so dass eine Negativform entsteht. Die Grundfläche der erzeugten Negativform wird dabei durch das Substrat gebildet. The molding step according to the invention is preferably carried out such that first the insulation layer is completely applied to the substrate. In a second step, the shaped body is pressed under heating in the insulating layer. By this hot stamping step, the shape of the shaped body is introduced into the insulating layer, so that a negative mold is formed. The base of the negative mold produced is formed by the substrate.

Alternativ wird der erfindungsgemäße Abformschritt bevorzugt derart durchgeführt, dass zunächst der Formkörper auf der Oberfläche des Substrats gehalten wird. In einem anschließenden Schritt wird die Isolationsschicht auf das Substrat um den Formkörper herum aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch das bereits beschriebene Aufspritzen geschehen. Somit wird wiederum eine Negativform des Formkörpers erzeugt, wobei die Grundfläche dieser Negativform durch das Substrat gebildet wird. Alternatively, the molding step according to the invention is preferably carried out such that first the shaped body is held on the surface of the substrate. In a subsequent step, the insulating layer is applied to the substrate around the shaped body. This can be done for example by the already described spraying. Thus, in turn, a negative mold of the shaped body is produced, wherein the base of this negative mold is formed by the substrate.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass während des erfindungsgemäßen Abformschritts zumindest ein Teil der Isolationsschicht in einen Zwischenraum zwischen den Säulen der Säulenmatrix getrieben wird. Dies führt zum einen dazu, dass die Restschicht zwischen Formkörper und Oberfläche des Substrats minimiert wird, zum anderen wird eine sehr gute Verkrallung zwischen Isolationsschicht und Substrat etabliert. Furthermore, it is preferably provided that during the molding step according to the invention at least part of the insulation layer is driven into a gap between the columns of the column matrix. On the one hand, this results in minimizing the residual layer between the molded body and the surface of the substrate, on the other hand, a very good interlocking between the insulating layer and the substrate is established.

Um eine ausreichende Minimierung bzw. eine Vermeidung der Restschicht auf der Oberfläche des Substrats zu erreichen, müssen der Formkörper und das Substrat sehr eben sein. Ansonsten bestünde die Möglichkeit, dass die Isolationsschicht auf Teilen der Oberfläche des Substrates verdrängt wird, während sie auf anderen Oberflächenbereichen unerwünschterweise zurückbleibt. Um dies zu vermeiden, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Säulen der Säulenmatrix plastisch verformbar ausgelegt sind. Dies kann somit als Toleranzausgleich dienen.In order to achieve sufficient minimization or avoidance of the residual layer on the surface of the substrate, the shaped body and the substrate must be very even. Otherwise, there is a possibility that the insulating layer will be displaced on parts of the surface of the substrate while remaining undesirably left on other surface areas. To avoid this, it is preferably provided that the columns of the columnar matrix are designed plastically deformable. This can thus serve as a tolerance compensation.

Es ist außerdem vorteilhaft, die Säulenmatrix in zumindest einem Teilbereich aus einem löslichen Material zu bilden. In diesem Fall ist es möglich, an den Galvanisierungsschritt einen weiteren Ätzschritt anzuschließen, so dass die erzeugte metallische Mikrostruktur nur mit einem Teilbereich auf der Oberfläche des Substrats aufliegt. Somit sind bewegliche Strukturen, wie sie beispielsweise für Beschleunigungssensoren verwendet werden, möglich.It is also advantageous to form the column matrix in at least a portion of a soluble material. In this case, it is possible to connect a further etching step to the electroplating step so that the metallic microstructure produced rests on the surface of the substrate only with a partial region. Thus, movable structures, such as those used for acceleration sensors, are possible.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Isolationsschicht mit einem isolierenden Kunststoff ausgeführt wird. Ein solcher Kunststoff ist meist kostengünstig herzustellen und einfach zu verarbeiten. Somit wird der Aufwand zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verringert. It is preferably provided that the insulation layer is made with an insulating plastic. Such a plastic is usually inexpensive to manufacture and easy to work with. Thus, the cost of carrying out the method according to the invention is reduced.

Ebenso ist es vorteilhaft, das Substrat steif auszubilden. Auch dies ist eine Variante, die das erfindungsgemäße Verfahren universell, einfach und kostengünstig durchführbar macht. It is also advantageous to form the substrate stiff. Again, this is a variant that makes the method of the invention universal, simple and inexpensive feasible.

Die Herstellung sehr feiner Mikrostrukturen wird in einer vorteilhaften Weise dadurch erreicht, dass die Säulen sehr eng beieinander platziert werden. Erfindungsgemäß weisen die Säulen der Säulenmatrix einen Abstand zwischen 100 µm und 1 µm zueinander auf. Bevorzugt liegt der Abstand im Bereich zwischen 60 µm und 10 µm, weiter bevorzugt weisen die Säulen einen Abstand von 20 µm zueinander auf. Besonders bevorzugt sind die Säulen gleichmäßig auf der Oberfläche des Substrats verteilt.The production of very fine microstructures is achieved in an advantageous manner in that the columns are placed very close to each other. According to the invention, the columns of the columnar matrix have a spacing of between 100 μm and 1 μm from each other. Preferably, the distance is in the range between 60 microns and 10 microns, more preferably, the columns have a distance of 20 microns from each other. Particularly preferably, the columns are distributed uniformly on the surface of the substrate.

Sollte nach dem Abformschritt eine Restschicht der Isolationsschicht auf der Oberfläche des Substrats verbleiben, so ist bevorzugt vorgesehen, dass diese Restschicht durch einen Plasmaätzschritt entfernt wird. Es ist somit möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Vorhandensein einer geringen Restschichtdicke durchzuführen.If, after the molding step, a residual layer of the insulating layer remains on the surface of the substrate, it is preferably provided that this residual layer is removed by a plasma etching step. It is thus possible to carry out the method according to the invention even in the presence of a small residual layer thickness.

In einer vorteilhaften Variante wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, indem während des Abformschritts eine oder mehrere Formen in die Isolationsschicht eingebracht werden. So können beispielsweise zwei Formkörper gleichzeitig verwendet werden, um die Oberfläche des Substrats vollständig auszunutzen. Damit wird die Produktion von Metallstrukturen beschleunigt und die Kosten des Verfahrens verringert, da mit weniger Substraten mehr Metallstrukturen hergestellt werden können. In an advantageous variant, the inventive method is carried out by one or more forms are introduced into the insulating layer during the molding step. For example, two moldings can be used simultaneously to fully utilize the surface of the substrate. This speeds up the production of metal structures and reduces the cost of the process, as fewer metal substrates can be made with fewer substrates.

Außerdem ist es bevorzugt, den verwendeten Formkörper möglichst klein zu gestalten. Kleine Formkörper sind vorteilhaft in Bezug auf thermodynamische Spannungen und Fließfähigkeit der Isolationsschicht durch die Säulenmatrix. Ebenso ist es vorteilhaft, die Anordnung der Säulen an die Flussdynamik der Isolationsschicht anzupassen. Als Materialien, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitbar sind, können z.B. Nickel, Mangan oder Nickel-Eisen verwendet werden. Dies ist insofern vorteilhaft, da diese Materialien ansonsten nur schwer verarbeitbar sind. In addition, it is preferable to make the shaped body used as small as possible. Small moldings are advantageous in terms of thermodynamic stresses and flowability of the insulating layer through the column matrix. It is likewise advantageous to adapt the arrangement of the columns to the flow dynamics of the insulation layer. As materials using the method according to the invention can be machined, for example, nickel, manganese or nickel-iron can be used. This is advantageous insofar as these materials are otherwise difficult to process.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 eine schematische Darstellung von Teilschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, 1 1 is a schematic representation of partial steps of the method according to the invention according to a preferred embodiment,

2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Heißprägeschritts gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, 2 a schematic representation of the hot embossing step according to the invention according to the preferred embodiment of the invention,

3 eine schematische Ansicht des Substrats und der bearbeiteten Isolationsschicht vor der Durchführung des Galvanisierungsschritts, 3 a schematic view of the substrate and the processed insulation layer before performing the electroplating step,

4 eine galvanisierte Metallstruktur nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform, 4 a galvanized metal structure after carrying out the method according to the invention according to the preferred embodiment,

5 eine galvanisierte Metallstruktur nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, 5 a galvanized metal structure after carrying out the method according to the invention according to a further preferred embodiment of the invention,

6 eine schematische Darstellung des Abformschritts des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und 6 a schematic representation of the molding step of the method according to the invention according to the preferred embodiment of the invention, and

7 einen strukturierten Formeinsatz zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. 7 a structured mold insert for carrying out the method according to the invention according to a preferred embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt einen schematischen Überblick über ausgewählte Stationen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach einem ersten Teilschritt 100 steht ein Substrat 1 zur Verfügung, das eine Säulenmatrix 2 mit einer Vielzahl von zylindrischen Säulen aufweist. Bei dem Substrat 1 handelt es sich um einen Wafer, der nach einer bekannten Möglichkeit hergestellt wurde. Beispielsweise wurde mittels des Wafer-Bumping-Verfahrens die Säulenmatrix 2 aus einem elektrisch leitfähigen Material auf das Substrat 1 aufgebracht. 1 shows a schematic overview of selected stations of the method according to the invention. After a first step 100 there is a substrate 1 available, which is a column matrix 2 having a plurality of cylindrical columns. At the substrate 1 it is a wafer produced according to a known method. For example, by means of the wafer bumping method, the column matrix 2 made of an electrically conductive material on the substrate 1 applied.

In einem zweiten Teilschritt 200 wird auf das Substrat 1 eine Isolationsschicht 3 aufgetragen. Bei dieser Isolationsschicht 3 handelt es sich bevorzugt um ein Polymer, das bevorzugt aufgespritzt wird. Die Isolationsschicht 3 bedeckt einen Bereich der Oberfläche des Substrats 1 und bedeckt die Säulenmatrix 2 vollständig. In diesem Schritt ist es jedoch nicht zwingend notwendig, dass die Isolationsschicht auf dem Substrat 1 haftet. In a second step 200 gets on the substrate 1 an insulation layer 3 applied. In this isolation layer 3 it is preferably a polymer which is preferably sprayed on. The insulation layer 3 covers an area of the surface of the substrate 1 and covers the column matrix 2 Completely. In this step, however, it is not mandatory that the insulation layer on the substrate 1 liable.

In einem dritten Teilschritt 300 wird der Abformprozess durchgeführt. Beispielsweise durch Heißprägen wird eine Form 4 in die Isolationsschicht 3 eingebracht, so dass die Säulenmatrix 2 an den durch die Form 4 begrenzten Bereichen freiliegt. In der Abbildung sind zwei Formen dargestellt, so dass mit einem Substrat 1 insgesamt zwei (Mikro-)Metallstrukturen herstellbar sind. In a third step 300 the impression process is performed. For example, by hot stamping is a shape 4 in the insulation layer 3 introduced so that the column matrix 2 to the one by the form 4 limited areas exposed. In the figure, two forms are shown, so that with a substrate 1 a total of two (micro) metal structures can be produced.

Im vierten Teilschritt 400 werden die Metallstrukturen galvanisiert. Durch die Formen 4 in der Isolationsschicht 3 liegen Teilbereiche der Säulenmatrix 2 frei, die als Galvanisierungsstartschicht dienen. Anschließend werden die Formen 4 in der Isolationsschicht 3 durch Galvanisieren mit einem Metall aufgefüllt. Nach Entfernen der Isolationsschicht 3 stehen somit die galvanisierten Metallstrukturen 5 zur Verfügung. Diese können nun je nach Anwendungsfall auf der Säulenmatrix belassen werden oder von dieser abgenommen werden.In the fourth step 400 The metal structures are galvanized. By the forms 4 in the insulation layer 3 lie subareas of the column matrix 2 free, which serve as Galvanisierungsstartschicht. Then the forms 4 in the insulation layer 3 filled by galvanizing with a metal. After removing the insulation layer 3 thus stand the galvanized metal structures 5 to disposal. Depending on the application, these can now be left on the column matrix or removed from it.

2 illustriert den Vorgang des Heißprägens, bei dem die Formen 4 in die Isolationsschicht 3 eingebracht werden. Die dazu verwendeten Formkörper 6 werden durch einen Stempel 7 unter Hitzeeinwirkung auf die Isolationsschicht 3 gepresst, so dass die Formkörper 6 in die Isolationsschicht 3 eindringen. Dies wird so lange durchgeführt, bis die Formkörper 6 auf der Säulenmatrix 2 des Substrats 1 aufliegen. Nach dem Entfernen des Stempels 7 und der Formkörper 6 wird somit das Resultat erhalten, das in 1 unter Schritt 300 und in 3 dargestellt ist. 2 illustrates the process of hot stamping, in which the forms 4 in the insulation layer 3 be introduced. The moldings used for this purpose 6 be by a stamp 7 under the effect of heat on the insulation layer 3 pressed so that the moldings 6 in the insulation layer 3 penetration. This is done until the moldings 6 on the column matrix 2 of the substrate 1 rest. After removing the stamp 7 and the shaped body 6 Thus, the result obtained in 1 under step 300 and in 3 is shown.

3 zeigt schematisch das Ergebnis des erfindungsgemäßen Abformschritts. Die Isolationsschicht 3 weist die Formen 4 der Formkörper 6 auf. Diese Formen erstrecken sich über die gesamte Dicke der Isolationsschicht 3, so dass Teile der Säulenmatrix 2 freigelegt werden. Es ist aus 3 ersichtlich, dass die Abstände der einzelnen Säulen der Säulenmatrix 2 die minimale Größe festlegen, die eine Mikrostruktur aufweisen kann, um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt zu werden. Der Säulenabstand wird beispielsweise mit 20 µm angesetzt, um somit die Möglichkeit zur Herstellung von sehr feinen Mikrostrukturen zu erhalten. 3 shows schematically the result of the molding step according to the invention. The insulation layer 3 shows the forms 4 the molded body 6 on. These shapes extend over the entire thickness of the insulating layer 3 so that parts of the column matrix 2 be exposed. It is off 3 it can be seen that the distances of the individual columns of the column matrix 2 define the minimum size that may have a microstructure to be generated by the method of the invention. For example, the column spacing is set at 20 μm, thus providing the possibility of producing very fine microstructures.

In 4 und in 5 sind zwei Beispiele zur weiteren Verwertung der galvanisierten Metallstrukturen 5 dargestellt. 4 entspricht dabei dem Ergebnis, wie es bereits im vierten Teilschritt 400 aus 1 gezeigt wurde. Die Metallstruktur 5 liegt vollständig auf der Säulenmatrix 2 des Substrats 1 auf. Es ist damit möglich, dass die Metallstruktur 5 auf der Säulenmatrix 2 verbleibt, oder die Säulenmatrix 2 entfernt wird, so dass die Metallstruktur 5 als Produkt weiterverwendet werden kann. Letzterer Fall erlaubt beispielsweise die Herstellung von mikroskopischen Zahnrädern. In 5 wird dargestellt, wie bewegliche Mikrostrukturen hergestellt werden können. Dazu wird ein Teil der Säulenmatrix 2 unter der Metallstruktur 5 durch Ätzen entfernt, so dass lediglich einige wenige Säulen 20 auf dem Substrat 1 verbleiben. Die Metallstruktur 5 ist daher nur auf einem gewissen Bereich mit dem Substrat 1 verbunden und weist dadurch eine gewisse Flexibilität auf. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, kapazitive Beschleunigungssensoren zu fertigen. In 4 and in 5 are two examples for the further utilization of the galvanized metal structures 5 shown. 4 corresponds to the result, as it already in the fourth step 400 out 1 was shown. The metal structure 5 lies completely on the column matrix 2 of the substrate 1 on. It is thus possible that the metal structure 5 on the column matrix 2 remains, or the column matrix 2 is removed, leaving the metal structure 5 can be used as a product. The latter case, for example, allows the production of microscopic gears. In 5 shows how movable microstructures can be made. This will be part of the column matrix 2 under the metal structure 5 removed by etching, leaving only a few columns 20 on the substrate 1 remain. The metal structure 5 is therefore only on a certain area with the substrate 1 connected and thus has a certain flexibility. In this way it is possible, for example, to manufacture capacitive acceleration sensors.

6 illustriert schematisch, wie die Isolationsschicht 3 über die Säulenmatrix 2 mit dem Substrat 1 verkrallt wird. Beispielsweise wird durch den Heißprägeschritt ein Formkörper 6 durch den Stempel 7 in die Isolationsschicht 3 eingedrückt, bis dieser auf der Säulenmatrix 2 aufliegt. Gleichzeitig wird die Isolationsschicht 3 in die Zwischenräume 20 der Säulenmatrix 2 gepresst. Alternativ kann diese Verkrallung auch erzeugt werden, indem der Formkörper 6 durch den Stempel 7 auf der Säulenmatrix 2 gehalten wird, während die Isolationsschicht 3, insbesondere zwischen die Säulen der Säulenmatrix 2, eingespritzt wird. 6 schematically illustrates how the insulation layer 3 over the column matrix 2 with the substrate 1 is clawed. For example, the hot stamping step becomes a shaped body 6 through the stamp 7 in the insulation layer 3 pressed until this on the column matrix 2 rests. At the same time, the insulation layer 3 in the interstices 20 the column matrix 2 pressed. Alternatively, this claw can also be generated by the molding 6 through the stamp 7 on the column matrix 2 is held while the insulation layer 3 , in particular between the columns of the column matrix 2 , is injected.

7 zeigt Formkörper 6, die eine zweite Säulenmatrix 60 aufweisen. Die zweite Säulenmatrix 60 ist eine Alternative zur Säulenmatrix 20, die ebenfalls dazu dient, eine Restschicht auf der Oberfläche des Substrats 1 zu vermeiden bzw. zu verringern. Es ist daher für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht von Belang, ob eine Säulenmatrix 20 auf dem Substrat 1 und/oder eine zweite Säulenmatrix 60 auf der Oberfläche der Formkörper 6 verwendet wird. 7 shows moldings 6 containing a second column matrix 60 exhibit. The second column matrix 60 is an alternative to the column matrix 20 , which also serves to leave a residual layer on the surface of the substrate 1 to avoid or reduce. It is therefore of no importance for carrying out the method according to the invention, whether a column matrix 20 on the substrate 1 and / or a second column matrix 60 on the surface of the moldings 6 is used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3842611 C1 [0004]
DE 3937308 C1 [0005]

Claims

Method for producing metal structures ( 5 ), comprising the steps of: - providing a shaped body ( 6 ) defining a shape of the metal structure, - producing a substrate ( 1 ) having an electrically conductive surface, - performing a molding step by applying an insulating layer ( 3 ) on the substrate which covers at least part of the surface of the substrate and introducing the shape of the shaped body into the insulating layer over its entire thickness to the conductive surface, and - galvanizing the metal structure ( 5 ) on the surface of the substrate, wherein the shaped body ( 6 ) and / or the substrate ( 1 ) have a structured surface and the structured surface through a column matrix ( 2 ) is formed.

Process according to claim 1, wherein the shaped body ( 6 ) is brought into contact with at least a portion of the surface of the substrate during the molding step.

Method according to one of the preceding claims, wherein the insulating layer ( 3 ) is injected between columns of the columnar matrix.

Method according to one of the preceding claims, wherein the molding step comprises: - applying an insulating layer ( 3 ) on the substrate, and - hot embossing of the mold in the insulating layer by pressing the shaped body ( 6 ) down to the surface of the substrate.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the molding step comprises: - holding the shaped body ( 6 ) on the surface of the substrate, and - applying the insulating layer ( 3 ) on the substrate around the molding.

Method according to one of the preceding claims, wherein during the molding step at least a part of the insulating layer ( 3 ) is displaced into a space between the columns of the columnar matrix.

Method according to one of the preceding claims, wherein the columns of the column matrix ( 2 ) are designed plastically deformable.

Method according to one of the preceding claims, wherein at least a part of the column matrix ( 2 ) is formed of a soluble material.

Method according to one of the preceding claims, wherein the insulating layer ( 3 ) is formed of an insulating plastic.

Method according to one of the preceding claims, wherein the substrate is formed stiff.

Method according to one of the preceding steps, wherein the columns of the column matrix ( 2 ) have a distance from one another between 100 μm and 1 μm, preferably between 60 μm and 10 μm, preferably of 20 μm.

Method according to one of the preceding claims, wherein a residual layer of the insulating layer present on the surface of the substrate after the molding step ( 3 ) is removed by a plasma etching step.

Method according to one of the preceding claims, wherein one or more molds are introduced into the insulating layer during the molding step.