DE10203250C1 - Micro-structuring of polymer films used as substrates in opto-electronics, preheats film to below glass point, then presses it using structured molding plate between hot rollers - Google Patents

Micro-structuring of polymer films used as substrates in opto-electronics, preheats film to below glass point, then presses it using structured molding plate between hot rollers

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DE10203250C1
DE10203250C1 DE2002103250 DE10203250A DE10203250C1 DE 10203250 C1 DE10203250 C1 DE 10203250C1 DE 2002103250 DE2002103250 DE 2002103250 DE 10203250 A DE10203250 A DE 10203250A DE 10203250 C1 DE10203250 C1 DE 10203250C1
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polymer films
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Frank Ebling
Henning Schroeder
Guenther Lang
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Abstract

The film (3) is pre-heated (7) to below glass point. With a planar, structured molding plate (1), it is passed under mechanical pressure (8), through a pair of rollers (5a, 5b) which are at a temperature above the glass point. This presses the structure into the film. Following cooling, the plate is separated from the film. An Independent claim is included for the production apparatus.

Description

Technisches Anwendungsgebiet Technical Field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Strukturierung, insbesondere Mikrostrukturierung, von Polymerfolien, wie sie bspw. als Träger für Wellenleiter bei optoelektronischen Komponenten eingesetzt werden. The present invention relates to a method and a device for structuring, especially microstructuring of polymer films such as, for example, as a carrier for waveguides are used in optoelectronic components.

Neben der Photolithographie werden als Träger für optische Wellenleiter-Strukturen in zunehmendem Maße heißgeprägte Polymerfolien eingesetzt, die bei einer Wellenlänge um 830 nm transparent sind. Besides the photolithography are used as carriers for optical waveguide structures increasingly hot embossed polymer films, which are transparent at a wavelength around 830 nm. In die Strukturen dieser geprägten Polymerfolien kann hoch brechendes Material als Kernmaterial des Wellenleiters eingebracht und ausgehärtet werden. In the structures of these embossed polymer films of high refractive index material can be introduced as the core material of the waveguide and cured. Ein Vorteil beim Einsatz von strukturierten Polymerfolien als Träger material für den Wellenleiter besteht darin, dass derartige Folien mit üblichen Laminierungstechniken bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen auf andere Träger aufgebracht werden können. An advantage of using structured polymer films as a carrier material for the waveguide is that such films by conventional laminating techniques can be applied to other carriers in the production of printed circuits. Dies vergünstigt den Herstellungsprozess erheblich, da keine neuen Geräte für die Verbindung der optischen mit den elektrischen Komponenten erforderlich sind. This reduced the manufacturing process considerably, since no new equipment for the connection of the optical to the electrical components are required.

Selbstverständlich lassen sich das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung auch zum Prägen bzw. Strukturieren von Polymerfolien für beliebige andere Anwendungsbereiche einsetzen. Of course, the present method and the associated device also for embossing or patterning of the polymer films can be used for any other applications. So können mit dieser Technik auch fluidische Strukturen wie bspw. Kanäle auf den Folien hergestellt werden. So also fluidic structures such as, channels may be fabricated on the films using this technique.

Stand der Technik State of the art

Bisher werden strukturierte Polymerfolien als Träger für optische Wellenleiter mit der sog. Heiß prägetechnik hergestellt, wie dies bspw. aus der Ver öffentlichung von D. Krabe et al., "Optische Verbindungstechnik auf Board-Ebene", 3. Workshop Optik in der Rechentechnik, Paderborn 1998 , beschrieben ist. So far, structured polymer films are prepared embossing technology as carriers for optical waveguides with the so-called. Hot, as for example, from the United publication of D. Krabe et al., "Optical interconnects board-level", 3rd Workshop optics in computing technology, Paderborn in 1998, is described. Bei diesem Umformprozess durch Heißprägen wird ein Werkzeug, das bspw. mit einer Nickelstruktur an seiner Oberfläche versehen ist, bei erhöhter Temperatur auf die Oberfläche der zu strukturierenden Folie aufgedrückt. In this forming process by hot stamping is a tool that is eg. Provided at its surface with a nickel structure, pressed at an elevated temperature on the surface of the film to be patterned. Nach der Verformung der Folie entsprechend der Oberflächenstruktur des Werkzeugs wird die Folie unter Beibehaltung der eingeprägten Struktur abgekühlt. After the deformation of the film corresponding to the surface structure of the tool, the film is cooled while maintaining the embossed structure. Mit den erforderlichen Prägevorrichtungen lassen sich jedoch nur Flächen mit beschränkter Größe in einem Arbeitsschritt strukturieren, die durch die Größe der strukturierten Werkzeugfläche beschränkt sind. However, with the necessary embossing devices only areas with limited size can be structured in one step, which are limited by the size of the structured tool surface. Größere Durchmesser sind mit einer deutlichen Vergrößerung der Vorrichtung korreliert und bereiten zudem das Problem, die erforderliche Präzision beim Prägen der Strukturen einzuhalten. Larger diameters are correlated with a significant increase in the device and also prepare the problem to comply with the required precision when embossing the structures.

Weiterhin wird in der US 6,200,399 D1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Strukturierung von Folien beschrieben, bei dem ein mit einer Prägestruktur versehenes Band als Prägewerkzeug verwendet wird. Furthermore, in US 6,200,399 D1 to a method and an apparatus for patterning of films in which a structure provided with an embossing belt is used as an embossing tool will be described. Die Rollen, die das Band gegen die zu prägende Folie drücken, sind auf einer Seite der Folie beheizt. The rollers, which press the tape against the film to be embossed is heated on one side of the film. Das metallische Endlosband läuft um eine geschlossene Strecke um und passiert sowohl eine Heiz- als auch eine Kühlstation. The metallic endless belt passes around a closed path and passes both a heating and a cooling station. Mit Hilfe des metallischen Bandes wird ein Harzfilm auf die Folie aufgebracht und auf diese Weise mikroprismatische Strukturen auf der Folie erzeugt. With the aid of the metallic strip, a resin film is applied to the film and in this way produces micro-prismatic structures on the film.

Die US 4,671,913 beschreibt eine Extruderanlage, in der thermoplastische Materialien gemischt und zu einem Folienmaterial verarbeitet werden. The US 4,671,913 describes an extrusion apparatus, are mixed in the thermoplastic materials and processed into a sheet material. Nachdem der Stoffstrom die Extrudieranlage verlassen hat, durchläuft das Material eine Abfolge verschiedener, z. After the material flow has left the extrusion installation, the material passes through a sequence of different, z. T. Prägestrukturen aufweisender Walzen, die das Material in die gewünschte Folienform bringen. T. embossed structures having Direction rollers which bring the material into the desired sheet form. Diese Walzen sind zumindest teilweise beheizt. These rollers are at least partially heated.

Auch die US 5,810,957 beschreibt eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Erzeugung von Strukturen auf einer Folienoberfläche. Also US 5,810,957 describes an apparatus and a method for producing structures on a film surface. Mit Hilfe eines erwärmten Stempelelementes wird eine entsprechende Struktur direkt auf die Oberfläche aufgeformt. Using a heated stamp element, a corresponding structure is molded directly to the surface. Darüber hinaus wird in dieser Druckschrift eine Folie beschrieben, die mit dem beschriebenen Verfahren geformt werden kann und die aus einer Abfolge verschiedener Folienschichten besteht. In addition, in this publication, a film is described, which can be formed by the described method and which consists of a sequence of different film layers.

Andere Umformtechniken, insbesondere Walz verfahren, sind zur Mikrostrukturierung von Polymer folien bisher nicht im Einsatz, da den bekannten Walzanlagen die erforderliche Präzision für die Mikrostrukturierung fehlt. Other forming techniques, particularly rolling process are films not yet in use for microstructuring of polymer as the known rolling mills lack the precision required for micro structuring.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Strukturieren, insbesondere Mikrostrukturieren, von Polymerfolien anzugeben, mit denen große Flächen bei hoher Geschwindigkeit und unter Einhaltung einer hohen Präzision strukturiert werden können. Starting from this prior art, the object of the present invention is to provide a method and a device for structuring, especially microstructuring of polymer films with which large areas can be patterned at high speed and in accordance with a high precision.

Darstellung der Erfindung Summary of the Invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 9 gelöst. The object is achieved with the method and apparatus according to claims 1 and 9 respectively. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the method and the apparatus are subject of the subclaims.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur Strukturierung, insbesondere Mikrostrukturierung, von Polymerfolien wird die zu strukturierende Folie zunächst auf eine Temperatur unterhalb des Glaspunktes des Folien materials vorgeheizt und anschließend zusammen mit zumindest einer eine Prägestruktur aufweisenden, planaren Werkzeugplatte zwischen zwei auf eine Temperatur oberhalb des Glaspunktes des Folienmaterials aufgeheizten Walzen hindurchgeführt, die gleichzeitig gegeneinander gedrückt werden, um die Prägestruktur in die Folie einzuprägen. In the present method for patterning, in particular microstructuring of polymer films to be structured film is first preheated to a temperature below the glass transition point of the film material and then having, together with at least one of an embossed structure, planar die plate between two to a temperature above the glass transition point of the film material passed heated rollers which are pressed against each other simultaneously to emboss the embossed structure in the film. Die planare Werkzeugplatte wird nach einer Abkühlphase wieder von der Folie getrennt. The planar die plate is separated by a cool down again from the film.

Die zugehörige Vorrichtung setzt sich aus einer Vorheizzone mit einer Heizeinrichtung zum Vorheizen der zu strukturierenden Folie, einer Umformzone, in der zwei mittels einer Krafteinrichtung gegeneinander drückbare und beheizbare Walzen angeordnet sind, und einer sich an die Umformzone anschließenden Abkühlzone zusammen. The corresponding device is composed of a preheating zone with a heating device for preheating the to be structured foil, a forming zone, are arranged in the two by means of a power device against each other can be pressed and heated rolls, and a cooling zone following on from the forming together. Die Vorrichtung umfasst außerdem einen Antriebsmechanismus für die zu strukturierende Folie sowie einen Transportmechanismus für diskrete, planare, eine Prägestruktur aufweisende Werkzeugplatten, um die Folie zusammen mit den Werkzeugplatten zwischen den Walzen hindurch zu führen. The apparatus also includes a drive mechanism for the film to be patterned, as well as a transport mechanism for discrete, planar structure having an embossing tool plates to guide the film along with the tooling plates between the rolls therethrough.

Bei dem vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung wird ein Umformprozess von Polymerfolien mittels diskreter, planarer Werkzeugplatten durchgeführt, die vorzugsweise über ein Transportband bewegt werden. In the present method and the associated device, a forming process of polymer films by means of discrete, planar die plates is carried out, which are preferably moved on a conveyor belt. In der Vorheizzone werden das Folienmaterial sowie die jeweilige Werkzeugplatte auf eine Temperatur vorgeheizt, die vorzugsweise etwa 10 K unter dem Glaspunkt des Polymermaterials liegt. In the preheating zone, the film material and the respective tool plate are preheated to a temperature which is preferably about 10 K below the glass transition point of the polymer material. In der Umformzone, in der der eigentliche Umformprozess stattfindet, wird das Polymermaterial auf eine Tempera tur oberhalb des Glaspunktes erhitzt, so dass es sich im entropie-elastischen Zustand befindet. In the forming zone in which the actual forming takes place, the polymeric material is heated to a tempera ture above the glass transition point, so that it is located in the entropy-elastic state. Diese Auf heizung erfolgt über die beiden Walzen, durch die das Folienmaterial zusammen mit den Werkzeugplatten hindurch geführt wird. In this heating takes place via the two rollers through which the sheet material is guided together with the tooling plates therethrough. Durch die gleichzeitig gegen einander gedrückten Walzen wird mit einer vor definierten Kraft ein Fließprozess des Folienmaterials ausgelöst und die Werkzeugplatte bzw. deren Präge struktur in das Folienmaterial gepresst. By simultaneously pressed against each other rolls, a floating process of the film material is activated with a pre-defined force and the tool plate or the embossing pattern in the sheet material pressed. Nach dem Austritt aus den Walzen bzw. der Umformzone wird die Folie zusammen mit der bzw. den darauf aufgepressten Werkzeugplatten in der Abkühlzone weitertransportiert. After emerging from the rolls and the forming zone, the film is transported further together with the or the pressed-out tool plates in the cooling zone. Aufgabe dieser Zone ist es, das Folienmaterial unter Formzwang abzukühlen. Purpose of this zone is to cool the film material under the form of coercion. Diese Abkühlung wird bis zur Entformungstemperatur, die je nach Folienmaterial und Werkzeugmaterial unterschiedlich sein kann, vorge nommen. This cooling is up to the demoulding temperature, which may vary depending on the film material and tool material, pre-taken.

Mit dem Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung können somit in einem replikativen Prozess Polymerfolien hochpräzise mikrostrukturiert werden. With the method and the associated apparatus can thus be microstructured high precision in a replicative process polymer films. Dadurch ist es möglich, im Vergleich zu bekannten Umformverfahren große Nutzen mit unterschiedlichen Werkzeugen bzw. Werkzeugplatten in einer Anlage herzustellen. This makes it possible to manufacture compared to known forming processes large benefits with different tools or tool panels in a plant. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung vereinigen die Vorteile des Heißprägens und die eines Walzverfahrens. The inventive method and the associated apparatus combine the advantages of hot stamping and a rolling method. Dadurch wird eine hochpräzise Umformung von Polymerfolien erreicht, wie sie mit herkömmlichen Heißprägeeinrichtungen realisierbar ist. This high-precision forming of polymer films is achieved, as is possible with conventional hot stamping facilities. Auf der anderen Seite ermöglicht das vorliegende Verfahren, ganze Polymerfolienrollen in einem Arbeitsgang zu strukturieren. On the other hand, the present method to structure all the polymer film rolls in a single operation permits. Es wird somit eine Beschleunigung des Herstellungsprozesses erreicht, wie er für eine preiswerte Massenfertigung nötig ist. There is thus achieved an acceleration of the production process, as it is necessary for a low-cost mass production.

Wichtiger Bestandteil von Heißumformverfahren von thermoplastischen Polymeren ist die Abkühlung unter Formzwang, die gerade beim vorliegenden Verfahren bzw. der zugehörigen Vorrichtung durch den Verbleib der Werkzeugplatten auf der Folie bis zur gewünschten Abkühlung ermöglicht wird. An important component of Heißumformverfahren of thermoplastic polymers is the cooling under forced shape that is currently enables the present method and the associated device by the whereabouts of the die plates on the film up to the desired cooling. Durch die Zuführung von diskreten Werkzeugplatten zusammen mit der Folie lässt sich ein sehr schneller Werkzeugwechsel während des Herstellungsverfahrens erreichen. By the supply of discrete die plates together with the film, a very rapid tool changes during the manufacturing process can be achieved. Durch den Einsatz geeigneter Werkzeugplatten, die hintereinander zusammen mit der Folie zugeführt werden, lässt sich die kontinuierliche Strukturierung größerer Flächen erreichen, die lediglich durch die Breite der Walzen und die Folienlänge begrenzt sind. By using suitable tooling plates, which are successively fed together with the film can be achieved, the continuous structure of larger surfaces, which are limited only by the width of the rolls and the film length.

In einer Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung wird auf der der Werkzeugplatte abgewandten Seite der Folie gleichzeitig eine dünne Metallfolie durch die Walzenanordnung geführt, die ggf. mit einer Antihaftbeschichtung versehen sein kann. In a further development of the present method and associated apparatus is performed on the die plate facing away from the side of the film at the same time a thin metal foil through the rolling arrangement which may optionally be provided with a non-stick coating. Dies soll ein Anhaften der Folie an den Walzen oder den Rollen vor oder hinter den Walzen verhindern. This is to prevent adherence of the film on the rollers or the rollers front of or behind the rollers. Selbstverständlich ist dies nicht bei jeder Folienart erforderlich, kann jedoch bei bestimmten leicht anhaftenden Folien von Vorteil sein. Of course, this is not required in every type of film, but may be in certain slightly adhering films beneficial. Die Vorschubgeschwindigkeiten der Folie und der Werkzeug platte(n) sind angepasst und steuerbar, um eine dem Material angepasste Umformgeschwindigkeit zu erreichen. The feed rates of the film and the tool plate (s) are adjusted and controlled to achieve an adapted material strain.

In einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung ist eine zweite Materialzuführung für ein Trägermaterial vorge sehen, so dass sich in einem Schritt die Folien gleich zeitig mit dem Umformprozess auf ein Trägermaterial auflaminieren lassen. In another embodiment, the present method and the associated device, a second material supply is provided to see on a support material, so that it is possible simultaneously be laminated with the forming process to a substrate material, the films in one step. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere für Anwendungen von Vorteil, in denen die Folie auf einem derartigen Träger weiterverarbeitet oder eingesetzt werden soll. Such an embodiment is particularly advantageous for applications in which the film is to be further processed in such a carrier or employed.

Der Antriebsmechanismus für die Führung bzw. den Transport der Folie durch die Vorrichtung bzw. das Walzensystem der Vorrichtung erfolgt vorzugsweise über entsprechend angetriebene Auf- bzw. Abwickelrollen, von denen die Folie abgewickelt bzw. auf die die Folie nach dem Prägevorgang wieder aufgewickelt wird. The drive mechanism for the management or transport of the film through the device or the roller system of the apparatus is preferably carried out via appropriately driven up or unwinding rollers, one of which wound the film or on which the film is rewound after the embossing process. Selbst verständlich können auf dem Weg zwischen Auf- und Abwickelrolle zusätzliche Umlenkrollen für die Führung der Folie vorgesehen sein. Of course, may be provided additional deflecting rollers for guiding the film in the path between up and unwinding.

Der Transport der Werkzeugplatten erfolgt vorzugsweise über ein Transportband, das über ein Rollensystem geführt wird. The transport of the mold plates preferably takes place via a conveyor belt, which is guided over a roller system. Selbstverständlich lassen sich die Werkzeugplatten auch über eine Vielzahl nahe beieinander liegender Transportrollen - ohne Transport band - durch die Vorheizzone zu den Walzen bzw. von den Walzen durch die Abkühlzone transportieren. Of course, the mold plates can also have a plurality of closely spaced transport rollers - Volume without transport - through the preheating zone to the rolls or by rolls transported through the cooling zone. Die Werkzeugplatten haben hierfür vorzugsweise auf ihrer Unterseite am Rand eine Verzahnung, die in eine entsprechende Verzahnung am Rand des Transportbandes bzw. der Transportrollen sowie der unteren der beiden Walzen eingreift. The mold plates are for this purpose preferably on its underside on the edge a toothing which engages in a corresponding toothing on the edge of the conveyor belt or the transport rollers as well as the lower of the two rollers. Auf diese Weise wird eine kontrol lierbare Vorschubbewegung der Werkzeugplatten durch die gesamte Vorrichtung erreicht. In this way, a CONTROL lierbare feed movement of the mold plates is achieved by the entire apparatus.

Für die Zuführung der Werkzeugplatten kommen verschiedene Möglichkeiten in Frage, die je nach Produktionsmenge unterschiedliche Vorteile aufweisen. For feeding the mold plates several options are possible, which have different advantages depending on the production volume. In einer Variante werden die Werkzeugplatten von Hand zugeführt und am Ende auch wieder von Hand heraus genommen, dh von der Folie getrennt. In a variant, the mold plates are manually fed and taken again by hand out at the end, that is separated from the film. Dies ermöglicht eine relativ leichte Werkzeughandhabung sowie einen extrem schnellen Werkzeugwechsel. This allows a relatively easy tool handling and extremely fast tool change.

In einer weiteren Variante werden die Werkzeug platten in ein endloses Umlaufband eingesetzt, so dass sie eine endlose Reihe auf diesem Umlaufband bilden. In another variant, the tool plates are in an endless circulating belt used, so that they form an endless array in this circulating belt. Diese Vorgehensweise bietet sich vor allem für die Produktion hoher Stückzahlen und eine schnelle Fertigung der strukturierten Folien an. This approach lends itself especially for high volume production and rapid production of the structured films.

In einer weiteren Variante werden die Werkzeug platten einem Laufband, das durch die Vorheizzone, die Umformzone und die Abkühlzone führt, über einen Paternoster zugeführt und am Ende der Abkühlzone, nach dem Abtrennen von den Folien, über einen zweiten Paternoster wieder abtransportiert. In another variant, the tool plates are a treadmill, which passes through the preheating zone, the deformation zone and the cooling zone, supplied via a Paternoster and at the end of cooling zone, after separation of the sheets, transported back via a second Paternoster. Über ein zweites Laufband werden diese bereits verwendeten Werkzeug platten wieder zu dem ersten Paternoster zurück transportiert und können erneut dem Herstellungsprozess zugeführt werden. This tool is already used are plates back to the first Paternoster on a second treadmill transported back and can be fed back to the manufacturing process. Die Übergabe in den bzw. in die Paternoster erfolgt vorzugsweise über eine automati sierte Handhabungseinrichtung, kann jedoch auch manuell erfolgen. The transfer into or in the Paternoster is preferably carried out through an auto mated handler, but can also be done manually. Dieses System gewährleistet einen schnellen flexiblen Werkzeugwechsel sowie eine hohe Produktions geschwindigkeit. This system ensures a fast flexible tool change and high production speed.

Die beiden Walzen sind vorzugsweise über integrierte Heizelemente unabhängig voneinander beheizbar und werden über eine Krafteinrichtung kraft- oder weggesteuert gegeneinander geführt, während die Folie zusammen mit den Werkzeugplatten zwischen den Walzen hindurchgeführt wird. The two rollers are preferably independently heated via heating elements integrated and non-positively via a force means or displacement against each other out while the film is passed together with the die plates between the rollers.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann sich an die Walzenanordnung eine weitere beheizte Walzenanordnung anschließen, in der ein Deckel auf die auf den Folien erzeugten Strukturen aufgebracht bzw. auflaminiert wird. In a further embodiment of the present device a further heated roller arrangement can be followed by the roller arrangement, in which a cover is applied to the produced on the films or laminated structures. Durch diese Deckelung der Strukturen kann direkt eine fluidische Struktur am Ausgang der Vorrichtung erreicht werden. By this capping of the structures, a fluidic structure at the output of the device can be reached directly.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief Description of Drawings

Das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungs beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. The present method and the corresponding apparatus will be explained below with reference to execution examples, in conjunction with the drawings briefly again. Hierbei zeigen: show:

Fig. 1 ein erstes Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung zur Strukturierung von Polymerfolien; 1 shows a first example of an embodiment of the present device for structuring polymer films.

Fig. 2 ein zweites Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung zur Strukturierung von Polymerfolien; 2 shows a second example of an embodiment of the present device for structuring polymer films. und and

Fig. 3 ein Beispiel für die Ausgestaltung der Walzen sowie der Werkzeugplatten als Bestandteil des Transportmechanismus. Fig. 3 shows an example of the configuration of the rolls and the tooling plates as part of the transport mechanism.

Wege zur Ausführung der Erfindung Ways of carrying out the invention

In Fig. 1 ist schematisch ein erstes Beispiel einer Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung dargestellt. In Fig. 1 a first example of an embodiment of the present apparatus is shown schematically. Die Vorrichtung befindet sich in einer geschlossenen Kammer 4 , die falls erforderlich mit Schutzgas gespült werden kann. The device is located in a closed chamber 4, which can be, if necessary rinsed with protective gas. Die Kammer 4 ist in drei Zonen unterteilt, die in der Figur durch die senkrecht gezeichneten Linien angedeutet sind. The chamber 4 is divided into three zones, which are indicated in the figure by the lines drawn perpendicular. In der Vorheizzone 7 wird die Folie 3 oberhalb eines Rollensystems 13 geführt. In the preheating zone 7, the film 3 is guided above a roller system. 13 Die Temperatur der Folie 3 wird in dieser Vorheizzone 7 auf einen Wert aufgeheizt, der ca. 10 K unter dem Glaspunkt T g des Polymermaterials der Folie 3 liegt. The temperature of the film 3 is heated in the preheating zone 7 to a value of the T g of the polymeric material of the film 3 is about 10 K below the glass transition temperature. Die hierfür erforderliche Heizvorrichtung ist in der Figur nicht zu erkennen. The necessary heating device can not be seen in the figure.

Die Folie 3 gelangt anschließend in die Umformzone 8 , in der zwei getrennt heizbare Walzen 5 a, 5 b angeordnet sind. The foil 3 then passes into the forming zone 8 in which two separately heatable rollers 5 a, 5 b are arranged. Der Abstand der Walzen 5 a, 5 b kann weg- oder kraftgesteuert über eine in der Figur nicht dargestellte Krafteinrichtung eingestellt werden. The distance between the rollers 5 a, 5 b can be adjusted by limit or force-controlled via a not shown in the figure force means.

Die Folie 3 wird über eine Abwickelrolle 9 , entsprechende Umlenkelemente 10 und eine auf der Ausgangsseite der Vorrichtung vorgesehene Aufwickel rolle 11 durch die Vorrichtung, insbesondere zwischen den beiden Walzen 5 a, 5 b hindurchgeführt. The film 3 is a roll unwinding roller 9, corresponding deflection elements 10 and provided on the output side of the device 11 through the winding device, in particular between the two rollers 5 a, 5 b therethrough. Der Vorschub der Folie 3 erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. The feed of the film 3 is preferably carried out continuously. Die Walzen 5 a, 5 b werden derart über die nicht darge stellten integrierten Heizelemente aufgeheizt, dass sie die Folie 3 sowie die darunter liegende Werkzeugplatte 1 auf eine Temperatur oberhalb des Glaspunktes T g des Polymermaterials der Folie 3 bringen. The rollers 5 a, 5 b are heated in such a way over the non-presented Darge integrated heating elements, that it to a temperature above the glass transition bring the film 3 and the underlying mold plate 1 T g of the polymeric material of the foil. 3 Durch die erhöhte Temperatur und den Anpressdruck der Walzen 5 a, 5 b, mit dem diese gegeneinander bzw. gegen die Folie 3 und die Werkzeugplatte 1 gedrückt werden, wird das Folien material in die Prägestrukturen der Werkzeugplatte 1 gepresst und dadurch umgeformt. With which they are pressed against each other or against the film 3 and the tool plate 1 by the elevated temperature and the pressure of the rollers 5 a, 5 b, the film material is pressed into the embossed structures of the tool plate 1 and formed thereby. Der Transport der Werkzeugplatten 1 erfolgt über das in der Figur dargestellte Rollensystem 13 aus einer Vielzahl von parallel zueinander liegenden Rollen. The transport of the mold plates 1 via the pulley system shown in the figure 13 of a plurality of mutually parallel rollers.

Nach dem Prägevorgang wird die Folie 3 zusammen mit der Werkzeugplatte 1 in die Abkühlzone 12 geführt, in der die Polymerfolie 3 unter Formzwang abgekühlt wird. After the stamping process, the film 3 is guided along with the tooling plate 1 in the cooling zone 12, in which the polymer film is cooled under 3 form force. Dies wird durch ein in dieser Abkühlzone 12 vorgesehenes gekühltes Rollensystem 6 , welches die Folie 3 weiterhin mit einer vordefinierten Kraft auf die Werkzeugplatte 1 drückt, unterstützt. This is supported by a valve provided in the cooling zone 12 cooled roller system 6, which continues to press the film 3 with a predefined force on the tooling plate 1,. Am Ende der Abkühlzone 12 findet eine automatische Entformung der Folie 3 von der Werkzeugplatte 1 statt. At the end of the cooling zone 12, an automatic ejection of the sheet 3 from the tooling plate 1 takes place.

Die hintereinander auf dem Rollensystem 13 zu erkennenden Werkzeugplatten 1 sind in diesem Beispiel beabstandet voneinander dargestellt, können jedoch auch direkt, ohne Zwischenabstand, aneinander anschließen, um eine größere Länge der Folie 3 ohne Zwischenräume zu strukturieren. The one behind the other in the roller system 13 to be detected tool plates 1 are spaced from each other in this example shown, but may also be directly, without any intermediate distance, adjoin each other to structure a greater length of film 3 without gaps.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung, bei der die Werkzeugplatten 1 nicht direkt mit dem Rollensystem 13 in Kontakt kommen, sondern über ein auf dieses Rollensystem gespanntes Endlosband 2 transportiert werden. Fig. 2 shows another embodiment of the present apparatus in which the mold plates 1 do not come directly to the roller system 13 in contact, but are transported via a tensioned on this roller system endless belt 2. Bei dieser Ausgestaltung kann aufgrund des Endlosbandes 2 eine kontinuierliche Herstellung der geprägten Polymerfolie erfolgen. In this embodiment, a continuous preparation of the imprinted polymer film due to the endless belt 2 can be carried out. Die Vorrichtung ist ansonsten in gleicher Weise wie die Vorrichtung der Fig. 1 ausgebildet. The device is otherwise constructed in the same manner as the device FIG. 1.

Der Transport der Werkzeugplatten 1 erfolgt über eine Zahnung am Rand der Rollen 13 (bei Fig. 1) bzw. des Transportbandes 2 (bei Fig. 2) und der unteren der beiden Walzen 5 b. The transport of the mold plates 1 via a toothing at the edge of the rollers 13 (in Fig. 1) or the conveyor belt 2 (in Fig. 2) and the lower of the two rollers 5 b. Die Werkzeugplatten 1 selbst sind hierzu an ihrer Unterseite am Rand ebenfalls mit einer Zahnung 14 versehen. The mold plates 1 itself are for this purpose also provided on its underside at the edge with a toothing fourteenth Dies ist bspw. anhand der Fig. 3 zu erkennen, wobei Fig. 3a die beiden Rollen 5 a, 5 b in Draufsicht darstellt, in der die Zahnung 14 am Rand der Walze 5 b zu erkennen ist. This is, for example, with reference to FIG. 3 to identify, FIG. 3a, the two rollers 5 a, 5 b represents in plan view, in which the teeth 14 can be seen at the edge of the roll 5 b.

Fig. 3b zeigt den Zustand während des Transports der Folie 3 mit der Werkzeugplatte 1 durch dieses Walzensystem 5 a, 5 b. FIG. 3b shows the state during the transportation of the film 3 with the die plate 1 by this rolling system 5 a, 5 b. In dieser Darstellung ist das Ineinandergreifen der Zahnungen 14 der Werkzeugplatte 1 und der Walze 5 b zu erkennen. In this illustration, the interlocking of the serrations 14 of the tooling plate 1 and the roller 5 is to detect b.

Die planaren Werkzeugplatten 1 werden in diesen Ausführungsbeispielen von Hand eingelegt und am Ende auch wieder herausgenommen. The planar die plates 1 are inserted in these embodiments by hand and taken out at the end. Dies hat den Vorteil, kurzfristig sehr unterschiedliche Werkzeugplatten einsetzen zu können, was eine hohe Flexibilität der Produktion mit sich bringt. This has the advantage of being able to use very different mold plates in the short term, resulting in a high production flexibility with it.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1

Werzeugplatte Werzeugplatte

2 2

Transportband conveyor belt

3 3

Polymerfolie polymer film

4 4

geschlossene Kammer closed chamber

5 5

a, a,

5 5

b beheizbare Walzen b heatable rollers

6 6

gekühltes Rollensystem chilled roller system

7 7

Vorheizzone preheating

8 8th

Umformzone forming zone

9 9

Abwickelrolle unwinding

10 10

Umlenkelemente deflecting

11 11

Aufwickelrolle up roll

12 12

Abkühlzone chilling

13 13

Rollensystem roller system

14 14

Zahnung Perforation

Claims (20)

  1. 1. Verfahren zur Strukturierung, insbesondere Mikrostrukturierung, von Polymerfolien, bei dem die zu strukturierende Folie ( 3 ) auf eine Temperatur unterhalb des Glaspunktes des Folienmaterials vorgeheizt und zusammen mit zumindest einer eine Prägestruktur aufweisenden, planaren Werkzeugplatte ( 1 ) zwischen zwei auf eine Temperatur oberhalb des Glaspunktes des Folien materials aufgeheizten Walzen ( 5 a, 5 b) hindurch geführt wird, die gleichzeitig gegeneinander gedrückt werden, um die Prägestruktur in die Folie ( 3 ) einzuprägen, und die planare Werkzeugplatte ( 1 ) nach einer Abkühlphase wieder von der Folie ( 3 ) getrennt wird. 1. A method for patterning, in particular microstructuring of polymer films, in which the to be patterned film (3) is preheated to a temperature below the glass transition point of the film material and having together with at least one of an embossed structure, planar die plate (1) between two to a temperature above the glass transition point of the film material heated rollers (5 a, b 5) is led through, which are pressed against each other simultaneously to emboss the embossed structure in the film (3), and the planar die plate (1) after a cooling again (by the foil 3) is disconnected.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie ( 3 ) auf eine Temperatur vorgeheizt wird, die etwa 10 K unterhalb des Glaspunktes des Folienmaterials liegt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the film (3) is preheated to a temperature which is about 10 K below the glass transition point of the film material.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Werkzeugplatten ( 1 ) mit Präge strukturen hintereinander zusammen mit der Folie ( 3 ) zwischen den Walzen ( 5 a, 5 b) hindurch geführt werden. 3. The method of claim 1 or 2, characterized in that a plurality of mold plates (1) with embossed structures behind each other together with the foil (3) between the rolls (5 a, 5 b) are guided.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine dünne Metallfolie auf einer der Werkzeugplatte ( 1 ) abgewandten Seite der Folie ( 3 ) zusammen mit der zu strukturierenden Folie ( 3 ) zwischen den Walzen ( 5 a, 5 b) hindurch geführt wird, um ein Anhaften der Folie ( 3 ) an den Walzen ( 5 a, 5 b) zu verhindern. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a thin metal foil on one of the tool plate (1) opposite side of the film (3) together with the to be structured film (3) (between the rollers 5 a, 5 b ) is passed through, in order to prevent adherence of the foil (3) on the rollers (5 a, 5 b).
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger, insbesondere eine Trägerplatte oder Trägerfolie, auf einer der Werkzeugplatte ( 1 ) abgewandten Seite der Folie ( 3 ) zusammen mit der Folie ( 3 ) zwischen den Walzen ( 5 a, 5 b) hindurch geführt wird, um die Folie ( 3 ) auf den Träger aufzulaminieren. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a carrier, in particular a carrier plate or carrier sheet on one of the tool plate (1) opposite side of the film (3) together with the foil (3) between the rolls (5 5) is guided through b to laminate the film (3) on the support a.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen den Walzen ( 5 a, 5 b) kraft- oder weggesteuert über eine Kraft einrichtung eingestellt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a distance between the rollers (5 a, 5 b) force or path-controlled via a force is adjusted means.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugplatte ( 1 ) manuell zugeführt wird. 7. A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the tool plate (1) is supplied manually.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugplatte ( 1 ) automatisch über einen Transportmechanismus zugeführt wird. 8. A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the tool plate (1) is automatically supplied through a transport mechanism.
  9. 9. Vorrichtung zur Strukturierung, insbesondere Mikrostrukturierung, von Polymerfolien, mit 9. A device for structuring, especially microstructuring of polymer films, with
    einer Vorheizzone ( 7 ) mit einer Heizeinrichtung zum Vorheizen einer zu strukturierenden Folie ( 3 ); a preheating zone (7) with a heating means for preheating a sheet to be patterned (3);
    einer Umformzone ( 8 ), in der zwei mittels einer Krafteinrichtung gegeneinander drückbaren und beheizbaren Walzen ( 5 a, 5 b) angeordnet sind; a deformation zone (8), in which two means of a force device can be pressed against each other and heated rolls (5 a, 5 b) are disposed; und and
    einer sich an die Umformzone ( 8 ) anschließende Abkühlzone ( 12 ), one at the forming zone (8) subsequent cooling zone (12),
    wobei ein Antriebsmechanismus für die zu strukturierende Folie ( 3 ) sowie ein Transport mechanismus für diskrete, planare, eine Prägestruktur aufweisende Werkzeugplatten ( 1 ) vorgesehen ist, um die Folie ( 3 ) zusammen mit den Werkzeugplatten ( 1 ) zwischen den Walzen ( 5 a, 5 b) hindurchzuführen. wherein a drive mechanism for the to be structured foil (3) as well as a transport mechanism for discrete, planar, an embossed structure having die plates (1) is provided to the foil (3) together with the mold plates (1) between the rollers (5 a, pass therethrough 5 b).
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportmechanismus durch ein Transport band ( 2 ) und/oder Rollensystem ( 13 ) gebildet ist, auf dem die Werkzeugplatten ( 1 ) durch die Vorheizzone ( 7 ), die Umformzone ( 8 ) und die Abkühlzone ( 12 ) transportiert werden. 10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the transport mechanism ribbon by a conveyor (2) and / or roller system (13) is formed, on which the mold plates (1) through the preheating zone (7), the deformation zone (8) and the cooling zone (12) to be transported.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorheizzone ( 7 ), die Umformzone ( 8 ) und die Abkühlzone ( 12 ) in einer geschlossenen Kammer ( 4 ) ausgebildet sind, die mit Schutzgas beaufschlagbar ist. 11. The apparatus of claim 9 or 10, characterized in that the preheating zone (7), the deformation zone (8) and the cooling zone (12) in a closed chamber (4) are formed, which can be acted upon with protective gas.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen ( 5 a, 5 b) über integrierte Heizelemente getrennt beheizbar sind. 12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the rollers (5 a, 5 b) separated by integrated heating elements can be heated.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung zur kraft- oder weggesteuerten Einstellung eines Abstandes zwischen den Walzen ( 5 a, 5 b) über die Krafteinrichtung vorgesehen ist. 13. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that a control for non-positive or path-controlled adjusting a distance between the rollers (5 a, 5 b) is provided by the force means.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abkühlzone ( 12 ) ein gekühltes Rollensystem ( 6 ) angeordnet ist, durch das die Folie ( 3 ) und die Werkzeugplatten ( 1 ) nach dem Verlassen der Walzen ( 5 a, 5 b) der Umformzone ( 8 ) zusammengedrückt werden. 14. Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that in the cooling zone (12), a cooled roller system (6) is arranged, through which the film (3) and the tool plates (1) after leaving the rollers (5 a, 5 b) of the deformation zone (8) are pressed together.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugplatten ( 1 ) an einer unteren Oberfläche am Rand eine Zahnung ( 14 ) aufweisen, die während des Transportes in Eingriff mit einer Zahnung ( 14 ) am Rand des Transportbandes ( 2 ) oder Rollensystems ( 13 ) sowie einer unteren der beiden Walzen ( 5 b) bringbar ist. 15. Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that the mold plates (1) on a lower surface at the edge a toothing (14), which (at the edge of the conveyor belt during the transport in engagement with a toothing (14) 2) or roller system (13) as well as a lower of the two rollers (5 b) is engageable.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeug platten ( 1 ) und der Folie ( 3 ) steuerbar ist. 16. Device according to one of claims 9 to 15, characterized in that a feed speed of the tool plates (1) and the film (3) is controllable.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportmechanismus ein Umlaufband aufweist. 17. Device according to one of claims 9 to 16, characterized in that the transport mechanism comprises a circulating belt.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportmechanismus zwei Paternoster aufweist. 18. Device according to one of claims 9 to 16, characterized in that the transport mechanism comprises two Paternoster.
  19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zufuhrmechanismus für die Zufuhr eines weiteren folienartigen Materials oberhalb der Folie ( 3 ) zu den Walzen ( 5 a, 5 b) vorgesehen ist. 19. Device according to one of claims 9 to 18, characterized in that a supply mechanism for supplying a further film-like material above the film (3) to the rollers (5 a, 5 b) is provided.
  20. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus Auf- ( 11 ) und Abwickelrollen ( 9 ) für die Folie ( 3 ) umfasst. 20. Device according to one of claims 9 to 19, characterized in that the drive mechanism up (11) and reels (9) for the film (3).
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