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DE10353060A1 - Micro components manufacturing method, involves manufacturing three-dimensional master raw components of various shapes, and chemically, physically or mechanically separating master components and metal layer from micro component - Google Patents

Micro components manufacturing method, involves manufacturing three-dimensional master raw components of various shapes, and chemically, physically or mechanically separating master components and metal layer from micro component

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DE10353060A1
DE10353060A1 DE2003153060 DE10353060A DE10353060A1 DE 10353060 A1 DE10353060 A1 DE 10353060A1 DE 2003153060 DE2003153060 DE 2003153060 DE 10353060 A DE10353060 A DE 10353060A DE 10353060 A1 DE10353060 A1 DE 10353060A1
Authority
DE
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
components
master
micro
metal
component
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE2003153060
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German (de)
Inventor
Hans-Jochen Dr.rer.nat. Fetzer
Armin Dr.Rer.Nat. Gemmler
Bernhard Dipl.-Ing. Gottwald
Kai Uwe Dr.-Ing. Koch
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00Electroforming
    • C25D1/10Moulds; Masks; Masterforms, e.g. mandrels, stampers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0075Manufacture of substrate-free structures
    • B81C99/0085Manufacture of substrate-free structures using moulds and master templates, e.g. for hot-embossing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00Electroforming
    • C25D1/02Tubes; Rings; Hollow bodies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing

Abstract

The method involves fabricating three-dimensional (3D) master raw components of various shapes. Outer surface topography of the master components is set by a chemical treatment of the surface. A metal is deposited in a hollow cavity of the master components by building a structure of a micro component. The master components and the metal layer are chemically, physically or mechanically separated from the micro component. The master raw components are fabricated by a fusion spin procedure from a thermoplastic polymer and serve as a negative form i.e. geometry having negative reciprocal shape. An independent claim is also included for usage of a method involved in the production of cast and/or sinter-mold made of ceramics, glass and/or polymer materials.

Description

  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur freiformenden Herstellung von dreidimensionalen Hohlräume oder Hinterschneidungen aufweisenden Mikrobauteilen. The invention relates to a method for the free shaping of three-dimensional cavities or undercuts having microcomponents. Dabei handelt es sich in der Regel bei solchen in den erfindungsgemäß herzustellenden Mikrobauteilen vorhandene offene Hohlräume, die zumindest eine zugängliche Öffnung aufweisen. It is usually in such in accordance with the invention produced microcomponents existing open cavities that comprise at least one access opening.
  • [0002] [0002]
    Die erfindungsgemäß herzustellenden Mikrobauteile können unterschiedlichste Gestaltungsformen aufweisen und sind in der Regel mit einem Gesamtvolumen von einigen wenigen cm 3 aber auch ≤ 1 cm 3 dimensioniert. The micro components according to the invention to be manufactured may have a wide variety of shapes and design are usually with a total volume of a few cm 3 but ≤ 1 cm 3 dimensioned. Dabei können die an solchen Mikrobauteilen ausgebildeten Hohlräume oder Hinterschneidungen sehr klein dimensioniert sein, so dass eine mechanische Fertigung mit herkömmlichen Verfahrenstechniken, wenn überhaupt nur mit erhöhtem Aufwand erfolgen kann. The formed on such microcomponents cavities or undercuts may be dimensioned very small, so that a mechanical manufacturing with conventional techniques, if any, can only be performed with increased effort.
  • [0003] [0003]
    Die Erfindung greift dabei auf Kenntnisse der chemischen oder galvanischen Abscheidung von Metallen, Metalllegierungen und/oder Verbindungen davon zurück. The invention draws on knowledge of chemical or electrochemical deposition of metals, metal alloys and / or compounds thereof.
  • [0004] [0004]
    So ist es beispielsweise bekannt, Mikrostrukturen photolithographisch herzustellen, wobei elektromagnetische Strahlung in den verschiedenen Wellenlängenbereichen, bis hin zur Röntgenstrahlung eingesetzt wird, um eine weitere Miniaturisierung solcher Mikrostrukturen erreichen zu können. So for example it is known to produce microstructures photolithographically, wherein electromagnetic radiation in the different wavelength bands is employed up to the X-ray radiation in order to achieve a further miniaturization of such microstructures.
  • [0005] [0005]
    Bei diesen bekannten Mikrostrukturierungsverfahren werden auch Beschichtungen galvanisch ausgebildet, wobei bei den bekannten Lösungen aber lediglich begrenzte Aspektverhältnisse eingehalten werden können. In these known microstructuring processes and coatings to be electrically, but limited aspect ratios can only be met with the known solutions.
  • [0006] [0006]
    Des Weiteren ist es häufig erforderlich, photolithographische Prozessschritte und galvanische Abscheidungen mehrfach zu wiederholen. Furthermore, it is often necessary to repeat photolithographic process steps and galvanic deposits several times.
  • [0007] [0007]
    Mit diesen bekannten Lösungen können aber keine freigeformten Mikrobauteile in dreidimensionaler Gestalt, die klein dimensionierte Hohlräume, die gegebenenfalls auch keine kontinuierlichen Oberflächen, allein oder zusätzlich auch Hinterschneidungen aufweisen, hergestellt werden. With these known solutions, however, can not freely formed microcomponents in a three dimensional shape, the small-sized cavities, optionally also not continuous surfaces, alone or in addition also comprise undercuts produced.
  • [0008] [0008]
    Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit vorzuschlagen, um Mikrobauteile, die Hohlräume und/oder Hinterschneidungen aufweisen, mit kleiner Dimensionierung und hoher Gestaltungsvariabilität herstellen zu können. It is therefore an object of the invention to propose a way to have microcomponents, the cavities and / or undercuts, with small dimensions and high design variability to manufacture.
  • [0009] [0009]
    Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. According to the invention this object is achieved by a method having the features of claim 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden. Advantageous embodiments and developments of the invention can be achieved with the designated in the subordinate claims. In Anspruch 33 wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. In claim 33 the use of the inventive method will be described.
  • [0010] [0010]
    Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei so vorgegangen, dass eine Masterrohstruktur beliebiger Geometrie durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird. In the inventive method, the procedure is such that a Masterrohstruktur any geometry is produced by a generative manufacturing method. Diese Masterrohstruktur dient als Negativform für das eigentlich herzustellende Mikrobauteil. This Masterrohstruktur serves as a negative mold for the actually produced micro-component.
  • [0011] [0011]
    Im Anschluss erfolgt eine definierte Einstellung der Oberflächentopographie der Masterrohstruktur durch eine chemische Oberflächenbehandlung. Following a defined adjustment of the surface topography of Masterrohstruktur is done by a chemical surface treatment.
  • [0012] [0012]
    Auf die so hergestellte Masterrohstruktur wird ein Metall und/oder ein anderer Werkstoff in mindestens einem von der Masterrohstruktur vorgegebenen Hohlraum chemisch und/oder elektrolytisch abgeschieden oder eingebracht. a metal and / or other material in at least one predetermined of the Masterrohstruktur cavity is chemically and / or electrolytically deposited on or introduced onto the thus prepared Masterrohstruktur. So wird sukzessive auf der Masterrohstruktur die Struktur von mindestens einem Mikrobauteil, durch Aufwachsen von Schicht(en) aufgebaut. Thus successively on the Masterrohstruktur the structure of at least one micro-component, constituted by growing layer (s).
  • [0013] [0013]
    Im Anschluss daran kann mittels einer chemischen, physikalischen und/oder mechanischen Auf- und/oder Ablösung die Masterrohstruktur entfernt und das eigentlich herzustellende Mikrobauteil erhalten werden. Following this, the Masterrohstruktur can be removed by a chemical, physical and / or mechanical assembly and / or replacement and the actually produced micro-component can be obtained.
  • [0014] [0014]
    Für die Herstellung der Masterrohstruktur kann auf an sich bekannte generative Herstellungsverfahren zurückgegriffen werden. For the production of Masterrohstruktur can be made of known per se generative manufacturing processes.
  • [0015] [0015]
    So besteht zum einen die Möglichkeit der Herstellung mittels des so genannten Schmelzspinnverfahrens aus einem thermoplastischen Polymer. Thus, on the one hand the possibility of manufacturing by means of the so-called melt spinning process of a thermoplastic polymer. Dieses Verfahren ist in This procedure is in DE 43 19 128 C1 DE 43 19 128 C1 beschrieben und es wird auf dessen Offenbarungsgehalt vollumfänglich zurückgegriffen. described and it will fall back in full to the disclosure content.
  • [0016] [0016]
    Die generative Herstellung von Masterrohstrukturen für Mikrobauteile kann aber auch mit anderen unter den Sammelbegriff „Rapid Prototyping" fallenden Verfahren erfolgen. So besteht die Möglichkeit, solche Masterrohstrukturen schichtweise durch einen lokal definierten Energieeintrag dreidimensional aufzubauen. But the generative production of Masterrohstrukturen for microcomponents can also be done with other products covered by the collective term "rapid prototyping" process. So it is possible to build three-dimensional such Masterrohstrukturen layer by layer using a locally defined energy input.
  • [0017] [0017]
    So können stereolithographische Herstellungsverfahren eingesetzt werden. So stereolithographic preparation methods can be used. Es besteht aber auch die Möglichkeit der Herstellung von Masterrohstrukturen durch selektives Laser-Sintern. There is also the possibility of producing Masterrohstrukturen by selective laser sintering.
  • [0018] [0018]
    Außerdem kann die Herstellung von Masterrohstrukturen auch durch entsprechende Schichtpakete von Laminaten, bei denen die einzelnen Laminate unterschiedliche Konturen aufweisen können, durch Schmelzen und Verfestigen aus einer festen Ausgangsphase oder entsprechendes Verkleben von Granulaten mit Bindern hergestellt werden. Moreover, the production of Masterrohstrukturen can also be prepared by appropriate layer packages of laminates, in which the individual laminates may have different contours, by melting and solidifying of a fixed starting phase or appropriate sticking of granules with binders.
  • [0019] [0019]
    Eine solche in einem ersten Verfahrensschritt hergestellte Masterrohstruktur kann dann wiederum durch chemische Abscheidung beschichtet und so die dreidimensionale Gestalt des erfindungsgemäß herzustellenden Mikrobauteils endkonturnah ausgebildet werden. Such Masterrohstruktur prepared in a first process step can then in turn coated by chemical deposition and so the three-dimensional shape of the present invention produced microcomponent are formed near net shape.
  • [0020] [0020]
    Vorteilhaft kann es aber sein, eine elektrochemische/galvanische Abscheidung für die eigentliche Ausbildung des Mikrobauteils mit der jeweiligen dreidi mensionalen Gestalt vorzunehmen. It can be advantageous, however, to make an electrochemical / galvanic deposition for the actual construction of the micro-component with the respective dreidi dimensional shape.
  • [0021] [0021]
    Durch eine solche chemische oder galvanische (elektrolytische) Abscheidung können Mikrobauteile ohne zusätzliche spanende Bearbeitung oder durch die Anwendung zusätzlicher Fügeverfahren hergestellt werden. Through such chemical or galvanic (electrolytic) Deposition microcomponents can be produced without additional machining or through the use of additional joining processes.
  • [0022] [0022]
    Insbesondere bei der galvanischen Abscheidung ist es vorteilhaft, vorab eine Startschicht auf der Oberfläche der Masterrohstruktur auszubilden, die wiederum gute Haftungseigenschaften auf der Oberfläche der Masterrohstruktur erreicht. Especially in the electroplating it is advantageous to pre-form a seed layer on the surface of Masterrohstruktur, which in turn achieves good adhesion properties on the surface of Masterrohstruktur. Auch eine solche Startschicht sollte wiederum aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet sein, wobei eine solche Startschicht als metallische Kombinationsschicht ausgebildet und ebenfalls auf der Masterrohstrukturoberfläche abgeschieden oder anderweitig (zB mittels PVD- oder CVD-Verfahren) ausgebildet werden kann. Also, such a starting layer should in turn be formed of a metal or a metal alloy, being able to be such a seed layer formed as a metallic layer combination and also formed on the Masterrohstrukturoberfläche deposited or otherwise (for example by means of PVD or CVD processes).
  • [0023] [0023]
    Für die definierte Einstellung der Oberflächentopographie der Oberfläche der Masterrohstruktur vor der Ausbildung des eigentlichen Mikrobauteils und gegebenenfalls auch vor Ausbildung der Startschicht bestehen verschiedene Optionen. There are various options for the defined adjustment of the surface topography of the surface of the Masterrohstruktur before the formation of the actual micro-component and optionally also before formation of the seed layer.
  • [0024] [0024]
    So besteht die Möglichkeit, die Oberflächentopographie durch Glättung der Oberfläche mittels Lösemitteln und/oder chemischen Reagenzien zu verändern. Thus the possibility exists, the surface topography by smoothing the surface by means of solvents and / or chemical reagents change. Hierzu werden bevorzugt wässrige oder wasserbasierende Lösungsmittel verwendet. These preferably aqueous or water-based solvents are used.
  • [0025] [0025]
    Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Oberflächentopographie durch Aufrauen der Oberfläche mit Reagenzien, z. Another possibility is the surface topography by roughening the surface with reagents such. B. mittels Beizmitteln, zu verändern. changing means as mordants. Das Aufrauen kann dabei vorzugsweise durch Temperatur- und/oder Ultraschallbehandlung unterstützt wer den. The roughening can preferably by temperature and / or ultrasound treatment who supports.
  • [0026] [0026]
    Neben der Einstellung der Oberflächentopographie kann zusätzlich eine chemische Modifizierung der Oberfläche erfolgen. In addition to setting the surface topography, chemical modification of the surface can also be done. Hier ist beispielsweise eine Hydrophylierung der Oberfläche durch Behandlung mit oxidativ oder hydrolysierend wirkenden Chemikalien in wässrigen und organischen Lösungsmitteln vorteilhaft. Here, for example, a Hydrophylierung the surface by treatment with advantageous oxidative or hydrolytic acting chemicals in aqueous and organic solvents.
  • [0027] [0027]
    Die Masterrohstrukturen können aus den unterschiedlichsten Werkstoffen hergestellt werden, wobei neben organischen Polymeren auch anorganische Werkstoffe eingesetzt werden können. The Masterrohstrukturen can be made of different materials, wherein in addition to organic polymers, inorganic materials can be used. Geeignete anorganische Werkstoffe sind beispielsweise an sich bekannte Keramiken, Metalle oder Metalllegierungen, die wiederum bevorzugt durch selektives Laser-Sintern aus pulverförmigem Ausgangswerkstoff hergestellt werden können. Suitable inorganic materials are known, for example, ceramics, metals or metal alloys in itself, which can preferably be produced by selective laser sintering of powdered starting material again.
  • [0028] [0028]
    Masterrohstrukturen aus anorganischen Werkstoffen zeichnen sich gegenüber organischen Werkstoffen durch eine erhöhte Festigkeit und chemische Resistenz aus. Masterrohstrukturen of inorganic materials are distinguished from organic materials by increased strength and chemical resistance from. Ihre Oberflächenrauheit ist aber gegenüber organischen Werkstoffen erhöht. Its surface is but increases to organic materials.
  • [0029] [0029]
    Bei generativ hergestellten Masterrohstrukturen aus organischen Polymeren sollte deren Polymerisation auf der Startschicht für die elektrochemische Abscheidung erfolgen und nachfolgend verbliebene Monomerreste durch Vakuumunterstützung entfernt werden. In generative Masterrohstrukturen prepared from organic polymers whose polymerization should be carried out on the starting layer for the electrochemical deposition and subsequently remaining monomer residues are removed by vacuum assistance.
  • [0030] [0030]
    Wird für den generativen Aufbau von Masterrohstrukturen ein Schmelzspinnverfahren eingesetzt, ist es vorteilhaft den generativen Aufbau auf der Startschicht für die elektrochemische Abscheidung vorzunehmen. If a melt spinning process used for the generative development of Masterrohstrukturen, it is advantageous to make the generative build up on the starting layer for the electrochemical deposition. Dadurch kann die Wärme in kürzerer Zeit abgeleitet, ein Zerfließen von Spinnfäden vermieden und so eine fei nere Strukturierung unter Einhaltung engerer Toleranzen erreicht werden. This can be derived in less time, avoid deliquescence of filaments and such a fei nere structuring in compliance with tighter tolerances are achieved heat.
  • [0031] [0031]
    Die bereits angesprochene Oberflächenmodifikation der Masterrohstruktur kann insbesondere vorteilhaft bei solchen aus organischen Polymeren durch entsprechende Lösungsmittel oder chemische Reagenzien erfolgen. The already mentioned surface modification of the Masterrohstruktur can particularly advantageously be carried out in such organic polymers by appropriate solvents or chemical reagents. Dabei sollten ein Quellen des polymeren Werkstoffes vermieden werden, so dass eine entsprechende Auswahl eines Lösungsmittels erfolgten sollte, um die Gestaltung und Maßhaltigkeit in gewünschter Form einhalten zu können. Here, a swelling of the polymeric material should be avoided so that an appropriate selection of a solvent due to take place, in order to meet the design and dimensional accuracy in the desired shape. Dementsprechend sind wässrige oder Wasser basierte Lösungsmittel zu bevorzugen. Accordingly, aqueous or water-based solvents are preferable.
  • [0032] [0032]
    Für den Fall, dass eine eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit aufweisende Oberflächenstruktur von Masterrohstrukturen erreicht werden soll, können entsprechend aggressive Reagenzien eingesetzt werden, die zu einem so genannten „Anbeizen" führen. Zusätzlich oder allein kann aber auch bei erhöhten Temperaturen eine solche Modifizierung durchgeführt werden und gegebenenfalls auch eine mechanische Beeinflussung, zB durch Ultraschalleinwirkung durchgeführt werden. In the event that an increased surface roughness comprising surface structure of Masterrohstrukturen is to be achieved, aggressive reagents can accordingly be used, leading to a so-called "Anbeizen". In addition or alone but such a modification can be carried out at elevated temperatures and optionally a mechanical influence, for example, be performed by ultrasound.
  • [0033] [0033]
    Außerdem kann es sich vorteilhaft auswirken, die Oberflächen zu hydrophilisieren, um insbesondere das Benetzungsvermögen bei der Abscheidung zu verbessern. It can also have an advantageous effect, hydrophilizing the surfaces, in particular to improve the wettability during deposition.
  • [0034] [0034]
    Bei der Auswahl und Ausbildung der insbesondere für die elektrochemische Abscheidung gewünschten Startschichten sollte beachtet werden, dass ein gleichmäßiger Fluss des elektrischen Stromes erreichbar wird, um eine über die jeweiligen Oberflächenbereiche konstante Abscheiderate einhalten zu können. In the selection and formation of the desired especially for the electrochemical deposition of seed layers that a uniform flow of electric current is reached, in order to meet a constant over the respective surface areas of deposition should be noted. Hierzu sollte eine sichere Kontaktierung mit der Anode und ein Haftfester, homogener Verbund mit der Oberfläche der Masterrohstruktur eingehalten werden. For this, a reliable contact with the anode and an adhesion resistant, homogeneous bond should be adhered to the surface of Masterrohstruktur.
  • [0035] [0035]
    Eine solche Startschicht kann, wie bereits angesprochen, aus einem Metall gebildet worden sein, das möglichst entweder teilpassiviert oder mit einer nachfolgend relativ leicht abäzbaren Deckschicht versehen werden kann. Such a starting layer may, as already mentioned, may have been formed of a metal that can be passivated possible either in part or provided with a relatively easy subsequently abäzbaren topcoat. Insbesondere bei filigranen Masterrohstrukturen sollten Deckschichten eingesetzt werden. Especially with filigree Masterrohstrukturen top layers should be used. Beispiele solcher Strukturen sind speziell gestaltete feine Düsen. Examples of such structures are specially crafted fine nozzles.
  • [0036] [0036]
    Startschichten können aber auch als metallische Kombinationsschichten, beispielsweise auf einen polymeren Werkstoff aufgebracht werden und eine hohe Flexibilität aufweisen, so dass Maßungenauigkeiten, die insbesondere am unteren Rand der Masterrohstrukturauftreten können, kompensiert und ein gleichmäßiger Kontakt über die gesamte Oberfläche der Masterrohstruktur mit der Startschicht erreicht werden können. but starting layers can be achieved with the start-up layer as a metallic combination of layers can be applied for example to a polymeric material and having a high flexibility so that dimensional inaccuracies, which can in particular at the bottom of Masterrohstrukturauftreten compensated and a uniform contact over the entire surface of the Masterrohstruktur can.
  • [0037] [0037]
    Die Startschichten sollten eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen, um die Abscheiderate und Abscheidebedingungen bei der elektrochemischen/galvanischen Abscheidung günstig zu beeinflussen. The starting layers should have a sufficiently high electrical conductivity in order to influence the deposition rate and deposition in the electrochemical / galvanic deposition favorable.
  • [0038] [0038]
    Bei der galvanischen Abscheidung wird in üblicher Form so vorgegangen, dass in einem Behälter ein entsprechend geeigneter Elektrolyt sowie eine Anode und eine Kathode eingesetzt werden. In the electrodeposition process is carried out in a conventional form so that a correspondingly suitable electrolyte, and an anode and a cathode are used in a container.
  • [0039] [0039]
    Die Kathode dient dabei als Negativform, dementsprechend sollte die erfindungsgemäß einzusetzende Masterrohstruktur mit Startschicht, als Kathode geschaltet sein. The cathode serves as the negative mold, accordingly, the invention should be used in accordance with start Masterrohstruktur layer may be connected as the cathode.
  • [0040] [0040]
    An Kathode und Anode wird eine Gleichspannung angeschlossen, wobei gegebenenfalls auch eine Temperierung insbesondere des Elektrolytbades sowie eine Umwälzung der Elemente zur Regelung der Elektrolytbadkonsistenz vorhanden sein können. On cathode and anode of a DC voltage is connected, wherein a particular temperature of the electrolyte bath and a circulation of the elements for controlling the Elektrolytbadkonsistenz can optionally be present.
  • [0041] [0041]
    So können normalerweise Abscheideraten zwischen 10 und 50 μm/h, gegebenenfalls auch Abscheideraten bis zu 1 mm/h und entsprechende Schichtdicken im Bereich zwischen 0,1 bis zu einigen mm erreicht werden. So also deposition can normally deposition rates between 10 and 50 .mu.m / h, where appropriate up to several mm is reached up to 1 mm / h and the corresponding layer thicknesses in the range between 0.1.
  • [0042] [0042]
    Wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eine galvanische Abscheidung für die Ausbildung der Mikrobauteile durchgeführt, besteht einmal die Möglichkeit den elektrischen Strom und zum anderen die Möglichkeit, die elektrische Spannung entsprechend zu steuern, wobei selbstverständlich auch gleichzeitig elektrischer Strom und elektrische Spannung gesteuert bzw. geregelt werden können. If in a method of the invention a galvanic deposition for the formation of the microcomponents carried out once, it is possible the electrical current and the other, the ability to control the electric voltage accordingly, electric current and electric voltage can be controlled, of course, at the same time ,
  • [0043] [0043]
    Insbesondere dann, wenn die elektrische Stromstärke als primärer Steuerparameter genutzt wird, ist es vorteilhaft, zusätzliche Ballastflächen vorzusehen, um eine gleichmäßige Schichtdickenausbildung bei der Abscheidung und die Herstellung der Mikrobauteile zu sichern. In particular, when the electric current is used as the primary control parameter, it is advantageous to provide additional ballast spaces, in order to ensure a uniform layer thickness in the deposition formation and the production of micro-components. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die in Rede stehenden Mikrobauteile sehr klein dimensioniert und dementsprechend die Oberflächen der Masterrohstruktur mit Startschicht sehr klein sind, im Bereich zwischen einigen wenigen cm 2 bis in Bereiche von einigen 100 μm 2 liegen und trotzdem akzeptable Abscheideraten eingehalten werden sollen. This is due to the fact that the at issue microcomponents very small dimensions, and accordingly the surfaces of the Masterrohstruktur are very small with starting layer 2 are in the range between a few cm up into areas of a few 100 microns 2 while acceptable deposition rates are to be maintained , Diese werden im Wesentlichen von der jeweiligen elektrischen Stromstärke beeinflusst. These are mainly influenced by the respective electrical current.
  • [0044] [0044]
    Insbesondere die Qualität und hier insbesondere die Dichte der abgeschiedenen Schicht, die letztendlich das Mikrobauteil bildet, wird durch die jeweils eingestellte elektrische Spannung beeinflusst. In particular, the quality and especially the density of the deposited layer, which will eventually form the micro-component is influenced by the respectively set voltage.
  • [0045] [0045]
    Mit dem in With the in 1 1 gezeigten Diagramm können die unterschiedlichen Einflüsse von elektrischem Strom und elektrischer Spannung sowie geeignete Arbeitsbereiche bei der galvanischen Abscheidung verdeutlicht werden. Diagram shown may be illustrated in the galvanic deposition, the different influences of electric current and electric voltage as well as suitable work areas. So wurde das Kathodenpotential mittels einer Kalomelreferenzelektrode, für die Abscheidung von Gold aus einem Goldsulfitelektrolyten, ermittelt. Thus, the cathode potential was determined by means of a calomel reference electrode, for the deposition of gold from a Goldsulfitelektrolyten.
  • [0046] [0046]
    Wie dem Diagramm entnommen werden kann, können bei einem entsprechenden Strom-Spannungsverlauf verschiedene Bereichte I bis III definiert werden. As can be seen from the diagram, various Bereichte can be I to III as defined in a corresponding current-voltage curve.
  • [0047] [0047]
    So wird beispielsweise im Bereich I kein Metall abgeschieden und es bildet sich aber im Bereich III verstärkt Wasserstoff, so dass unterhalb von –150 mV Kathodenpotential ungünstige oder gar keine Abscheidebedingungen gegeben sind. Thus, no metal is deposited, for example, in the region I and but it forms in the region III amplified hydrogen, so that below -150 mV cathodic potential adverse or no deposition conditions are given.
  • [0048] [0048]
    Es sollte daher die galvanische Abscheidung bei einer elektrischen Stromstärke und einer elektrischen Spannung, im Bereich II gearbeitet werden, wobei beachtet werden kann, dass bei steigenden absoluten Beträgen der elektrischen Spannung die Oberfläche rauer und die Struktur der abgeschiedenen Metallschichten schwammiger und poröser werden. To study the galvanic deposition be carried out at an electric current and a voltage, in the region II, therefore, being able to be noted that the surface rough and the structure of the deposited metal layers spongy and porous be with increasing absolute amounts of the electric voltage.
  • [0049] [0049]
    Insbesondere dann, wenn die elektrische Spannung die primäre Steuergröße ist, sollte so gearbeitet werden, dass vor dem eigentlichen Beginn der galvanischen Abscheidung über einen relativ kurzen Zeitraum eine erhöhte elektrische Spannung, was man auch als Span nungspuls bezeichnen kann, angelegt wird. In particular, if the electrical voltage is the primary control variable, so should be used that prior to the actual start of the electrodeposition over a relatively short period of increased electrical voltage, which can also be described as a clamping voltage pulse is applied. Dies kann über einen bestimmten Zeitraum gehalten werden, woraufhin möglichst eine „Erholungsphase" eingelegt werden sollte. In diesem Zeitraum sollte der absolute Betrag der elektrischen Spannung reduziert oder gar auf 0 gesetzt werden und daran anschließend dann die eigentliche elektrische Arbeitsspannung eingestellt und dann auf diesem Wert gehalten werden. Da aber der jeweilige fließende elektrische Strom wiederum die Spannung beeinflusst, sollte eine entsprechende Regelung vorgenommen werden. This can be kept for a certain period, after which it should be placed as possible a "recovery phase". During this period, the absolute value of the voltage should be reduced or even set to 0 and subsequently then set the actual electrical operating voltage and then at this value be maintained. however, since the respective electric current flowing in turn affects the voltage, a regime should be undertaken.
  • [0050] [0050]
    Ein weiterer Einfluss wird aber auch von der jeweiligen für die Abscheidung zur Verfügung stehenden Oberfläche ausgeübt, so dass auch hierdurch ein entsprechender Steuerungs- bzw. Regelungsbedarf erfolgt. Another influence is exercised but by the respective standing for the deposition available surface so that is also a result, a corresponding control and regulation requirements.
  • [0051] [0051]
    Insbesondere dadurch, dass wir eine dreidimensionale Form berücksichtigen müssen, verändert sich selbstverständlich im Laufe der Abscheidung die entsprechende Oberfläche. Especially because we have to consider a three-dimensional shape is changing course during the deposition, the corresponding surface. Bei den in Rede stehenden kleinen Mikrobauteilen wirkt sich die bei der Abscheidung auftretende Oberflächenvergrößerung verstärkt aus. For those at issue small micro components, the occurring in the deposition surface enlargement affects strengthened.
  • [0052] [0052]
    Vorteilhaft kann auch ein Coulomb-Zähler für die Messung der elektrischen Ladung eingesetzt werden. Advantageously, a coulomb counter may be used for the measurement of electric charge. Mit einem solchen Zähler kann beispielsweise der Abscheidungsprozess bei Erreichen einer vorgebbaren elektrischen Ladung für ein jeweils herzustellendes Mikrobauteil die Beendigung der elektrochemischen Abscheidung signalisieren oder einleiten. With such a counter, for example, the deposition process on reaching a predeterminable electric charge for each to manufacture micro-component can signal or initiate the termination of the electrodeposition.
  • [0053] [0053]
    Für den Fall, dass ein Elektrolyt eingesetzt worden ist, bei dem eine Wasserstofffreisetzung erfolgt, ist ein entsprechender Korrekturfaktor zu berücksichtigen. In the event that an electrolyte has been employed in which a hydrogen release occurs, a corresponding correction factor to consider.
  • [0054] [0054]
    Für den Fall, dass die elektrische Stromstärke als primärer Steuer-Regelparameter genutzt wird, sollen die vorab erwähnten Einflüsse ebenfalls berücksichtigt werden. In the event that the electrical current is used as the primary control rule parameters that aforementioned factors should also be considered. Die elektrochemische Abscheidung in dieser Form sollte möglichst bei größeren und gröber strukturierten Masterrohstrukturen eingesetzt werden. The electrochemical deposition in this form should be used if possible in larger and coarser textured Masterrohstrukturen. Dabei sollte über den Abscheidezeitraum die sich entsprechend vergrößerte Oberfläche berücksichtigt werden, was insbesondere durch elektronisch gespeicherte Daten, beispielsweise CAD-Daten für die Masterrohstruktur und unter Kenntnis der jeweiligen Abscheiderate erfolgen kann. The correspondingly increased surface should be considered over the Abscheidezeitraum, which may in particular be made by electronically stored data such as CAD data for Masterrohstruktur and knowledge of the deposition rate. Außerdem sollte die jeweilige elektrische Spannung entsprechend geregelt werden. In addition, the respective electrical voltage should be regulated accordingly.
  • [0055] [0055]
    Auch die Zusammensetzung des Elektrolyts, also der Badinhalt kann einen wesentlichen Einflussfaktor darstellen. Also the composition of the electrolyte, so the bath contents can be a significant factor.
  • [0056] [0056]
    Wie auch aus dem in As well as from the in 2 2 gezeigten Schema für eine Abscheidung von Nickel ersichtlich, spielen erhaltene Zusatz- oder Hilfsstoffe einen Einfluss aus. Scheme shown for a deposition of nickel seen playing additives or auxiliaries obtained from an impact.
  • [0057] [0057]
    So kann beispielsweise bei einer Nickelabscheidung eine Nickelanode, die bevorzugt aus schwefeldepolarisiertem Nickel besteht, eingesetzt werden. For example, at a deposition of nickel, a nickel anode which preferably consists of nickel schwefeldepolarisiertem be used. Dabei sollten Anodenaktivatoren wirken können. Here anode activators should be able to act. Dies können beispielsweise Chlorid- oder weitere Halogenidionen sein. This may, for example chloride or other halide ions.
  • [0058] [0058]
    Vorteilhaft wirkt sich auch eine feine Verteilung des Schwefels in der Nickelanode aus. Advantageously, a fine distribution of sulfur in the nickel anode affects.
  • [0059] [0059]
    Im Elektrolytbad bilden die Nickelionen einen Prekursor in einem im Wesentlichen aus Wasser gebildeten Trägermedium und die elektrische Leitfähigkeit wird durch Sulfate oder Chloride verbessert. In the electrolyte, the nickel ions form a precursor in a substantially formed from water carrier medium and the electrical conductivity is improved by sulfates or chlorides.
  • [0060] [0060]
    Insbesondere wegen der sehr kleinen Dimensionierung der erfindungsgemäß herzustellenden Mikrobauteile erfolgt ein Stofftransport nahezu ausschließlich durch Diffusion, so dass diese Tatsache bei der Einstellung aller physikalischen Parameter, insbesondere der elektrischen Parameter berücksichtigt werden sollte. In particular, because of the very small dimensions of the inventively produced microcomponents carried a mass transport almost exclusively by diffusion, so that this fact should be taken into account when setting all physical parameters, particularly the electrical parameters.
  • [0061] [0061]
    Für die Einhaltung einer Spannungsfreiheit oder die Ausbildung eines mikrokörnigen Gefüges bei der Abscheidung, also der Ausbildung des Mikrobauteiles, wirken sich zusätzliche Additive günstig aus. For compliance with a no voltage or the formation of a micro-grained structure in the deposition, so the design of the micro-component, extra additives act favorable. So können beispielsweise das Benetzungsverhalten verbessernde Additive, wie beispielsweise Saccharin eingesetzt werden. For example, the wetting behavior improving additives such as saccharin may be used.
  • [0062] [0062]
    Außerdem kann eine elektrolytische Abscheidung auch ohne den Anschluss an eine Gleichspannungsquelle erfolgen. In addition, an electrolytic deposition can take place even without connection to a DC voltage source.
  • [0063] [0063]
    Solche stromlosen, chemischen Abscheidungen können mit Nickel, Kupfer, Zinn, Silber und Gold durchgeführt werden, wobei hierbei insbesondere eine entsprechende Startschicht, die das abgeschiedene Metall berücksichtigt, ausgewählt werden sollte. Such electroless chemical depositions may be carried out with nickel, copper, tin, silver and gold, and here in particular a corresponding starting layer, which takes account of the deposited metal should be selected.
  • [0064] [0064]
    Nach der chemischen oder galvanischen Abscheidung ist eine Trennung, Separation der Masterrohstruktur mit gegebenenfalls vorhandener Startschicht vom Mikrobauteil durchzuführen. After the chemical or galvanic deposition of a separation, the separation is carried out with Masterrohstruktur of optionally present start-up layer from the micro-component.
  • [0065] [0065]
    Hierfür können physikalische, thermische und/oder chemische Trennverfahren eingesetzt werden. For this, physical, thermal and / or chemical separation techniques can be used.
  • [0066] [0066]
    So ist beispielsweise ein „Abschrecken" auf niedrige Temperaturen, beispielsweise mittels flüssigen Stick stoffs, bei Kälte unempfindlichen Mikrobauteilen möglich. For example, a "quenching" to low temperatures, for example by liquid stick material, possible with cold insensitive microcomponents.
  • [0067] [0067]
    Im Gegensatz hierzu können aber auch heiße Bäder, beispielsweise Wasser- oder Ölbäder für Wärme unempfindliche Mikrobauteile eingesetzt werden. In contrast, as well as hot baths, such as water or oil baths can be used for heat resistant microcomponents.
  • [0068] [0068]
    Masterrohstrukturen aus polymeren Werkstoffen können aber auch mit geeigneten organischen Lösungsmitteln entfernt werden. but Masterrohstrukturen of polymer materials can also be removed with suitable organic solvents. Es kann aber auch eine thermische Zersetzung und gegebenenfalls Oxidation durchgeführt werden. but it can also be carried out thermal decomposition and, optionally, oxidation.
  • [0069] [0069]
    Eine weitere Möglichkeit besteht im Einsatz einer chemischen Abbeizung, vorzugsweise eine elektrochemische Entfernung unedlerer Startschichten. A further possibility is the use of a chemical pickling, preferably an electrochemical removal unedlerer starting layers.
  • [0070] [0070]
    Auch gezielte Anwendung von mechanischen Schwingungen, bevorzugt Ultraschall ist eine Möglichkeit für eine solche Trennung. Also targeted application of mechanical vibrations, preferably ultrasound is a way for such a separation.
  • [0071] [0071]
    In bestimmten Fällen kann aber auch eine Masterrohstruktur, auch mit einer entsprechenden Startschicht insoweit erwärmt werden, dass ein Aufschmelzen erreicht und durch die entsprechend erniedrigte Viskosität eine Trennung/Separation vom Mikrobauteil erreicht werden kann. In certain instances, but may also be a Masterrohstruktur, also with a corresponding starting layer are heated to the extent that a melting achieved and can be achieved by the micro component by the correspondingly reduced viscosity separation / Separation.
  • [0072] [0072]
    Optional besteht außerdem die Möglichkeit nachfolgend die Mikrobauteile einer weiteren Bearbeitung zu unterziehen, wobei dies insbesondere eine Oberflächenbearbeitung betrifft. Optionally, it is also possible subsequently to subject the microcomponents to further processing, this being particularly relates to a surface treatment.
  • [0073] [0073]
    So können die Oberflächen chemisch, chemisch/mechanisch oder elektrolytisch poliert bzw. auch aufge raut werden. Thus, the surfaces may be roughened, chemically / mechanically or electrolytically polished or also recorded.
  • [0074] [0074]
    Es besteht auch die Möglichkeit, eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung galvanisch in Trommeln, Kassetten oder Gestelltechnik vorzusehen. It is also possible to provide an additional surface coating galvanically in drums, cassettes or mounting systems.
  • [0075] [0075]
    Außerdem sind die Ausbildung von Oberflächenbeschichtungen aus der Gasphase mit an sich bekannten CVD- oder auch PVD-Verfahren einsetzbar. In addition, the formation of surface coatings from the gas phase by means of known CVD or PVD method can be used.
  • [0076] [0076]
    Es können aber auch Lackschichten durch entsprechend bekannte Beschichtungstechniken ausgebildet werden. but it may be formed by appropriately known coating techniques and coating layers.
  • [0077] [0077]
    Die erfindungsgemäß hergestellten Mikrobauteile können als Gieß- und/oder Sinterformen aus Keramik-, Glas- und/oder Polymerwerkstoffen, neben den bereits erwähnten Metallen oder Metalllegierungen eingesetzt werden. The microcomponents according to the invention can be used as casting and / or sintering molds from ceramic, glass and / or polymer materials, besides the above mentioned metals or metal alloys.
  • [0078] [0078]
    Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen nahezu beliebige, frei wählbare dreidimensional gestaltete Mikrobauteile hergestellt werden. With the inventive method virtually any desired, arbitrary three-dimensionally designed micro-components can be made with respect to the processes known from the prior art solutions. Solche Mikrobauteile können unterschiedlich gestaltete Hohlräume aber auch allein oder zusätzlich Hinterschneidungen aufweisen. Such microcomponents may also comprise alone or in addition undercuts differently shaped cavities.
  • [0079] [0079]
    Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. The invention will be explained in greater detail.
  • [0080] [0080]
    Es zeigen: Show it:
  • [0081] [0081]
    1 1 ein Diagramm, das den Einfluss von elektrischer Stromstärke und elektrischer Spannung bei einer elektrochemischen Abscheidung verdeutlicht; a diagram illustrating the influence of electrical current and electrical voltage for an electrochemical deposition;
  • [0082] [0082]
    2 2 in schematischer Form Einflüsse von in einem Abscheidebad enthaltenen Komponenten, bei der Abscheidung von Nickel; in schematic form factors contained in a deposition bath components in the deposition of nickel;
  • [0083] [0083]
    3 3 einen Schnitt durch eine Mikrodüse, als ein Beispiel für ein erfindungsgemäß herstellbares Mikrobauteil und a section through a micro nozzle, as an example of an inventively preparable microcomponent and
  • [0084] [0084]
    4 4 zwei Diagramme, die den Einfluss unterschiedlicher Konzentrationen von Stoffen in einem Abscheidebad, bei der Abscheidung einer Nickelschicht, verdeutlicht. two graphs illustrating the effect of different concentrations of substances in a deposition bath, with the deposition of a nickel layer.
  • [0085] [0085]
    Mit der in With the in 3 3 dargestellten Schnittdarstellung einer Mikrodüse sollen die Möglichkeiten bei der Herstellung von Mikrobauteilen mit Hohlräumen verdeutlicht werden. Sectional view of a micro-nozzle shown will be illustrated with cavities, the possibilities for the production of micro-components.
  • [0086] [0086]
    Diese Mikrodüse hat einen kleinsten freien Querschnitt von 0,3 mm und die Darstellung verdeutlicht dabei, dass ein in dieser Form in einem Mikrobauteil ausgebildeter Hohlraum eine schwer herzustellende dreidimensionale Geometrie darstellt. These micro-nozzle has a smallest free cross-section of 0.3 mm, and the diagram illustrates the process that a trained in this form in a micro die cavity is a difficult to manufacture three-dimensional geometry.
  • [0087] [0087]
    Außerdem weist insbesondere die Düsenöffnung Oberflächenbereiche in unterschiedlichen Konturformen auf. In addition, in particular, the nozzle opening surface areas on in different contour shapes.
  • [0088] [0088]
    Für die Herstellung einer Mikrodüse, wie sie in For the production of a micro-nozzle as in 3 3 gezeigt ist, wird so vorgegangen, dass eine Masterrohstruktur generativ durch ein Schmelzspinnverfahren, wie es zB in As shown, the procedure is such that a Masterrohstruktur generative by a melt spinning process, such as in it DE 43 19 128 C1 DE 43 19 128 C1 beschrieben ist, hergestellt wird. is described, is prepared. Dabei wird als Ausgangsgranulat ein Milchsäurepolymer (polymeres D, L-Lactid) eingesetzt und in einer beheizbaren Prozesskammer auf ca. 180 °C erhitzt. In this case, a lactic acid polymer (polymeric D, L-lactide) is inserted and heated in a heated process chamber to about 180 ° C as the starting granulate.
  • [0089] [0089]
    Die entsprechend dünnflüssige Schmelze wird aus einer Messingdüse herausgedrückt und so gebildete Spinnfäden mit einem Durchmesser von ca. 0,3 mm dreidimensional gesteuert auf eine vorab gebildete Startschicht schichtweise aufgebracht und so gemäß konstruktiver Vorgaben eine dreidimensionale Masterrohstruktur, als Negativform für die Mikrodüse, als ein Beispiel für ein Mikrobauteil generativ aufgebaut. The correspondingly thin liquid melt is pressed out of a brass nozzle and filaments thus formed with a diameter of about 0.3 mm three-dimensionally controlled layerwise applied and so, in accordance with the structural specifications, a three-dimensional Masterrohstruktur as a negative mold for the micro nozzle, as an example of a pre-formed starting layer constructed generative for a micro component.
  • [0090] [0090]
    Die Oberfläche der so hergestellten Masterrohstruktur wird dann in einer Methanol-Wasser-Lösung, in der 30 Masse-% Methanol enthalten sind, geglättet. The surface of the Masterrohstruktur thus prepared is then smoothed in a methanol-water solution in which 30 mass% of methanol are included. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine leichte Erwärmung der Flüssigkeit und der Einfluss von Ultraschall ausgeübt werden. If necessary, a slight warming of the liquid and the influence of ultrasound can be applied in addition. Dadurch lässt sich diese Oberflächenmodifizierung auf einen Zeitraum von ca. 1 min verkürzen, ohne dass ein wesentlicher Werkstoffabtrag erfolgt. Thus, these surface modification can be shortened to a period of about 1 minute, without substantial material removal takes place.
  • [0091] [0091]
    Durch eine solche Behandlung können gegebenenfalls vorhandene Restmonomere bzw. Restoligomere in gelöster Form entfernt werden. By such a treatment existing residual monomers or Restoligomere may be removed in dissolved form if necessary.
  • [0092] [0092]
    Für die Ausbildung der Startschicht kann eine dünne ebene Messingplatte, als stabiles Basismaterial eingesetzt werden. For the formation of the starting layer may comprise a thin planar plate of brass, can be used as a stable base material.
  • [0093] [0093]
    Eine solche Platte wird mit einem herkömmlichen Glanz-Zink-Elektrolyten mit einer ca. 0,05 mm starken Zinkschicht versehen. Such a plate is provided with a conventional gloss-zinc electrolyte with an approximately 0.05 mm thick layer of zinc.
  • [0094] [0094]
    Diese Zinkschicht soll gewährleisten, dass eine leichte Ablösung/Trennung/Separation nach der galvanischen Abscheidung erreichbar ist. This zinc layer is to ensure that a slight separation / isolation / separation after the electro-deposition is attainable. Außerdem kann die Fixierung der aus Milchsäurepolymer bestehenden „Spinnfäden" auf der Zinkoberfläche, wegen der erhöhten chemischen Affinität verbessert und so eine er höhte Haftfestigkeit gewährleistet werden. In addition, the fixation the group consisting of lactic acid polymer "filaments" on the zinc surface, improved due to the increased chemical affinity and so one he creased adhesion are guaranteed.
  • [0095] [0095]
    Die so vorbereitete Masterrohstruktur mit Startschicht und Messingplatte kann dann in ein für die Abscheidung von Nickel geeignetes Elektrolyt, das auch als „Watts-Elektrolyt" bezeichnet wird, eingesetzt werden. The thus prepared Masterrohstruktur with starting layer and brass plate can then be used in a suitable electrolyte for the deposition of nickel, which is also referred to as "Watts electrolyte".
  • [0096] [0096]
    Dieses hat eine Grundzusammensetzung: This has a basic composition:
    105 g/L Nickel in Form von Nickelsulfat und Nickelchlorid 105 g / L nickel in form of nickel sulfate and nickel chloride
    10 g/L Nickelchlorid wasserfrei zur besseren Anodenlöslichkeit 10 g / L nickel chloride anhydrous for better anode solubility
    30 g/L Borsäure als Pufferreagenz 30 g / L boric acid as a buffer reagent
    100 mg/L Netzmittel und 100 mg / L wetting agent and
    500 mg/L Saccharin zur Minderung der inneren Spannungen. 500 mg / L of saccharin for the reduction of internal stresses.
  • [0097] [0097]
    Vorab wurde sichergestellt, dass die Startschicht eine intensive Kontaktierung aufwies. Preliminary ensured that the starting layer had intensive contact. Dies kann bevorzugt mit Stiftkontakten erreicht werden, wobei die Kontaktstellen mittels eines elektrolytresistenten Lackes isoliert werden sollten, um Blindströme zu vermeiden. This can preferably be achieved with pin contacts, the contact points by means of an electrolyte-resistant coating should be isolated to avoid reactive currents.
  • [0098] [0098]
    Im Elektrolyten wurde ein pH-Wert von 3,9 eingestellt, der während der ganzen elektrochemischen Abscheidung auch eingehalten werden sollte. In the electrolyte, a pH of 3.9 was set, which should be adhered to throughout the electrochemical deposition.
  • [0099] [0099]
    Die Abscheidung wurde bei einer Temperatur von 50 °C gehalten. The deposition was maintained at a temperature of 50 ° C.
  • [0100] [0100]
    Der Elektrolyt wurde mit einem 5 μm-Kerzenfilter, über den auch eine Nachdosierung gesichert ist, umgewälzt. The electrolyte was circulated with a 5 micron cartridge filter, via which a replenishment is secured.
  • [0101] [0101]
    Die Saccharinkonzentration im Elektrolyten wurde unter Berücksichtigung innerhalb eines ausgewählten Arbeitsbereiches A, wie er den in The Saccharinkonzentration in the electrolyte has been under consideration within a selected operating range A, as in the 4 4 gezeigten Diagrammen entnommen werden kann, gehalten. can be taken from charts shown held. So konnten definierte und konstante Eigenschaften für die Ausbildung der Nickelschicht eingehalten werden. As defined and constant properties for the formation of the nickel layer could be observed.
  • [0102] [0102]
    Es sollte auf möglichst geringe innere Spannungen geachtet werden. Attention should be paid to minimizing internal stresses.
  • [0103] [0103]
    Die bei der galvanischen Abscheidung eingesetzte elektrische Spannung sollte im Bereich II, der auch als „Tafelbereich" bezeichnet werden kann, gehalten werden. Die angelegte elektrische Spannung sollte dabei möglichst niedrige Werte einhalten, um eine erhöhte Streufähigkeit des Elektrolyten und dementsprechend einen gleichmäßigen und gleichzeitigen Aufbau der Mikrodüse zu gewährleisten. Die Spannung wird dabei beispielhaft so eingeregelt, dass eine mittlere Stromdichte von 0,1 A/gdm erzielt wird. The electrical voltage used in the electrolytic deposition should be in the range II, which can also be referred to as "panel area," held. The electrical voltage applied should this within the lowest possible values ​​for the an increased throwing power of the electrolyte and accordingly, a uniform and simultaneous pitching to ensure the micro nozzle. the voltage is regulated by way of example so that an average current density of 0.1 a / gdm is achieved.
  • [0104] [0104]
    Anstelle des erwähnten „Watts-Elektrolyten" kann aber auch ein Nickelsulfamat-Elektrolyt eingesetzt werden. In diesem Falle sollte auf jeden Fall eine hochwertige Nickelsulfamatpräparation beachtet sein. Instead of the mentioned "Watts electrolyte," but also a nickel sulfamate electrolyte can be used. In this case, a high-quality Nickelsulfamatpräparation should be respected in any case.
  • [0105] [0105]
    Die elektrochemische Abscheidung kann beendet werden, wenn die erfindungsgemäß herzustellende Mikrodüse einen ausreichend großen Außendurchmesser erreicht hat. The electrochemical deposition can be terminated when the inventively produced micro-nozzle has reached a sufficiently large outside diameter.
  • [0106] [0106]
    Nach der Entnahme aus dem Elektrolyten kann in einem Trockenofen dann eine Erwärmung auf Temperaturen im Bereich zwischen 150 und 180 °C durchgeführt werden. After removal from the electrolyte, heating to temperatures in the range between 150 and 180 ° C can then be carried out in a drying oven. Das die Masterrohstruktur bildende Polymer schmilzt auf und kann abtropfen. The polymer forming the Masterrohstruktur melts and may drip. Gegebenenfalls noch an der Startschicht anhaftende Polymerteile sowie das die Startschicht bildende Zink können mit einer 10 Vol. %-igen Schwefelsäure entfernt werden. Optionally, still adhering to the starter layer polymer parts and the zinc forming the starting layer may be removed with a 10 vol.% Sulfuric acid.
  • [0107] [0107]
    Nachfolgend kann die so hergestellte Mikrodüse in warmen Wasser und Azeton gespült, gegebenenfalls zusätzlich durch eine weitere Säurebehandlung vollständig gereinigt werden. Subsequently, the micro nozzle thus prepared can be rinsed in warm water and acetone, optionally in addition completely purified by a further acid treatment.
  • [0108] [0108]
    Gegebenenfalls können aber auch noch zumindest Oberflächenbereiche, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnt, noch zusätzlich behandelt bzw. beschichtet werden. Optionally, but can also at least in surface areas, as mentioned in the general part of the description, be additionally treated or coated.

Claims (33)

  1. Verfahren zur freiformenden Herstellung von dreidimensionalen Hohlräume oder Hinterschneidungen aufweisenden Mikrobauteilen mit folgenden Schritten: – Herstellung einer als Negativform dienenden dreidimensionalen Masterrohstruktur beliebiger Geometrie mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, – definierte Einstellung der Oberflächentopographie der Masterrohstruktur durch eine chemische Oberflächenbehandlung – chemische und/oder elektrolytische Abscheidung oder Einbringung eines Metalls und/oder eines anderen Werkstoffs in mindestens einem von der Masterrohstruktur vorgegebenen Hohlraum unter Aufbau der Struktur des mindestens einen Mikrobauteils sowie – chemische, physikalische und/oder mechanische Auf- und/oder Ablösung der Masterrohstruktur und Startschicht von dem mindestens einen Mikrobauteil. A method for free-forming of three-dimensional cavities or undercuts having microcomponents having the following steps: - preparation of a serving as a negative form three-dimensional Masterrohstruktur arbitrary geometry by means of a generative manufacturing method - defined adjustment of the surface topography of the Masterrohstruktur by a chemical surface treatment - chemical and / or electrolytic deposition or incorporation a metal and / or other material into at least one predetermined of the Masterrohstruktur cavity under construction of the structure of the at least one microcomponent and - chemical, physical and / or mechanical assembly and / or replacement of the Masterrohstruktur and starting layer of the at least one micro-component.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masterrohstruktur durch ein Schmelzspinnverfahren aus einem thermoplastischen Polymer erzeugt wird. A method according to claim 1, characterized in that the Masterrohstruktur is produced by a melt spinning process of a thermoplastic polymer.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masterrohstruktur schichtweise durch einen lokal definierten Energieeintrag dreidimensional aufgebaut wird. A method according to claim 1, characterized in that the Masterrohstruktur is built up in layers three-dimensionally by a locally defined energy input.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masterrohstruktur durch ein stereolithographisches Verfahren aus einem Photopolymer erzeugt wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the Masterrohstruktur is generated by a stereolithographic process from a photopolymer.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masterrohstruktur durch ein Laser-Sinterverfahren erzeugt wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the Masterrohstruktur is generated by a laser sintering process.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Einstellung der Oberflächentopographie durch Glättung der Oberfläche mittels Lösemitteln und/oder Reagenzien erfolgt. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the defined adjustment of the surface topography by smoothing the surface by means of solvents and / or reagents takes place.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wässrige oder wasserbasierende Lösemittel verwendet werden. A method according to claim 6, characterized in that the aqueous or water-based solvents are used.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Einstellung der Oberflächentopographie durch Aufrauen der Oberfläche mit Reagenzien, zB durch Anbeizen, erfolgt. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the defined adjustment of the surface topography by roughening the surface with reagents, for example, is carried out by Anbeizen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauhen durch Temperatur- und/oder Ultraschallbehandlung unterstützt wird. A method according to claim 8, characterized in that the roughening is supported by temperature and / or ultrasonic treatment.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Einstellung der Oberflächentopographie durch eine chemische Modifizierung der Oberfläche begleitet wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the defined adjustment of the surface topography is accompanied by chemical modification of the surface.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als chemische Modifizierung eine Hydrophilierung der Oberfläche durch Behandlung mit oxidativ oder hydrolysiernd wirkenden Chemikalien in wässrigen und organischen Lösungsmitteln durchgeführt wird. A method according to claim 10, characterized in that a hydrophilization of the surface is carried out by treatment with oxidatively or hydrolysiernd acting chemicals in aqueous and organic solvents as the chemical modification.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masterrohstruktur zusätzlich mit einer haftfesten und leitfähigen Startschicht versehen wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the Masterrohstruktur is additionally provided with an adherent and conductive seed layer.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Startschicht eine metallische Kombinationsschicht verwendet wird. A method according to claim 12, characterized in that a metallic layer is used as a combination seed layer.
  14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Masterrohstruktur auf der Startschicht abgeschieden wird. A method according to any one of claims 12 or 13, characterized in that the Masterrohstruktur is deposited on the seed layer.
  15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Startschicht auf der Masterrohstruktur abgeschieden wird. A method according to any one of claims 12 or 13, characterized in that the starting layer is deposited on the Masterrohstruktur.
  16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Startschicht mit der Masterrohstruktur kontaktiert und/oder verbunden wird. A method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that the starting layer contacted with the Masterrohstruktur and / or is connected.
  17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Startschicht bereichsweise passiviert wird oder mit einer leicht abätzbaren Deckschicht versehen wird. A method according to any one of claims 12 to 16, characterized in that the starter layer is partially passivated or provided with a slightly abätzbaren topcoat.
  18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Startschicht aus Zink gebildet wird. A method according to any one of claims 12 to 17, characterized in that the starter layer is formed from zinc.
  19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall und/oder der andere Werkstoff ausgehend von der Startschicht chemisch und/oder elektrolytisch abge schieden wird. A method according to any one of claims 12 to 18, characterized in that the metal and / or the other material is eliminated, starting chemically and / or electrolytically abge from the starting layer.
  20. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytische Deposition mit einem nickelhaltigen Elektrolyten, zB Watts-Elektrolyt, durchgeführt wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrolytic deposition using a nickel-containing electrolyte, for example, Watts' electrolyte, is performed.
  21. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytische Deposition spannungsgesteuert durchgeführt wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrolytic deposition is carried out voltage-controlled.
  22. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Abscheidung kurzzeitig eine erhöhte Spannung angelegt und anschließend bei reduzierter Spannung und einem mittleren elektrischen Strom die Abscheidung durchgeführt wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that momentarily applying a boosted voltage before the deposition, then the deposition is carried out at reduced voltage and an average electric current.
  23. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytische Deposition stromgesteuert durchgeführt wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrolytic deposition is carried out current-controlled.
  24. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytische Deposition in Nickel-, Kupfer-, Gold-, Silber-, Chrom-, Zink-, Zinn- oder Aluminiumbädern erfolgt. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrolytic deposition in nickel, copper, gold, silver, chromium, zinc, tin or aluminum baths occurs.
  25. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anode bei der elektrolytischen Deposition Nickel oder nickelhaltiges Material verwendet wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that nickel or nickel-containing material is used as an anode during the electrolytic deposition.
  26. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der elektrolytischen Deposition dem wässrigen Elektrolyten Zusatzstoffe, wie zB Halogenide oder Saccharin, zugesetzt werden. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrolytic deposition are in the nonaqueous electrolyte additives, such as halides or saccharin added.
  27. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Masterrohstruktur nach der Herstellung mit oxidativ oder hydrolysierend wirkenden Reagenzien und/oder einem Lösungsmittel chemisch behandelt wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface of the Masterrohstruktur after preparation with oxidative or hydrolytic acting reagents and / or a solvent is chemically treated.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein wässriges Lösungsmittel, zB ein Methanol-Wasser-Gemisch, zum Glätten der Masterrohstrukturoberfläche verwendet wird. A method according to claim 27, characterized in that an aqueous solvent, for example, is used, a methanol-water mixture for smoothing the Masterrohstrukturoberfläche.
  29. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine chemische oder elektrolytische Nachbehandlung der Oberfläche des Mikrobauteils durchgeführt wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a chemical or electrolytic treatment of the surface of the microcomponent is performed.
  30. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine nachträgliche elektrolytische Beschichtung des Mikrobauteils erfolgt. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a subsequent electrolytic coating of the microcomponent occurs.
  31. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine chemische oder physikalische Beschichtung des Mikrobauteils aus der Gasphase durchgeführt wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a chemical or physical coating of the microcomponent from the gas phase is performed.
  32. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrobauteil im Anschluss lackiert wird. A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the microcomponent is painted subsequently.
  33. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 32 zur Herstellung von Gieß- und/oder Sinterformen aus Keramik-, Glas- und/oder Polymerstoffen. Use of the method according to at least one of claims 1 to 32 for the production of casting and / or sintering shapes from ceramic, glass and / or polymer materials.
DE2003153060 2003-11-13 2003-11-13 Micro components manufacturing method, involves manufacturing three-dimensional master raw components of various shapes, and chemically, physically or mechanically separating master components and metal layer from micro component Withdrawn DE10353060A1 (en)

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DE2003153060 Withdrawn DE10353060A1 (en) 2003-11-13 2003-11-13 Micro components manufacturing method, involves manufacturing three-dimensional master raw components of various shapes, and chemically, physically or mechanically separating master components and metal layer from micro component

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