DE10392199T5

DE10392199T5 - Folie mit Mikroarchitektur

Info

Publication number: DE10392199T5
Application number: DE10392199T
Authority: DE
Inventors: Craig S. Rockford Corcoran; William J. Mentor Jaecklein; Robert M. Libertyville Pricone; W. Scott Palatine Thielmann; Cindy Chia-Wen San Dimas Chiu; David Hsein-Pin Buena Park Chen
Original assignee: Avery Dennison Corp
Current assignee: Avery Dennison Corp
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2005-01-05
Also published as: US20050118393A1; WO2003061949A1; US20040126538A1

Abstract

Eine Folie (20), die eine thermoplastische Schicht (32) aus einem thermoplastischen Material mit einer Dicke von 1000 μm oder weniger und eine Mikroarchitektur umfasst, die in der thermoplastischen Schicht (32) ausgebildet ist,
wobei die Architektur mindestens einen Mikrodurchgang (22) umfasst, der sich durch die Dicke der Schicht (32) aus einem thermoplastischen Material erstreckt,
wobei der Mikrodurchgang (22) eine maximale Querschnittsfläche mit einer vorherrschenden Abmessung aufweist, die kleiner ist als die Dicke des thermoplastischen Materials und/oder in einem Bereich von etwa 5 bis 20 μm liegt.

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein eine Folie mit einer Architektur, die für ein Einbeziehen in Mikrofluidvorrichtungen, mikroelektronische, mikromechanische und/oder mikrooptische Vorrichtungen geeignet ist.

Der Ausdruck "Mikroarchitektur" bezieht sich auf eine oder mehrere Mikrostrukturen (z.B. mit einer Abmessung von nicht mehr als 1000 μm), die in einem vorgegebenen Muster auf einem Substrat angeordnet sind, bei dem es sich z.B. um eine starre oder flexible Folie bzw. Platte handeln kann. Typische Mikroarchitekturen umfassen Kanäle, Mulden und/oder Ausnehmungen mit Tiefen, die geringer sind als die Dicke des nicht geformten ursprünglichen Substrats. Diese Mikroarchitekturen können Durchgänge umfassen, die sich in den x-y-Richtungen des Substrats erstrecken. Die Abmessungen dieser Kanäle und Mulden können eine Tiefe im Bereich von 0,00020 Inch bis 0,008 Inch (5 bis 200 μm) aufweisen; 0,00020 Inch bis 10 Inch (5 μm bis 25,4 cm) und die Kanäle können windungsartige Formen aufweisen.

Die volumetrische Genauigkeit der Mikrodurchgänge ist dahingehend sehr wichtig, dass bei vielen Anwendungen eine Genauigkeit von 90% oder mehr bei der Querschnittsfläche über die Länge eines Kanals von Kanal zu Kanal und/oder von Mulde zu Mulde eingehalten werden muss. Zusätzlich zur volumetrischen Genauigkeit ist die Oberflächentextur des Kanals extrem signifikant, insbesondere z.B. bei Mikrofluidanwendungen. Beispielsweise kann die Glätte oder die Rauhigkeit des Kanals die Reibung, den Strömungswiderstand der Oberfläche, das Diffusionsvermögen und/oder das Strömungsmuster im Hinblick auf eine laminare oder turbulente Strömung beeinflussen. Ferner kann das Ausmaß von Restspannungen dahingehend sehr relevant sein, dass dieses direkt mit der Strangorientierung zusammenhängt, was zu einer unerwünschten Polarisation führen kann, und/oder da die Relaxation dieser Spannungen während einer anschließenden Verarbeitung oder während der Gebrauchsdauer des Produkts zu einer Instabilität bezüglich der Abmessungen führt.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Mikroarchitektur bereit, die Durchgänge umfasst, die sich in der z-Richtung durch die Dicke des Substrats erstrecken. Auf diese Weise können Mikrofluidanwendungen, mikroelektronische, mikromechanische und/oder mikrooptische Anwendungen geschaffen werden, bei denen ein Durchfluss, eine Durchgangsleitfähigkeit, eine Durchgangsübertragung und/oder andere Durchgangsmuster erforderlich ist bzw. sind. Die vorliegende Erfindung stellt auch Durchgang-definierende Oberflächen bereit, die eine bessere Größengenauigkeit, eine verbesserte Mustergenauigkeit, eine erhöhte Winkelgenauigkeit und/oder eine bessere Steuerung der Oberflächeneigenschaften (z.B. Textur) aufweisen als Durchgang-definierende Oberflächen, die mit herkömmlichen Verfahren gebildet worden sind, wie z.B. mit Härtungs-, Abtragungs-, Stempel-, Walzenpräge-, Photolithographie-, UV-Präge- und Stanztechniken.

Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Folie bereit, die eine thermoplastische Schicht aus einem thermoplastischen Material und eine Mikroarchitektur umfasst, die mindestens einen Mikrodurchgang umfasst, der sich durch die Dicke der Schicht des thermoplastischen Materials erstreckt. Die Folie kann eine Dicke im Bereich von etwa 15 bis etwa 300 μm, etwa 200 bis etwa 300 μm, etwa 40 bis etwa 100 μm und/oder etwa 15 bis etwa 25 μm aufweisen. Der Durchgang kann eine minimale Querschnittsfläche mit einer vorherrschenden Abmessung aufweisen, die kleiner ist als die Dicke des thermoplastischen Materials. Zusätzlich oder alternativ kann die vorherrschende Abmessung der minimalen Querschnittsfläche im Bereich von etwa 5 bis 20 μm und/oder etwa 10 bis etwa 15 μm liegen.

Der Durchgang kann eine axiale Abmessung, die gleich der Dicke der thermoplastischen Schicht ist, ein erstes axiales Ende, das der maximalen Querschnittsfläche des Durchgangs entspricht, und ein zweites axiales Ende aufweisen, das der minimalen Querschnittsfläche des Durchgangs entspricht. Das erste und das zweite axiale Ende können eine ähnliche Geometrie, verschiedene Geometrien, eine polygonale Geometrie (regelmäßig oder unregelmäßig) und/oder eine im Wesentlichen kreisförmige (z.B. Kreis oder Oval) Geometrie aufweisen. Die den Durchgang definierenden Wände der Folie, welche das erste axiale Ende und das zweite axiale Ende verbinden, können eine konstante Neigung, eine sich kontinuierlich ändernde Neigung (z.B. eine bogenförmige Neigung) oder eine sich diskontinuierlich ändernde Neigung (z.B. eine Abstufung) aufweisen.

Die Mikroarchitektur kann einen einzelnen Durchgang oder eine Mehrzahl von Durchgängen umfassen. Die Mehrzahl von Durchgängen kann in einem Abstand im Bereich von etwa 30 bis etwa 70 μm und/oder etwa 50 μm voneinander getrennt sein. Sie können in einer Matrixanordnung von Reihen und Spalten positioniert sein und die Reihen/Spalten können entweder ausgerichtet oder versetzt sein. Die Mikroarchitektur kann ferner eine oder mehrere Ausnehmungen (z.B. Mulden, Kanäle, usw.) umfassen, die sich nicht durch die Dicke der thermoplastischen Schicht erstrecken.

Die Folie kann flache obere und untere x-y-Oberflächen aufweisen, in denen die Durchgänge und gegebenenfalls andere Vertiefungen (z.B. x-y-Kanäle, Ausnehmungen oder Mulden, die sich nicht durch die Dicke der Folie erstrecken) ausgebildet sind. Stattdessen kann die Mikroarchitektur Strukturen umfassen, die sich von deren unterer und/oder oberer Oberfläche nach außen vorwölben, wodurch diese Strukturen, in Kombination mit den Durchgängen, die Folie mit einer Mehrniveau-Topographie ausstatten. Die vorgewölbten Strukturen können abhängig von der Gestaltung der Architektur die gleiche Höhe oder verschiedene Höhen aufweisen.

Die Folie kann eine einzelne Schicht aus einem thermoplastischen Material umfassen. Alternativ kann die Folie mehrere Schichten aus den gleichen oder verschiedenen thermoplastischen Materialien umfassen. Insbesondere bezüglich Mehrschichtfolien, die aus verschiedenen Materialien hergestellt sind, können coextrudierte Folien verwendet werden, um einen Gradienten der Oberflächeneigenschaften entlang der z-Achse des Durchgangs bzw. der Durchgänge bereitzustellen.

Gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Folie mit einem Werkzeug hergestellt werden, das eine Vorwölbung aufweist, deren Größe, Form und Anordnung derart ist, dass sie jedem Durchgang entspricht. Wenn die Mikroarchitektur eine Mehrzahl von Durchgängen aufweist, wird das Werkzeug demgemäß eine Mehrzahl von Vorwölbungen aufweisen. Wenn die gewünschte Architektur andere Vertiefungen (z.B. Kanäle, Ausnehmungen, Mulden, usw.) und/oder nach außen vorgewölbte Strukturen umfasst, kann das Werkzeug die entgegengesetzten Merkmale dieser Architekturmerkmale aufweisen, so dass sie gleichzeitig mit dem Durchgang bzw. den Durchgängen hergestellt werden können.

Bei diesem Verfahren wird die thermoplastische Schicht so erhitzt, dass das thermoplastische Material ausreichend fließfähig ist, so dass sich die Vorwölbungen dann, wenn das Werkzeug und die thermoplastische Schicht in geeigneter Weise relativ zueinander positioniert sind, durch die ausreichend fließfähige thermoplastische Schicht erstrecken. Die thermoplastische Schicht wird dann abgekühlt, so dass sich das thermoplastische Material um die Vorwölbung(en) herum verfestigt. Das Werkzeug und die thermoplastische Schicht werden dann voneinander abgezogen (z.B. wird das Werkzeug von der thermoplastischen Schicht abgezogen oder die thermoplastische Schicht wird von dem Werkzeug abgezogen).

Eine Trägerschicht kann der thermoplastischen Schicht überlagert sein, um der angrenzenden Seite der thermoplastischen Schicht eine gewünschte Oberflächenmorphologie zu verleihen (z.B. eine flache Oberfläche mit hoher Oberflächengüte) und/oder um die Schicht während bestimmter Verfahrensschritte zu stützen. Zu diesem Zweck kann die Kunststoffträgerschicht, wenn diese thermoplastisch ist, eine Glasübergangstemperatur aufweisen, die wesentlich größer ist als die Glasübergangstemperatur der gewünschten thermoplastischen Schicht. Während der Herstellung der Folie können sich die Vorwölbungen teilweise oder vollständig durch die Trägerfolie erstrecken, wodurch in der Trägerfolie Ausnehmungen gebildet werden, die mit den Durchgängen in dem thermoplastischen Material ausgerichtet sind.

Diese und andere Merkmale der Erfindung sind vollständig und detailliert in den Ansprüchen angegeben. Die nachstehende Beschreibung und die Zeichnungen zeigen detailliert veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung, die einige der verschiedenen Wege zeigen, wie die erfindungsgemäßen Prinzipien eingesetzt werden können.
1 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Folie, wobei die Folie eine Mikroarchitektur aufweist, die eine Matrix von Durchgängen umfasst, die sich durch die Dicke (d.h. die z-Richtung) der Folie erstrecken.
2 ist eine Seitenquerschnittsansicht der Folie.
2A ist eine schematische Ansicht, welche die Geometrie eines der Durchgänge in der in den 1 und 2 gezeigten Folie zeigt.
Die 2B bis 2M sind schematische Ansichten, die andere mögliche Geometrien des Durchgangs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Die 3A bis 3C sind Seitenquerschnittsansichten von Mehrschichtfolien.
Die 4A bis 4C sind schematische Seitenansichten von Folien, die andere, von Durchgängen verschiedene Architekturmerkmale umfassen.
Die 5A bis 5L sind schematische Ansichten von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Harzfolie.
Die 6A bis 6C sind schematische Ansichten der Folie, bei der die Durchgänge gemäß der vorliegenden Erfindung elektrisch leitfähig gemacht worden sind.
Die 7A bis 7D sind schematische Ansichten einer Mehrzahl von Folien, die erfindungsgemäß gestapelt sind, und von Werkzeugen zur Herstellung solcher Folien.
Die 8A bis 8C sind schematische Ansichten erfindungsgemäßer abgedeckter Folien.
Die 9A bis 9D sind schematische Ansichten eines Durchgangs mit einem darin enthaltenen Mikrostrukturblock und von Zusammenbauschritten zum Positionieren der Mikrostrukturblöcke in den Durchgängen.
Unter detaillierter Bezugnahme auf die Zeichnungen und zunächst auf die 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Folie 20 gezeigt. Die Folie 20 umfasst eine Mikrostrukturarchitektur, die eine Matrix von Durchgängen 22 umfasst, die sich vollständig durch die Folie 20 erstrecken. Auf diese Weise kann die Folie 20 in Anwendungen eingesetzt werden, die einen Durchfluss, eine durchgehende Leitfähigkeit oder andere Durchgangsmuster erfordern.
Die Folie 20 kann eine einzelne Schicht aus einem thermoplastischen Material oder eine Mehrzahl von thermoplastischen Schichten sein, die mit der vorgesehenen Anwendung verträglich ist bzw. sind. Beispielsweise kann das thermoplastische Material Polyolefine, und zwar sowohl lineare als auch verzweigte Polyolefine, Polyamide, Polystyrole, Polyurethane, Polysulfone, Polyvinylchlorid, Polycarbonate und Acrylpolymere und -copolymere umfassen. Wenn die Folie 20 in einen chemischen, biochemischen oder pharmazeutischen Test einbezogen werden soll, kann ein Polymer/Copolymer ausgewählt werden, das bezüglich der in dem Test verwendeten Proben und Reagenzien chemisch inert ist oder das andere immanente Merkmale aufweist, welche das Gesamtleistungsvermögen der Vorrichtung verbessern können, wie z.B. eine Hydrophilie/Hydrophobie. Wenn die Folie 20 in ein Gerät einbezogen werden soll, das auf Emissions- oder Reflexionseigenschaften zur Erfassung eines interessierenden Ereignisses beruht (z.B. Fluorimetrie, Kolorimetrie oder Spektroskopie), dann kann ein Polymer/Copolymer ausgewählt werden, das mit der Absorption oder Emission der Signale in Richtung der Probe oder von der Probe nicht in Wechselwirkung tritt. Wenn die Produktfolie 20 in eine elektrische Schaltung einbezogen werden soll, dann können die elektrischen/dielektrischen Eigenschaften des Polymers/Copolymers berücksichtigt werden.
Die Folie 20 kann eine im Wesentlichen planare Geometrie aufweisen, die z.B. eine Breite W, eine Länge L und eine Dicke T aufweist. Die Breite W kann über die Länge der Folie konstant sein und eine Abmessung aufweisen, die mit der Ausrüstung kompatibel ist, die verwendet wird, um die Folie 20 in das gewünschte Endprodukt einzubringen. Die Länge L kann eine vorgegebene Distanz im gleichen allgemeinen Bereich wie die Breite W sein oder kann wesentlich länger sein, so dass die Folie 20 einer kontinuierlichen Bahn ähnelt. Die Dicke T liegt im Allgemeinen im Bereich von etwa 15 bis etwa 300 μm, etwa 200 bis etwa 300 μm, etwa 40 bis etwa 100 μm und/oder etwa 15 bis etwa 25 μm. Die Dicke T kann über die Länge und/oder die Breite der Folie konstant sein.
Die Matrixanordnung der Durchgänge 22 kann in Form ausgerichteter Reihen/Spalten, versetzter Reihen/Spalten und/oder sich ändernder Reihen/Spalten vorliegen. Zusätzlich oder alternativ kann der Abstand zwischen den Durchgängen 22 gleich sein, sich proportional ändern und/oder einfach verschieden sein. Die Durchgänge 22 können auch statistisch angeordnet sein, so dass ein Matrixmuster oder eine Abstandssequenz nicht erkennbar ist. In jedem Fall kann der minimale Abstand zwischen angrenzenden Durchgängen 22 (Mitte-zu-Mitte) im Bereich von etwa 30 bis 70 μm, etwa 40 bis 60 μm und/oder etwa 50 μm liegen.
In der 2A ist die Geometrie eines der Durchgänge 22 schematisch gezeigt. Der veranschaulichte Durchgang 22 weist eine Kegelstumpfform mit einer Abmessung in z-Achsenrichtung A, die gleich der Dicke T der Folie 20 ist, ein erstes (oberes) kreisförmiges axiales Ende und ein zweites (unteres) kreisförmiges axiales Ende auf. Die Fläche des oberen Endes ist größer als die Fläche des unteren Endes, so dass sich der Durchgang 22 nach unten verjüngt (es sollte jedoch beachtet werden, dass die Folie 22 einfach umgedreht werden könnte, so dass ein Durchgang bereitgestellt wird, der sich nach oben verjüngt).
Die Verjüngungsform des Durchgangs 22 ist bevorzugt, da diese Geometrie für bestimmte Verfahren zur Herstellung der Folie 20 geeignet ist, bei denen ein geeigneter "Freigabewinkel" erforderlich ist. In bestimmten Situationen kann ein kleiner Freigabewinkel im Bereich von etwa 3° bis etwa 5° gewünscht sein, so dass sich Querschnittsflächen entlang der Achse des Durchgangs nicht signifikant unterscheiden. In anderen Situationen können jedoch große Verjüngungswinkel im Bereich von etwa 30° bis 60° besser geeignet sein.
Die Verjüngungsform des Durchgangs 22 ist bevorzugt, da diese Geometrie für bestimmte Verfahren und/oder Vorrichtungen zur Herstellung der Folie 20 geeignet ist. Mit anderen Worten: Ein axiales Ende definiert die maximale Querschnittsfläche des Durchgangs 22 und das andere axiale Ende definiert die minimale Querschnittsfläche des Durchgangs 22. In vielen Fällen wird die vorherrschende Abmessung (z.B. der Durchmesser eines kreisförmigen Endes, die Länge eines rechteckigen Endes, die Höhe/Basis eines dreieckigen Endes, usw.), welche das axiale Ende mit dem maximalen Querschnitt definiert, kleiner sein als die Dicke T der Folie 20 und folglich kleiner als die axiale Abmessung des Durchgangs 22. In der vorliegenden Erfindung ist eine vorherrschende Abmessung im Bereich von etwa 0,10 μm bis etwa 3,0 μm vorgesehen.
Zusätzlich oder alternativ liegt die vorherrschende Abmessung des größeren axialen Endes im Bereich von etwa 5 bis 20 μm und/oder etwa 10 bis etwa 15 μm. Wenn die vorherrschende Abmessung des größeren axialen Endes im Bereich von 5 bis 20 μm liegt, kann die vorherrschende Abmessung des kleineren axialen Endes im Bereich von etwa 2 bis etwa 10 μm und/oder etwa 3 bis etwa 5 μm liegen. Beispielsweise könnte das obere axiale Ende in der in den 1 und 2 gezeigten Kegelstumpfform einen Durchmesser von etwa 13 μm aufweisen und/oder das untere axiale Ende könnte einen Durchmesser von etwa 3 μm aufweisen.
In der vorliegenden Erfindung sind auch andere Durchgangsgeometrien möglich und vorgesehen. Beispielsweise können, wie es in den 2B bis 2J gezeigt ist, die axialen Enden stattdessen dreieckig (2B), quadratisch (2C), rechteckig (2D), oval (2E) oder als unregelmäßiges Polygon (2K) oder in einer anderen unregelmäßigen Form (2L) vorliegen. Die Wände, welche die axialen Enden verbinden, können eine konstante Neigung (2A bis 2E, 2K, 2L), eine sich kontinuierlich ändernde Neigung (2H) oder eine sich diskontinuierlich ändernde Neigung (2G) aufweisen. Die Geometrie der Querschnittsform kann gleich bleiben (2A bis 2H und 2J) oder sie kann sich bei einer vorgegebenen Tiefe in dem Durchgang ändern (2I). Die Mitten der axialen Enden können ausgerichtet sein (2A bis 2L) oder sie können relativ zueinander verschoben sein, so dass ein "unsymmetrischer" Durchgang bereitgestellt wird (2M). Es sollte jedoch beachtet werden, dass ungeachtet der Durchgangsgeometrie ein geeigneter Freigabewinkel über ein beliebiges kontinuierliches "vertikales" Wandsegment erforderlich sein kann.
Wie es vorstehend angegeben worden ist, kann die Folie 20 eine einzelne thermoplastische Schicht sein oder aus einer Mehrzahl thermoplastischer Schichten aufgebaut sein. Wenn die Folie 20 mehrschichtig ist, wie es in den 3A bis 3C gezeigt ist, kann sie coextrudierte und/oder laminierte Schichten des gleichen thermoplastischen Materials umfassen (3A und 3B). Zusätzlich oder alternativ kann die Folie 20 coextrudierte und/oder laminierte Schichten aus verschiedenen thermoplastischen Materialien umfassen (3B und 3C). Die Schichten können die gleiche Dicke oder verschiedene Dicken aufweisen.
Insbesondere bezüglich Mehrschichtfolien, die aus verschiedenen Materialien hergestellt sind, können coextrudierte Folien verwendet werden, um einen Gradienten der Oberflächeneigenschaften entlang der z-Achse des Durchgangs bzw. der Durchgänge bereitzustellen. Beispielsweise könnte eine hydrophile obere Schicht einer coextrudierten Folie eine Fluidprobe halten, während eine untere Schicht mit hydrophoberen Eigenschaften ein Herausfließen aus dem Durchgang bzw. den Durchgängen verhindern könnte. Bei einem anderen Beispiel könnte ein Gradient aus hydrophilen Schichten bereitgestellt werden, der die Energie erhöhen oder verändern könnte, die zum Durchfließen durch den Durchgang bzw. die Durchgänge aufgrund des Gradienten der Hydrophilieunterschiede der Oberfläche erforderlich ist. Bei einem weiteren Beispiel könnten verschiedene Schichten verschiedene Ätzbeständigkeiten aufweisen.
Die Durchgänge 22 können das einzige ausgebildete Arbeitsmerkmal auf der Folie 20 sein oder sie können Teil eines Architekturschemas sein, das andere Elemente umfasst, wie sie in den 4A bis 4C gezeigt sind. Beispielsweise kann die Mikroarchitektur andere Vertiefungen 24 umfassen, die sich nicht durch die Dicke der Folie 20 erstrecken, wie z.B. Ausnehmungen, Mulden und/oder Kanäle (4A und 4C). Zusätzlich oder alternativ können vorgewölbte Strukturen 26 mit der gleichen Höhe oder verschiedenen Höhen bereitgestellt werden (4B und 4C). Wenn die Mikroarchitektur nur Vertiefungen umfasst (2 und 4A) kann die Folie 20 eine flache obere und untere x-y-Fläche aufweisen. Wenn die Mikroarchitektur vorgewölbte Strukturen 26 umfasst (4B und 4C), weist die Folie 20 eine Topologie mit verschiedenen Höhen auf.
In den 5A bis 5I sind die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung der geprägten Folie 20 schematisch gezeigt. Bei diesem Verfahren wird eine Bahn 30 bereitgestellt, die mindestens eine thermoplastische Schicht 32 aufweist und die Bahn 30 kann auch eine Kunststoffträgerschicht 34 aufweisen (5A). Wie es vorstehend erläutert worden ist, kann die thermoplastische Schicht 32 ein Polymer oder Copolymer mit Eigenschaften umfassen, die mit den Zusammenbauschritten und mit der schließlich vorgesehenen Anwendung der Folie 22 kompatibel sind.
Die Trägerschicht 34 kann mehrere Funktionen ausüben. Erstens kann sie dazu dienen, die thermoplastische Schicht 32 unter Druck gegen ein Band zu halten, während sie Heiz- und Kühlstationen durchläuft und/oder während sie die Distanz zwischen diesen Stationen durchläuft, wodurch die Übereinstimmung der thermoplastischen Schicht 32 mit dem Präzisionsmuster des Werkzeugs 56 sichergestellt wird, während sich der Temperaturgradient ändert, wenn die Temperatur der Bahn (nunmehr die geprägte Folie) unter die Glasübergangstemperatur des Materials fällt. Zweitens kann die Folie als Träger für die Bahn in ihrem schwachen "geschmolzenen" Zustand dienen und bewahrt die Bahn vor einem Anhaften an den Druckwalzen 58, wenn die Bahn über die Glasübergangstemperatur erhitzt wird. Drittens kann die Trägerschicht gemäß der vorliegenden Erfindung während des Prägevorgangs von Durchgangslöchern in der thermoplastischen Schicht 32 eine Prägung erhalten oder zumindest als "Amboss" wirken und dadurch das erfindungsgemäße Prägen von Durchgangslöchern erleichtern.
Demgemäß kann die Kunststoffträgerschicht 34 auf der Basis ausgewählt werden, dass sie eine Glasübergangstemperatur aufweist, die wesentlich größer ist als die Glasübergangstemperatur der thermoplastischen Schicht 32. Zusätzlich oder alternativ kann die Trägerschicht 34 so ausgewählt werden, dass sie die angrenzende Oberfläche der Schicht 32 mit einem flachen Profil mit hoher Oberflächengüte ausstattet, das für eine andere Verarbeitung geeignet ist. Das Vermögen der Trägerschicht 34, die thermoplastische Schicht 32 während bestimmter Verfahrensschritte zu stützen, kann auch berücksichtigt werden, wenn ein Trägermaterial ausgewählt wird. Mögliche Kandidaten als Material für die Trägerschicht 34 umfassen unter anderem Polyester, wie z.B. eine Mylar-Folie. D.h., in der vorliegenden Erfindung ist ein beliebiges Trägermaterial vorgesehen, das thermoplastisch, hitzehärtend, usw., sein kann und das mit dem Herstellungsverfahren kompatibel ist.
Es wird ein Werkzeug 36 bereitgestellt, das eine Reihe von Vorwölbungen 38 aufweist, die so groß, so geformt und so angeordnet sind, dass sie der gewünschten Matrix von Durchgängen 22 auf der Folie 20 entsprechen (5B und 5C). Zur Herstellung der in den 1 und 2 veranschaulichten Folie 20 würden die Vorwölbungen 38 eine Kegelstumpfform aufweisen und in ausgerichteten Reihen/Spalten angeordnet werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass es nötig sein könnte, dass die distalen Endabschnitte der Vorwölbungen eine Verlängerung des kleineren axialen Endes des Durchgangs 22 darstellen müssen, da es sich über die Distanz hinaus erstrecken könnte, die durch die Bodenfläche der Folie 20 definiert ist.
Das Werkzeug 36 kann aus einem geeigneten Material hergestellt sein, wie z.B. Nickel, das den folgenden Verfahrensschritten widersteht. Beispielsweise umfasst das Verfahren Schritte, die ein Erhitzen und Kühlen des Werkzeugs 36 umfassen können. Demgemäß können die Abmessungen des Werkzeugs 36 die Heiz/Kühl-Energie beeinflussen, die erforderlich ist, um die erforderlichen Temperaturgradienten zu erreichen. Ein dünnes Werkzeug (etwa 0,010 Inch [0,254 mm] bis etwa 0,030 Inch [0,768 mm] wird ein schnelles Heizen und Kühlen erleichtern, während ein dickeres Werkzeug Wärme halten wird.
Das Werkzeug 36 kann mit bekannten Techniken hergestellt werden, um Mikromuster in starren Substraten zu erzeugen, wie z.B. Linieren, Diamantdrehen, Photolithographie, reaktivem Ionenstrahl-Tiefätzen, Plasmaätzen, reaktivem Ionenätzen, Röntgen-Tieflithographie, Elektronenstrahllithographie, Ionenstrahlätzen oder Kombinationen davon. Beispielsweise kann ein weibliches Original durch Galvanoformen hergestellt und zur Erzeugung mehrerer männlicher Muster verwendet werden, die zur Bildung des Werkzeugs 36 zusammengebaut werden. Weitere Details bezüglich der Herstellung des Werkzeugs 36 sind in den US-PSen 4,478,769 und 5,156,863 angegeben. (Diese Patente werden auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen und deren gesamte Offenbarung wird unter Bezugnahme einbezogen.)
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die thermoplastische Schicht 32 erhitzt, bis sie ausreichend fließfähig ist (5D). In vielen Fällen wird dies erfordern, dass die Schicht 32 mindestens auf die Glasübergangstemperatur T_g erhitzt wird, d.h. auf die Temperatur, bei der das Material vom glasartigen Zustand in den kautschukartigen Zustand übergeht. Der Begriff "Glasübergangstemperatur" ist ein bekannter Fachbegriff und wird auf thermoplastische Materialien und auch auf Glas angewandt. Es handelt sich dabei um die Temperatur, bei der das Material beim Erhitzen zu fließen beginnt. Für verschiedene streckbare Acrylarten beginnen die Glasübergangstemperaturen bei etwa 200°F und für Polyester (Mylar) beginnt die Glasübergangstemperatur bei etwa 480°F bis 490°F.
Glasübergangstemperaturen im Bereich von etwa 325°F bis etwa 410°F (etwa 160°C bis etwa 215°C) sind typisch für Materialien, die zur Herstellung der thermoplastischen Schicht 32 verwendet werden. In manchen Fällen wird die Temperatur auf eine Fließtemperatur T_e erhöht werden müssen, die über der Glasübergangstemperatur T_g liegt, um das Material von dem kautschukartigen Zustand in einen fließfähigen Zustand übergehen zu lassen. Beispielsweise weist Polysulfon einen Beginn der Glasübergangstemperatur T_g von etwa 190°C auf, wandelt sich bei etwa 210°C in einen kautschukartigen Zustand um und beginnt bei etwa 230°C zu fließen.
Demgemäß sind in der vorliegenden Erfindung zwei Temperaturbezugspunkte signifikant: T_g und T_e. T_g ist als Glasübergangstemperatur definiert, bei der ein Kunststoffmaterial vom glasartigen in den kautschukartigen Zustand übergeht. Sie kann einen Bereich vor der eigentlichen Fließfähigkeit des Materials umfassen. T_e ist als Präge- oder Fließtemperatur definiert, bei der das Material in einer Weise fließt, die ausreichend ist, sodass es durch den Prägevorgang dauerhaft verformt wird und beim Abkühlen die passende Form und Gestalt beibehält, oder eine gesteuerte Variation (z.B. mit einer Schrumpfung) der geprägten Gestalt aufweist. Da T_e von Material zu Material variiert und auch von der Dicke des Folienmaterials und der Art der Dynamik der Prägevorrichtung abhängt, hängt die genauere T_e-Temperatur mit Bedingungen zusammen, welche den Prägedruck bzw. die Prägedrücke, die Temperaturvorgaben der Vorrichtung und die Geschwindigkeit der Vorrichtung sowie das Ausmaß der Heiz- und Kühlabschnitte in der Reaktionszone umfassen.
Die Prägetemperatur T_e muss hoch genug sein, so dass die Glasübergangstemperatur T_g überschritten und ein angemessenes Fließen des Materials erreicht werden kann, um ein Prägen der Folie durch die Vorrichtung mit hoher Genauigkeit zu erreichen. Als Polymermaterialien zur Bereitstellung der Schicht 32 können zahlreiche thermoplastische Materialien in Betracht gezogen werden (nicht alle können jedoch kontinuierlich geprägt werden). Diese Materialien umfassen thermoplastische Materialien mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur (bis zu 302°F/150°C), sowie Materialien mit einer höheren Glasübergangstemperatur (etwa 302°F/150°C). Typische Materialien mit niedrigeren Glasübergangstemperaturen (d.h. bis zu 302°F/150°C) umfassen Materialien, die beispielsweise zum Prägen von Folien mit Würfelecken verwendet werden, wie z.B. Vinyl, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat mit niedriger T_g, Polyurethan und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Die Glasübergangstemperaturen T_g für solche Materialien betragen 158°F, 212°F, 302°F und 140°F bis 212°F (272°C, 100°C, 150°C und 60 bis 100°C). Thermoplastische Materialien mit höheren Glasübergangstemperaturen (d.h. mit Glasübergangstemperaturen über 302°F/150°C), die sich zum Prägen von Präzisionsmikrodurchgängen als geeignet erwiesen haben, sind in der US-Patentanmeldung 09/596,240 , die am 16. Juni 2000 angemeldet worden ist, der US-Patentanmeldung 09/781,756 , die am 12. Februar 2001 angemeldet worden ist, und/oder der US- Patentanmeldung 10/015,319 beschrieben, die am 12. Dezember 2001 angemeldet worden ist. Diese Polymere umfassen ein Polysulfon, Polyarylat, cycloolefinisches Copolymer, Polycarbonat mit hoher T_g und Polyetherimid. Diese früheren Anmeldungen wurden auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen und deren gesamte Offenbarung wird unter Bezugnahme einbezogen.
Eine Tabelle mit Beispielen für thermoplastische Materialien und deren Glasübergangstemperaturen ist nachstehend als Tabelle I angegeben: Tabelle I
Das thermoplastische Material kann auch ein gefülltes Polymermaterial oder ein Verbundmaterial umfassen, wie z.B. ein Mikrofaser-gefülltes Polymer, und es kann ein mehrschichtiges Material umfassen, wie z.B. ein Coextrudat von PMMA und BPA-PC.
Das Werkzeug 36 und die thermoplastische Schicht 32 werden derart miteinander in Kontakt gebracht, so dass sich dann, wenn das thermoplastische Material ausreichend fließfähig ist, die Vorwölbungen 38 durch die thermoplastische Schicht 32 zu der Trägerschicht 34 erstrecken (5E und 5F). Das Harzmaterial der Schicht 32 ist ausreichend fließfähig, so dass es um die Vorwölbungen 38 geformt werden kann (5G). Folglich durchstechen oder durchstoßen die Vorwölbungen 38 die thermoplastische Schicht 32 nicht so, wie dies stattfindet, wenn ein Nagel durch einen Holzblock geschlagen wird. Stattdessen führt die Wechselwirkung zwischen der thermoplastischen Schicht 32 und den Vorwölbungen 38 zu einem genaueren Kopieren, wie wenn dieser Nagel in einen Eimer mit Wasser eingetaucht werden würde. Als Faustregel wurde gefunden, dass die Prägetemperatur T_e für eine gute Fließfähigkeit des geschmolzenen Materials mindestens 50°F (10°C) und mehr bevorzugt zwischen 100°F bis 150°F (38°C bis 66°C) über der Glasübergangstemperatur der thermoplastischen Schicht 32 liegen sollte.
Die distalen Endabschnitte der Vorwölbungen 38 können sich teilweise in die Trägerschicht 34 erstrecken (5E) oder sie können sich vollständig durch diese erstrecken (5F). Es sollte beachtet werden, dass eine gewisse Art einer Tiefenerfassung bzw. Tiefenregistrierung erforderlich sein kann, da sich die Größe und Gestalt des Durchgangs 20 abhängig von dem Eindringen der Vorwölbung 38 ändern kann. Diese Erfassung kann durch Messen der vertikalen Position des Werkzeugs 36 (5E und 5F) und/oder durch Abfühlen des Eindringens der Vorwölbungen 38 durch die Trägerschicht 34 (5F) erreicht werden. Es sollte beachtet werden, dass die Trägerschicht 34 als Amboss wirkt, wenn der Durchgang 22 durch die thermoplastische Schicht 32 geprägt wird. Während es erwünscht ist, die Form des Durchgangs zu steuern, muss die Trägerschicht nicht sauber geprägt werden, da sie nicht Teil des Endprodukts ist. Demgemäß kann die Trägerschicht 34 "gestanzt" werden, während sie sich unterhalb der Glasübergangstemperatur befindet.
Während sich die Vorwölbungen 38 nach wie vor bis zur Trägerschicht 34 oder durch die Trägerschicht 34 erstrecken, wird die Bahn 30 abgekühlt, so dass sich das thermoplastische Material um die Vorwölbungen verfestigt (5H). Nach einer ausreichenden Verfestigung wird das Material, das die Vorwölbungen 38 umgibt, bezüglich der Festlegung der Gestalt nicht länger von dem Werkzeug 36 abhängen. Das Werkzeug 36 wird dann von der Bahn 30 abgezogen, wobei die Durchgänge 22 zurückbleiben (5I).
Die Formgebungsschritte der vorliegenden Erfindung stellen im Wesentlichen Oberflächen mit exakter Größe und sehr präzisen Mustern zwischen den Durchgängen bereit. Die geformten Durchgang-definierenden Oberflächen werden ohne Verzerrung geformt, wodurch eine Durchgangsgeometrie mit verbesserter Glätte von flachen und gekrümmten Bereichen der Durchgangsgeometrie ermöglicht wird. Auch bei Durchgangsformen, die polygonale Geometrien umfassen (vgl. z.B. die 2B bis 2D, 2G und/oder 2I) weisen die Durchgang-definierenden Oberflächen eine erhöhte Winkelgenauigkeit auf und scharfe Ecken können mit hoher Genauigkeit erhalten werden.
Es wird angenommen, dass die Durchgang-definierenden Oberflächen der vorliegenden Erfindung Durchgängen, die mit herkömmlichen Verfahren geformt worden sind, wie z.B. mit Härtungs-, Spritzguss-, Abtragungs-, Stempel- und Stanztechniken, bezüglich der Struktur überlegen sind (und auf jeden Fall strukturell verschieden sind). Beispielsweise unterliegt das geformte Material in einem Härtungsverfahren zwangsläufig einer signifikanten chemischen Veränderung, wodurch die Endgeometrien (Abmessungen und Oberflächenprofile) in einer Mikrotoleranzsituation schwer vorhersagbar sind, insbesondere von Durchgang zu Durchgang. Da ein Härtungsverfahren naturgemäß auch die Chemie des Ausgangspolymers verändert, können sich die Eigenschaften der Struktur nach dem Härten von den Eigenschaften der Struktur vor dem Härten unterscheiden. Während demgemäß das Testen lokaler Eigenschaften des Ausgangspolymers bei der Abschätzung der Eigenschaften des gehärteten Materials unterstützen kann, müssen diese Eigenschaften gewöhnlich in dem Endprodukt erneut getestet werden. Darüber hinaus kann selbst das gleiche Ausgangspolymer verschiedene Eigenschaften des Endprodukts ergeben (abhängig von der genauen Art des Härtungsverfahrens), wodurch häufig ein Testen jeder Produktcharge erforderlich ist.
Bei einem Spritzgussverfahren ist Druck erforderlich, um das Material in die geeigneten Hohlräume zu drücken. Dies führt fast immer zu einem gewissen Maß einer Orientierungsverdrehung und/oder Relaxationsspannung. Bestimmte Teile des Formteils neigen häufig auch dazu, schneller abzukühlen als andere Teile des Formteils, wodurch einheitliche Folien schwer zu erhalten sind.
Ein Abtragungsverfahren (wie z.B. eine Laserabtragung) umfasst das Verdampfen eines Materialstücks in der Form des Durchgangs, ein Stempelverfahren erfordert das Zusammendrücken eines Materialstücks in der Form des Durchgangs in umgebende Bereiche und ein Stanzverfahren erfordert die Entfernung eines Materialstücks in der Form des Durchgangs. In dem Maß, wie eine Größenspezifikation und/oder eine Musterpräzision durch ein Abtragungs-, Stempel- und/oder Stanzverfahren erhalten werden könnte(n), wäre das Profil der Oberflächen schwer, wenn nicht unmöglich, aufrechtzuerhalten, und der durch das Werkzeug ausgeübte Druck müsste sehr genau gesteuert werden.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung Durchgang-definierende Oberflächen bereit, die eine bessere Größengenauigkeit, eine höhere Mustergenauigkeit, eine höhere Winkelgenauigkeit und/oder eine bessere Steuerung der Oberflächentextur aufweisen als Durchgang-definierende Oberflächen, die mit Verfahren des Standes der Technik gebildet worden sind. Zusätzlich werden mit der vorliegenden Erfindung Restspannungen vermieden, wodurch im Wesentlichen spannungsfreie Mikrostrukturen bereitgestellt werden. Darüber hinaus ändern sich die lokalen Eigenschaften des Folienmaterials während des Verfahrens zum Formen der Durchgänge nicht (da sich die Chemie nicht ändert), wodurch ein Testen dieser Eigenschaften nach dem Formen nicht erforderlich ist.
Sobald die Bahn 30 und das Werkzeug 36 voneinander abgezogen worden sind, kann die Trägerschicht 34 von der thermoplastischen Schicht 32 entfernt (z.B. abgezogen) werden (5J). Wenn die Bahn 30 die gewünschte Größe der Folie 20 aufweist, ist die Herstellung der Folie 20 abgeschlossen und die Folie 20 ist zur weiteren Verarbeitung, für einen Zusammenbau und/oder eine Fertigbearbeitung bereit. Wenn die Bahn 30 eine kontinuierliche Länge aufweist, kann das Produkt auf eine Rolle aufgewickelt werden (5K), um sie später auf gewünschte Längen zuzuschneiden. Alternativ kann die Bahn 30 in Abschnitte mit den gewünschten Folienabmessungen geschnitten werden (5L). Es sollte beachtet werden, dass der Ablöseschritt vor, während oder nach den Aufwickel- und/oder Schneidschritten durchgeführt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit den Maschinen und Vorrichtungen durchgeführt werden, die in der US-Patentanmeldung 09/596,240 , die am 16. Juni 2000 angemeldet worden ist, der US-Patentanmeldung 09/781,756 , die am 12. Februar 2001 angemeldet worden ist, und/oder der US-Patentanmeldung 10/015,319 beschrieben sind, die am 12. Dezember 2001 angemeldet worden ist. Diese Anmeldungen gehören dem Erwerber der vorliegenden Erfindung und deren gesamte Offenbarung wird unter Bezugnahme einbezogen.
Wie es vorstehend angegeben worden ist, kann die Folie 20 in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, die jeweils eine weitere Verarbeitung und/oder ein Zusammenbauen erfordern. Beispielsweise können in elektrischen Schaltungskonstruktionen die Durchgang-definierenden Oberflächen mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 90 beschichtet werden (6A), elektrisch leitfähige Teilchen 90' können in dem Durchgang 22 angeordnet werden (6B) und/oder ein elektrisch leitfähiger Gegenstand 90'' (z.B. eine Kugel mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des kreisförmigen oberen Endes und der größer ist als der Durchmesser des kreisförmigen unteren Endes eines kegelstumpfförmigen Durchgangs) kann in den Durchgang 22 fallen gelassen werden (6C). Weitere Details möglicher leitfähiger Durchgänge sind in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung 60/349,907 beschrieben, die am 18. Januar 2002 eingereicht worden ist. Diese Anmeldung wird auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen und deren gesamte Offenbarung wird unter Bezugnahme einbezogen.
Eine Mehrzahl von Folien 20 kann gestapelt werden, so dass ein dreidimensionales Netzwerk von Durchgangsverbindungen mit den Durchgängen 22 bereitgestellt wird, wodurch eine Verbindung zwischen den Niveaus hergestellt wird (7A). Folienanordnungen mit mehreren Niveaus können besonders bei Fluidanwendungen nützlich sein, bei denen die Folie 20 eine andere Mikroarchitektur aufweist, die Durchgangsverbindungen 92 zu und von den Durchgängen 22 bildet (7B). Die Durchgangsverbindungen 92 können gleichzeitig mit den Durchgängen 22 ausgebildet werden, und zwar durch Modifizieren des Werkzeugs 36 in einer Weise, dass es "kürzere" Vorwölbungen 94 umfasst, die sich nicht durch die thermoplastische Schicht 32 erstrecken (7C bis 7D). Auch bei Filtrieranwendungen können Durchgänge 22 zwischen gestapelten Folien 20 verwendet werden, um die Strömung stromabwärts von dem Filtereingang zu verteilen und anzugleichen.
Für die Folie 20 kann ein Deckel oder eine Abdeckung 96 bereitgestellt werden, der bzw. die dazu führt, dass das Oberteil jedes oder einiger der Durchgänge 22 abgedeckt ist (8A bis 8C). Details möglicher, mit Deckel versehener und/oder abgedeckter Konstruktionen sind in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung 60/349,909 beschrieben, die am 18. Januar 2002 angemeldet worden ist. Diese Anmeldung wird auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen und deren gesamte Offenbarung wird unter Bezugnahme einbezogen.
Die Durchgänge 22 können Ausnehmungen definieren, die komplementär geformte Mikrostrukturblöcke 98 aufnehmen (9A und 9B). Für einen effizienten Zusammenbau kann eine Mehrzahl der Blöcke 98 (z.B. Späne bzw. Chips) in einer Aufschlämmung bereitgestellt werden, die z.B. mit einem schwachen Luftstrom über die Folie 20 bewegt wird (9C). In geeigneter Weise positionierte Blöcke 98 werden in die Durchgänge 22 fallen, während der Rest stromabwärts abtransportiert wird (9D).
Diese und andere weitere(n) Verarbeitungs- und Zusammenbauschritte können durchgeführt werden, um ein Produkt zu erzeugen, das zum Einbringen in eine Filteranwendung, Probenahmeanwendung, elektrische Anwendung oder eine andere Anwendung geeignet ist. Derartige Verarbeitungs- und Zusammenbauschritte können gegebenenfalls auch kombiniert werden. Beispielsweise können Folien 20, welche die in den 6A bis 6C gezeigten elektrisch leitfähigen Durchgänge 22 enthalten, gestapelt werden, wie es in der 7A gezeigt ist, und/oder mit einem Deckel 96 ausgestattet werden, wie es in den 8A bis 8C gezeigt ist. Zusätzlich oder alternativ können Folien 20, welche die in der 9A gezeigten Mikrostrukturblöcke 98 aufweisen, entsprechend gestapelt und/oder abgedeckt werden.
Obwohl die Erfindung bezüglich bestimmter bevorzugter Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, dass der Fachmann beim Lesen dieser Beschreibung Äquivalente und nahe liegende Veränderungen und Modifizierungen erkennt. Die vorliegende Erfindung umfasst alle diese Veränderungen und Modifizierungen und ist lediglich durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche beschränkt.
Zusammenfassung
Eine Folie (20) zur Verwendung in Mikrofluidanwendungen, mikroelektronischen, mikromechanischen und/oder mikrooptischen Anwendungen, die einen Durchfluss, eine Durchgangsleitfähigkeit, eine Durchgangsübertragung und/oder andere Durchgangsmuster erfordern. Die Folie (20) umfasst eine Mikroarchitektur, die mindestens einen Durchgang (22) umfasst, der sich durch die Dicke der Schicht (32) aus einem thermoplastischen Material erstreckt. Die Durchgang-definierenden Wände in der thermoplastischen Schicht (32) werden durch das thermoplastische Material gebildet, das um eine Vorwölbung fließt und sich dann um die Vorwölbung herum verfestigt.

Claims

Eine Folie (20), die eine thermoplastische Schicht (32) aus einem thermoplastischen Material mit einer Dicke von 1000 μm oder weniger und eine Mikroarchitektur umfasst, die in der thermoplastischen Schicht (32) ausgebildet ist, wobei die Architektur mindestens einen Mikrodurchgang (22) umfasst, der sich durch die Dicke der Schicht (32) aus einem thermoplastischen Material erstreckt, wobei der Mikrodurchgang (22) eine maximale Querschnittsfläche mit einer vorherrschenden Abmessung aufweist, die kleiner ist als die Dicke des thermoplastischen Materials und/oder in einem Bereich von etwa 5 bis 20 μm liegt.
Folie (20) nach Anspruch 1, bei der das thermoplastische Material Polyolefine, Polyamide, Polystyrole, Polyurethane, Polysulfone, Polyvinylchlorid, Polycarbonate, Acrylpolymere und/oder Copolymere umfasst.
Folie (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die thermoplastische Schicht (32) eine im Allgemeinen planare Geometrie mit einer Länge L und einer Breite W aufweist und bei der die Länge L wesentlich größer ist als die Breite W, wodurch die Folie (20) einer kontinuierlichen Bahn ähnlich ist, oder die Länge L eine vorgegebene Distanz aufweist, die im gleichen allgemeinen Bereich wie die Breite W liegt.
Folie (20) nach Anspruch 3, bei der die thermoplastische Schicht (32) in Form einer Rolle ausgebildet ist.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der Durchgang (22) eine axiale Abmessung, die gleich der Dicke der thermoplastischen Schicht (32) ist, ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende aufweist, und bei der die Querschnittsfläche des ersten axialen Endes der maximalen Querschnittsfläche des Durchgangs (22) entspricht und die Querschnittsfläche des zweiten axialen Endes der minimalen Querschnittsfläche des Durchgangs (22) entspricht.
Folie (20) nach Anspruch 5, bei welcher das erste axiale Ende und das zweite axiale Ende entsprechende Geometrien aufweisen.
Folie (20) nach Anspruch 5, bei welcher das erste axiale Ende und das zweite axiale Ende verschiedene Geometrien aufweisen.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der Durchgang (22) einen elektrisch leitfähigen Weg durch die Dicke der thermoplastischen Schicht (32) bereitstellt.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Mikrostrukturarchitektur ferner mindestens eine Ausnehmung umfasst, die sich nicht durch die Dicke der thermoplastischen Schicht (32) erstreckt.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner einen Deckel über der thermoplastischen Schicht (32) umfasst, der eine Abdeckung des Durchgangs (22) bildet.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner einen Mikrostrukturblock umfasst, der innerhalb des Durchgangs (22) positioniert ist.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die thermoplastische Schicht (32) Durchgang-definierende Wände aufweist, die durch das thermoplastische Material, das um eine Vorwölbung geflossen ist und sich dann um die Vorwölbung herum verfestigt hat, gebildet sind.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Architektur eine Mehrzahl der Durchgänge (22) umfasst.
Folie (20) nach Anspruch 13, bei der benachbarte Durchgänge (22) durch einen Abstand im Bereich von etwa 30 bis etwa 70 μm getrennt sind.
Folie (20) nach Anspruch 13 oder 14, bei der die Mehrzahl der Durchgänge (22) in einer Matrixanordnung von Reihen und Spalten positioniert ist.
Folie (20) nach Anspruch 15, bei der die Matrixanordnung ausgerichtete Reihen und/oder ausgerichtete Spalten aufweist.
Folie (20) nach Anspruch 15 oder 16, bei der die Matrixanordnung versetzte Reihen und/oder versetzte Spalten aufweist.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Mehrzahl von thermoplastischen Schichten (32) umfasst, und bei der sich der mindestens eine Mikrodurchgang (22) durch die Dicke der Mehrzahl von thermoplastischen Schichten (32) erstreckt.
Folie (20) nach Anspruch 18, bei der die Mehrzahl von thermoplastischen Schichten (32) coextrudierte Schichten und/oder laminierte Schichten umfasst.
Folie (20) nach Anspruch 18 oder 19, bei der mindestens einige der Mehrzahl von thermoplastischen Schichten (32) aus dem gleichen thermoplastischen Material hergestellt sind.
Folie (20) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei der mindestens einige der Mehrzahl von thermoplastischen Schichten (32) aus verschiedenen thermoplastischen Materialien hergestellt sind.
Folie (20) nach Anspruch 21, bei der die Mehrzahl von thermoplastischen Schichten (32) einen Gradienten von Oberflächeneigenschaften entlang der z-Achse des Durchgangs bzw. der Durchgänge (22) bereitstellt.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Architektur mindestens eine andere Vertiefung (24) umfasst, die sich nicht durch die Dicke der Schicht (32) aus einem thermoplastischen Material erstreckt.
Folie (20) nach Anspruch 23, bei der die Architektur eine Mehrzahl solcher Vertiefungen (24) umfasst, einschließlich Ausnehmungen, Mulden und/oder Kanäle.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Architektur mindestens eine vorgewölbte Struktur (26) umfasst.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Mikroarchitektur eine Mehrzahl von vorgewölbten Strukturen (26) umfasst, von denen mindestens einige die gleiche Höhe aufweisen.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Mikroarchitektur eine Mehrzahl von vorgewölbten Strukturen (26) umfasst, von denen mindestens einige verschiedene Höhen aufweisen.
Ein Stapel von Folien, der mindestens eine Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.
Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner eine Trägerschicht (34) umfasst, die der thermoplastischen Schicht (32) überlagert ist.
Folie (20) nach Anspruch 29, bei der die Trägerschicht (34) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, das eine Glasübergangstemperatur aufweist, die größer ist als die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Materials.
Folie (20) nach Anspruch 29 oder 30, bei der die Trägerschicht (34) eine Ausnehmung aufweist, die mit jedem Durchgang (22) in der thermoplastischen Schicht (32) ausgerichtet ist.
Folie (20) nach Anspruch 31, bei der sich die Ausnehmung mindestens teilweise durch die Trägerschicht (34) erstreckt.
Folie (20) nach Anspruch 32, bei der sich die Ausnehmung vollständig durch die Trägerschicht (34) erstreckt.
Verfahren zur Herstellung der Folie (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen der thermoplastischen Schicht (32), Bereitstellen eines Werkzeugs (36) mit einer Vorwölbung (38), die so groß, so geformt und so angeordnet ist, dass sie jedem Durchgang (22) entspricht; Erhitzen der thermoplastischen Schicht (32), so dass das thermoplastische Material ausreichend fließfähig ist, Positionieren des Werkzeugs (36) und der thermoplastischen Schicht (32) relativ zueinander, so dass sich die Vorwölbung(en) (38) durch das ausreichend fließfähige thermoplastische Material erstreckt bzw. erstrecken, Abkühlen der thermoplastischen Schicht (32), so dass sich das thermoplastische Material um die Vorwölbung(en) (38) herum verfestigt, Abziehen des Werkzeugs (36) von der thermoplastischen Schicht (32) nach einer ausreichenden Verfestigung des thermoplastischen Materials.
Verfahren zur Herstellung einer Folie (20) mit einer Mikroarchitektur, die mindestens einen Durchgang (22) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen einer thermoplastischen Schicht (32), Bereitstellen eines Werkzeugs (36) mit einer Vorwölbung (38), die so groß, so geformt und so angeordnet ist, dass sie jedem Durchgang (22) in der Mikroarchitektur entspricht; Erhitzen der thermoplastischen Schicht (32), so dass das thermoplastische Material ausreichend fließfähig ist, Positionieren des Werkzeugs (36) und der thermoplastischen Schicht (32) relativ zueinander, so dass sich jede Vorwölbung (38) durch das ausreichend fließfähige thermoplastische Material erstreckt, Abkühlen der thermoplastischen Schicht (32), so dass sich das thermoplastische Material um die Vorwölbung(en) herum (38) verfestigt, und Abziehen des Werkzeugs (36) von der thermoplastischen Schicht (32) nach einer ausreichenden Verfestigung des thermoplastischen Materials.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, bei dem der Schritt des Erhitzens das Erhitzen der thermoplastischen Schicht (32) auf mindestens die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Materials umfasst.
Verfahren nach Anspruch 36, bei dem der Schritt des Erhitzens das Erhitzen der thermoplastischen Schicht (32) über die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Materials umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, bei dem während des Positionierungsschritts eine Tiefenerfassung durchgeführt wird, um eine geeignete Positionierung der Vorwölbung(en) sicherzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, bei dem der Schritt des Bereitstellens die Bereitstellung einer Bahn (30) umfasst, die mindestens die thermoplastische Schicht (32) und eine Kunststoffträgerschicht (34) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 39, bei dem der Positionierungsschritt dazu führt, dass sich die Vorwölbung(en) (38) mindestens teilweise durch die Trägerschicht (34) erstreckt bzw. erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 40, bei dem der Positionierungsschritt dazu führt, dass sich die Vorwölbung(en) (38) vollständig durch die Trägerschicht (34) erstreckt bzw. erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 41, das ferner den Schritt des Entfernens der Trägerschicht (34) von der thermoplastischen Schicht (32) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 42, bei dem der Schritt des Entfernens vor, während oder nach den Aufwickel- und/oder Schneiddschritten durchgeführt wird.