DE3842611C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reproduktion eines
strukturierten, plattenförmigen Körpers, insbesondere eines
Mikrostrukturkörpers, gemäß dem Oberbegriff des Haupt
anspruchs.
Aus der DE-PS 35 37 483 ist ein Verfahren zum Herstellen einer
Vielzahl plattenförmiger Mikrostrukturkörper aus Metall be
kannt, bei dem durch wiederholtes Abformen eines die Mi
krostrukturen aufweisenden Werkzeugs mit einer elektrisch iso
lierenden Abformmasse Negativformen der Mikrostrukturen er
zeugt werden, die galvanisch mit einem Metall aufgefüllt wer
den, wonach die Negativformen entfernt werden.
Damit die auf diese Weise erzeugten Negativformen der Mi
krostrukturen mit einem Metall aufgefüllt werden können, wird
in der DE-PS 35 37 483 alternativ die folgende Methode vorge
schlagen:
Die elektrisch isolierende Abformmasse wird mit einer weiteren
Schicht aus elektrisch leitender Abformmasse verbunden, wobei
die Dicke der elektrisch isolierenden Abformmasse der Höhe der
Mikrostrukturen entspricht in der Weise, daß die elektrisch
leitende Abformmasse im Zuge des Abformens die Stirnflächen
der Mikrostrukturen des Werkzeugs berührt.
Das Werkzeug wird so weit in die Schicht aus elektrisch iso
lierender Abformmasse eingedrückt, bis die Stirnfläche der Mi
krostrukturen des Werkzeugs die Schicht aus elektrisch leiten
der Abformmasse berühren.
Aus der Beschreibung zu Fig. 13 geht hervor, daß die Mi
krostrukturen bei 110°C in die Verbundschicht eingepreßt und
erst nach dem Abkühlen der Mikrostrukturen bzw. des Werkzeugs
das Werkzeug entfernt wird.
Die beschriebene Methode ist insbesondere für eine Massenfer
tigung unwirtschaftlich, denn der Temperaturzyklus zum Ein
pressen der Mikrostrukturen bedeutet einen zusätzlichen ver
fahrenstechnischen und zeitlichen Aufwand. Die Schichthöhe der
Abformmasse muß exakt auf die Höhe der Mikrostrukturen des
Werkzeugs abgestimmt sein. Außerdem kann die Einpressung nur
im flüssigen oder zähflüssigen Zustand der elektrisch isolie
renden Schicht unter relativ großer Kraftentfaltung erfolgen,
da sich sonst die Gefahr einer Beschädigung der Mikrostruktu
ren des Werkzeugs erhöht. Die Entformung nach dem Erstarren
des Polymers erfordert eine ähnlich hohe Kraftanwendung. Des
halb werden dem Polymer üblicherweise Trennmittel beigemischt.
Da das Polymer bei der Entformung im erstarrten Zustand vor
liegt, ist eine äußerst präzise Bewegung des Werkzeugs notwen
dig, um die Entformung ohne Beschädigung des Werkzeugs und der
Negativform zu ermöglichen und die Entformungskräfte zu
reduzieren.
Aufgabe der Erfindung ist, die genannten Nachteile zu vermei
den. Der Einpreßvorgang des Werkzeugs in die Abformmasse und
das Zurückziehen des Werkzeugs soll in der Weise vereinfacht
werden, daß der Kraftaufwand wesentlich reduziert wird und daß
auf Aufheiz- und Kühlschritte verzichtet werden kann.
Die Bedingung, daß die Schichtdicke der elektrisch isolieren
den Abformmasse der Höhe der abzuformenden Strukturen ent
spricht, soll entfallen.
Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Haupt
anspruchs beschriebenen Maßnahmen gelöst.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Er
findung an.
Es hat sich gezeigt, daß die Erzeugung einer Negativform we
sentlich vereinfacht wird, wenn der strukturierte Körper mit
Ultraschallunterstützung so weit in die Schicht aus elektrisch
isolierender Abformmasse eingedrückt wird, bis die Stirnflä
chen seiner Strukturen in die elektrisch leitende Abformmasse
hineinragen und wenn anschließend der strukturierte Körper mit
Ultraschallunterstützung aus der Verbundschicht herausgezogen
wird.
Die Verbundschicht wird zweckmäßigerweise so hergestellt, daß
auf eine Metallplatte eine elektrisch leitende Schicht aufge
bracht wird, die von einer Schicht eines elektrisch isolieren
den Thermoplasts überdeckt wird. Die elektrisch leitende
Schicht kann aus einem mit elektrisch leitenden Partikeln wie
z. B. Graphit versetzten Thermoplasten oder aus einem an sich
elektrisch leitenden Thermoplasten oder aus einem niedrig
schmelzenden Metall oder einer niedrig schmelzenden Metall-Le
gierung bestehen. Als Thermoplast können die Materialien Poly
methylmethacrylat, Polycarbonat, Polystyrol, PVC, ABS, Polya
cetal oder Polyamid verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der
Technik folgende wesentliche Vorzüge auf:
Die Thermoplaste können in erstarrtem Zustand angewendet wer
den. Ein Aufheiz- und Abkühlschritt ist nicht notwendig. Die
Kraft, die zum Einpressen und zum Entformen des strukturierten
Körpers notwendig ist, wird wesentlich reduziert. Dadurch ver
ringert sich die Gefahr einer Beschädigung des strukturierten
Körpers und der Körper kann für eine höhere Anzahl von Repro
duktionsvorgängen verwendet werden. Der Präzisionsaufwand zum
Einführen des strukturierten Körpers bis genau an die Grenz
fläche zwischen elektrisch isolierender und elektrisch leiten
der Schicht entfällt; vielmehr wird der Körper soweit in die
Verbundschicht eingeführt, bis die Stirnflächen der Struktur
in die elektrisch leitfähige Schicht hineinragen.
Auf die Verwendung von Trennmitteln kann in vielen Fällen ver
zichtet werden.
Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich schnel
ler, weniger aufwendig und somit kostengünstiger durchgeführt
werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines
Durchführungsbeispiels und den Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Es soll ein Wabennetz 4 aus Nickel, das z. B. nach dem LIGA-
Verfahren (Röntgentiefenlithographie-Mikrogalvanoformung) her
gestellt wurde, vielfach reproduziert werden. Das Wabennetz
weist eine honigwabenartige Struktur auf, wobei die Höhe der
Waben 400 µm, die Wandstärke 10 µm und die Wabenweite 100 µm
betragen.
Das Wabennetz bildet einen strukturierten Körper mit den äuße
ren Abmessungen 10 cm × 10 cm.
Zuerst wird das Wabennetz mit einer stabilen Metallplatte 3
aus Nickel verbunden. Dies kann dadurch erfolgen, daß beim
Galvanoformen des Wabennetzes die Struktur überwachsen und mit
einer stabilen Nickelschicht überdeckt wird.
Die stabile Metallplatte wird auf der freien, dem Wabennetz
abgewandten Seite mechanisch plan bearbeitet.
Die stabile Metallplatte wird mit ihrer plan bearbeiteten
Seite auf die Sonotrode 1 einer Ultraschall-Schweißmaschine,
die üblicherweise zum Schweißen von Thermoplasten verwendet
wird, geklebt oder gelötet. Die Löt- oder Klebverbindung 2 von
Metallplatte und Sonotrode ist in Fig. 1 angedeutet.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Verbundkörper
hergestellt. Auf die Aluminiumschicht 7 wird eine elektrisch
leitfähige Schicht 6 des Thermoplasten Polymethylmethacrylat
(PMMA), der mit elektrisch leitfähigen Graphitpartikeln ver
setzt ist, durch Aufgießen aufgebracht. Diese elektrisch leit
fähige Schicht wird mit einer elektrisch isolierenden Schicht
5 aus nicht vernetztem PMMA überdeckt. Die beiden letztgenann
ten Schichten 5 und 6 bilden die Verbundschicht.
Der Verbundkörper wird mit seiner Aluminiumschicht 7 auf den
Amboß 8 der Ultraschall-Schweißmaschine gelegt. Der Amboß ist
mit Vakuum-Ansaugöffnungen 9 versehen.
Das Wabennetz 4 wird mit Ultraschallunterstützung durch die
Sonotrode 1 in die Verbundschicht 5 und 6 eingeführt und an
schließend ebenfalls mit Ultraschallunterstützung wieder aus
der Verbundschicht herausgezogen.
Fig. 2 zeigt den Abdruck 10 des Wabennetzes in der Verbund
schicht. Das Wabennetz hat die elektrisch isolierende Schicht
5 durchstoßen und ist in die elektrisch leitfähige Schicht 6
eingedrungen.
Der Abdruck 10 des Wabennetzes wird anschließend galvanisch
mit Nickel aufgefüllt, wobei der Verbundkörper mit dem Abdruck
10 als Kathode geschaltet wird. Die Verbundschicht wird an
schließend entfernt. Dies kann beispielsweise mit Dichlorme
than als Lösungsmittel erfolgen, wobei die in der elektrisch
leitenden Schicht 6 eingelagerten Graphitpartikel fortgespült
werden.
Die Verbundschicht kann jedoch auch durch Ausschmelzen ent
fernt werden.
Dabei löst sich die Aluminiumschicht 7 ab.
Als Ergebnis wird ein reproduziertes Wabennetz aus Nickel ent
halten.
Für den Fall, daß am unteren Ende des Wabennetzes noch Gra
phitpartikel anhaften oder teilweise in Nickel eingebettet
sind, kann das Verfahren modifiziert werden.
In diesem Fall wird der Verbundkörper ebenfalls als Kathode
geschaltet. In den Abdruck 10 des Wabennetzes wird jedoch zu
erst Kupfer und erst danach Nickel galvanisch abgeschieden.
Das so erhaltende reproduzierte Wabennetz wird mit einem Mit
tel zur selektiven Auflösung von Kupfer, wie z. B. einer
CuCl2-Lösung, behandelt, wobei das Kupfer mit etwa eingebette
ten Graphitpartikeln selektiv entfernt wird.
Claims (5)
1. Verfahren zur Reproduktion eines strukturierten,
plattenförmigen Körpers, insbesondere eines Mikrostruktur
körpers, bei dem
- - ein Verbundkörper hergestellt wird, indem eine Schicht aus elektrisch isolierender Abformmasse mit einer Schicht aus elektrisch leitender Abformmasse überdeckt wird,
- - der strukturierte Körper soweit in die Schicht aus elek trisch isolierender Abformmasse eingedrückt wird, bis die Stirnflächen der Struktur des strukturierten Körpers mit der Schicht aus elektrisch leitender Abformmasse in Kontakt stehen,
- - die so erzeugte Negativform der Struktur im Verbund körper galvanisch mit einem Metall ausgefüllt wird, wo nach
- - der Verbundkörper entfernt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - der strukturierte Körper mit Ultraschallunterstützung so weit in die Schicht aus elektrisch isolierender Abform masse eingedrückt wird, bis die Stirnflächen seiner Strukturen in die elektrisch leitende Abformmasse hin einragen, wonach
- - der strukturierte Körper mit Ultraschallunterstützung aus dem Verbundkörper herausgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verbundkörper hergestellt wird, indem auf eine Metallplatte
eine elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht wird, die
von einer Schicht eines elektrisch isolierenden Thermo
plasts überdeckt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
elektrisch leitfähige Schicht ein elektrisch leitende Par
tikel enthaltender Thermoplast oder ein an sich elektrisch
leitfähiger Thermoplast oder ein niedrig schmelzendes Me
tall oder eine niedrig schmelzende Metall-Legierung verwen
det wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als elektrisch isolierender Thermoplast Polymethyl
methacrylat, Polycarbonat, Polystyrol, PVC, ABS, Polyacetal
oder Polyamid verwendet wird.
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