DE4017728A1

DE4017728A1 - Three=dimensional etcher - has cannula to deliver fresh etching fluid to the workpiece surface

Info

Publication number: DE4017728A1
Application number: DE19904017728
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1991-12-05

Abstract

The assembly to etch a three-dimensional structure from a workpiece with an etching fluid, such as the removal of a metal core such as of aluminium of AlMgSi3 for a galvanised hollow body such as of copper, has at least one cannula to feed fresh etching fluid at a defined point of the workpiece surface. The outlet opening of the cannula is maintained at a given gap from the workpiece surface. The cannula is connected to several feed and/or exhaust units through a valve. The cannula can also contain a number of channels, each connected to different feed and/or exhaust systems. The workpiece and cannula are electrically conductive, and an electrical voltage supply can be connected to the opposing poles for anodic etching. The cannula is flexible, and sufficient force is applied to it to direct it at the workpiece surface. Several separate cannulas can be directed at different points on the workpiece surface. An electronic path monitor is connected to the advance mechanism for the cannula, to indicate the etching depth, and is linked to an evaluation unit which stops the etching process when the required effect has been achieved. ADVANTAGE - The appts. gives a precise and fine etching action for complex structures, as fresh etching fluid of the optimum compsn. is always delivered to the workpiece surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ätzen dreidimen sionaler Strukturen.The invention relates to an arrangement for etching three dimensions regional structures.

Mit derzeit gebräuchlichen Ätzsytemen, z. B. Sprüh-Ätzan lagen und dgl., ist es bisher nicht möglich, Innenräume kleinster definierter Strukturen aus einem Werkstück her auszuätzen. Dieser Prozeßschritt ist aber für die Herstel lung komplexer Hohlleiter, insbesondere wenn es sich um kleinstdimensionierte Gebilde handelt, so wie sie in der Höchstfrequenz zum Einsatz kommen, von ausschlaggebender Bedeutung. In solchen Fällen wird in der Regel auf einem Metallkern, z. B. Aluminium oder AlMgSi3 ein Hüllkörper aus vom Kern verschiedenem Material, z. B. Kupfer galvanisch aufgebaut. Nach dessen Fertigstel lung wird der Kern mittels Ätztechnik entfernt, da bei komplizierteren Strukturen mit Abzweigen, sich nach außen verjüngenden Teilen oder Blendeneinbauten, mechanische Entkernungen nicht mehr vornehmen lassen.With currently used etching systems, e.g. B. spray etch layers and the like, so far it is not possible to use interiors smallest defined structures from one workpiece to etch. However, this process step is for the manufacturer complex waveguide, especially when it comes to small-sized structures, as they are in the Maximum frequency are used, of decisive importance Importance. In such cases, usually on a Metal core, e.g. B. aluminum or AlMgSi3 an envelope from material different from the core, e.g. B. copper galvanic. After its completion the core is removed by means of etching technology, since at more complicated structures with branches, facing outwards tapered parts or panel internals, mechanical No more gutting.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für diesen selektiven Ätzprozeß vorteilhafte Anordnung anzugeben.The invention is based, one for this task selective etching process to specify advantageous arrangement.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is described in claim 1. The subclaims contain advantageous refinements and developments of the invention.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht auch bei der Ät zung von Hohlräumen, deren Tiefenerstreckung groß ist ge gen ihre kleinste Querabmessung, einen zügigen und damit wirtschaftlich vorteilhaften Ätzvorgang, da das frische Ätzmittel in der vorgebbaren optimalen Zusammensetzung im mer unmittelbar am Ätzgut zur Verfügung steht.The arrangement according to the invention also enables the etching of cavities, the depth of which is large their smallest cross dimension, quick and therefore economically advantageous etching process because the fresh Etching agent in the predetermined optimal composition in the is immediately available at the etched material.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschau licht. Dabei zeigt:The invention is based on examples below Reference to the pictures in detail light. It shows:

Fig. 1 eine Skizze der Anordnung während eines Ätzvorgan ges, Fig. 1 is a sketch of the arrangement during a Ätzvorgan ges,

Fig. 2 den Gesamtaufbau einer Anordnung, Fig. 2 shows the overall construction of an arrangement

Fig. 3 die Justierung eines Werkstücks vor der Bearbei tung, Figure 3 shows the adjustment processing. Of a workpiece prior to machining,

Fig. 4 ein konstruktives Detail einer Leitungsführung. Fig. 4 shows a constructive detail of a cable routing.

Bei dem in Fig. 1 skizzierten Aufbau ist ein aus einem Kern K (z. B. Aluminium) und einem galvanisch auf diesem aufgebauten Mantel M (z. B. Kupfer) bestehendes Werkstück, aus dem beispielsweise ein Hohlleiterabschnitt für Höchst frequenz gefertigt werden soll, in eine feststehende Auf nahme A eingespannt. Eine Ausführung der Mittel zur Fixie rung des Werkstücks in der Aufnahme ist in Fig. 3 skiz ziert. Die Halterung ist fest mit einer Trägerplatte T verbunden. Die Trägerplatte T weist eine nicht im Detail eingezeichnete, vorzugsweise lineare Führung für einen Schlitten S auf, der entlang der Führung verschiebbar ist. Der Schlitten S trägt eine Halterung H für eine Kanüle K und bietet gleichzeitig einen Anschluß für eine Leitung Z zur Zuführung eines flüssigen Ätzmittels M. Die Zusammen setzung des Ätzmittels ist auf die Materialien des Werk stücks abgestimmt. Geeignete Säuren oder Laugen und deren optimale Konzentrationen sind dem Fachmann geläufig.In the structure outlined in Fig. 1 is a workpiece consisting of a core K (e.g. aluminum) and a galvanically built on this jacket M (e.g. copper) from which, for example, a waveguide section for maximum frequency is to be manufactured , clamped in a fixed recording A. An embodiment of the means for fixing the workpiece in the receptacle is sketched in FIG. 3. The holder is firmly connected to a carrier plate T. The carrier plate T has a preferably linear guide (not shown in detail) for a carriage S which can be displaced along the guide. The carriage S carries a holder H for a cannula K and at the same time offers a connection for a line Z for supplying a liquid etchant M. The composition of the etchant is matched to the materials of the workpiece. Suitable acids or alkalis and their optimal concentrations are known to the person skilled in the art.

Das Ätzmittel M strömt durch die Kanüle auf die der Aus trittsöffnung der Kanüle in geringem Abstand gegenüber be findliche Oberfläche des Kerns K des Werkstücks, indem das Ätzmittel unter Druck von in der Regel zwischen 0,1 und 5 bar zugeführt wird. Das Ätzmittel wirkt selektiv auf das Material des Kerns K, ohne den Mantel M anzugreifen. Da durch die Kanüle frisches Ätzmittel zugeführt wird, liegen an der Ätzfront immer für den Ätzvorgang optimale Bedin gungen hinsichtlich Zusammensetzung und Konzentration des Ätzmittels vor, während verbrauchtes Ätzmittel abgeführt wird. Zur Erhöhung der Abtragungsgeschwindigkeit kann bei erhöhter Temperatur, z. B. 80°C gearbeitet werden. Die Temperatur kann direkt am Werkstück und/oder in einem Thermostatisiergefäß für das Ätzmittel mittels an sich be kannter Temperaturfühler, die zur Passivierung gegen das Ätzmittel vorzugsweise edelstahlummantelt sind, gemessen werden.The etchant M flows through the cannula on the out opening of the cannula at a short distance from be sensitive surface of the core K of the workpiece by the Etching agents under pressure, usually between 0.1 and 5 bar is supplied. The etchant acts selectively on the Material of the core K without attacking the jacket M. There fresh etchant is supplied through the cannula optimal conditions for the etching process on the etching front conditions regarding the composition and concentration of the Etchant before, while spent etchant dissipated becomes. To increase the rate of removal, elevated temperature, e.g. B. 80 ° C. The Temperature can be directly on the workpiece and / or in one Thermostat for the etchant by means of be Known temperature sensors used for passivation against the Etching agents are preferably coated with stainless steel, be measured.

Zusätzlich oder alternativ zu der chemischen Ätzung kann eine anodische Ätzung stattfinden, wozu der Kern K des Werkstücks und die Kanüle K elektrisch leitend und an die entgegengesetzten Pole einer Versorgungsspannung an schließbar sind. Das Ätzmittel wirkt als Elektrolyt.Additionally or alternatively to the chemical etching can an anodic etching take place, for which the core K of the Workpiece and the cannula K electrically conductive and to the opposite poles of a supply voltage are closable. The etchant acts as an electrolyte.

Beim Ätzvorgang wird Kernmaterial abgetragen und die der Kanüle zugewandte Oberfläche des verbleibenden Kernmateri als wandert nach rechts. Um die Austrittsöffnung der Ka nüle stets zu geringem Anstand von oder in Eingriff mit der Oberfläche des verbleibenden Kernmaterials als Ätzgut zu halten, wird die Kanüle K in der Halterung H auf dem beweglichen Schlitten S durch eine ständig in Richtung zum Werkstück wirkende Kraft, in Fig. 1 durch eine Zugfeder F repräsentiert, ständig der wandernden Werkstückoberfläche nachgeführt. Anstelle einer gespannten Feder kann auch eine hydraulische oder pneumatische Vorrichtung o. ä. vor gesehen sein. Die Nachführung kann auch von Hand oder mit tels eines Motors erfolgen. Der Fortschritt des Ätzvor gangs wird vorteilhafterweise als Verschiebung der Kanüle mittels eines an sich bekannten Fühlers überwacht.During the etching process, core material is removed and the surface of the remaining core material facing the cannula migrates to the right. In order to keep the outlet opening of the cannula at a slight distance from or in engagement with the surface of the remaining core material as the etched material, the cannula K is held in the holder H on the movable carriage S by a force which is constantly acting in the direction of the workpiece, in FIG represents. 1 by a tension spring F to constantly track the traveling workpiece surface. Instead of a tensioned spring, a hydraulic or pneumatic device or the like can also be seen. The tracking can also be done by hand or by means of a motor. The progress of the etching process is advantageously monitored as the displacement of the cannula by means of a sensor known per se.

Vorzugsweise sind verschiedene Kanülen vorgesehen, die auswechselbar in die Halterung H eingesetzt werden und de ren Länge, Spitzendurchmesser (z. B. 0,1 mm-1 cm) usw. an den Einsatzfall angepaßt sind.Various cannulas are preferably provided can be used interchangeably in the holder H and de length, tip diameter (e.g. 0.1 mm-1 cm) etc. are adapted to the application.

Für die auswechselbaren Kanülen sind neben der skizzierten Form vorteilhafterweise auch flexible Ausführungen für spezielle Werkstückgeometrien vorgesehen. For the replaceable cannulas are in addition to the outlined Form advantageously also flexible designs for special workpiece geometries are provided.

Gemäß einer weiteren Ausführung weist eine Kanüle zwei oder mehr getrennte Kanäle auf, die z. B. nebeneinander liegen oder durch eine doppelwandige Ausbildung der Kanüle gebildet sein können. Hiermit kann zum Beispiel gleichzei tig durch einen Kanal Ätzmittel zugeführt und durch einen anderen Kanal abgesaugt werden.According to a further embodiment, one cannula has two or more separate channels on z. B. side by side lying or by a double-walled design of the cannula can be formed. This can be used, for example, at the same time etching agent supplied through a channel and through a be sucked off another channel.

Je nach Werkstückgeometrie können auch mehrere Kanülen, die an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks angreifen, gleichzeitig eingesetzt werden, was die Bearbeitungszeit entsprechend reduziert. Bei dem in Fig. 1 skizzierten Werkstück kann beispielsweise gleichzeitig eine Bearbei tung von zwei gegenüberliegenden Seiten des Kerns erfol gen, bei einem T-förmig zu bearbeitenden Werkstück könnte eine dritte Kanüle seitlich angesetzt werden usw.Depending on the workpiece geometry, several cannulas that attack different parts of the workpiece can be used simultaneously, which reduces the machining time accordingly. In the workpiece sketched in FIG. 1, for example, processing from two opposite sides of the core can be carried out simultaneously, with a T-shaped workpiece to be machined, a third cannula could be attached laterally, etc.

In Fig. 2 ist grob der Gesamtaufbau einer Ätzanordnung skizziert. Die in Fig. 1 detailliert dargestellten Teile der Anordnung sind in einen Ätz-Rezipienten eingesetzt, der über die Zuführleitung Z und eine Abführleitung V zur Rückführung von Ätzmittel mit einem Thermostatisiergefäß Th verbunden ist. Das Thermostatisiergefäß dient als Vor ratsbehälter für Ätzmittel mit definiert einstellbarer Temperatur. In die beiden Leitungen Z und V ist jeweils eine Pumpe P eingefügt. Die Pumpen sind vorzugsweise als Membranpumpen ausgeführt.In FIG. 2, the overall construction of an etching system is roughly outlined. The parts of the arrangement shown in detail in FIG. 1 are inserted into an etching recipient which is connected to a thermostatic vessel Th via the feed line Z and a discharge line V for the return of etchant. The thermostatic vessel serves as a storage container for etchants with a defined adjustable temperature. A pump P is inserted in each of the two lines Z and V. The pumps are preferably designed as membrane pumps.

Durch die Rückführung des Ätzmittels ergibt sich ein Ätz mittelkreislauf, in welchem vorteilhafterweise ein Parti kelfilter in den Weg des rückgeführten Ätzmittels einge fügt ist. Die Reinigung des Partikelfilters kann auf be sonders günstige Weise durch Umkehr der Strömungsrichtung durch das Filter erfolgen. Der Rezipient und das Thermo statisiergefäß bestehen aus einem von dem Ätzmitteln nicht angreifbaren Werkstoff, wie vorzugsweise Edelstahl oder Polypropylen.The return of the etchant results in an etch middle circuit, in which advantageously a party kelfilter in the path of the returned etchant adds. The cleaning of the particle filter can be on particularly favorable way by reversing the direction of flow done through the filter. The recipient and the thermo the statizer does not consist of one of the etching agents vulnerable material, such as preferably stainless steel or Polypropylene.

Mittels der Pumpen kann das Ätzmittel sowohl gleichmäßig strömend als auch pulsierend zugeführt werden. Daneben können Betriebsarten, wie abwechselndes Zuführen von Ätz mittel, Spülmittel sowie evtl. Entpassivierungsmittel, ab wechselndes Zuführen und Absaugen von Ätzmittel durch die Kanüle durch abwechselnde Druck- und Ansaug-Impulse usw. oder Kombinationen solcher Betriebsarten realisiert wer den.By means of the pumps, the etchant can both be uniform flowing as well as pulsating. Besides can operate modes, such as alternately supplying etching medium, washing-up liquid and possibly passivating agent alternating supply and suction of etchant through the Cannula by alternating pressure and suction impulses etc. or combinations of such operating modes the.

Die Spülung des Rezipienten und des Werkstücks kann auf einfache Weise durch Umstellen eines 3-Wege-Hahns D in der Zuleitung Z erfolgen. Durch einen speziell konstruierten Doppelablauf des in Fig. 4 skizzierten Aufbaus im Boden des Rezipienten ist eine getrennte Abführung des Ätzmit tels und des Spülmittels möglich.The recipient and the workpiece can be flushed in a simple manner by changing over a 3-way valve D in the feed line Z. Due to a specially designed double drain of the structure shown in Fig. 4 in the bottom of the recipient, separate removal of the etchant and the detergent is possible.

Während des Ätzvorganges wird das Ätzmittel von dem tie ferliegenden äußeren Abfluß aufgenommen und abgepumpt. Nach dem Ätzvorgang wird die Pumpe gestoppt und ein gerin ger Rest Ätzmittel bleibt auf dem Gefäßboden. Bei Zufüh rung von Spülmittel steigt der Flüssigkeitspegel wegen der gesperrten Ätzmittelrückführung, und das Spülmittel wird durch den höher liegenden inneren Abfluß abgeführt.During the etching process, the etchant is removed from the tie distant outer drain recorded and pumped out. After the etching process, the pump is stopped and a clot The rest of the etchant remains on the bottom of the vessel. With feed detergent, the liquid level rises because of the blocked etchant return, and the detergent will discharged through the higher internal drain.

Zur Anrichtung und Fixierung des Werkstücks in der Halte rung vor Beginn des Ätzvorgangs kann die Halterung, bei spielsweise wie in Fig. 3 skizziert, eine Mehrzahl von Ju stier- und Fixierschrauben J aufweisen. Mittels einer Ein stellehre E, die z. B. kegelförmig zuläuft und deren Ke gelspitze die Position der Kanülenspitze relativ zum Werk stück markiert, kann das eingespannte Werkstück genau aus gerichtet werden. Die Ausrichtung des Werkstücks kann auf der Trägerplatte T oder bei lösbar befestigter Aufnahme auch auf einer davon getrennten Einstellvorrichtung erfol gen.To arrange and fix the workpiece in the holding tion before the start of the etching process, the holder can, for example as outlined in FIG. 3, have a plurality of Ju bull and fixing screws J. By means of a setting gauge E, the z. B. tapered and whose Ke gelspitze marks the position of the cannula tip relative to the work piece, the clamped workpiece can be precisely aligned. The alignment of the workpiece can be carried out on the carrier plate T or, in the case of a releasably attached receptacle, on a separate setting device.

Claims

1. Arrangement for etching three-dimensional structures from a workpiece by means of a liquid etchant, as characterized by

- That at least one cannula for supplying fresh etching is present at a defined point on the surface of the workpiece and
- That the outlet opening of the cannula is held in ge ringigen distance from the workpiece surface.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the cannula via a valve to various supply and / or discharge devices can be connected.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized net that the cannula has several channels, those with various feeding and / or discharging devices gen are connected.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the workpiece and cannula are electrically conductive tend and to perform an anodic etching on the opposite poles of an electrical voltage supplier are connectable.

5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the cannula is flexible.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the cannula is in the direction of Workpiece surface acting force is held.

7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that several separate cannulas on under attack different parts of the workpiece.

8. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that an elec tronic displacement transducer is coupled which is the etching depth displays and connected to an evaluation unit, the etch deliberately interrupts the process.