DE4240857C2

DE4240857C2 - Process for molding microstructures and tool for molding

Info

Publication number: DE4240857C2
Application number: DE19924240857
Authority: DE
Inventors: Helmut Kalb; Robert Dr Ruprecht
Original assignee: BUERKERT GmbH; Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2012-12-05
Also published as: DE4240857A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abformung von Mi krostrukturen gemäß Anspruch 1 und ein Werkzeug zur Abformung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5.The invention relates to a method for molding Mi Crostructures according to claim 1 and a tool for molding according to the preamble of claim 5.

Soll eine Kunststoffschicht mit einer Mikrostruktur versehen werden, so kann hierzu ein Werkzeug verwendet werden, das zu der Mikrostruktur komplementäre Mikrostrukturkörper trägt. Die komplementären Mikrostrukturkörper werden durch Prägen einer Kunststoffschicht, durch Übergießen und Aushärten eines Gießharzes oder durch andere Verfahren in Kunststoff abge formt.Should provide a plastic layer with a microstructure a tool can be used for this purpose the microstructure carries complementary microstructure bodies. The complementary microstructure bodies are created by embossing one Plastic layer, by pouring over and curing one Cast resin or abge by other methods in plastic forms.

Da das Werkzeug möglichst oft zur Abformung verwendet werden soll, bevor es durch Abnutzung unbrauchbar wird, bestehen zu mindest die abzuformenden Teile aus Metall. Im allgemeinen wird das Werkzeug durch galvanisches Abformen einer Matrize hergestellt, die auf einer Seite dieselben Mikrostrukturkörper aufweist, die die mit dem Werkzeug abgeformten Kunst stoffschichten tragen sollen. Als Metall zur galvanischen Ab formung wird zumeist Nickel verwendet.As the tool is used for impression taking as often as possible should exist before it becomes unusable due to wear at least the parts to be molded from metal. In general the tool is made by electroplating a die manufactured, the same microstructure body on one side has the art molded with the tool should wear layers of fabric. As metal for galvanic ab Forming is mostly used in nickel.

Die Matrize kann hergestellt werden, indem eine Schicht eines Metalls, z. B. eine Grundplatte aus Chrom/Nickel-Stahl, mit einer Schicht eines elektrisch nichtleitenden Materials, z. B. dem Röntgenrestist Polymethylmethyacrylat (PNMA) überzogen wird. Danach wird die Schicht des elektrisch nichtleitenden Materials so strukturiert, daß sich durch Zwischenräume von einander getrennte Mikrostrukturkörper auf der metallischen Platte erheben, somit in den Zwischenräumen die Schicht des Metalls freigelegt ist. Die Strukturierung erfolgt durch Rönt gentiefenlithographie, Prägen mit einem Metallstempel, durch mechanische Bearbeitung der elektrisch nicht leitenden Schicht mit Formdiamanten oder ein ähnliches Verfahren.The die can be made by adding a layer of one Metal, e.g. B. a base plate made of chrome / nickel steel with a layer of an electrically non-conductive material, e.g. B. the X-ray residue is coated with polymethyl methacrylate (PNMA) becomes. Then the layer of the electrically non-conductive Materials structured in such a way that spaces between separate microstructure body on the metallic Raise the plate, thus the layer of Metal is exposed. The structuring is done by Roentgen gene depth lithography, embossing with a metal stamp, by mechanical processing of the electrically non-conductive layer with shape diamonds or a similar process.

Die Matrize kann beispielsweise hergestellt werden, indem ein mit Mikrostrukturen versehener Prägestempel, der auf der Stirnfläche der Mikrostrukturen mit einem ablösbaren elek trisch leitenden Material beschichtet ist, in eine elektrisch nicht leitende Kunststoffschicht eingepreßt wird, wobei die elektrisch leitende Beschichtung auf dem Strukturgrund der Kunststoffschicht haften bleibt. Da die auf die Kunststoff schicht übertragene Schicht, die den Strukturgrund bildet, bei der Galvanisierung als Kathode geschaltet wird, muß in diesem Fall der Strukturgrund eine elektrisch zusammenhängende Fläche bilden.The die can be manufactured, for example, by a embossed stamp with microstructures, which on the Face of the microstructure with a removable elec trically conductive material is coated in an electrically non-conductive plastic layer is pressed, the electrically conductive coating on the structural base of the Plastic layer sticks. Because the on the plastic layer transferred layer that forms the structural base the galvanization is switched as cathode, must be in this If the structural base is an electrically connected surface form.

Alternativ hierzu kann die elektrisch nicht leitende Schicht gemäß der DE 40 10 669 C1 auf ihrer zu prägenden Seite mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen werden, die beim Prägen in den Strukturgrund der geprägten Mikrostrukturkörper gepreßt wird.Alternatively, the electrically non-conductive layer according to DE 40 10 669 C1 on its side to be embossed be provided with an electrically conductive layer which, when Emboss into the structural base of the embossed microstructure body is pressed.

Eine weitere Möglichkeit, die Matrize herzustellen, besteht gemäß der DE 37 09 278 A1 darin, eine Metallplatte mit einem Formdiamanten spanend mit Mikrostrukturkörpern zu versehen. Hierbei werden mit dem Formdiamanten als "Nuten" bezeichnete Rillen in die Metallplatte eingebracht. Die Rillen verlaufen entlang zweier verschiedener Bearbeitungsrichtungen und kreu zen sich. Das zwischen den Rillen stehenbleibende Material der Metallplatte bildet hierbei die Mikrostrukturkörper, während die Rillen die Zwischenräume darstellen.Another possibility to manufacture the matrix is according to DE 37 09 278 A1, a metal plate with a Shape diamonds to be machined with microstructure bodies. Here, the shape diamond are referred to as "grooves" Grooves made in the metal plate. The grooves run along two different machining directions and cross zen themselves. The material that remains between the grooves Metal plate forms the microstructure body while the grooves represent the spaces.

Eine verbesserte Version dieses Verfahrens ist aus der DE 40 33 233 A1 bekannt. An improved version of this method is from the DE 40 33 233 A1 known.

Eine solche Matrize kann galvanisch mit einem anderen Metall abgeformt werden, wenn die Stromdichte bei der galvanischen Abformung reduziert wird. Die Metallplatte muß sich an schließend von der aufgalvanisierten Schicht selektiv entfer nen lassen.Such a matrix can be galvanically coated with another metal be molded when the current density at the galvanic Impression is reduced. The metal plate must be on then selectively remove from the electroplated layer leave.

Zur galvanischen Herstellung eines solchen Werkzeugs mit einer solchen Matrize gibt es im Prinzip zwei Möglichkeiten:For the galvanic production of such a tool with a There are basically two options for such a matrix:

Wurde die Matrize nach den beiden erstgenannten Verfahren hergestellt, so können ausschließlich die Zwischenräume galva nisch aufgefüllt werden. Nach der Entfernung des elektrisch nicht leitenden Materials, z. B. des Kunststoffs, erhält man ein Werkzeug, bei dem die Grundplatte mit den aufgalvanisier ten Mikrostrukturen versehen ist.The matrix was made using the first two methods produced, only the spaces galva niche to be replenished. After removing the electrical non-conductive material, e.g. B. the plastic, you get a tool in which the base plate with the electroplated microstructures.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE 37 12 268 C1 und der DE 32 06 820 C2 beschrieben. Dieses Verfahren ist deshalb vorteilhaft, weil die galvanische Auffüllung der Zwi schenräume rasch erfolgt, so daß sich das Werkzeug in kurzer Zeit herstellen läßt. Nachteilig ist jedoch, daß sich bei starker Beanspruchung das aufgalvanisierte Metall unter Um ständen von der Grundplatte löst. Diese Gefahr kann bereits bei der Herstellung bestehen, wenn das restliche, elektrisch nicht leitende Material mechanisch entfernt wird.Such a method is for example in DE 37 12 268 C1 and DE 32 06 820 C2. This procedure is advantageous because the galvanic filling of the Zwi spaces quickly, so that the tool in a short Time. The disadvantage, however, is that heavy duty the electroplated metal under Um releases from the base plate. This danger can already exist in manufacture, if the rest, electrical non-conductive material is removed mechanically.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, daß gemäß dem eingangs genannten Verfahren nicht nur die Zwischenräume der Matrize galvanisch aufgefüllt werden, sondern zusätzlich auch die Mi krostrukturkörper mit dem galvanisch abgeschiedenen Metall überdeckt werden.The second possibility is that according to the above mentioned procedures not only the spaces between the matrix be galvanically filled, but also the Mi Crostructed body with the galvanically deposited metal be covered.

Dieses Verfahren ist beispielsweise in der DE 35 37 483 C1 be schrieben. Bei diesem Verfahren können alle oben beschriebenen Matrizen verwendet werden. Um das Werkzeug zu erhalten, muß die Matrize vollständig entfernt werden; das Werkzeug besteht daher ausschließlich aus dem aufgalvanisierten Metall.This method is, for example, in DE 35 37 483 C1 wrote. This method can do all of the above Matrices are used. To get the tool, must the matrix is completely removed; the tool exists therefore exclusively from the galvanized metal.

Aus Gründen der mechanischen Stabilität muß die galvanisch ab geschiedene Schicht, die die Mikrostrukturkörper überdeckt, zumindest 5 bis 8 mm dick sein, damit ein selbsttragendes Werkzeug entsteht. Bei den in der Mikrotechnik üblicherweise angewandten Galvanikbedingungen (1,8 A/dm²) sind daher Galva nikzeiten bis zu 20 Tagen notwendig. Enthält die Matrize sehr unterschiedlich geformte Mikrostrukturkörper, können sich im Werkzeug mechanische Spannungen ergeben. Durch die Wahl einer geeigneten, dicken Stützplatte (z. B. 8 mm dick) für die Ma trize kann während der galvanischen Abformung einer Verformung entgegengewirkt werden. Wird das Werkzeug jedoch im letzten Fertigungsschritt von der Matrize gelöst, kann sich das Werk zeug entsprechend den inneren und ggf. den durch den Her stellungsprozeß entstandenen thermischen Spannungen verformen, so daß kein ebenes Werkzeug erhalten wird. Die mechanischen Spannungen lassen sich durch gezielte Prozeßführung nur schwer beeinflussen.For reasons of mechanical stability, the galvanically separated layer covering the microstructure body must be at least 5 to 8 mm thick so that a self-supporting tool is created. With the electroplating conditions (1.8 A / dm ² ) usually used in microtechnology, electroplating times of up to 20 days are necessary. If the die contains very differently shaped microstructure bodies, mechanical stresses can result in the tool. By choosing a suitable, thick support plate (e.g. 8 mm thick) for the matrix, deformation can be counteracted during the galvanic impression. However, if the tool is released from the die in the last manufacturing step, the tool can deform according to the inner and possibly the thermal stresses created by the manufacturing process, so that no flat tool is obtained. The mechanical stresses are difficult to influence through targeted process control.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem nicht so lange Galvanikzeiten erforderlich sind wie beim Stand der Technik und bei dem ein ebenes Werk zeug erhalten wird. Ferner soll ein Werkzeug der eingangs ge nannten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben werden, dessen mikrostrukturierter Teil eben ist, bei dem die Gefahr, daß sich einzelne Teile unter Belastung ablösen, mini miert ist und das sich dennoch mit verhältnismäßig kurzen Gal vanikzeiten herstellen läßt.The invention is therefore based on the object of a method specify where plating times are not so long required are like the state of the art and where the work is flat stuff is received. Furthermore, a tool of ge initially mentioned type and a method for its manufacture whose microstructured part is flat, in which the Risk of individual parts coming loose under load, mini is lubricated and still with a relatively short gal Vanikzeit can be made.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der An sprüche 1 und 5 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben besonders bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Werkzeugs. The object is achieved by the features of the sayings 1 and 5 solved. Describe the dependent claims particularly preferred embodiments of the invention Method and the tool according to the invention.

Es ist zwar aus der DE-AS 12 08 603 bekannt, einen galvanisch erzeugten Formkörper mit einem passenden Träger zu verbinden. In dieser Druckschrift wird ein Verfahren zum Herstellen von Spritzguß-, Preß-, Präge- und Sinterformen beschrieben, bei dem die Formen aus einem Träger aus Stahl oder Hartmetall be stehen, an dem ein die Arbeitsfläche der Formen darstellender, galvanoplastisch erzeugter Formkörper mechanisch, durch Kleben oder durch Löten befestigt ist. Dieses Verfahren ist für mikrostrukturierte Arbeitsflächen jedoch nicht geeignet, weil der Formkörper vor der Befestigung mit dem Träger entformt wird, so daß die Planarität des Formkörpers und damit der Ar beitsfläche nicht gewährleistet ist. It is known from DE-AS 12 08 603, one galvanically to connect the molded body produced with a suitable carrier. This document describes a method for producing Injection molding, pressing, embossing and sintering molds described which the forms from a carrier made of steel or hard metal be stand on which a working surface of the forms galvanically produced molded body mechanically, by gluing or is attached by soldering. This procedure is for microstructured work surfaces are not suitable because the molded part is removed from the mold before being fastened to the carrier is, so that the planarity of the shaped body and thus the Ar working area is not guaranteed.

Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art nur solange auf der Matrize galvanisch Metall abgeschie den, bis die Schicht des Metalls zwischen 0,5 und 4 mm dick ist. Hierdurch wird die Galvanikzeit beträchtlich vermindert. Anstatt durch weitere galvanische Abscheidung dem Werkzeug selbsttragende Eigenschaften zu verleihen, wird vor der Tren nung der galvanisch abgeschiedenen Schicht des Metalls von der Matrize die Schicht fest mit einer Konterplatte verbunden. Hierbei können zuvor sowohl die Konterplatte als auch die Schicht des Metalls plan bearbeitet werden, damit ein voll ständiger und fester Kontakt zwischen der Schicht und der Kon terplatte hergestellt werden kann. Erst wenn die Konterplatte fest mit der Schicht des Metalls verbunden ist, wird das Werk zeug von der Matrize in bekannter Weise gelöst.According to the invention, the method mentioned above Kind only shot as long as galvanic metal on the die until the layer of metal is between 0.5 and 4 mm thick is. This considerably reduces the electroplating time. Instead of further galvanic deposition of the tool Giving self-supporting properties is in front of the door of the electrodeposited layer of the metal Matrix the layer firmly connected to a counter plate. Here, both the counter plate and the Layer of metal can be machined to make a full constant and firm contact between the layer and the con terplatte can be produced. Only when the counter plate is firmly attached to the layer of metal, the work solved from the die in a known manner.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Spannungen der galvanisch abgeschiedenen, 0,5 bis 4 mm dicken Schicht zuerst durch die Matrize kompensiert. Es hat sich gezeigt, daß die Verformung unter diesen Umständen maximal ±5 µm beträgt. Beim Entfernen der Matrize werden die Spannungen durch die Konter platte kompensiert, so daß ein ebenes, verzugfreies Werkzeug erhalten wird. Auf diese Weise bleibt das Werkzeug auch wäh rend des Entformens und nach dem Entformen eben.In the method according to the invention, the voltages of galvanically deposited, 0.5 to 4 mm thick layer first compensated by the matrix. It has been shown that the Deformation under these circumstances is a maximum of ± 5 µm. At the Removing the die will relieve the tension through the counter plate compensated, so that a flat, distortion-free tool is obtained. This way, the tool stays on after demolding and after demolding.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Werkzeuge mit praktisch beliebig wählbaren Mikrostrukturen herstellen. Zum Abformen von Kunststoffschichten werden Werkzeuge mit Mikrostrukturhöhen von beispielsweise ca. 4 µm bis zu 1000 µm eingesetzt. Die freien Zwischenräume, die zwischen den Mi krostrukturen vorhanden sind, können ca. 2 µm bis einige mm betragen.Tools can be used with the method according to the invention Manufacturing practically any microstructures that can be selected. To the Plastic molds are used with tools Microstructure heights of, for example, approx. 4 µm up to 1000 µm used. The free spaces between the Mi Crostructures are present, can be about 2 µm to a few mm be.

Da die Konterplatte lediglich ein Verziehen der galvanisch ab geschiedenen Metallschicht verhindern muß und nicht mit der abzuformenden Kunststoffschicht in Kontakt kommt, können als Konterplatte prinzipiell Platten aus den verschiedensten Ma terialien eingesetzt werden, so lange sie unter dem Einfluß der Spannungen in der galvanisch abgeschiedenen Schicht form stabil bleiben. Bevorzugt werden jedoch Metallplatten mit ei ner Dicke von mindestens 8 mm eingesetzt, da sich Metall sehr genau plan bearbeiten läßt. Die thermischen Ausdehnungskoeffi zienten von Metallschicht und Konterplatte sollen möglichst ähnlich sein, weil das Werkzeug beim Abformprozeß großen Tempe raturschwankungen ausgesetzt ist.Since the counter plate is only a distortion of the galvanically must prevent separated metal layer and not with the plastic layer to be molded can come into contact as Counter plate in principle plates of various sizes materials are used as long as they are under the influence the voltages in the electrodeposited layer form remain stable. However, metal plates with egg are preferred ner thickness of at least 8 mm because metal is very can be edited exactly plan. The thermal expansion coefficient the layers of metal and counter plate should be as possible be similar because the tool in the molding process has a large tempe fluctuations in temperature.

Die Verbindung zwischen der Schicht des Metalls und der Kon terplatte kann auf verschiedene Weise, z. B. durch Formschluß, Kraftschluß, Stoffschluß etc., hergestellt werden. Eine bevor zugte Möglichkeit ist das Löten. Dazu wird in einem Diffusi onsofen auf eine mit einem Lot versehene, metallische Konter platte die plan bearbeitete Schicht des galvanisch abgeschie denen Metalls samt der Matrize gelegt. Dieser Verbund wird auf die Schmelztemperatur des Lots erhitzt und dann die Schicht des Metalls über die Matrize auf die Konterplatte gedrückt. Anschließend wird der Verbund auf Raumtemperatur abgekühlt und das Werkzeug von der Matrize getrennt. Die Verarbeitungstempe ratur des Lots soll unterhalb der Rekristallisationstemperatur des galvanisch abgeschiedenen Metalls, z. B. Nickel, aber noch oberhalb der Temperaturen der Abformprozesse liegen, die mit diesem Werkzeug durchgeführt werden. Für Nickel geeignete Lote weisen eine Verarbeitungstemperatur zwischen 300°C und 500°C auf.The connection between the layer of metal and the con terplatte can in various ways, e.g. B. by positive locking, Non-positive connection, material connection etc., are produced. One before Another option is soldering. This is done in a diffusi oven on a soldered, metallic counter plate the machined layer of the galvanically shot metal and the matrix. This association is based on the melting temperature of the solder is heated and then the layer of the metal is pressed over the die onto the counter plate. The composite is then cooled to room temperature and the tool is separated from the die. The processing temperature temperature of the solder should be below the recrystallization temperature of the electrodeposited metal, e.g. B. nickel, but still are above the temperatures of the impression processes, which with this tool. Solders suitable for nickel have a processing temperature between 300 ° C and 500 ° C on.

Eine andere Möglichkeit, die Schicht des Metalls mit der Kon terplatte zu verbinden, besteht darin, die Schicht des Metalls über magnetische Kräfte auf der Konterplatte zu halten. Eine solche Verbindung ist wieder lösbar. Voraussetzung ist hier bei, daß das Metall ferromagnetisch ist. Als Konterplatte wird in diesem Fall vorzugsweise ein handelsüblicher Magnettisch eingesetzt. Another way to coat the metal with the con to connect the plate consists of the layer of metal to hold on the counter plate via magnetic forces. A such a connection can be released again. The requirement is here that the metal is ferromagnetic. As a counter plate in this case preferably a commercially available magnetic table used.

Eine weitere Möglichkeit, die Schicht des Metalls mit der Kon terplatte zu verbinden, besteht darin, daß entweder in der Schicht des Metalls oder in der Konterplatte mindestens zwei hinterschnittene Nuten eingebracht werden, die vorzugsweise über die gesamte Schicht oder Platte verlaufen und in die ent sprechend gestaltete Formkörper eingeschoben werden. Werden die Nuten in die Schicht des Metalls eingeschnitten, müssen die entsprechenden Formkörper aus der Konterplatte her ausgearbeitet werden. Die Nuten sind vorzugsweise schwalben schwanzförmig. Ihre Anzahl richtet sich nach der Fläche des Werkzeugs. Es müssen so viele Nuten eingeschnitten werden, daß sich das Werkzeug nicht zwischen den Nuten durchbiegen kann.Another way to coat the metal with the con To connect terplatte consists in that either in the Layer of metal or at least two in the counter plate undercut grooves are preferably introduced run over the entire layer or plate and into the ent talking molded body are inserted. Will the grooves have to be cut into the layer of metal the corresponding molded body from the counter plate to be worked out. The grooves are preferably swallow tail-shaped. Their number depends on the area of the Tool. So many grooves have to be cut that the tool cannot bend between the grooves.

Die Tiefe der Nuten in der Schicht des Metalls bzw. die Tiefe der Abtragung, die zur Herstellung entsprechender Formkörper auf der Schicht des Metalls notwendig ist, richtet sich selbstverständlich nach der Dicke der Schicht. Keinesfalls dürfen die Mikrostrukturen auf der Rückseite durch zu tiefe Bearbeitung beschädigt werden. Vorzugsweise wird man eine Restschichtdicke von ca. 0,5 mm bestehen lassen.The depth of the grooves in the layer of the metal or the depth the removal, which is used to produce the corresponding shaped body on the layer of metal is necessary of course according to the thickness of the layer. Not at all the microstructures on the back may be too deep Machining can be damaged. Preferably you become one Leave the remaining layer thickness of approx. 0.5 mm.

An sich ist es in der Mikrostrukturtechnik bekannt, verschie dene Materialien über schwalbenschwanzförmige Nuten miteinan der zu verbinden.It is known per se in microstructure technology, various materials with dovetail grooves to connect.

Aus der bereits erwähnten DE 32 06 820 A1 geht hervor, daß eine Grundplatte mit schwalbenschwanzförmigen Nuten versehen werden kann. Hierdurch wird aufgegossener und erstarrter Si likonkautschuk mit der Grundplatte verbunden. Der Silikon kautschuk bildet in den Nuten entsprechende Formkörper aus. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß ein Werkzeug, mit dem der Silikonkautschuk strukturiert wird, von diesem und der Grundplatte getrennt werden kann, ohne daß der Silikon kautschuk in den Strukturen des Werkzeugs hängen bleibt. Die Nuten befinden sich jedoch nicht an der freien Seite des Werk zeugs; der Silikonkautschuk stellt keine Konterplatte dar. From the already mentioned DE 32 06 820 A1 it emerges that provided a base plate with dovetail-shaped grooves can be. As a result, poured and solidified Si silicone rubber connected to the base plate. The silicone rubber forms corresponding shaped bodies in the grooves. In this way it can be achieved that a tool with which the silicone rubber is structured by, this and that Base plate can be separated without the silicone rubber gets stuck in the structure of the tool. The However, grooves are not on the free side of the movement stuff; the silicone rubber is not a counter plate.

Aus der ebenfalls bereits erwähnten DE 40 10 669 C1 geht her vor, daß als Handhabe für den Abformprozeß bei der Herstellung der Matrize ein mit Nuten versehener Metallstempel geeigneter Größe auf der freien Seite einer Thermoplast-Schicht ange bracht werden kann. Die Handhabe hat hierbei jedoch keine me chanisch stabilisierende Wirkung.DE 40 10 669 C1, which has also already been mentioned, comes from before that as a handle for the molding process in the manufacture the die is a metal stamp provided with grooves Size indicated on the free side of a thermoplastic layer can be brought. However, the handle has no me chanic stabilizing effect.

Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das be sonders bevorzugte Werkzeug gemäß Anspruch 5 hergestellt wer den. Bei diesem Werkzeug wird die galvanisch abgeschiedene Schicht des Metalls nicht durch eine einteilige, sondern durch eine mehrteilige Konterplatte stabilisiert. Diese Aus führungsform ist besonders für großflächige Werkzeuge vorge sehen, bei denen zur Stabilisierung eine Vielzahl von Nuten und entsprechenden Formkörpern notwendig ist. Es erscheint in diesem Fall einfacher, die Nuten in die Schicht des Metalls und nicht in Teile der Konterplatte einzubringen; die Konter platte trägt dann die entsprechenden Formkörper. Prinzipiell können die Nuten gemäß der Erfindung auch in der Konterplatte angebracht werden.Using the method according to the invention, this can be particularly preferred tool according to claim 5 who manufactured the. With this tool, the is galvanically separated Layer of metal not through a one-piece but through a multi-part counter plate stabilized. This out The guiding form is particularly recommended for large-area tools see a variety of grooves to stabilize and corresponding moldings is necessary. It appears in In this case, the grooves in the layer of metal easier and not in parts of the counter plate; the counterattack plate then carries the corresponding moldings. In principle can the grooves according to the invention in the counter plate be attached.

Wie erwähnt, sind im erfindungsgemäßen Werkzeug auf der nicht mit den Mikrostrukturen versehenen Seite mindestens zwei vor zugsweise hinterschnittene, z. B. schwalbenschwanzförmige Nu ten eingebracht. In diese Nuten greifen mindestens zwei plat tenförmige Spannelemente ein, die an einem Rand als zu den Nu ten komplementäre Formkörper gestaltet sind. Die Spannelemente weisen zwei verschieden dicke Bereiche auf. Der erste, an die Formkörper angrenzende Bereich hat eine geringere Wandstärke als der zweite, hieran angrenzende Bereich. Der Abstand der Nuten bzw. die Dicke der Spannelemente im zweiten Bereich ist so gewählt, daß sich die Spannelemente im verzugfreien Zustand des Werkzeugs nicht gegeneinander verspannen. Zwischen den Spannelementen wird daher im ersten Bereich ein Freiraum ge bildet. As mentioned, are not in the tool according to the invention with the microstructured side at least two in front preferably undercut, e.g. B. dovetail-shaped nu introduced. At least two plat engage in these grooves ten-shaped clamping elements that on one edge as to the Nu complementary shaped bodies are designed. The clamping elements have two different thickness areas. The first to The area adjacent to the shaped body has a smaller wall thickness as the second area adjacent to it. The distance of the Grooves or the thickness of the clamping elements in the second area chosen so that the tensioning elements are in the distortion-free state do not clamp the tool against each other. Between Clamping elements is therefore a free space in the first area forms.

Sowohl der erste als auch der zweite Bereich können rechteckig sein. Es ist jedoch auch möglich, den zweiten Bereich trapez förmig zu gestalten, wobei die Basisseite des Trapezes eine der Seiten des Spannelements darstellt, die an den Formkörper angrenzt. In jedem Fall sind die Spannelemente so gestaltet, daß ihre dem Formkörper gegenüberliegende Seite eine plane, zur Schicht des Metalls parallele Fläche darstellt.Both the first and the second area can be rectangular his. However, it is also possible to trapezoid the second area shape, with the base of the trapeze a represents the sides of the tensioning element attached to the molded body adjacent. In any case, the clamping elements are designed that its side opposite the molded body has a flat, represents surface parallel to the layer of metal.

Die Verbindung der Spannelemente untereinander erfolgt nun durch eine kammförmig gezähnte Platte, die seitlich, somit parallel zur Schicht des Metalls mit ihren Zähnen in die Frei räume eingeschoben wird, wobei die Freiräume gefüllt werden. Die endständigen Spannelemente werden auf den Seiten, die kei nem Spannelement benachbart sind, durch endständige Zähne der Platte abgestützt.The clamping elements are now connected to each other by a comb-shaped serrated plate, the side, thus parallel to the layer of metal with your teeth in the free spaces is inserted, the spaces being filled. The terminal clamping elements are on the sides, the kei Nem clamping element are adjacent, by terminal teeth Supported plate.

Auf diese Weise wird die Schicht des Metalls sicher durch eine mehrteilige, aus Spannelementen und gezähnter Platte be stehende Konterplatte gegen Verzug stabilisiert. Ist der erste Bereich wie beschrieben trapezförmig gestaltet, kann durch die Tiefe des Einschiebens über die gezähnte Platte eine stabili sierende Kraft ausgeübt werden.In this way, the layer of metal is securely covered by a multi-part, from tensioning elements and toothed plate be standing counter plate stabilized against warping. Is the first The area can be designed trapezoidal as described by the Depth of insertion over the serrated plate a stabili exercising force.

Vorzugsweise werden jedoch zwei im Querschnitt keilförmige, gezähnte Platten vorgesehen, die zueinander spiegelsymmetrisch sind und die von entgegengesetzten Seiten in die Freiräume zwischen den Spannelementen eingeschoben sind. Die Spiegel symmetrie stellt sicher, daß sich die Keilform der beiden Platten im Querschnitt zu einem Rechteck ergänzt. Der erste Bereich der Spannelemente ist in diesem Fall rechteckig. Die Dimension und die Zähnung der Platte bzw. der beiden sich er gänzenden Platten richtet sich nach der Gestalt der zwischen den Spannelementen geschaffenen Freiräume. Preferably, however, two wedge-shaped in cross section, serrated plates provided that are mirror-symmetrical to each other are and from opposite sides in the free spaces are inserted between the clamping elements. The mirrors symmetry ensures that the wedge shape of the two Cross-section of plates added to form a rectangle. The first The area of the clamping elements is rectangular in this case. The Dimension and the perforation of the plate or the two itself complementary plates depends on the shape of the between the free spaces created by the clamping elements.

Ergebnis des Fügevorgangs ist ein Werkzeug, bei dem die Schicht des Metalls durch Zugkräfte auf die Konterplatte ge spannt ist. Die Zugkräfte werden über die Spannelemente über tragen. Die Zähne der gezähnten Platte(n) sitzen spielfrei in den Freiräumen. Zur Montage können die Spannelemente thermisch gelängt werden, so daß sich die Zähne unter Spiel einsetzen lassen.The result of the joining process is a tool in which the Layer of the metal by tensile forces on the counter plate ge is tense. The tensile forces are transferred via the clamping elements wear. The teeth of the toothed plate (s) sit in without play the open spaces. For mounting, the clamping elements can be thermal be lengthened so that the teeth engage with play to let.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher er läutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures purifies.

Es zeigenShow it

Fig. 1 die Schicht des Metalls mit eingeschnittenen Nuten; Figure 1 shows the layer of metal with incised grooves.

Fig. 2 ein Spannelement; Fig. 2 is a clamping element;

Fig. 3 eine kammförmig gezähnte Platte; Fig. 3 is a comb-toothed plate;

Fig. 4 die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkzeugs in räumlicher Darstellung; . Figure 4 illustrates the manufacture of the tool according to the invention in three-dimensional representation;

Fig. 5a, 5b zwei Ansichten einer bevorzugten Ausgestaltung des er findungsgemäßen Werkzeugs. FIGS. 5a, 5b show two views of a preferred embodiment of he inventive tool.

Fig. 1 zeigt eine galvanisch abgeschiedene Schicht 1 des Me talls mit den (nicht dargestellten) Mikrostrukturen auf der Seite 3 und mit durch Stege 5 voneinander getrennten, schwal benschwanzförmigen Nuten 4 auf der Seite 2. (Im Interesse ei ner übersichtlicheren Darstellung sind nur zwei Nuten 4 ge zeigt.) Die Schicht mißt 26×66 mm. Sie ist während der Her stellung des Werkzeugs noch mit der (nicht dargestellten) Ma trize verbunden. Die Nuten sind in ihrem unteren, eingeschnit tenen Teil ebenso wie die dazwischen liegenden Stege 1,3 mm breit und verlaufen über die gesamte Schicht. Fig. 1 shows an electrodeposited layer 1 of metal with the (not shown) microstructures on the side 3 and with webs 5 separated by dovetail-shaped grooves 4 on the side 2 . (In the interest of a clearer representation, only two grooves 4 are shown.) The layer measures 26 × 66 mm. It is still connected to the die (not shown) during manufacture of the tool. The grooves, in their lower, cut-in part, as well as the webs in between, are 1.3 mm wide and run over the entire layer.

Fig. 2 zeigt ein zugehöriges Spannelement. Das Spannelement ist rechteckig und trägt an einer seiner Kanten einen zu den Nuten 4 komplementären Formkörper 6. An den Formkörper 6 grenzt ein erster, rechteckiger Bereich 7 mit einer Wandstärke von 1,25 mm und einer Höhe von 20 mm an. An den ersten Bereich 7 schließt sich ein zweiter Bereich 8 mit einer Wandstärke von 2,5 mm und einer Höhe von 10 mm an. Die Länge des Spannele ments entspricht der Länge bzw. Breite der Schicht des Me talls. Werden die Spannelemente nebeneinander in die Nuten 4 eingeschoben, entsteht somit zwischen den ersten Bereichen 7 der Spannelementen ein Freiraum, der 1,35 mm breit und 20 mm hoch ist. Fig. 2 shows an associated clamping element. The clamping element is rectangular and carries on one of its edges a shaped body 6 which is complementary to the grooves 4 . A first, rectangular area 7 with a wall thickness of 1.25 mm and a height of 20 mm adjoins the shaped body 6 . The first area 7 is followed by a second area 8 with a wall thickness of 2.5 mm and a height of 10 mm. The length of the clamping element corresponds to the length or width of the layer of the metal. If the clamping elements are pushed next to one another into the grooves 4 , a space is thus created between the first regions 7 of the clamping elements, which is 1.35 mm wide and 20 mm high.

Fig. 3 zeigt eine kammartig gezähnte, 36 mm breite und 20 mm dicke Platte 10 in Richtung auf die Zähne 9. (Im Interesse ei ner übersichtlicheren Darstellung sind nur vier Zähne dar gestellt.) Die Zähne sind 32 mm lang und wie die Spannelemente 1,25 mm dick, so daß sie den Freiraum zwischen den Spann elementen ausfüllen. Ihr Abstand voneinander entspricht mit 1,35 mm dem Abstand der Spannelemente im ersten Bereich 7. FIG. 3 shows a comb-toothed, 36 mm wide and 20 mm thick plate 10 in the direction of the teeth 9 . (In the interest of a clearer representation, only four teeth are shown.) The teeth are 32 mm long and, like the clamping elements, 1.25 mm thick, so that they fill the space between the clamping elements. At 1.35 mm, their distance from one another corresponds to the distance between the clamping elements in the first region 7 .

Fig. 4 zeigt das erfindungsgemäße Werkzeug beim Zusammenbau in räumlicher Darstellung. Auf die Schicht des Metalls 1 (das in diesem Stadium noch mit der [nicht dargestellten] Matrize ver bunden ist) sind die durch die Stege 5 getrennten Nuten 4 ein gebracht. In die Nuten 4 sind die Formkörper 6 der Spann elemente eingeschoben. Der erste Bereich 7 der Spannelemente wird durch die Zähne 9 der kammartig gezähnten Platte 10 ein geschlossen, während der zweite Bereich 8, in dem die Spann elemente einen Abstand von 0,1 mm aufweisen, über die gezähnte Platte 10 hinausragt. Fig. 4 shows the tool according to the invention in assembly in a spatial representation. On the layer of metal 1 (which at this stage is still connected to the die [not shown]), the grooves 4 separated by the webs 5 are introduced. In the grooves 4 , the molded body 6 of the clamping elements are inserted. The first region 7 of the clamping elements is closed by the teeth 9 of the comb-like serrated plate 10 , while the second region 8 , in which the clamping elements have a distance of 0.1 mm, protrudes beyond the serrated plate 10 .

Fig. 5 zeigt zwei Schnitte a und b durch eine bevorzugte Aus führungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs, bei der zwei spiegelsymmetrische, im Querschnitt keilförmige gezähnte Plat ten 10a, 10b von entgegengesetzten Seiten in die Freiräume zwischen den ersten Bereichen 7 der Spannelemente eingeschoben sind. Die Schicht 1 ist mit (übertrieben groß dargestellten) Mikrostrukturen 11 versehen. Die Formkörper 6 der Spannele mente sind in die Nuten 4 auf der Schicht 1 eingeschoben. Die dickeren, zweiten Bereiche 8 der Spannelemente ragen über die beiden gezähnten Platten 10a und 10b hinaus. Fig. 5 shows two sections a and b through a preferred embodiment of the tool according to the invention, in which two mirror-symmetrical, cross-sectionally wedge-shaped toothed plates 10 a, 10 b are inserted from opposite sides into the spaces between the first regions 7 of the clamping elements. The layer 1 is provided with (exaggeratedly large) microstructures 11 . The shaped body 6 of the Spannele elements are inserted into the grooves 4 on the layer 1 . The thicker, second areas 8 of the clamping elements protrude beyond the two serrated plates 10 a and 10 b.

Claims

1. Method for molding microstructures in plastic layers using a tool provided with microstructures made of a metal, in which

a) a plate-shaped die is produced in which microstructure bodies enclosing interstices rise on an electrically conductive structural base and are complementary to the microstructures,
b) the die is electroplated with the metal by switching the electrically conductive structural base as the cathode and the metal is deposited until both the gaps are filled with the metal and the microstructure body of the die is from 0.5 to 4 mm thick layer of metal are covered,
c) before the galvanically deposited layer of the metal is separated from the die, the layer is firmly connected to a counterplate,
d) the metal is separated from the die and
e) the plastic layer is molded with the tool.

2. The method according to claim 1, characterized in that a metallic counter plate is used and the Layer of metal with the counter plate by soldering ver is bound.

3. The method according to claim 1, characterized in that a metallic counter plate is used and the Layer of metal with the counter plate through a magne table power is connected.

4. The method according to claim 1, characterized in that the counter plate with the layer of metal over minde at least two undercut grooves and at least two in the grooves insertable molded bodies, each of which Counter plate or the layer of metal worked out are connected.

5. Layer the tool with microstructures for molding in plastic

a) with a layer ( 1 ) of at least one metal, the
b) carries the microstructures to be molded on one side, characterized in that
c) the layer ( 1 ) is 1 to 4 mm thick,
d) at least two grooves ( 5 ) machined out of the metal are introduced into the side of the layer ( 1 ) which is not provided with microstructures and which are guided parallel to one another via the layer ( 1 ),
e) at least two plate-shaped clamping elements ( 6 , 7 , 8 ), which are designed on one edge as shaped bodies ( 6 ) complementary to the grooves ( 5 ), with their shaped bodies ( 6 ) in a position perpendicular to the layer ( 1 ) in the grooves ( 5 ) are inserted, the clamping elements
- - In a first, on the shaped body ( 6 ) adjacent area ( 7 ) have a smaller wall thickness than in a second area ( 8 ), which is adjacent to the first loading area ( 7 ), so that th between the Spannelemen in the first area Free space arises, and
- - The wall thickness of the second area ( 8 ) is chosen so that the tensioning elements do not brace against each other in this area,
f) the teeth ( 9 ) of at least one comb-toothed plate ( 10 ) are pushed parallel to the layer ( 1 ) between the first region ( 7 ) of the clamping elements ( 6 , 7 , 8 ), so that in each case a free space of at least one of the teeth ( 9 ) is filled and the terminal teeth support the terminal clamping elements on their free side.

6. Tool according to claim 5, characterized in that two wedge-shaped, mirror-symmetrical comb-shaped toothed plates ( 10 a, 10 b) of opposite directions are pushed between the clamping elements.