DE4414915C2 - Verfahren zum Kleben von Mikrostrukturen - Google Patents

Verfahren zum Kleben von Mikrostrukturen

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben von Mikrostrukturen mit Größen im Bereich von 1 bis 10 mm durch sie umgebende, flächige Klebefugen der Dickenabmessungen im Bereich der Oberflächenrauhigkeit von µm-Größenordnung, bei welchem die Fügepartner zuerst lateral positioniert werden, dann der flüssige Klebstoff in die Klebefuge eingebracht und danach im noch flüssigen Zustand mittels Kapillarkräften in der Klebefuge gefördert wird und anschließend hinter der Kle­ befläche und der zu verklebenden Fuge durch Einfließen in eine - in Ausbreitungsrichtung des Klebstoffs gesehen - senkrecht dazu gerichtete Stoppnut an der weiteren Ausbreitung gehindert wird.
Bei der Montage von Mikrostrukturen müssen Einzelteile aus den unterschiedlichsten Werkstoffen miteinander verbunden werden. Die typischen äußeren Abmessungen derartiger Bauteile liegen im Bereich zwischen 1 mm und 10 mm, mit Feinstrukturen zwi­ schen 10 µm und einigen 100 µm. Für diese Fügearbeiten wird hauptsächlich die Klebtechnik angewendet. Hierbei treten häu­ fig zwei Anforderungen auf: Einhaltung einer minimalen Klebe­ fugendicke mit guter Abdichtung und Verhinderung des uner­ wünschten Klebstoffeintrages in Hohlstrukturen oder bewegliche Strukturteile der Fügepartner.
Aus der DE 39 03 871 C1 ist ein Verfahren zum Einkleben eines Körpers in eine Vertiefung eines Grundmateriales mittels flüs­ sigem Klebstoff bekannt, bei dem zunächst die Fügepartner po­ sitioniert werden, danach der flüssige Klebstoff direkt von außen entlang der Klebefuge aufgetragen wird, wobei der Kleber dann mittels Kapillarkräften in der Klebefuge transportiert und anschließend hinter der Klebefläche und der zu verkleben­ den Fuge durch Einfließen in eine, senkrecht dazu gerichtete Stoppnut an der weiteren Ausbreitung gehindert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren anzugeben, das diese Anforderungen erfüllt und vor allem die Ausbreitung des Klebstoffes in der Klebefuge gezielt stoppen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff vor, welches aus den Verfahrensschritten besteht, die im kennzeichnenden Teil des Patenanspruches 1 angegeben sind. Besonders vorteilhafte Aus­ gestaltungen des Verfahrens sind in den kennzeichnenden Merk­ malen der Unteransprüche zu sehen.
Weitere Einzelheiten des neuen Vefahrens werden im folgenden und anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigen:
die Fig. 1 einen Schnitt durch eine Fügepaarung gem. BB in der Fig. 2 und
die Fig. 2 einen Schnitt bzw. eine Draufsicht gem. AA in der Fig. 1.
Gemäß der Fig. 1 soll eine beispielsweise unstrukturierte Deck­ platte 1 auf ein strukturiertes Bauteil 2 aufgeklebt werden. In der Mitte von diesem befindet sich eine nicht näher darge­ stellte Hohlstruktur 3, die von Klebstoff freigehalten werden soll. Die Klebefuge 5 der Klebefläche 4 zwischen den beiden Teilen 1 und 2 hat eine Dicke im Bereich der Oberflächenrau­ higkeit der zu verklebenden Teile, d. h. im µm-Bereich und darunter. Um die Klebefläche 4 herum ist nun eine Befüllnut 6 angeordnet, die bis an den Rand 8 der Klebefläche 4 reicht. Die Befüllnut 6 kann dabei die zu verklebenden Flächen 4 mit den Klebefugen 5 einschließen, umgeben oder auch ihnen nur einseitig benachbart sein.
Hinter der Klebefläche 4 bzw. hinter der zu verklebenden Fuge 5 und um die freizuhaltende Struktur 3 herum bzw. vor ihr ist eine - in Ausbreitungsrichtung 9 des einzubringenden Kleb­ stoffs gesehen - senkrecht dazu gerichtete Stoppnut 7 in die Struktur 2 eingebracht. Die Stopnut und die Befüllnut können auch jeweils für sich alleine in einem der beiden Fügepartner eingebracht werden. Bei Versuchen hat sich als besonders gün­ stig erwiesen, daß bei den eingangs erwähnten Größenordnungen von Mikrostrukturen Breite und Tiefe der Befüll- und der Stoppnut jeweils im Bereich von 100 bis 200 µm liegen und daß dabei ein Klebstoff mit einer dynamischen Zähigkeit im Bereich von 0,1 bis 10 N.sek/m2 gutes Stoppverhalten zeigte (Aushärte­ zeiten im Bereich von Stunden, bei lichthärtenden Klebstoffen in Sekunden).
Das eigentliche Verfahren besteht nun darin, daß die Fügepart­ ner, die Deckplatte 1 und das strukturierte Teil 2 zuerst la­ teral positioniert und und zur Erreichung einer minimalen Kle­ befugendicke mit definierter Kraft zusammengepreßt werden. Die Klebefuge 5 wird, wie bereits erwähnt, aus den Erhebungen der Oberflächenprofile der Klebeflächen 4 und vorhandenen Hohlräu­ men, d. h. der Rauhigkeit gebildet. Danach wird der flüssige Klebstoff, z. B. niederviskose ungefüllte Ein- oder Zweikomponenten-Klebstoffe, zuerst in eine, die zu ver­ klebende Flächen mit den Klebefugen 5 einschließende, umge­ bende oder ihnen benachbarte, in die Oberfläche eingearbei­ tete, an den Rand der Klebefläche reichende Befüllnut 6 einge­ bracht und danach im noch flüssigen Zustand mittels Kapillar­ kräften sowohl in der Befüllnut 6 selbst transportiert als auch in die Klebefuge 5 gefördert. Anschließend wird der Kleb­ stoff, um die Klebefläche 4 lateral zu begrenzen, hinter der Klebefläche 4 und der zu verklebenden Fuge 5 durch Einfließen in die - in Ausbreitungsrichtung 9 des Klebstoffs gesehen - senkrecht dazu gerichtete Stoppnut 7 an der weiteren Ausbrei­ tung gehindert.
Ebenso wird dadurch das Austreten des Klebstoffes aus der Klebefuge 5 in die Hohlstruktur unterbunden. Bei einer solchen wird z. B. eine in sich geschlossene Nut um die Struktur herum vorgesehen werden, wie in der Fig. 2 dargestellt. Der aus der Klebefuge 5 in die Stoppnut 7 austretende Klebstoff bildet einen Meniskus, der solange wächst, bis sich mit zunehmendem Krümmungsradius des Meniskus und der infolge Aushärtung abneh­ menden Oberflächenspannung des Klebstoffs ein stabiles Gleich­ gewicht eingestellt hat. Die weitere Ausbreitung ist damit ge­ stoppt.
Bezugszeichenliste
1
Deckplatte
2
strukturierter Teil, Mikrostruktur
3
Hohlstruktur
4
Klebefläche
5
Klebefuge
6
Befüllnut
7
Stopnut
8
Rand der Klebefläche
9
Ausbreitungsrichtung

Claims (4)

1. Verfahren zum Verkleben von Mikrostrukturen mit Größen im Bereich von 1 bis 10 mm durch sie umgebende, flächige Kle­ befugen der Dickenabmessungen im Bereich der Oberflächen­ rauhigkeit von µm-Größenordnung, bei welchem die Fügepart­ ner zuerst lateral positioniert werden, dann der flüssige Klebstoff in die Klebefuge eingebracht und danach im noch flüssigen Zustand mittels Kapillarkräften in der Klebefuge gefördert wird und anschließend hinter der Klebefläche und der zu verklebenden Fuge durch Einfließen in eine - in Aus­ breitungsrichtung des Klebstoffs gesehen - senkrecht dazu gerichtete Stoppnut an der weiteren Ausbreitung gehindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügepartner mit definierter Kraft zusammengepreßt werden und der Klebstoff zuerst in eine, die zu verkleben­ den Flächen mit den Klebefugen einschließende, sie umge­ bende oder ihnen benachbarte, in die Oberfläche eingearbei­ tete, an den Rand der Klebefläche reichende Befüllnut ein­ gebracht und danach im noch flüssigen Zustand mittels Ka­ pillarkräften sowohl in der Befüllnut selbst transportiert als auch in die Klebefuge gefördert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoppnut als in sich geschlossene Nut um die Struktur herum vorgesehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Breite und Tiefe der Befüll- und der Stoppnut jeweils im Bereich zwischen 100 und 200 µm liegen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Zähigkeit des Klebstoffs im Bereich von 0,1 bis 10 N.sek/m2 liegt.
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