EP0374441B1 - Verfahren zum Herstellen eines zweidimensional ausgedehnten Mikrostrukturkörpers aus Metall mit einer Vielzahl feiner Öffnungen und eines hierfür geeigneten Werkzeugs - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines zweidimensional ausgedehnten Mikrostrukturkörpers aus Metall mit einer Vielzahl feiner Öffnungen und eines hierfür geeigneten Werkzeugs Download PDF

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EP0374441B1
EP0374441B1 EP89120246A EP89120246A EP0374441B1 EP 0374441 B1 EP0374441 B1 EP 0374441B1 EP 89120246 A EP89120246 A EP 89120246A EP 89120246 A EP89120246 A EP 89120246A EP 0374441 B1 EP0374441 B1 EP 0374441B1
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EP
European Patent Office
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tool
electrically conductive
conductive layer
micro
metal
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EP89120246A
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EP0374441A1 (de
Inventor
Wilhelm Dr. Bier
Asim Dr. Maner
Klaus Dr. Schubert
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/10—Moulds; Masks; Masterforms

Definitions

  • the two-dimensionally extended microstructure bodies can represent, for example, films or plates which are used for the filtration of liquids or as optical gratings.
  • Microstructure bodies according to the preamble of claim 1 can be produced by two different methods: by photolithography in combination with electroplating or by the method according to DE-PS 35 37 483. This method is referred to as the LIGA (X-ray depth lithography micro-electro-forming) method.
  • LIGA X-ray depth lithography micro-electro-forming
  • DE-OS 36 11 732 also shows that for the production of catalyst support bodies, individual plate-shaped microstructure bodies produced by the LIGA process are stacked on top of one another, aligned and assembled into a stable body.
  • predetermined opening sizes can be set depending on the electroplating layer thickness.
  • the transparency decreases sharply, especially as the size of the openings decreases. Therefore, high transparency, small opening size and large panel thickness cannot be achieved at the same time.
  • the invention has for its object to avoid the aforementioned disadvantages.
  • Two-dimensionally extended microstructure bodies such as e.g. B. have films or plates in series production that have a large number of fine openings or slots, the dimensions and distribution of which can be freely determined.
  • a method for producing a tool is to be specified by means of which these microstructure bodies can be produced.
  • the tool has such microstructures that closely adjacent in the impression material towards the electrically conductive layer Tapering microstructures are molded, and that the resulting shape is galvanically filled until the distance between two adjacent galvanic fillings on their surface corresponds to the predetermined dimension of the relevant opening of the microstructure body to be produced.
  • the tool for producing the plate-shaped microstructure body is produced according to the invention in that closely adjacent grooves are made in the surface of a machinable substrate by means of one or more form diamonds, which taper towards the groove base, whereupon the surface of the substrate structured in this way is molded with metal or ceramic and the molded surface is used as a tool.
  • a metal plate for example consisting of copper or an aluminum-magnesium alloy (AlMg3), can be used as the machinable substrate, which is galvanically coated with another metal, e.g. B. nickel is covered.
  • AlMg3 aluminum-magnesium alloy
  • a composite plate consisting of an electrically conductive and an electrically insulating layer, can also be used as the machinable substrate, into which the grooves are made until they reach into the electrically conductive layer, after which the metal impression is applied by electroplating the electrically conductive layer is carried out as a cathode with subsequent removal of the substrate.
  • the tool is inserted into the impression material and removed again when the microstructures are molded with ultrasound support. It is not necessary to heat the composite layer during the impression.
  • the impression is made by the tapered Form of the microstructures favored the impression of microstructures with vertical walls.
  • an opening size that is variable over the plate height and an expanding opening shape that is distributed for the filtration can be produced according to the invention.
  • FIGS. 1 to 9 The production of the tool, the molding and the galvanic filling of the molded structures are shown in FIGS. 1 to 9.
  • a plate made of AlMg3 with the dimensions 20 x 30 mm2 is used as the starting material for the production of the tool.
  • the surface of the plate is structured with a wedge-shaped micro-shaped diamond without chamfer on the tip by cross-cutting.
  • the grooves created here have a depth of 100 micrometers and an opening angle of 53 °.
  • the density of the grooves is 9.1 grooves per mm.
  • a nickel layer 3 is electrodeposited on the metal plate 2.
  • the nickel layer is machined flat on its free surface.
  • Fig. 2 shows the machined nickel layer 3 on the metal plate 2. Subsequently, the metal plate 2 in a suitable etching solution, for. B. dissolved in sodium hydroxide solution.
  • a composite layer is produced from an electrically insulating layer 6, which consists of the thermoplastic polymethyl methacrylate (PMMA) and an electrically conductive layer 7, which is formed from the thermoplastic PMMA with embedded graphite particles.
  • PMMA thermoplastic polymethyl methacrylate
  • polypropylene, polyethylene, polycarbonate, polystyrene, ABS, PVC, polyacetal and polyamide can also be used as thermoplastics.
  • the electrically conductive layer can also consist of a low-melting metal or a low-melting metal alloy.
  • the composite layer is expediently produced in such a way that the electrically conductive layer 7 is poured onto a metal plate or metal foil.
  • the solidified electrically conductive layer is made by pouring the electrical insulating layer 6 covers.
  • the composite layer is further processed in solidified form.
  • the tool 5 produced after step a) is pressed into the composite layer until the microstructures 4 of the tool 5 penetrate the electrically insulating layer 6 and protrude into the electrically conductive layer 7.
  • the impression of the microstructures 4 remains as a negative form in the composite layer.
  • the negative mold generated in step b) is galvanically filled with a metal by switching the electrically conductive layer 7 as a cathode.
  • the height h of the galvanically produced filling 8 determines the transparency and the opening size d of the plate-shaped microstructure body.
  • the metals nickel, gold and copper are particularly suitable as filling material.
  • the composite layer is removed.
  • This can be done, for example, by dissolving with dichloromethane, after which the galvanically produced metal filling of the negative form remains.
  • the result is a grid-shaped metal network with structures of triangular cross section and widening openings, the dimensions d of which can be adjusted via the height of the galvanic filling or the thickness of the metal network.
  • the transparency of the metal mesh or the opening ratio which is calculated as the ratio of the sum of the free openings to the total area of the metal mesh, is about 13% in this case.
  • the wedge angle of the form diamond other dimensions and transparencies can of course also be realized in the metal network depending on the height of the galvanic filling.
  • the grooves 11 have a depth of 240 ⁇ m and a maximum width of 200 ⁇ m, while the transverse grooves have a width of 400 ⁇ m at the same depth.
  • the density of the grooves 11 is 3.5 grooves per mm.
  • the hollow cylinder 9 provided with longitudinal grooves 11 and transverse grooves 10 is electroplated.
  • a thin rod is inserted along the cylinder axis, centered and switched as an anode.
  • the hollow cylinder itself serves as the cathode. With the aid of this arrangement, nickel is deposited on the inside of the hollow cylinder 9 until the free inner diameter has decreased to a desired value, for example to the diameter of a shaft. The inner, structured surface of the hollow cylinder is transferred to the electrodeposited metal as a negative form.
  • the anode is removed from the z. T. galvanically filled hollow cylinder pulled out and the remaining free inner surface of the hollow cylinder ground and polished rotationally symmetrically.
  • the originally used copper hollow cylinder 9 is selectively etched away with the aid of a CuCl2 solution, the electrodeposited nickel remaining in the interior of the copper hollow cylinder.
  • the tool has an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 60 mm and is 260 mm long.
  • the hollow cylinder made of copper with this inner microstructure cannot be completely molded with galvanically deposited metal. Cavities can arise in the narrow grooves.
  • B. consists of copper and on the inside with a thin layer of electrically insulating material, for. B. made of PMMA or another electrically insulating plastic. The layer thickness should be less than the height of the grooves 10, 11 to be produced, so that the grooves form the layer of electrically insulating plastic pierce and continue into the metal. In this way, the true-to-shape galvanization is made considerably easier.
  • the layer of electrically insulating plastic is removed after removal of the metal by a suitable solvent such. B. by dichloromethane in the case of PMMA.
  • a flexible composite layer is produced, in which case the electrically insulating layer 6 and the electrically conductive layer 7 are expediently prefabricated as films by rolling and then laminated to one another.
  • Polypropylene is used as the material for the electrically insulating layer 6 and a low-melting metal alloy, preferably a lead-tin alloy, is used for the electrically conductive layer 7.
  • the composite layer 15 is carried out between two adjacent rollers 12, 14.
  • the composite layer can be warmed up by an infrared radiator immediately before being introduced into the pair of rollers 12, 14.
  • the upper roller is identical to the tool 12 produced in step a).
  • the composite layer is passed between the two rollers 12, 14 in such a way that the microstructures of the roller 12 form the electrically insulating layer 16 of the composite layer penetrate and protrude into the electrically conductive layer 17 of the composite layer.
  • the negative mold 18 produced in this way on the composite layer is galvanically filled with nickel, as described in Example 1, step c).
  • the composite layer is galvanized as an endless sheet material in a continuous system, after which the galvanically produced filling is rolled up as an endless slit film made of metal by pulling it off the composite layer and onto a spool.
  • the result of this operation is shown in Fig. 9.
  • the result is an endless slot foil made of nickel with reinforcing ribs 20.
  • the slot width 19 can be adjusted as in Example 1, step c) via the height of the nickel electroplating layer.
  • a slot width of 125 ⁇ m is obtained and, without taking the reinforcing ribs into account, a transparency of approximately 44% is obtained.
  • the slit film produced in this way can be used as an optical grating or as an evaporation mask.
  • the plate-shaped tool is attached to the sonotrode of an ultrasonic welding machine.
  • the attachment can be done by gluing or soldering.
  • the composite layer with its electrically conductive layer is placed on the anvil of the ultrasonic welding machine.
  • the anvil is provided with suction openings that are evacuated by a vacuum pump Container or other suitable device in connection. Due to the negative pressure, the composite layer adheres to the anvil.
  • the mold is molded analogously to Example 1, step b), but the tool is pressed into the composite layer with ultrasound support and removed again.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zweidimensional ausgedehnten Mikrostrukturkörpers aus Metall mit einer Vielzahl feiner Öffnungen vorgebbarer Abmessungen und Verteilung, bei dem
    • a) ein an der Oberfläche mit Mikrostrukturen versehenes Werkzeug hergestellt wird,
    • b) aus einer Abformmasse, die aus einer elektrisch isolierenden und einer elektrisch leitenden Schicht besteht, eine Form hergestellt wird, indem die Mikrostrukturen des Werkzeugs durch die elektrisch isolierende Schicht hindurch bis in die elektrisch leitende Schicht eingeführt und zurückgezogen werden,
    • c) worauf die so entstandene Form galvanisch unter Verwendung der elektrisch leitenden Schicht als Kathode mit einem Metall aufgefüllt und danach die Form entfernt wird

    und ein Verfahren zur Herstellung eines mit Mikrostrukturen versehenen Werkzeuges.
  • Die zweidimensional ausgedehnten Mikrostrukturkörper können beispielsweise Folien oder Platten darstellen, die zur Filtration von Flüssigkeiten oder als optische Gitter verwendet werden.
  • Mikrostrukturkörper gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 können durch zwei verschiedene Methoden hergestellt werden: durch Photolithographie in Kombination mit Galvanik oder durch das Verfahren nach DE-PS 35 37 483. Dieses Verfahren wird als LIGA-(Röntgentiefenlithographie-Mikrogalvanoformungs)-Verfahren bezeichnet.
  • Aus der DE-OS 36 11 732 geht ferner hervor, daß zur Herstellung von Katalysatorträger-Körpern einzelne nach dem LIGA-Verfahren hergestellte plattenförmige Mikrostrukturkörper aufeinandergeschichtet, ausgerichtet und zu einem stabilen Körper zusammengefügt werden.
  • Durch Photolithographie in Kombination mit Galvanik lassen sich in Abhängigkeit von der Galvanikschichtdicke vorgegebene Öffnungsgrößen einstellen. Dabei nimmt aber die Transparenz insbesondere bei abnehmender Größe der Öffnungen stark ab. Deshalb sind hohe Transparenz, kleine Öffnungsgröße und große Plattendicke nicht gleichzeitig realisierbar.
  • Außerdem ist die Strukturierung von dicken Photoresists mit Schwierigkeiten verbunden. Deshalb werden meist dünne Resistschichten verwendet, wobei die Größe der Öffnungen dadurch eingestellt wird, daß eine Galvanikschicht oberhalb der Resiststruktur frei zusammenwächst. Dabei hängen die erreichbaren Toleranzen für diese Öffnungen jedoch stark von den Parametern des Galvanikbades ab.
  • Mit dem LIGA-Verfahren nach der DE-PS 35 37 483 können keine Mikrostrukturen hergestellt werden, bei denen sich die Querschnittsform über die Höhe der Mikrostruktur verändert, so daß die Öffnungsabmessungen nicht über die Höhe der Galvanikschicht einstellbar sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden. Es sollen sich zweidimensional ausgedehnte Mikrostrukturkörper wie z. B. Folien oder Platten serienmäßig herstellen lassen, die eine Vielzahl feiner Öffnungen oder Schlitze aufweisen, deren Abmessungen und Verteilung frei bestimmbar sind. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges angegeben werden, mit dessen Hilfe diese Mikrostrukturkörper hergestellt werden können.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkzeug solche Mikrostrukturen aufweist, daß in der Abformmasse eng benachbarte, sich zur elektrisch leitenden Schicht hin verjüngende Mikrostrukturen abgeformt werden, und daß die so entstandene Form galvanisch so weit aufgefüllt wird, bis der Abstand zwischen je zwei benachbarten galvanischen Füllungen an deren Oberfläche der vorgegebenen Abmessung der betreffenden Öffnung des herzustellenden Mikrostrukturkörpers entspricht.
  • Das Werkzeug zur Herstellung der plattenförmigen Mikrostrukturkörper wird erfindungsgemäß dadurch hergestellt, daß in die Oberfläche eines zerspanbaren Substrats mittels eines oder mehrerer Formdiamanten eng benachbarte Nuten eingebracht werden, die sich zum Nutgrund hin verjüngen, worauf die so strukturierte Oberfläche des Substrates mit Metall oder Keramik abgeformt und die abgeformte Oberfläche als Werkzeug verwendet wird.
  • Als zerspanbares Substrat kann eine Metallplatte beispielsweise bestehend aus Kupfer oder einer Aluminium-Magnesium-Legierung (AlMg3) verwendet werden, das zur Abformung seiner strukturierten Oberfläche galvanisch mit einem weiteren Metall, z. B. Nickel, bedeckt wird.
  • Als zerspanbares Substrat kann auch eine Verbundplatte, bestehend aus einer elektrisch leitenden und einer elektrisch isolierenden Schicht, verwendet werden, in die die Nuten so tief eingebracht werden, bis sie in die elektrisch leitende Schicht reichen, wonach die Abformung mit Metall auf galvanischem Wege unter Verwendung der elektrisch leitenden Schicht als Kathode mit anschließender Entfernung des Substrats durchgeführt wird.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn beim Abformen der Mikrostrukturen das Werkzeug mit Ultraschallunterstützung in die Abformmasse eingeführt und wieder herausgeführt wird. Ein Aufheizen der Verbundschicht während der Abformung ist nicht notwendig. Zudem wird die Abformung durch die sich verjüngende Form der Mikrostrukturen gegenüber der Abformung von Mikrostrukturen mit senkrechten Wänden begünstigt.
  • Gegenüber der Photolithographie in Kombination mit Galvanik ist erfindungsgemäß eine wesentlich höhere Transparenz bei vergleichbarer Öffnungsgröße und Plattendicke erreichbar, wobei sich gleichzeitig engere Toleranzen erzielen lassen.
  • Im Gegensatz zum LIGA-Verfahren läßt sich erfindungsgemäß eine über die Plattenhöhe variable Öffnungsgröße sowie eine für die Filtration verteilhafte, sich erweiternde Öffnungsform herstellen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Durchführungsbeispielen näher erläutert.
  • In den Figuren 1 bis 9 ist die Herstellung des Werkzeugs, die Abformung und die galvanische Auffüllung der abgeformten Strukturen dargestellt.
    • Beispiel 1 Schritt a) Herstellung des Werkzeugs
  • Als Ausgangsmaterial zur Herstellung des Werkzeugs wird als zerspanbares Substrat eine Platte aus AlMg3 mit den Abmessungen 20 x 30 mm² verwendet.
  • Die Oberfläche der Platte wird mit einem keilförmigen Mikro-Formdiamanten ohne Fase an der Spitze durch kreuzweises Bearbeiten strukturiert. Die hierbei erzeugten Nuten haben eine Tiefe von 100 Mikrometern und einen Öffnungswinkel von 53°. Die Dichte der Nuten beträgt 9,1 Nuten pro mm.
  • Fig. 1 zeigt die durch Nuten 1 strukturierte Metallplatte 2.
  • Auf der Metallplatte 2 wird galvanisch eine Nickelschicht 3 abgeschieden.
  • Die Nickelschicht wird auf ihrer freien Oberfläche plan bearbeitet.
  • Fig. 2 zeigt die plan bearbeitete Nickelschicht 3 auf der Metallplatte 2. Anschließend wird die Metallplatte 2 in einer geeigneten Ätzlösung, z. B. in Natronlauge aufgelöst.
  • Fig. 3 zeigt das so erhaltene Werkzeug 5 mit den sich verjüngenden Mikrostrukturen 4.
    • Schritt b) Abformen der Mikrostrukturen 4 des Werkzeugs 5
  • Aus einer elektrisch isolierenden Schicht 6, die aus dem Thermoplasten Polymethylmethacrylat (PMMA) besteht und einer elektrisch leitfähigen Schicht 7, die aus dem Thermoplasten PMMA mit eingelagerten Graphitpartikeln gebildet wird, wird eine Verbundschicht hergestellt.
  • Als Thermoplasten können auch die Materialien Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat, Polystyrol, ABS, PVC, Polyacetal und Polyamid verwendet werden.
  • Die elektrisch leitende Schicht kann auch aus einem niedrig schmelzenden Metall oder einer niedrig schmelzenden Metallegierung bestehen.
  • Zweckmäßigerweise wird die Verbundschicht in der Weise hergestellt, daß auf eine Metallplatte oder Metallfolie die elektrisch leitende Schicht 7 aufgegossen wird. Die erstarrte elektrisch leitende Schicht wird durch Aufgießen der elektrisch isolierenden Schicht 6 überdeckt. Die Verbundschicht wird in erstarrter Form weiterverarbeitet.
  • Das nach Schritt a) hergestellte Werkzeug 5 wird soweit in die Verbundschicht eingedrückt, bis die Mikrostrukturen 4 des Werkzeugs 5 die elektrisch isolierende Schicht 6 durchstoßen und in die elektrisch leitende Schicht 7 hineinragen.
  • In Fig. 4 ist dieser Vorgang dargestellt.
  • Nachdem das Werkzeug entfernt wurde, bleibt in der Verbundschicht der Abdruck der Mikrostrukturen 4 als Negativform zurück.
    • Schritt c) Galvanisches Auffüllen der Negativform.
  • Die in Schritt b) erzeugte Negativform wird galvanisch mit einem Metall aufgefüllt, indem die elektrisch leitende Schicht 7 als Kathode geschaltet wird.
  • In Fig. 5 ist dieser Vorgang dargestellt.
  • Die Höhe h der galvanisch erzeugten Füllung 8 bestimmt die Transparenz und die Öffnungsgröße d des plattenförmigen Mikrostrukturkörpers. Als Füllungsmaterial sind die Metalle Nickel, Gold und Kupfer in besonderer Weise geeignet.
  • Schließlich wird die Verbundschicht entfernt. Dies kann z.B. durch Auflösen mit Dichlormethan erfolgen, wonach die galvanisch erzeugte Metallfüllung der Negativform zurückbleibt. Es entsteht ein gitterförmiges Metallnetz mit Strukturen von dreieckigem Querschnitt und sich erweiternden Öffnungen, deren Abmessungen d über die Höhe der galvanischen füllung bzw. der Dicke des Metallnetzes eingestellt werden können. Bei einer Höhe h der galvanisch erzeugten Metallfüllung von 70 µm werden quadratische Öffnungen mit den Abmessungen d = 40 µm erhalten. Die Transparenz des Metallnetzes oder das Öffnungsverhältnis, das sich als das Verhältnis der Summe der freien Öffnungen zu der Gesamtfläche des Metallnetzes berechnet wird, beträgt in diesem Fall etwa 13 %. Wird dagegen die Höhe h der galvanisch erzeugten Metallfüllung auf 50 µm gewählt, so entstehen Öffnungen im Metallnetz mit den Abmessungen von d = 60 µm und die Transparenz beträgt etwa 30 %. Durch die entsprechende Wahl des Keilwinkels des Formdiamanten können selbstverständlich auch andere Abmessungen und Transparenzen im Metallnetz in Abhängigkeit von der Höhe der galvanischen Füllung realisiert werden.
    • Beispiel 2 Schritt a) Herstellung eines walzenförmigen Werkzeugs
  • Ein Hohlzylinder 9 aus Kupfer, der einen Außendurchmesser von 170 mm und einen Innendurchmesser von 120 mm besitzt, wird auf seiner innenliegenden Oberfläche längs der Zylinderachse gemäß Fig. 6 mit sich verjüngenden Nuten 11 versehen. In größeren Abständen werden senkrecht zur Zylinderachse Quernuten 10 angebracht, die breiter sind als die Längsnuten. Die Nuten 11 haben eine Tiefe von 240 µm und eine maximale Breite von 200 µm, während die Quernuten bei der gleichen Tiefe eine Breite von 400 µm besitzen. Die Dichte der Nuten 11 beträgt 3,5 Nuten pro mm.
  • Der mit Längsnuten 11 und Quernuten 10 versehen Hohlzylinder 9 wird galvanisch abgeformt. Dazu wird entlang der Zylinderachse ein dünner Stab eingeschoben, zentriert und als Anode geschaltet.
  • Der Hohlzylinder selbst dient als Kathode. Mit Hilfe dieser Anordnung wird auf der Innenseite des Hohlzylinders 9 so lange Nickel abgeschieden, bis sich der freie innere Durchmesser auf einen gewünschten Wert, beispielsweise auf den Durchmesser einer Welle, vermindert hat. Dabei wird die innere, strukturierte Oberfläche des Hohlzylinders auf das galvanisch abgeschiedene Metall als Negativform übertragen.
  • Nach Beendigung der Abscheidung wird die Anode aus dem z. T. galvanisch aufgefüllten Hohlzylinder herausgezogen und die verbliebene freie innere Oberfläche des Hohlzylinders rotationssymmetrisch geschliffen und poliert.
  • Danach wird der ursprünglich eingesetzte Kupfer-Hohlzylinder 9 mit Hilfe einer CuCl₂-Lösung selektiv weggeätzt, wobei das im Innern des Kupfer-Hohlzylinder galvanisch abgeschiedene Nickel zurückbleibt.
  • Fig. 7 zeigt das hierdurch hergestellte Werkzeug 12 mit seiner abgeformten Mikrostruktur auf seiner äußeren Oberfläche. Das Werkzeug besitzt einen Außendurchmesser von 120 mm und einen Innendurchmesser von 60 mm und ist 260 mm lang.
  • Im Falle, daß die Längs- oder Quernuten 11, 10 sehr eng und tief gewählt werden müssen, kann es vorkommen, daß sich der mit dieser inneren Mikrostruktur erzeugte Hohlzylinder aus Kupfer nicht vollständig mit galvanisch abgeschiedenem Metall abformen läßt. In den engen Nuten können Hohlräume entstehen. In diesem Fall empfiehlt es sich, anstelle eines Hohlzylinders 9 aus reinem Kupfer oder einem anderen Metall einen Hohlzylinder zu verwenden, der z. B. aus Kupfer besteht und auf seiner Innenseite mit einer dünnen Schicht aus elektrisch isolierenden Material, z. B. aus PMMA oder einem anderen elektrisch isolierenden Kunststoff, überzogen ist. Die Schichtdicke soll kleiner sein als die Höhe der zu erzeugenden Nuten 10, 11, so daß die Nuten die Schicht aus elektrisch isolierendem Kunststoff durchstoßen und sich bis in das Metall fortsetzen. Hierdurch wird die formtreue Galvanisierung wesentlich erleichtert.
  • Die Schicht aus elektrisch isolierendem Kunststoff wird nach der Entfernung des Metalls durch ein geeignetes Lösungsmittel z. B. durch Dichlormethan im Falle von PMMA, entfernt.
    • Schritt b) Abformen des Werkzeugs in einer Verbundschicht
  • Analog zu Schritt b) von Beispiel 1 wird eine flexible Verbundschicht hergestellt, wobei in diesem Fall zweckmäßigerweise die elektrisch isolierende Schicht 6 und die elektrisch leitende Schicht 7 durch Walzen als Folien vorgefertigt und anschließend aufeinander laminiert werden. Als Material für die elektrisch isolierende Schicht 6 wird Polypropylen und für die elektrisch leitende Schicht 7 eine niedrig schmelzende Metallegierung, bevorzugt eine Blei-Zinn-Legierung, verwendet.
  • In Fig. 8 ist die Abformung des Werkzeugs 12 auf dieser Verbundschicht dargestellt. Die Verbundschicht 15 wird zwischen zwei benachbarten Walzen 12, 14 durchgeführt. Zur Erleichterung der Abformung und zur Begrenzung der von den Walzen 12, 14 auf die Verbundschicht ausgeübten Druckes kann die Verbundschicht unmittelbar vor der Einführung in das Walzenpaar 12, 14 durch einen Infrarotstrahler aufgewärmt werden.
  • Die obere Walze ist mit dem in Schritt a) hergestellten Werkzeug 12 identisch.
  • Die Verbundschicht wird in der Weise zwischen den beiden Walzen 12, 14 hindurchgeführt, daß die Mikrostrukturen der Walze 12 die elektrisch isolierende Schicht 16 der Verbundschicht durchdringen und bis in die elektrisch leitende Schicht 17 der Verbundschicht hineinragen.
    • Schritt c) Galvanisches Auffüllen der Negativform
  • Die in dieser Weise erzeugte Negativform 18 auf der Verbundschicht wird, wie in Beispiel 1, Schritt c) beschrieben, galvanisch mit Nickel aufgefüllt. Zu diesem Zweck wird die Verbundschicht als endloses Bahnmaterial in einer Durchlaufanlage galvanisiert, wonach die galvanisch erzeugte Füllung als eine endlose Schlitzfolie aus Metall durch Abziehen von der Verbundschicht und auf eine Spule aufgerollt wird.
  • Das Ergebnis dieses Arbeitsvorgangs ist in Fig. 9 dargestellt. Es ergibt sich eine endlose Schlitzfolie aus Nickel mit Verstärkungsrippen 20. Die Schlitzbreite 19 ist wie nach Beispiel 1, Schritt c) über die Höhe der Galvanikschicht aus Nickel einstellbar. Im vorliegenden Beispiel wird bei einer der Galvanikschichthöhe entsprechenden Dicke der Schlitzfolie von 120 µm eine Schlitzbreite von 125 µm und ohne Berücksichtigung der Verstärkungsrippen eine Transparenz von ca. 44 % erhalten.
  • Die so erzeugte Schlitzfolie ist als optisches Gitter oder als Bedampfungsmaske verwendbar.
    • Beispiel 3 Abformung des Werkzeugs mit Hilfe von Ultraschall.
  • Für den Fall, daß analog zu Beispiel 1 ein gitterförmiges Metallnetz hergestellt werden soll, ist die Abformung des Werkzeugs gemäß Schritt b) mit Hilfe von Ultraschall vorteilhaft.
  • In einem ersten Schritt wird eine Verbundschicht erzeugt. Diese Verbundschicht kann auf drei verschiedenen Arten hergestellt werden.
    • a) Eine mit elektrisch leitenden Partikeln wie z. B. Graphitpulver versetzte Thermoplastschicht wird auf einer ebenen Unterlage ausgegossen. Diese Schicht bildet die elektrisch leitende Schicht der zu erzeugenden Verbundschicht.
         Nach deren Erstarren wird darüber eine weitere, reine Thermoplastschicht ausgegossen. Als Thermoplast sind die Materialien Polypropylen, Polyethylen, PMMA, Polycarbonat, PVC, Polystyrol, ABS, Polycetal oder Polyamid verwendbar. Die letztgenannte Thermoplastschicht bildet die elektrisch isolierende Schicht der Verbundschicht.
    • b) Die elektrisch leitende Schicht wird durch ein niedrig schmelzendes Metall oder eine niedrig schmelzende Metallegierung gebildet. Geeignet ist z. B. eine Metallegierung aus Blei, Zinn, und ggf. Wismut.
         Die Herstellung der Verbundschicht erfolgt ansonsten analog zu a) oder durch Auflaminieren der beiden durch Walzen als Folien vorgefertigten Schichten.
    • c) Die elektrisch leitende Schicht nach a), b) oder c) wird auf eine Metallplatte z. B. aus Aluminium aufgegossen.

       Die weitere Herstellung der Verbundschicht erfolgt analog zu a).
  • Das plattenförmige Werkzeug wird auf der Sonotrode einer Ultraschall-Schweißmaschine befestigt. Die Befestigung kann durch Kleben oder Löten erfolgen. Die Verbundschicht wird mit ihrer elektrisch leitenden Schicht auf den Amboß der Ultraschall-Schweißmaschine aufgelegt. Der Amboß ist mit Ansaugöffnungen versehen, die mit einer Vakuum-Pumpe, einem evakuierten Behälter oder einer sonstigen geeigneten Vorrichtung in Verbindung stehen. Durch den Unterdruck haftet die Verbundschicht auf dem Amboß.
  • Die Abformung des Werkzeugs erfolgt analog zu Beispiel 1, Schritt b), wobei jedoch das Werkzeug mit Ultraschallunterstützung in die Verbundschicht eingepreßt und wieder entfernt wird.
  • Die weiteren Verarbeitungsschritte entsprechen dem Beispiel 1.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Herstellen eines zweidimensional ausgedehnten Mikrostrukturkörpers aus Metall mit einer Vielzahl feiner Öffnungen vorgebbarer Abmessungen und Verteilung, bei dem
    a) ein an der Oberfläche mit Mikrostrukturen versehenes Werkzeug hergestellt wird,
    b) aus einer Abformmasse, die aus einer elektrisch isolierenden und einer elektrisch leitenden Schicht besteht, eine Form hergestellt wird, indem die Mikrostrukturen des Werkzeugs durch die elektrisch isolierende Schicht hindurch bis in die elektrisch leiten Schicht eingeführt und zurückgezogen werden,
    c) worauf die so entstandene Form galvanisch unter Verwendung der elektrisch leitenden Schicht als kathode mit einem Metall aufgefüllt und danach die Form entfernt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    d) das Werkzeug solche Mikrostrukturen aufweist, daß in der Abformmasse eng benachbarte, sich zur elektrisch leitenden Schicht hin verjüngende Mikrostrukturen abgeformt werden, und daß
    e) die so entstandene Form galvanisch so weit aufgefüllt wird, bis der Abstand zwischen je zwei benachbarten galvanischen Füllungen an deren Oberfläche der vorgegebenen Abmessung der betreffenden Öffnung des herzustellenden Mikrostrukturkörpers entspricht.
  2. Verfahren zur Herstellung eines mit den Mikrostrukturen nach Anspruch 1 versehenen Werkzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß
    f) in die Oberfläche eines zerspanbaren Substrats mittels eines oder mehrerer Formdiamanten eng benachbarte Nuten eingebracht werden, die sich zum Nutgrund hin verjüngen,
    g) worauf die so strukturierte Oberfläche des Substrates mit Metall oder Keramik abgeformt und die abgeformten Oberfläche als Werkzeug verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat eine Metallplatte verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat eine Verbundplatte, bestehend aus einer elektrisch leitenden und einer elektrisch isolierenden Schicht, verwendet wird, daß die Nuten so tief eingebracht werden, bis sie in die elektrisch leitende Schicht reichen, und daß die Abformung mit Metall auf galvanischem Wege unter Verwendung der elektrisch leitenden Schicht als Kathode mit anschließender Entfernung des Substrats durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abformen der Mikrostrukturen das Werkzeug mit Ultraschallunterstützung in die Abformmasse eingeführt und wieder herausgeführt wird.
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