JPH02194189A - 多数の微細な開口を有する２次元的に拡張された金属製のマイクロ構造体を製造する方法及びそれに適した工具を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、所定の寸法及び配置の多数の微細な開口を有
する２次元的に拡張された金属製のマイクロ構造体を製
造する方法であって。

ａ）表面にマイクロ構造を備えた工具が製作され、 ｂ）前記工具の前記マイクロ構造は、型取材料によって
繰り返し型取りされ、この場合前記型取材料は、電気絶
縁性の層と導電性の層から成り、前記工具のマイクロ構
造は、前記電気絶縁性の層を貫通して前記導電性の層内
に導入されるのであり、 Ｃ）その後に、こうして得られた型が、前記導電性の層
を陰極として使用することにより、電気めっき的に金属
で充填され、その後前記型が除去される方法、 並びにマイクロ構造を備えた工具を製造する方法に関す
る。

２次元的に拡張されたマイクロ構造体は、液体をろ過す
るために、又は光学的格子として、利用されるところの
例えばフォイル又は板を意味する。

［従来の技術］ 請求項１の上位概念によるマイクロ構造体は、２つの異
なる方法（電気めっきと組み合わされた写真製版又は西
独国特許発明第３５３７４８３号明ｍ書に記載の方法）
によって形成され得る。この方法は、ＬＩＧＡ−（Ｘ線
凹版リソグラフィー−マイクロ電気形成）一方法と呼ば
れる。

さらに西独国特許出願公開第３６１１７３２号明細書に
よれば、触媒支持体を製造するために、Ｌ　Ｉ　ＧＡ方
法にしたがって製造された個別の板状のマイクロ構造体
を、互いに層状に重ね、整列し、そして安定な物体に統
合することが開示されている。

電気めっきと組み合わされた写真製版（フォトリソグラ
フィー）によって、電気めっき層の厚さに依存して、開
口を所定の大きさに調節することができる。しがしなが
ら、透明度は、特に開口の大きさが減少する場合に、急
激に低下する。それゆえ高い透明度と、小さな開口と、
大きな板厚とを同時に実現することはできない。

その上、厚い７オトレジストによってｆＭ　ｍを決定す
ることは困難である。それゆえ普通は薄いフォトレジス
トが使用されるのであるが、この場合開口の大きさは、
電気めっき層が、レジスト構造の上部に自由に癒着する
ことによって調節される。しかしながらこの場合、前記
開口の達成可能な公差は、電気めっき浴のパラメータに
大きく依存する。

西独国特許発明第３５３７４８３号明細書に記載のＬＩ
ＧＡ方法を用いて、横断面形状がマイクロ構造の高さに
基づいて変化せず、したがって開口の寸法が、電気めっ
き層の高さに基づいて加減されないようなマイクロ構造
を造り出すことはできない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の基礎にある課題は、前記欠点を回避することで
ある。その寸法及び配置を自由に設定することができる
ところの多数の微細な開口又はスリットを有している５
例えばフォイル又は板のような、２次元的に拡張された
マイクロ構造体が、大量生産方式によって５ＩＪ逍可能
になるであろう、さらにマイクロ構造体の製造に際して
使用される工具の製造方法が示されるであろう。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、前記課題は、導電性の層に向かって先
細の！９密にｇ４接したマイクロ構造が型取材料におい
て型取りされるようなマイクロ構造を、前記工具が有し
ており、そして、こうして得られた型が、該型の表面上
のそれぞれ２つの互いに隣接する電気めっきによる充填
物の間隔が製造すべきマイクロ構造体の該当する開口の
所定の寸法に一致するまで、電気めっきによって充填さ
れる。ことによって解決される。

板状のマイクロ構造体を製造するための工具は、本発明
によれば、切削可能な基体の表面に。

１つ又は複数の型ダイアモンドの利ｍにより、消底に向
かって先細の隣接する清が刻設され、その後、このよう
に構成された前記基体の前記表面が金属又はセラミック
スによって型取りされ、そして該型取りされた表面を工
具として使用する、ことにより得られる。

切削可能な基体としては、例えば銅、又はアルミニウム
ーマグネシウム−合金（Ａ１Ｍｇ３）から成る金属板を
使用することができる。前記基体は、その構造的に特定
された表面を型取りするために、別の金属例えばニッケ
ルで電気めっきにより被覆される。

前記切削可能な基体としては、導電性の層と電気絶縁性
の層から成る複合板を使用することもできる。前記溝は
、前記複合板において、前記導電性の層に達するまで深
く刻設される。その後、金属を用いた型取りが、前記導
電性の層を陰極として使用する電気めっき法によって、
前記基体の除去を後に伴って実施される。

前記マイクロ構造の型取りに際して、前記工具が、超音
波の支援を受けて前記型取材料内に導入され、そして再
び導出されるならば有利であることが判明している。型
取りの間に複合層を温めることは必ずしも必要でない、
その上、この型取りは、垂直壁を有するマイクロ構造の
型取りと比較して、先細になっているマイクロ構造の形
状によって援助される。

本発明によれば、電気めっきと組み合わせた写真製版と
比較して、本質的に高い透明度が、比較可能な開口の大
きさ及び板厚において達成可能であり、この場合同時に
比較的狭い公差を達成することができる。

ＬＩＧＡ方法とは対照的に、本発明によれば、板の高さ
に基づいて変化する開口の大きさ、並びにろ過に有利な
拡大する開口形状をもたらすことができる。

本発明は、以下において実施例に基づいてより詳細に説
明される。

実施例１ ステップａ） 工具の製造 工具を製造するための素材すなわち切削可能な基体とし
ては、寸法２０　Ｘ　３０　ｗｗａ　２のＡｌＭｇ３板
が使用される。

板の表面構造は、先端に斜角面を持たないくさび形状の
微小型ダイアモンドを用いて、十字加工によって決定さ
れる。この時生じた清は１００μｍの深さを有するとと
もに、５３°の開き角を有する。清の密度は、１躍当９
９．１個である。

第１図は、溝１によって構造的に決定された金属板２を
示す。

金属板２の上には、ニッケル層３が電気めっきにより析
出される。

このニッケル層の自由表面は平坦に加工されている。

第２図は、金属板２上の平坦に加工されたニッケル層３
を示している。続いて金属板２は、適当な腐食溶液、例
えば苛性ソーダ溶液内において溶解される。

第３図は、このようにして得られた先細のマイクロ構造
４を有する工具５を示す。

ステップｂ） 工具５のマイクロ構造４の型取り 熱可塑性樹脂のポリメチルメタクリラート（ＰＭＭＡ）
からなる電気絶縁性の層６と、カーボン粒子を混入させ
た熱可塑性樹脂ＰＭＭＡによって構成された導電性の層
７とから複合層が製造される。

熱可塑性樹脂の材料としては、ポリプロピレン、ポリエ
チレン５ポリカーボネート、ポリスチロール、ＡＢＳ、
ＰＶＣ、ポリアセタール、そしてポリアミドも使用可能
である。

導電性の層は、低融点金属又は低融点合金によって構成
することもできる。

有利には、金属板又は金属箔の上に導電性の層７を注ぎ
掛けることによって複合層が造られる。凝固した導電性
の層は、電気絶縁性の層６を注ぎ掛けることによって覆
われる。複合層は、凝固した形態においてさらに加工さ
れる。

ステップａ）にしたがって製造された工具５は、工具５
のマイクロ構造４が電気絶縁性の層６を突き通して、導
電性の層７内に入り込むまで、前記複合層内に押し込め
られる。

第４図にこの工程を示す。

工具を除去した後に、複合層にネガ型としてのマイクロ
構造４の圧痕が残る。

ステップＣ） ステップｂ）において生じたネガ型は、導電性の層７を
陰極として接続することによって電気めっき・的に金属
で充填される。

第５図にこの工程が示されている。

電気めっきにより生じた充填物８の高さｈは、板状のマ
イクロ構造体の透明度及び開口度ｄを決定する。充填材
料としては、ニッケル、金、銅などの金属が特に適して
いる。

最後に複合層が除去される。これは例えばジクロルメタ
ンを用いた溶解によって行われ、その後電気めっきによ
って得られた、ネガ型内の金属充填物が残る。三角形の
横断面構造と拡大する開口とを有する格子形状の金属網
が生じる。

前記開口の寸法ｄは、電気めっきによる充填物の高さな
いしは金属網の厚さに基づいて加減することができる。

電気めっきにより得られた金属充填物の高さｈが７０μ
ｍである場合、寸法ｄ＝４０μｍの正方形の開口が得ら
れる。金属網の透明度、又は金属網の全面積に対する自
由開口の総面積の比として算出されるところの開口比は
、この場合的１３％である。これに対して、電気めっき
によって生じる金属充填物の高ざｈが５０μｍに選定さ
れると、金属網において寸法ｄ＝６０μｍの開口が発生
し、その透明度は約３０％になる。当然のことながら、
型ダイアモンドのくさび角を適当に選択することによっ
て、電気めっきの充填物の高さに依存した金属網におけ
るその他の寸法及び透明度もまた実現可能である。

実施Ｎ２ ステップａ） ローラ状の工具の製造 第６図のように、外径１７０−５内径１２０■の銅製の
中空シリンダ９の内表面には、シリンダ軸線に沿って、
先細のく縦〉清１１が設けられている。シリンダ軸線に
対して直角に比較的大きな間隔を置いて、縦溝よりも幅
の広い横溝１０が形成されている。渭１１は深さ２４０
μｍ、最大幅２００μｍであるのに対して、横溝は同一
の深さにおいて４００μｍの幅を有する。溝１１の密度
は１園当９３．５個である。

縦溝１１及び横溝１０を備えた中空シリンダ９は電気め
っきによって型取りされる。このために、シリンダ軸線
に沿って、細長い棒が差し込まれ、中心に位置決めされ
、そして＋ｉ極として接続される。

中空シリンダ自体は陰極として使用される。

この配置によって、中空シリンダ９の内表面において、
その自由内径が収縮して所望の値、例えばある軸の直径
になるまで、ニッケルが析出される。この場合、中空シ
リンダの内側の表面構造が、電気めっきにより析出され
た金属にネガ型として転写される。

析出が終了した後、部分的に電気めっきにより充填され
た中空シリンダがち、ｉｉが引き出され、そして後に残
った中空シリンダの自由内表面は、回転対称的に研削さ
れ、そして磨き仕上げされる。

その後、最初に使用された銅製の中空シリンダ９は、Ｃ
ｕ　Ｃ１２溶液によって選択的に腐食により除去される
。この場合銅製の中空シリンダの内表面に電気めっきに
より析出されたニッケルが残ることになる。

第７図は、このようにして製造された、型取りされたマ
イクロ構造を外表面に備えている工具１２を示している
。この工具は、外径１２０−１内径６０−５そして長さ
２６０■である。

縦溝１１又は横溝１０を非常に狭くかつ深く選定しなけ
ればならない場合、内側にこのようなマイクロ構造をも
って製作された銅製の中空シリンダを、電気めっきによ
り析出された金属を用いて完璧に型取りすることはでき
なくなるであろう、狭い溝内に空隙が発生する可能性が
あるからである。このような場合には、純粋な銅又はそ
の他の金属から成る中空シリンダ９に代えて、電気絶縁
性の材料１例えばＰＭＭＡ又は他の電気絶縁性の合成樹
脂から成る薄層によっでその内表面が覆われているとこ
ろの例えば鋼製の中空シリンダを使用することが望まし
い。

前記層の厚さは、製作すべき清１０，１１の高さよりも
低くすべきであり、したがって溝は、電気絶縁性の合成
樹脂の層を貫通して金属内に達する。これによって形状
的に確かな電気めっき作業が本質的に容易になる。

電気絶縁性の合成樹脂の層は、前記金属を除去した後に
、適当な溶液媒体によって（例えばＰ　Ｍ−Ｍ　Ａの場
合にはジクロルメタンによって）除去される。

ステップｂ） 複合層における工具の型取り 実施例１のステップｂ）に類似して、柔軟な複合層が製
作される。この場合有利には、電気絶縁性の層６及び導
電性の層７は、ローラによって薄膜として事前に遣られ
、次いで互いに層状に重ねられる。電気絶縁性の層６の
材料としてはポリ１０ピレンが、導電性の層７の材料と
しては低融点の合金、好ましくは鉛−錫合金が使用され
る。

第８図には、複合層における工具１２の型取りが示され
ている。複合層１５は、隣接するローラ１２，１４の間
を通過せしめられる。型取りを容易にするため、及びロ
ーラ１２，１４によって複合層に及ぼされる圧力を制限
するために、複合層は、ローラ対１２．１４間へ導入さ
れる直前に赤外線ヒーターによって温められる。

上方のローラが、ステップａ）において製作された工具
１２と同一のものである。

複合層は、両ローラ１２，１４間を貫通案内せしめられ
、その間に、ローラ１２のマイクロ構造が、複合層の電
気絶縁性の層１６を突き抜け、そして複合層の導電性の
層１７内に突き出ることになる。

ステップＣ） ネガ型の電気めっきによる充填 複合層においてこのようにして形成されたネガ型１８に
は、実施例１のステップＣ）に記載されているように、
電気めっきによってニッケルが充填される。この目的の
ために、複合層は。

無端のベルト材料として、走過装置内において電気めっ
きされ、その後電気めっきにより得られた充填物は、複
合層から剥されることによって金属製の無端のスリット
付フォイルとして、スプールに巻き付けられる。

この作業工程の結果が第９図に示されている。

補強リブ２０を有するニッケル製の無端のスリット付フ
ォイルが得られる。スリット幅１９は、実施例１のステ
ップＣ）に記載のように、ニッケルの電気めっき層の高
さに基づいて加減される。この実施例においては、電気
めっき層の高さに一致するスリット付フォイルの厚さが
１２０μｍの場合に、１２５μｍのスリット幅が得られ
、そして補強リブを考慮しなければ約４４％の透明度が
得られることになる。

このようにして得られたスリット付フォイルは、光学的
格子又は蒸気マスクとして利用可能である。

実施例３ 超音波を用いた工具の型取り 実施例１に類似して、格子形状の金属網を製作しようと
する場合には、ステップｂ）にしたがって超音波を利用
して工具の型取りを行うことが有利である。

第１のステップにおいて、複合層が製作される。この複
合層は、３つの異なる方法で製作され得る。

ａ） 例えばグラファイト粉のような導電性 の粒子を添加した熱可塑性樹脂層が、平坦な白板の上に
注出される。前記層は、製作しようとする複合層の導電
性の層を構成する。

前記層の硬化後、その上に別の純粋な 熱可塑性樹脂層が注出される。熱可塑性樹脂の材料とし
ては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＰＭＭＡ、ポリ
カーボネ−）、ＰＶＣ，、ｊ？リスチレン、ＡＢＳ、ポ
リアセタール、又はポリアミドが利用可能である。この
後者の熱可塑性樹脂層は、複合層の電気絶縁性の層を構
成する。

ｂ）　導電性の層は、低融点の金属又は低融点の合金に
よって構成される０例えば、鉛、錫、場合によってはビ
スマスの合金が適している。

それ以外では、複合層の製作は、ａ） に類似して、あるいはローラによって薄膜として事前に
成形された２つの層を積層することによって行われる。

ｃ）　　ａ）又はｂ）による導電性の層は、例えばアル
ミニウム製の金属板の上に注出される。

それから先の複合層の製作は、ａ）に 類似して行われる。

板状の工具は超音波溶接機の前極に固定される。この固
定は接着剤又ははんだ付けにより行われる。複合層は、
その導電性の層をもって超音波溶接機の金敷の上に載置
される。この金敷には吸引開口が設けられており、同開
口は、真空ポンプ、排気されたタンク、又はその他の適
当な装置に接続されている。低圧力によって複合層は金
敷の上に吸着される。

工具の型取りは、実施例１のステップｂ）に類似して行
われる。しかしながらこの場合、工具は、超音波の支援
を受けて複合層内に押し込まれ、そして再び離隔される
。

それから先の処理ステップは、実施例１と同じである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、第
７図、第８図、第９図は、工具の製造、型取り、そして
型取りされた構造の電気めっきによる充填を示す図であ
る。 １・・・溝、２・・・金属板、３・・・ニッケル層、４
・・・マイクロ構造、５・・・工具、６・・・電気絶縁
性の層、７・・・導電性の層、８・・・充填物、９・・
・中空シリンダ、１０・・・横溝、１１・・・縦溝、１
２・・・工具（ローラ）、１４・・・ローラ、１５・・
・複合層、１６・・・電気絶縁性の層、１７・・・導電
性の層、１８・・・ネガ型、１９・・・スリット幅、２
０−・・補強リブＦＩＧ、　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の寸法及び配置の多数の微細な開口を有する２
   次元的に拡張された金属製のマイクロ構造体を製造する
   方法であって、 表面にマイクロ構造を備えた工具が製作さ れ、 前記工具の前記マイクロ構造は、型取材料 によって繰り返し型取りされ、この場合前記型取材料は
   、電気絶縁性の層と導電性の層から成り、前記工具のマ
   イクロ構造は、前記電気絶縁性の層を貫通して前記導電
   性の層内に導入されるのであり、 その後に、こうして得られた型が、前記導 電性の層を陰極として使用することにより、電気めっき
   的に金属で充填され、その後前記型が除去される方法に
   おいて、 前記工具は、前記導電性の層に向かって先 細の緊密に隣接したマイクロ構造が前記型取材料におい
   て型取りされるようなマイクロ構造を有しており、そし
   て こうして得られた前記型は、該型の表面上 のそれぞれ２つの互いに隣接する電気めっきによる充填
   物の間隔が、製造すべきマイクロ構造体の該当する開口
   の所定の寸法に一致するまで、電気めっきによって充填
   されることを特徴とする、多数の微細な開口を有する２
   次元的に拡張された金属製のマイクロ構造体を製造する
   方法。 ２、切削可能な基体の表面に、１つ又は複数の型ダイア
   モンドを使用して、溝底に向かって先細の隣接する溝が
   刻設され、 その後、このように構成された前記基体の 前記表面が、金属又はセラミックスによって型取りされ
   、そして該型取りされた表面が工具として使用されるこ
   とを特徴とする、請求項１記載のマイクロ構造を備える
   工具を製造する方法。 ３、前記基体として金属板が使用される、請求項２記載
   の方法。 ４、前記基体として、導電性の層と電気絶縁性の層から
   成る複合板が使用され、前記溝は、前記導電性の層内に
   達するまで深く刻設され、そして金属を用いた型取りが
   、前記導電性の層を陰極として使用する電気めっき法に
   よって、前記基体の除去を後に伴って実施される、請求
   項２記載の方法。 ５、前記マイクロ構造の型取りに際して、前記工具は、
   超音波の支援を受けて前記型取材料内に導入され、そし
   て再び導出される、請求項１記載の方法。