JPH07504624A - 導電性の材料の層と、非導電性の絶縁材料の層とから成る複合層を圧刻成形するための工具および方法 - 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】 ミクロ構造のプラスチック層を製造する金型と方法本発明は、電気めっきにより 型付は可能のプラスチック層に型押しする金型、それもベースプレートと、ベー スプレート上に設けられた多数の隆起したミクロ構造体とを有し、ミクロ構造体 にはベースプレートと平行な端面が設けられている形式のものに関し、かつまた 、ミクロ構造の、電気めっきにより型付は可能なプラスチック層を製造する方法 、それも導電層と電気絶縁層とから成る複合層を製造し、この複合層を加熱し、 加熱された複合層の電気絶縁層内へ、ベースプレートと平行な端面を備え、ベー スプレート上に多数の隆起したミクロ構造体を有する金型を押付け、しかも、隆 起したミクロ構造体の高さを、少なくとも電気絶縁層の厚さに合致するようにす る形式のものに関するこの種の、金型及び方法は、ＤＥ３５３７４８３Ｃ１によ り公知である。図２と図１３には、ミクロ構造体と、ミクロ構造体と不動に結合 されたベースプレートとから成る金型が示され、その場合、ミクロ構造体の端面 はベースプレートと平行に延びている。

更に、前記印刷物により金属製の多数のプレート状ミクロ構造体を製造する方法 が公知である。この方法の場合、ミクロ構造を備えた金型を電気絶縁性の型付は コンパウンドに反復的型付けすることにより、ミクロ構造の雌型が製作され、こ れらの雌型に電気めっきにより金属が充填され、次いで雌型が除去される。この 方法の一実施例（措置Ｂ）の特徴は、電気絶縁性の型付はコンパウンドが、導電 性の型付はコンパウンドと結合され、しかも、電気絶縁性型付はコンパウンドの 厚さが、ミクロ構造の高さに合致するようにすることにより、導電性型付はコン パウンドが、型付けの間に金型のミクロ構造の端面に接触するようにされている 。

この方法の場合、ミクロ構造を有する金型が複合層の電気絶縁層を貫通押圧され て、ミクロ構造の端面が導電層に達するようにされる。この過程の場合、複合層 が加熱される。電気絶縁層の厚さはＱ、３ｍｍとされる。金型の押圧のさい、ミ クロ構造の端面により導電層が露出せしめられる。この結果、導電層は電極とし て接続され、金型のミクロ構造によって形成される凹所に電気めっきにより金属 を充填できる。

複合層の導電層にはプレキシガラス・　（ポリメチルメタクリレート、ＰＭＭＡ ）と２０重量％の導電カーボンブラックから成る成形コンパウンドを用いること が提案されている。電気絶縁層は紙プレキンガラス０から成っている。

この公知方法の場合、とりわけ、金型のミクロ構造端面が比較的大きい場合、導 電層が全く露出せしめられないか、もしくは十分には露出せしめられないため、 金属電着用の電極として役立ち得ないことが判明した。金型の平らな端面は、こ の場合、絶縁層を突き破ることができない。このことは、また、絶縁層がミクロ 構造の高さの１０分の１以下の厚さを有し、金型のミクロ構造が完全に複合層内 へ圧入される場合にも当てはまる。その場合にも、依然として、電気絶縁層の残 りが、複合層の、金型により生ぜしめられた凹所の底に残ることになる。したが って、この公知方法は、ミクロ構造の端面が極めて小さい金型による型付けに限 定される。

プレート状のミクロ構造体の、電気めっきにより型付は可能な雌型を製造する別 の方法は、ＤＥ４０１０６６９Ｃ１により公知である。この方法の場合も同じよ う１；、導電層と絶縁層とから成る複合層が製造される。金型は、温度が上昇せ しめられると、冒頭に述べた種類の方法と異なり、導電材料フィルムを貫通し、 絶縁層へ圧入される。この方法の場合、導電材料層の厚さは、約５０ｎｍ〜５０ ０ｎｍである。導電材料で被覆する前に、絶縁プラスチック層は、たとえば微細 砂吹きにより粗面化される。金型を複合層内へ押込むさい、この方法の場合、導 電材料のフィルムは、金型のミクロ構造個所で破られる。金型を除去した後、垂 直壁と型付けされたミクロ構造の端側とには、互いに分離された島状の、小さな 導電材料片が残される。ミクロ構造の底部には、これに対し、導電材料のフィル ムが破られることなく残っている。

この公知方法は、複合層の型付けされた凹所のミクロ構造底部に、つながってい る面が形成されている場合にのみ適用可能である。なぜなら、その場合にのみ構 造底部に電極として接続可能な導電層が形成されるからである。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法を次のように改善することにある。す なわち、型付けに使用される金型が大きい端面を備えたミクロ構造体を有する場 合にも、信頼のおける型付けがミクロ構造に忠実に行なわれ、ミクロ構造を与え られたプラスチック層が製造できるようにすることにある。この方法により製造 されるミクロ構造化されたプラスチック層は、ミクロ構造の形態や配置とは無関 係に、どんな場合にも電気めっきによる型付けが可能である。すなわち、複合層 の導電層が電極として接続される。更に、本発明の課題は、冒頭に述べた種類の 、方法を実施する金型、及び金型を製造する方法を提供することにある。

本発明の課題は、請求の範囲第３項に記載の特徴を有する手段により解決された 。この方法に用いられる金型は、請求の範囲第１項の特徴部分に記載されている 。請求の範囲第２項には、この金型を製造する方法が記載されている。

本発明の方法は、導電材料層と電気絶縁材料層とから成る複合層を前提とする。

導電材料としては、冒頭に挙げたＤＥ３５３７４８３Ｃ１に提案されている良導 性カーボンブラックを添加されたポリメチルメタクリレートを用いることができ る。粉末金属を添加したＰＭＭＡを用いてもよい。

たとえば、導電材料は、１０〜２０重量％の二・ソケル及び又は銀粉と、相応量 のＰＭＭＡ粉末との混合物を溶解することで製造できる。更に、導電プラスチッ クの導電材料としては、たとえば、金属イオンをドーピングしたポリアセチレン 、又はポリチオフェンを用いることができる。導電材料としては、最後に、金属 イオンを含有するフラーレーネ（Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）が適当と思われる。重要 なことは、導電材料が温度上昇時に十分に軟化し、それによってミクロ構造を有 する金型が、形状に忠実に型付けでき、かつまた忍度下降時には電気めっきによ る型付けの間に機械的に十分な安定性を有するようにすることである。

電気絶縁性材料としては、ＰＭＭＡ、又は温度上昇時に成形可能のポリマー又は コポリマーが好適である複合層は、冒頭に述べたＤＥ３５３７４８３Ｃ１に記載 の形式で製造できる。すなわち、たとえば、除去可能の支持台上に導電材料を押 出被覆し、次いで硬化させて導電層を製造し、その後で、この導電層上に同じよ うにして絶縁層を被覆する。

もう一つの別の可能性は、導電層の第１層が温度上昇時に絶縁材料の第２層と結 合されるようにすることである。

導電材料層の厚さは、少なくとも、金型のミクロ構造が型付は時にこの層を突き 破らないだけの厚さを有していなければならない。層厚の上限は、経済的な理由 と、型付は処理及びそれに続く電気めっき処理中の扱いを容易にするという要求 とによって決められる。

更に、最適層厚は、使用される材料によって決まる。

カーボンブラック又は金属イオンを添加されたＰＭＭＡを用いる場合には、導電 層厚は約５μ宵〜ｌＱｍｍであり、有利には３０μｍ〜３１ｍである。

絶縁層の厚さは使用金型のミクロ構造体端面の粗さに応じて決められる。絶縁層 の厚さは、ミクロ構造体の粗い端面の多数の尖端や鋭い縁部が絶縁層を貫通する ように選定せねばならない。絶縁層は、従って０゜１μｍ〜２０μ冨の厚さでな ければならない。金型のミクロ構造体端面が相応の粗さである場合、絶縁層は有 利１こは０．５μ冨〜１μ冒である。

既述の複合層の場合、引続き、金型で型付けを行ない得る温度に加熱される。複 合層が主としてＰＭＭＡから成る場合は、型付けは、有利には軟化点を超える温 度、たとえば１１０℃〜１０６℃で行なう。これより著しく低い温度の場合、複 合層は脆化するので、型付けのさい、ひび割れを生じることがある。また、これ より著しく高い温度の場合には、複合層は過度に軟化する結果、歪みが生じる。

複合層が別の材料製の場合には、より低い温度、もしくはより高い温度のほうが 適する場合がある。

加熱された複合層の電気絶縁層には、引続き、冒頭で述べた形式の金型が型押し される。金型はミクロ構造体端面が粗面にされているので、この粗面の尖端部や 鋭い縁部に絶縁層が貫通される。この端面区域の粗さの最大高さＲｔは０．１μ ｍ〜１０μｍであり、有利には、１μ璽〜５μ寓である。また、中心線平均粗さ Ｒａは０．０１μｍ〜１μ鳳であり、有利には０．１μ鳳〜０゜５μ諷である。

既述のように、端面の粗さは絶縁層の厚さに合わせねばならない。

金型のミクロ構造体高さは、本発明の方法の場合、絶縁層の厚さより大でなけれ ばならない。大部分の目的の場合に使用される金型の場合、ミクロ構造体の高さ は、５０μｍ〜７００μ箇である。

本発明の方法に好適の金型は、公知のＬＩＧＡ（Ｘ線平凹版印刷による電気めっ き型付け）法によりニッケルを用いて製造される。この場合、通常の方法と異な り、プラスチックのミクロ構造の充填後に、更に電鋳が継続され、約５■厚の応 力の少ないニッケル板が得られ、このニッケル板が機械式に最終加工される。

粗さを付けるため、最終加工には微細砂吹き処理が含まれている。

重要なことは、金型が、そのミクロ構造体端面に前述の粗さを有していることで ある。ミクロ構造体間の金型構造底部にも、同じ粗さが付けられている。この粗 さが本発明の方法を妨げることはない。逆に、それにより、ミクロ構造化された 複合層の完全な電気めっき（Ｕｅｂｅｒｇａｌｖａｎｉｓｉｅｒｅｎ）が可能に なる。その場合には粗面の尖端部や鋭い縁部により複合層の構造底部でのみなら ず、上側でも導電層が露出されるからである。しかし、金型により造出される凹 所のみを電気めっきする場合には、ミクロ構造体端面のみが粗さを有する金型を 用い、複合層の上側に絶縁層が残るようにする。

金型上のミクロ構造体の高さは、統一される必要はない。本発明によれば、ミク ロ構造体高さの異なる金型も利用できる。ミクロ構造体は、また、単一の、又は 複数の段を有するようにすることもできる。

本発明による方法を以下で図１〜図５につき説明する。

図１は、使用した複合層１を示したものである。拡大して示した部分には、良導 性粒子を含有するポリマー製導電層１ａと薄手の絶縁層１ｂが認められる。

図２の（ａ）と（ｂ）とは、型付は過程を示したものである。金型２は複合層内 へ圧入される。そのさい、金型のミクロ構造体間のスペースには、加熱され、粘 性を有する複合層が充填される。

図３からは、複合層内に型付けされたミクロ構造の垂直壁が絶縁層１ｂで破壊さ れていることが分かる。

図４からは、金型の粗い端面が絶縁層１ｂを貫通し、残りの部分１ｂ’　だけが 存在しているのが分かる。

更に、図５には、金型２の滑らかな構造底部が、複合層の上側の薄手の絶縁層に 、破ることなしに接触している様子が示されている。

また、図６には、その後に続（電気めっき処理が略示されている。電気めっきの 間、電気分解により沈着する金属が、複合層の凹所に次第に充填され、最終的に は複合層の上側をも被覆する。

本発明による方法は一連の効果を有している。

本発明により、電気めっき可能な、ミクロ構造を有するプラスチック層、それも ミクロ構造の垂直側壁のみが絶縁層に被覆されたプラスチック層を製作できるの で、段状のミクロ構造の大きな面をも電気めっき（Ｕｅｂｅｒｇａｌｖａｎｉｓ ｉｅｒｅｎ）できる。

本発明の方法の別の効果は、たとえば良導性粒子を沈着させることにより導電層 を製造するさい、直接に導電層の上側に僅か数μ雪の絶縁薄層を造ることができ る点にある。これによって、複合層の製造費が著しく低減される。処理温度及び 処理圧力が低いため、小型の、廉価な製造設備を用いることができ、しかも、こ の設備で、原型に忠実かつ空隙なしに電気めっき可能なプラスチック層を得るこ とができる。

以下で、本発明の方法の実施例を説明する。

例　１ 金型の製造 金型は、微細砂吹きにより前処理された銅製ベースプレートで製造した。このベ ースプレートをＰＭＭＡ層で被覆する。このＰＭＭＡ層を、公知のＸ線平凹版印 刷法により構造化し、言いかえると区域単位で除去し、次いでニッケルで電気め っきをすることにより型付けした。ニッケル金型のミクロ構造体端面は、Ｒａ＝ 　１．３５μ及びＲｔ＝７．２μ鴬の粗さを有している金型のミクロ構造を与え られた区域は、合計７４゜４００の蜂の巣状成形部から成る約５００　Ｍ１２の 面積上に形成されている。蜂の巣状成形部の内径は８０μ富、側壁のウェブ幅は ８μ翼、ミクロ構造体の高さは約１８０μ諷である。

例　２ 複合層への、例１の金型の型付は 先ず、銀を添加した注型用樹脂から反応流延により複合層を製造する。この目的 のため、次の注型配合物、すなわちポリメチルメタクリレート（非架橋）３０！ 、メチルメタクリレート７０ｙ、離型材ＰＡＴ６６５（ビンゲン市ヴエルツ社製 ）４１１ジベンゾイルペルオキシド２．、Ｎ、Ｎ−ジメチルアニリン２＋、銀粉 （デメトロン社製、型式６３２１−８０００）２８５Ｉを混合し、底部を有する 型枠内へ注入し、圧力下（約２ＭＰａ）で室温にて硬化させ、続いて周囲圧下で １２０℃にて後硬化させた。

アルミニウム製底部を有する従来の金属型により、銀を添加した導電ＰＭＭＡ層 を製造できた。その場合、アルミニウム上には、ＰＭＭＡを注入する前に純ＭＭ Ａ層を被覆する。それにより、硬化の進む間に注型の底に約０．５μｍ〜１μ諷 厚の添加材を含まない電気絶縁ＰＭＭＡ層が形成される。異なる厚さを有する層 が、良導性粒子含有量の異なるＰＭＭＡ溶液を注入することで製作できる。

複合層の絶縁層に対して、今度は、例１により製造された金型を、真空下で約１ １５℃の温度にて押付ける。冷却後、ミクロ構造を備えた複合層を取出すことが できた。ミクロ構造を付けられたプラスチック層に、引続き直接に金属で電気め っきを行なう。

例　３ 別の複合層の製造 複合層の製造のため、先ず、３本ローラ台上で、カーボンブラックを添加した導 電性熱可塑性プラスチックを製造した。良導性カーボンブラックとしては、１２ ．５重量％のプリンテックスＸＥ２　（デクサ社製）を８７．５重量％のＰＭＭ Ａ射出成形コンパウンド、デガランＧ６（デグサ社製）に添加した。この熱可塑 性プラスチックを、引続き、加熱可能な実験用プレス機により１００・１００　 ａｍ”の面積と、４■の厚さとを有するプレートに成形する。プレス時に適当な 温度プログラムを選択することにより、０．５〜１μ鳳厚の絶縁層を有する複合 層が製造できた。この複合層を、例２に記載したように、更に加工した。

手続補正書 平成６年１２月１５日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．電気めっきにより型付け可能なプラスチック層に型押しする金型であって、 ベースプレートと、ベースプレート上に隆起した多数のミクロ構造体とを有し、 ミクロ構造体の端面がベースプレートと平行に位置している形式のものにおいて 、前記端面が、中心線平均粗さＲａが０．０１μｍ〜１μｍの場合に最大高さＲ ｔが０．１μｍ〜１０μｍである表面粗さを有するごとを特徴とする金型。
2. ２．表面粗さがミクロの砂吹きにより生ぜしめられることを特徴とする、請求項 １記載の金型。
3. ３．電気めっきにより型付け可能な、ミクロ構造を有するプラスチック層を製造 する方法において、ａ）導電層と電気絶縁層とから成る複合層を製造し、 ｂ）この複合層を加熱し、 ｃ）加熱した複合層へ、ベースプレートと平行な端面を有し、ベースプレート上 に多数の隆起したミクロ構造体を備えた金型を押付け、その場合に、 ｄ）隆起しているミクロ構造体の高さが、少なくとも電気絶縁層の厚さに合致す るようにする形式のものにおいて、 使用される前記金型の場合に、隆起しているミクロ構造体の端面が、中心線平均 粗さＲａが０．０１μｍ〜１μｍの場合に、最大高さＲｔが０．１μｍ〜１０μ ｍの表面粗さを有しており、かつまた絶縁層が０．１μｍ〜２０μｍの厚さを有 することを特徴とする方法。