DE3842611C1

DE3842611C1 -

Info

Publication number: DE3842611C1
Application number: DE3842611A
Authority: DE
Inventors: Asim Dr. 7515 Linkenheim De Maner
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1988-12-17
Filing date: 1988-12-17
Publication date: 1990-02-22
Anticipated expiration: 2008-12-18
Also published as: EP0374429A1; JPH02197592A; EP0374429B1; ATE78524T1; US4981558A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reproduktion eines strukturierten, plattenförmigen Körpers, insbesondere eines Mikrostrukturkörpers, gemäß dem Oberbegriff des Haupt anspruchs.

Aus der DE-PS 35 37 483 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl plattenförmiger Mikrostrukturkörper aus Metall be kannt, bei dem durch wiederholtes Abformen eines die Mi krostrukturen aufweisenden Werkzeugs mit einer elektrisch iso lierenden Abformmasse Negativformen der Mikrostrukturen er zeugt werden, die galvanisch mit einem Metall aufgefüllt wer den, wonach die Negativformen entfernt werden.

Damit die auf diese Weise erzeugten Negativformen der Mi krostrukturen mit einem Metall aufgefüllt werden können, wird in der DE-PS 35 37 483 alternativ die folgende Methode vorge schlagen:

Die elektrisch isolierende Abformmasse wird mit einer weiteren Schicht aus elektrisch leitender Abformmasse verbunden, wobei die Dicke der elektrisch isolierenden Abformmasse der Höhe der Mikrostrukturen entspricht in der Weise, daß die elektrisch leitende Abformmasse im Zuge des Abformens die Stirnflächen der Mikrostrukturen des Werkzeugs berührt.

Das Werkzeug wird so weit in die Schicht aus elektrisch iso lierender Abformmasse eingedrückt, bis die Stirnfläche der Mi krostrukturen des Werkzeugs die Schicht aus elektrisch leiten der Abformmasse berühren.

Aus der Beschreibung zu Fig. 13 geht hervor, daß die Mi krostrukturen bei 110°C in die Verbundschicht eingepreßt und erst nach dem Abkühlen der Mikrostrukturen bzw. des Werkzeugs das Werkzeug entfernt wird.

Die beschriebene Methode ist insbesondere für eine Massenfer tigung unwirtschaftlich, denn der Temperaturzyklus zum Ein pressen der Mikrostrukturen bedeutet einen zusätzlichen ver fahrenstechnischen und zeitlichen Aufwand. Die Schichthöhe der Abformmasse muß exakt auf die Höhe der Mikrostrukturen des Werkzeugs abgestimmt sein. Außerdem kann die Einpressung nur im flüssigen oder zähflüssigen Zustand der elektrisch isolie renden Schicht unter relativ großer Kraftentfaltung erfolgen, da sich sonst die Gefahr einer Beschädigung der Mikrostruktu ren des Werkzeugs erhöht. Die Entformung nach dem Erstarren des Polymers erfordert eine ähnlich hohe Kraftanwendung. Des halb werden dem Polymer üblicherweise Trennmittel beigemischt. Da das Polymer bei der Entformung im erstarrten Zustand vor liegt, ist eine äußerst präzise Bewegung des Werkzeugs notwen dig, um die Entformung ohne Beschädigung des Werkzeugs und der Negativform zu ermöglichen und die Entformungskräfte zu reduzieren.

Aufgabe der Erfindung ist, die genannten Nachteile zu vermei den. Der Einpreßvorgang des Werkzeugs in die Abformmasse und das Zurückziehen des Werkzeugs soll in der Weise vereinfacht werden, daß der Kraftaufwand wesentlich reduziert wird und daß auf Aufheiz- und Kühlschritte verzichtet werden kann.

Die Bedingung, daß die Schichtdicke der elektrisch isolieren den Abformmasse der Höhe der abzuformenden Strukturen ent spricht, soll entfallen.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Haupt anspruchs beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung an.

Es hat sich gezeigt, daß die Erzeugung einer Negativform we sentlich vereinfacht wird, wenn der strukturierte Körper mit Ultraschallunterstützung so weit in die Schicht aus elektrisch isolierender Abformmasse eingedrückt wird, bis die Stirnflä chen seiner Strukturen in die elektrisch leitende Abformmasse hineinragen und wenn anschließend der strukturierte Körper mit Ultraschallunterstützung aus der Verbundschicht herausgezogen wird.

Die Verbundschicht wird zweckmäßigerweise so hergestellt, daß auf eine Metallplatte eine elektrisch leitende Schicht aufge bracht wird, die von einer Schicht eines elektrisch isolieren den Thermoplasts überdeckt wird. Die elektrisch leitende Schicht kann aus einem mit elektrisch leitenden Partikeln wie z. B. Graphit versetzten Thermoplasten oder aus einem an sich elektrisch leitenden Thermoplasten oder aus einem niedrig schmelzenden Metall oder einer niedrig schmelzenden Metall-Le gierung bestehen. Als Thermoplast können die Materialien Poly methylmethacrylat, Polycarbonat, Polystyrol, PVC, ABS, Polya cetal oder Polyamid verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik folgende wesentliche Vorzüge auf:

Die Thermoplaste können in erstarrtem Zustand angewendet wer den. Ein Aufheiz- und Abkühlschritt ist nicht notwendig. Die Kraft, die zum Einpressen und zum Entformen des strukturierten Körpers notwendig ist, wird wesentlich reduziert. Dadurch ver ringert sich die Gefahr einer Beschädigung des strukturierten Körpers und der Körper kann für eine höhere Anzahl von Repro duktionsvorgängen verwendet werden. Der Präzisionsaufwand zum Einführen des strukturierten Körpers bis genau an die Grenz fläche zwischen elektrisch isolierender und elektrisch leiten der Schicht entfällt; vielmehr wird der Körper soweit in die Verbundschicht eingeführt, bis die Stirnflächen der Struktur in die elektrisch leitfähige Schicht hineinragen.

Auf die Verwendung von Trennmitteln kann in vielen Fällen ver zichtet werden.

Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich schnel ler, weniger aufwendig und somit kostengünstiger durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines Durchführungsbeispiels und den Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Es soll ein Wabennetz 4 aus Nickel, das z. B. nach dem LIGA- Verfahren (Röntgentiefenlithographie-Mikrogalvanoformung) her gestellt wurde, vielfach reproduziert werden. Das Wabennetz weist eine honigwabenartige Struktur auf, wobei die Höhe der Waben 400 µm, die Wandstärke 10 µm und die Wabenweite 100 µm betragen.

Das Wabennetz bildet einen strukturierten Körper mit den äuße ren Abmessungen 10 cm × 10 cm.

Zuerst wird das Wabennetz mit einer stabilen Metallplatte 3 aus Nickel verbunden. Dies kann dadurch erfolgen, daß beim Galvanoformen des Wabennetzes die Struktur überwachsen und mit einer stabilen Nickelschicht überdeckt wird.

Die stabile Metallplatte wird auf der freien, dem Wabennetz abgewandten Seite mechanisch plan bearbeitet.

Die stabile Metallplatte wird mit ihrer plan bearbeiteten Seite auf die Sonotrode 1 einer Ultraschall-Schweißmaschine, die üblicherweise zum Schweißen von Thermoplasten verwendet wird, geklebt oder gelötet. Die Löt- oder Klebverbindung 2 von Metallplatte und Sonotrode ist in Fig. 1 angedeutet.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Verbundkörper hergestellt. Auf die Aluminiumschicht 7 wird eine elektrisch leitfähige Schicht 6 des Thermoplasten Polymethylmethacrylat (PMMA), der mit elektrisch leitfähigen Graphitpartikeln ver setzt ist, durch Aufgießen aufgebracht. Diese elektrisch leit fähige Schicht wird mit einer elektrisch isolierenden Schicht 5 aus nicht vernetztem PMMA überdeckt. Die beiden letztgenann ten Schichten 5 und 6 bilden die Verbundschicht.

Der Verbundkörper wird mit seiner Aluminiumschicht 7 auf den Amboß 8 der Ultraschall-Schweißmaschine gelegt. Der Amboß ist mit Vakuum-Ansaugöffnungen 9 versehen.

Das Wabennetz 4 wird mit Ultraschallunterstützung durch die Sonotrode 1 in die Verbundschicht 5 und 6 eingeführt und an schließend ebenfalls mit Ultraschallunterstützung wieder aus der Verbundschicht herausgezogen.

Fig. 2 zeigt den Abdruck 10 des Wabennetzes in der Verbund schicht. Das Wabennetz hat die elektrisch isolierende Schicht 5 durchstoßen und ist in die elektrisch leitfähige Schicht 6 eingedrungen.

Der Abdruck 10 des Wabennetzes wird anschließend galvanisch mit Nickel aufgefüllt, wobei der Verbundkörper mit dem Abdruck 10 als Kathode geschaltet wird. Die Verbundschicht wird an schließend entfernt. Dies kann beispielsweise mit Dichlorme than als Lösungsmittel erfolgen, wobei die in der elektrisch leitenden Schicht 6 eingelagerten Graphitpartikel fortgespült werden.

Die Verbundschicht kann jedoch auch durch Ausschmelzen ent fernt werden.

Dabei löst sich die Aluminiumschicht 7 ab.

Als Ergebnis wird ein reproduziertes Wabennetz aus Nickel ent halten.

Für den Fall, daß am unteren Ende des Wabennetzes noch Gra phitpartikel anhaften oder teilweise in Nickel eingebettet sind, kann das Verfahren modifiziert werden.

In diesem Fall wird der Verbundkörper ebenfalls als Kathode geschaltet. In den Abdruck 10 des Wabennetzes wird jedoch zu erst Kupfer und erst danach Nickel galvanisch abgeschieden.

Das so erhaltende reproduzierte Wabennetz wird mit einem Mit tel zur selektiven Auflösung von Kupfer, wie z. B. einer CuCl₂-Lösung, behandelt, wobei das Kupfer mit etwa eingebette ten Graphitpartikeln selektiv entfernt wird.

Claims

1. Verfahren zur Reproduktion eines strukturierten, plattenförmigen Körpers, insbesondere eines Mikrostruktur körpers, bei dem

- ein Verbundkörper hergestellt wird, indem eine Schicht aus elektrisch isolierender Abformmasse mit einer Schicht aus elektrisch leitender Abformmasse überdeckt wird,
- der strukturierte Körper soweit in die Schicht aus elek trisch isolierender Abformmasse eingedrückt wird, bis die Stirnflächen der Struktur des strukturierten Körpers mit der Schicht aus elektrisch leitender Abformmasse in Kontakt stehen,
- die so erzeugte Negativform der Struktur im Verbund körper galvanisch mit einem Metall ausgefüllt wird, wo nach
- der Verbundkörper entfernt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der strukturierte Körper mit Ultraschallunterstützung so weit in die Schicht aus elektrisch isolierender Abform masse eingedrückt wird, bis die Stirnflächen seiner Strukturen in die elektrisch leitende Abformmasse hin einragen, wonach
- der strukturierte Körper mit Ultraschallunterstützung aus dem Verbundkörper herausgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper hergestellt wird, indem auf eine Metallplatte eine elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht wird, die von einer Schicht eines elektrisch isolierenden Thermo plasts überdeckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitfähige Schicht ein elektrisch leitende Par tikel enthaltender Thermoplast oder ein an sich elektrisch leitfähiger Thermoplast oder ein niedrig schmelzendes Me tall oder eine niedrig schmelzende Metall-Legierung verwen det wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch isolierender Thermoplast Polymethyl methacrylat, Polycarbonat, Polystyrol, PVC, ABS, Polyacetal oder Polyamid verwendet wird.