DE19964099B4 - Verfahren zur Herstellung dreidimensional angeordneter Leit- und Verbindungsstrukturen für Volumen- und Energieströme - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung dreidimensional angeordneter Leit- und Verbindungsstrukturen
für Volumen-
und Energieströme,
bei dem unterschiedliche lichtaushärtende Materialien verwendet
werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) ein flüssiges, lichtaushärtendes Material mit ausgewählten physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften generiert durch Verfestigung eine strukturierte Schicht,
b) die strukturierte Schicht wird vom nicht ausgehärteten Material mittels Spülvorgang gereinigt und mit flüssigem, lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit einer Schicht definierter Dicke aus lichthärtendem, flüssigem Material abgedeckt,
c) Bereiche der neuen Schicht werden ebenfalls strukturiert ausgehärtet,
d) alle nicht ausgehärteten Bereiche der strukturierten Schichten werden mittels Spülvorgang gereinigt, wonach die vom lichtaushärtenden Material befreiten Bereiche mit flüssigem, lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit einer Schicht definierter Dicke aus lichthärtendem, flüssigem Material abgedeckt werden,
e) durch strukturierte Verfestigung werden Bereiche im Auffüllungsbereich der zweiten Schicht und in der neuen Schicht...
a) ein flüssiges, lichtaushärtendes Material mit ausgewählten physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften generiert durch Verfestigung eine strukturierte Schicht,
b) die strukturierte Schicht wird vom nicht ausgehärteten Material mittels Spülvorgang gereinigt und mit flüssigem, lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit einer Schicht definierter Dicke aus lichthärtendem, flüssigem Material abgedeckt,
c) Bereiche der neuen Schicht werden ebenfalls strukturiert ausgehärtet,
d) alle nicht ausgehärteten Bereiche der strukturierten Schichten werden mittels Spülvorgang gereinigt, wonach die vom lichtaushärtenden Material befreiten Bereiche mit flüssigem, lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit einer Schicht definierter Dicke aus lichthärtendem, flüssigem Material abgedeckt werden,
e) durch strukturierte Verfestigung werden Bereiche im Auffüllungsbereich der zweiten Schicht und in der neuen Schicht...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensional angeordneter Leit- und Verbindungsstrukturen für Volumen- und Energieströme. Die Volumenströme können gasförmig, flüssig, fest oder aus einem Gemisch dieser Aggregatzustände bestehen. Die Energieströme können akustischen, elektrischen, magnetischen, oder elektromagnetischen Charakter haben.
- Derartige Volumen- und Energieströme werden heute in der Regel durch viele unterschiedliche Technologien realisiert. Für die Mikrosystemtechnik sind Leiterbahnen und Bonddrähte die am häufigsten benutzten Transportwege. Für den Transport elektromagnetischer Energien werden neben Hohlleitern auch Glasfasern eingesetzt. Volumenströme realisiert man durch Kanäle, Schläuche und Rohrleitungen.
- Es tritt das Problem auf, dass sich bei zunehmender Miniaturisierung diese Leit- und Verbindungselemente nur noch sehr schwer zusammenführen lassen.
- Die Erfindung löst das Problem durch den Einsatz eines strukturierten schichtweisen Aufbaus.
- Schichtaufbauverfahren sind aus der Mikrotechnologie bekannt. So ist aus der WO 93/20993 A1 ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau von Strukturen aus lichtaushärtbarem Material bekannt. Allerdings spielt sich hier der Vorgang innerhalb eines geschlossenen Gefässes ab, was den Nachteil mit sich bringt, dass beim Aufbau einer Struktur aus unterschiedlichen Materialien der Stoffaustausch (das Geäß muss jeweils vollständig entleert werden) erschwert, wenn nicht unmöglich ist.
- Darüberhinaus ergibt sich aus dieser Druckschrift kein Hinweis darauf, dass innerhalb der aufgebauten Struktur Leiterbahnen bzw. Kanäle generiert worden sind, die beispielsweise elektronische, hydraulische oder sonstige Bauteile miteinander verbinden.
- Ein weiteres Verfahren zum schichtweisen Aufbau ist aus der
EP 0 581 445 A1 bekannt. Allerdings wird hier die Schichtenfolge durch Aufsprühen erstellt, was den Nachteil hat, dass die Schichtdicken nicht so fein erzeugt werden können wie beim erfindungsgemäßen Verfahren. - Der Erfindung zugrunde liegt daher ein Verfahren, wie es aus der
DE 44 20 996 C2 bekannt ist, bei dem zwischen zwei einander parallelen Platten, von denen mindestens eine für elektromagnetische Wellen durchlässig ist, eine geringe Menge des lichtaushärtbaren Kunststoffs aufgrund der Oberflächenspannung gehalten ist. Die Oberfläche der Kunststoffflüssigkeit unterhalb der für elektromagnetische Wellen durchlässigen Platte wird beispielsweise mittels Laserstrahl, der nach Maßgabe eines in einem angeschlossenen Rechner gespeicherten 3D-Schicht-Modells der zu generierenden Struktur über die Oberfläche geführt wird, ausgehärtet. Schicht für Schicht härtet das Laserlicht die Kunststoffflüssigkeit entsprechend dem 3D-Schicht-Modell, wobei der Abstand der Platten jeweils um eine Schichtdicke vergrößert wird, so daß frisches Kunststoffmaterial allein aufgrund seiner Oberflächenspannung in den entstehenden Zwischenraum zwischen der ausgehärteten Schicht und der Platte nachfließen kann. Auf diese Weise können Strukturen im Mikrometerbereich sehr exakt erzeugt werden. - Diese Technologie macht sich die Erfindung zu nutze.
- Dabei werden zur Erzeugung der Schichten unterschiedliche lichtaushärtende Materialien verwendet. Diese Materialien können unterschiedlichste physikalische, chemische und biologische Eigenschaften haben, zum Beispiel: elektrisch leitend, elektrisch isolierend, unterschiedliche optische Brechungsindices. Beim Austausch der Materialien werden auch die Schichtsegmente mit neuem Material gefüllt, in denen bei dem vorhergehenden Aushärtungsprozess keine Aushärtung stattfand, so dass bei der darauffolgenden Aushärtung nicht nur die oberste Schicht mit der darunterliegenden verbunden wird, sondern auch Material der obersten Schicht mit dem Material einer unterhalb der vorletzten Schicht liegenden Schicht verbunden wird. Damit ist es möglich, innerhalb der Schichtenfolge eine Struktur mit anderen Materialeigenschaften von Schicht zu Schicht miteinander zu verbinden. Für einen Volumentransport sind dies nichtausgehärtete Bereiche, die nach Aushärtung und Spülvorgang als Kanäle zur Verfügung stehen. Ebenso können diese Kanäle als Hohlleiter für die Hochfrequenz benutzt werden, wenn die Wandungen der Kanäle aus Material mit entsprechenden Eigenschaften produziert werden.
- Auch lassen sich durch Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex lichtleitende Strukturen erzeugen. Diese lichtlei tenden Strukturen können in Verbindung mit Lichttransistoren (Stichwort: Licht schaltet Licht) zu optischen integrierten Schaltungen benutzt werden.
- Auf diese Weise lassen sich auch herkömmliche integrierte Schaltungen (IC) miteinander verbinden. Denn wurde unter der letzten Oberfläche ein IC in einer Kavität integriert, so kann über den Anschlüssen (Pads) ein Kanal mit leitendem Material erzeugt werden, der dann bis zu einem weiteren IC oder aber auch zu Steckverbindern, die auf diese Weise gefertigt wurden, geführt werden kann.
Claims (2)
- Verfahren zur Herstellung dreidimensional angeordneter Leit- und Verbindungsstrukturen für Volumen- und Energieströme, bei dem unterschiedliche lichtaushärtende Materialien verwendet werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) ein flüssiges, lichtaushärtendes Material mit ausgewählten physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften generiert durch Verfestigung eine strukturierte Schicht, b) die strukturierte Schicht wird vom nicht ausgehärteten Material mittels Spülvorgang gereinigt und mit flüssigem, lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit einer Schicht definierter Dicke aus lichthärtendem, flüssigem Material abgedeckt, c) Bereiche der neuen Schicht werden ebenfalls strukturiert ausgehärtet, d) alle nicht ausgehärteten Bereiche der strukturierten Schichten werden mittels Spülvorgang gereinigt, wonach die vom lichtaushärtenden Material befreiten Bereiche mit flüssigem, lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit einer Schicht definierter Dicke aus lichthärtendem, flüssigem Material abgedeckt werden, e) durch strukturierte Verfestigung werden Bereiche im Auffüllungsbereich der zweiten Schicht und in der neuen Schicht strukturiert ausgehärtet, wodurch eine Verbindung von Materialien mit gleichen physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften oder eine Isolierung dieser generiert wird, f) nicht ausgehärtetes Material der letzten Strukturierung wird mittels Spülvorgang entfernt, g) nicht mit Material aufgefüllte Bereiche werden entsprechend dem zu erstellenden System mit elektronischen, mechanischen, optischen oder chemischen Bauteilen bestückt, h) die strukturierten Schichten und die Bauteile werden mit flüssigem, lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit einer Schicht definierter Dicke aus flüssigem lichthärtendem Material abgedeckt und wieder strukturiert ausgehärtet, wodurch eine Verbindung von Materialien mit gleichen physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften oder eine Isolierung dieser sowie eine Verbindung der Bauteile generiert wird, j) Wiederholung der Schritte a bis h bis die dreidimensionale Struktur aufgebaut ist, wobei jede der besagten Schichten mit einer geringen Menge des lichtaushärtenden Kunststoffs zwischen zwei planparallelen Platten erzeugt wird, von denen mindestens eine für elektromagnetische Wellen durchlässig ist und die geringe Menge des lichtaushärtenden Kunststoffs aufgrund der Oberflächenspannung gehalten ist, wobei die dünne Schicht mittels der elektromagnetischen Wellen anhand eines schichtweise aufgebauten Drei-D-Schichtmodells der zu generierenden Struktur belichtet wird, wobei dieses Modell in einem Rechner gespeichert ist und die elektromagnetischen Wellen anhand dieses Modells Schicht für Schicht an den belichteten Stellen strukturiert aushärten, wobei der Abstand der Platten bei jedem Schritt entsprechend der Schichtdicke vergrößert wird, so daß frisches Kunststoffmaterial in den Zwischenraum nachfließen kann.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen zwischen den Bauteilen und der Umwelt des Systems für Volumen- und Energieströme benutzbar sind.
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