DE4033233A1 - Verfahren zur herstellung eines mikrostrukturkoerpers, insbesondere eines mikrostrukturierten abformwerkzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mi­ krostrukturkörpers, insbesondere eines mikrostrukturierten Ab­ formwerkzeugs, mit gratfreien Mikrostrukturen, mittels Form­ diamanten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE 37 09 278 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Feinstrukturkörpern bekannt, bei dem in die Oberfläche zer­ spanbarer, vorzugsweise metallischer Folien Nuten hoher Form­ genauigkeit mit Formdiamanten eingearbeitet werden. Dabei be­ trägt die Formgenauigkeit bei Nutlängen von mehr als 1000 µm hinsichtlich der Nutbreite ca. ± 1 µm bei kleinsten lateralen Abmessungen von ca. 15 µm.

In der DE 38 42 610 C1 ist die Herstellung eines mikrostruktu­ rierten Abformwerkzeugs beschrieben und dargestellt. Dabei wird als zerspanbares Substrat eine Platte aus AlMg₃ verwen­ det, in deren Oberfläche durch kreuzweises Bearbeiten mit keilförmigen Mikro-Formdiamanten Nuten eingearbeitet werden. Dadurch entstehen eng benachbarte, pyramidenstumpfförmige Mikrostrukturen, die galvanisch oder mit einem Kunststoff ab­ geformt werden können. Beim Einarbeiten der Nuten in der zwei­ ten Bearbeitungsrichtung, die senkrecht zu den zuvor einge­ arbeiteten Nuten verläuft, besteht die Gefahr einer un­ erwünschten Gratbildung. Die Grate entstehen gewöhnlich ent­ lang denjenigen Kanten der Mikropyramiden, entlang denen der Formdiamant in die zuvor hergestellte Nut der ersten Bearbei­ tungsrichtung einläuft. Diese Grate, die sich mit konventio­ nellen Methoden, z. B. Ultraschallbehandlung oder Thermo­ schocks, nicht oder nicht vollständig entfernen lassen, beein­ trächtigen die Formgenauigkeit der Mikrostrukturen und stören insbesondere das nachfolgende Abformen mit Kunststoff.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, das gattungsgemäße Verfahren so zu verbessern, daß die Gratbildung an den Kanten der Mi­ krostrukturen wirksam verhindert wird.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Maßnahmen des An­ spruchs 1 gelöst. Die hierauf bezogenen Unteransprüche be­ inhalten vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung. Da der Formdiamant nunmehr stets in volles Material einschneidet, wird die Gratbildung vollständig unterdrückt; eine Nachbehand­ lung ist nicht erforderlich. Vorteilhafterweise wird die Paarung Substrat/Kunststoff so gewählt, daß beide Werkstoffe eine vergleichbare Zerspanbarkeit aufweisen bei gutem gegen­ seitigem Haftungsvermögen, z. B. Messing und ein Schnellkleber wie Cyanacrylat. Cyanacrylat, aber auch "Zaponlack" lassen sich mit gebräuchlichen Lösungsmitteln, z. B. mit Aceton, rück­ standsfrei von der metallischen Mikrostruktur entfernen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert:

Die Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch und in stark vergrößer­ tem Maßstab die Herstellung gratfreier, pyramidenstumpfförmi­ ger Mikrostrukturen.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen die Herstellung eng benachbarter, paralleler Stege, die von einem niedrigeren Rand umschlossen sind.

Fig. 1 zeigt ein metallisches Substrat 1, das über eine ge­ schliffene Sintermetallplatte 2 und eine Vakuumspannvorrich­ tung 3, an die eine Vakuumleitung 4 angeschlossen ist, auf ei­ nem Bearbeitungstisch 5 aufgespannt ist. Der Bearbeitungstisch 5 kann in zwei zueinander senkrechten Richtungen X und Y ver­ stellt und in S-Richtung gegenüber einer Frässpindel 6 ver­ schwenkt werden. Die Frässpindel 6, die höhenverstellbar ist (Pfeile Z), trägt an ihrem freien Ende einen oder mehrere Formdiamanten 7 mit keilförmigem Profil.

Wie aus Fig. 1 weiter zu ersehen ist, werden in die Oberflä­ che 1b des Substrats 1 zunächst in der ersten Bearbeitungs­ richtung Y mit den Formdiamanten 7 eine Vielzahl paralleler Nuten 1a eingearbeitet, die eine Tiefe von etwa 250 µm haben. Der gegenseitige Abstand der Nuten (Raster) beträgt ca. 100 µm. Sodann wird die so genutete Substratoberfläche mit einem fließfähigen, aushärtbaren Kunststoff 8 übergossen, der in die Nuten 1a eindringt und fest an der Substratoberfläche haftet (Fig. 2). Nach dem Aushärten des Kunststoffs 8 und Verschwenken des Substrats um 90° werden in die kunststoff­ bedeckte Substratoberfläche in der zweiten, zur ersten senk­ recht verlaufenden Bearbeitungsrichtung X parallele Nuten 1c mit den Formdiamanten 7 eingearbeitet (Fig. 3).

Dabei schneidet der Formdiamant 7 stets durch festes Material, wodurch sich an den Kanten der metallischen Mikrostrukturen keine unerwünschten Grate ausbilden. Sodann wird der restliche Kunststoff 8a mit einem Lösungsmittel entfernt. Den fertigen Mikrostrukturkörper 9 mit den pyramidenstumpfförmigen Mikro­ strukturen 9a zeigt Fig. 4.

Fig. 5 zeigt ein Substrat 10, in dessen einander gegenüber­ liegende Randbereiche zunächst in Y-Richtung je eine stufen­ förmige Ausnehmung 10a und 10b eingearbeitet wurde. Nach dem Überschichten des Substrats mit einem aushärtenden, fließ­ fähigen Kunststoff 12 werden in den erhabenen Teil 10c des Substrats 10 in X-Richtung parallel zueinander verlaufende, rechteckförmige Nuten 10d und zwei Randausnehmungen 10e, 10f eingearbeitet (Fig. 6). Sodann wird der restliche Kunststoff mit einem Lösungsmittel entfernt. Den fertig strukturierten Mikrostrukturkörper 11 mit parallel verlaufenden Stegen 11a und einem umlaufenden Rand 11b zeigt Fig. 7. Auch in diesem Fall schneiden die Formdiamanten beim Bearbeiten in der X- Richtung stets in festes Material, so daß sich keine Grate an den Stirnkanten der Stege 11a ausbilden.

Bezugszeichenliste

 1 Substrat
 1a Nuten in Y-Richtung im Substrat 1
 1b Oberfläche des Substrats
 1c Nuten in X-Richtung im Substrat 1
 2 Sintermetallplatte
 3 Vakuumspannvorrichtung
 4 Vakuumleitung
 5 Bearbeitungstisch
 6 Frässpindel
 7 Formdiamant
 8 Kunststoff
 8a restlicher Kunststoff
 9 Mikrostrukturkörper
 9a Mikrostrukturen des Mikrostrukturkörpers
10 Substrat
10a stufenförmige Randausnehmung
10b stufenförmige Randausnehmung
10c erhabener Teil des Substrats 10
10d rechteckförmige Nuten im Substrat 10
10e Randausnehmung
10f Randausnehmung
11 Mikrostrukturkörper
11a erhabene Stege des Mikrostrukturkörpers 11
11b umlaufender Rand des Mikrostrukturkörpers 11
12 Kunststoff

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturkörpers, ins­ besondere eines mikrostrukturierten Abformwerkzeugs, mit gratfreien Mikrostrukturen, bei dem in die Oberfläche eines zerspanbaren Substrats, insbesondere eines metallischen Substrats, mit Formdiamanten in zwei Bearbeitungsrichtungen verlaufende, sich überkreuzende Nuten oder sich überkreu­ zende Nuten und Ausnehmungen eingearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Strukturierung (Nuten 1a) in der ersten Bearbei­ tungsrichtung (Y) das Substrat (1) mit einem fließfähigen, aushärtbaren Kunststoff (8) überschichtet wird,
daß nach dem Aushärten des Kunststoffs (8) die Strukturierung (Nuten 1c) in der zweiten Bearbeitungsrichtung (X) erfolgt und
danach der restliche Kunststoff (8a) mit einem Lösungs­ mittel entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff (8) ein Schnellkleber, z. B. Cyanacrylat, verwen­ det wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff (8) ein Material verwendet wird, das nach dem Aushärten eine vergleichbare Zerspanbarkeit aufweist wie das Substrat (1).