DE10021489C2 - Microfabrication process for the production of microstructures with a large aspect ratio - Google Patents
Microfabrication process for the production of microstructures with a large aspect ratioInfo
- Publication number
- DE10021489C2 DE10021489C2 DE2000121489 DE10021489A DE10021489C2 DE 10021489 C2 DE10021489 C2 DE 10021489C2 DE 2000121489 DE2000121489 DE 2000121489 DE 10021489 A DE10021489 A DE 10021489A DE 10021489 C2 DE10021489 C2 DE 10021489C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- polymer substrate
- polymer
- substrate
- solvent
- electroforming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- B81C99/0075—Manufacture of substrate-free structures
- B81C99/0085—Manufacture of substrate-free structures using moulds and master templates, e.g. for hot-embossing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D1/00—Electroforming
- C25D1/003—3D structures, e.g. superposed patterned layers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D1/00—Electroforming
- C25D1/20—Separation of the formed objects from the electrodes with no destruction of said electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
- B81C2201/03—Processes for manufacturing substrate-free structures
- B81C2201/032—LIGA process
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Description
Zur Herstellung von Mikrostrukturen mit großem Seitenverhält nis gibt es zahlreiche Prozesse, einschließlich LIGA, LIGA- ähnliche Prozesse, UV-Fotolithografie etc., wie sie für einen derartigen Zweck offenbart worden sind. Solche herkömmliche Prozesse sind jedoch komplex und teuer, so dass sie unter kom merziellen Gesichtspunkten unwirtschaftlich und undurchführbar sind.For the production of microstructures with a large aspect ratio There are numerous processes, including LIGA, LIGA- similar processes, UV photolithography etc., as for one such purpose have been disclosed. Such conventional However, processes are complex and expensive, so that they can be economic aspects uneconomical and unworkable are.
U.S.-Patent 5,770,465 offenbarte einen Prozess zur Herstellung von Mikrostrukturen mit großem Seitenverhältnis, bei dem eine Maskierungstechnik mittels Ätzens und Verfüllens von Rillen an gewendet wird, bei der tiefe Rillen in ein Substrat geätzt, die Rillen mit Rillenfüllmaterial aufgefüllt werden, und Tief ätzen des Substrats ausgeführt wird, wobei das Rinnenfüllmate rial als Maske dient. Dieser Stand der Technik macht jedoch zahlreiche Prozessschritte zur Fertigbearbeitung der Mikro strukturen erforderlich, die außerdem zeitaufwendig sind und die Produktivität verringern.U.S. Patent 5,770,465 disclosed a process for making of high aspect ratio microstructures where one Masking technique by means of etching and filling grooves is turned, deep grooves are etched into a substrate, the grooves are filled with groove filling material, and deep etching of the substrate is carried out, the gutter filling material rial serves as a mask. However, this prior art does numerous process steps for finishing the micro structures that are also time consuming and reduce productivity.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die Nachteile des herkömmlichen Prozesses erkannt und den vorliegenden Prozess zur Herstellung von Mikrostrukturen erfunden, der wirtschaft licher und zur Herstellung von Mikrostrukturen besser durch führbar ist.The inventor of the present invention has the disadvantages of conventional process recognized and the present process invented for the production of microstructures, the economy licher and better for the production of microstructures is feasible.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Mikroherstellungsprozesses, der folgende Schritte auf
weist:
The object of the present invention is to provide a microfabrication process which has the following steps:
- a) Herstellen einer Elektrolytlösung, die in ein System zur Elektroformung zu füllen ist;a) Prepare an electrolytic solution that is in a system for Electroforming is to be filled;
- b) Ausbilden eines elektrisch isolierenden Maskierungs-Dünn films auf einem Polymersubstrat;b) forming an electrically insulating masking thin films on a polymer substrate;
- c) Mikrobearbeiten des Substrats zur Ausformung eines drei dimensionalen Mikrostrukturaufbaus mit tiefen Vertiefun gen;c) Micromachining the substrate to form a three dimensional microstructure structure with deep recesses gene;
- d) Schrumpfen der Breite oder des Durchmessers jeder Vertie fung des Mikrostrukturaufbaus durch stetiges Quellen des Polymers, das vorher auf einer Kathode des Systems zur Elektroformung angebracht wurde, indem das Polymer mit der Elektrolytlösung gesättigt wird;d) shrinking the width or diameter of each recess development of the microstructure by constant swelling of the Polymers that previously on a cathode of the system Electroforming was applied by using the polymer with the Electrolytic solution becomes saturated;
- e) Galvanische Formgebung im System zur Elektroformung, das elektrisch mit einer Anode und der Kathode verbunden ist, um die Vertiefungen im Polymer mit Metall aufzufüllen; unde) Electroplating in the electroforming system, the is electrically connected to an anode and the cathode, to fill the wells in the polymer with metal; and
- f) Desorption des Elektrolyten aus dem Polymer, um das von einem galvanisch geformten Mikrostrukturprodukt zu tren nende Polymer zu schrumpfen und aus der Form zu nehmen, um das Mikrostrukturprodukt mit einem hohen Seitenverhältnis von 100 oder sogar darüber zu erhalten.f) desorption of the electrolyte from the polymer to the an electroplated microstructure product polymer to shrink and take out of shape the microstructure product with a high aspect ratio to get from 100 or even above.
Fig. 1 zeigt die wichtigsten Prozessschritte gemäß der vorlie genden Erfindung. Fig. 1 shows the most important process steps according to the vorlie invention.
Fig. 2 zeigt die Komponenten eines Systems zur Elektroformung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 shows the components of a system for electroforming according to the present invention.
Fig. 3 ist eine Draufsicht des gemäß der vorliegenden Erfin dung mikrobearbeiteten Substrats. Fig. 3 is a plan view of the dung according to the present OF INVENTION micromachined substrate.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Mikrostrukturpro duktes gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 is a perspective view of the Mikrostrukturpro product according to the present invention.
Der Mikroherstellungsprozess der vorliegenden Erfindung weist folgende Schritte auf:The microfabrication process of the present invention exhibits the following steps:
Eine Elektrolytlösung 4 wird hergestellt, die in ein System zur Elektroformung 8 zu füllen ist. Das System zur Elektro formung 8 ist zur Ausführung eines galvanischen Formgebungs prozesses, der hierin später detailliert beschrieben wird, ausgeführt.An electrolytic solution 4 is produced, which is to be filled into an electroforming system 8 . The electroforming system 8 is configured to perform an electroplating process, which will be described in detail later herein.
Ein Polymersubstrat 1, das in der Lage ist, große Mengen der Elektrolytlösung, die eine ausgeprägt wässrige Lösung ist, zu absorbieren, wird zur Oberflächenbehandlung, einschließlich Ebnen, Polieren und Reinigen der Außenfläche des Substrats gewählt. Ein dünner schützender Maskierungsfilm 2 wird dann in Umfangsrichtung auf dem oder um das Substrat 1 ausgeformt, wie in Fig. 1a dargestellt ist. Zur Ausbildung des Films 2 auf dem Substrat 1 können mehrere Verfahren angewendet werden, einschließlich der Beschichtung durch eine Beschichtungsmaschine, der Abscheidung mittels Aufdampfen, wie beispielsweise beim PVD- oder CVD-Verfahren, oder durch stromloses Abscheiden. Das Substrat kann aus hydrophilem Polyurethan, hydrophilem Acrylharz und anderen geeigneten Polymeren gewählt werden. Der Maskierungsfilm 2 sollte elektrisch isolierend sein.A polymeric substrate 1 capable of absorbing large amounts of the electrolytic solution, which is a pronounced aqueous solution, is selected for surface treatment including leveling, polishing and cleaning the outer surface of the substrate. A thin protective masking film 2 is then formed circumferentially on or around the substrate 1 , as shown in Fig. 1a. Several methods can be used to form the film 2 on the substrate 1 , including coating by a coating machine, deposition by vapor deposition, such as in the PVD or CVD method, or by electroless deposition. The substrate can be selected from hydrophilic polyurethane, hydrophilic acrylic resin and other suitable polymers. The masking film 2 should be electrically insulating.
Der Maskierungsfilm 2 sollte das Eindringen oder den Stoff übergang eines Elektrolyten in das Innere des Substrats 1 verhindern. Der Film darf außerdem in der Elektrolytlösung wäh rend der anschließenden Sättigung durch den Stoffübergang oder den Schritten der Elektroformung nicht abgelöst oder gelöst werden.The masking film 2 should prevent the penetration or mass transfer of an electrolyte into the interior of the substrate 1 . The film must also not be detached or dissolved in the electrolyte solution during the subsequent saturation due to the mass transfer or the electroforming steps.
Das gewählte Substrat 1 sollte durch Stoffübergang des Lö sungsmittels im Elektrolyten in das Innere des Substrats in hohem Maße gequollen werden, ohne dass dieses durch den Elek trolyten beschädigt wird.The selected substrate 1 should be swollen to a high degree by mass transfer of the solvent in the electrolyte into the interior of the substrate without this being damaged by the electrolyte.
Andere Filmbildungsverfahren, z. B. Sputtern, Plasmasprühen, Schleuderbeschichten etc. können bei dieser Erfindung ange wendet werden.Other film formation methods, e.g. B. sputtering, plasma spraying, Spin coating etc. can be used in this invention be applied.
Durch die Anwendung von Werkzeugen und Verfahren der Mikro bearbeitung zum Ausformen tiefer Vertiefungen oder Lücken 3 der Struktur im Substrat 1 gemäß Fig. 1b kann eine primäre Breite oder ein primärer Durchmesser D1 (auch in Fig. 3 dar gestellt) in jeder tiefen Vertiefung 3 hergestellt werden. Die so erhaltene Struktur sollte die gewünschte optimale Abmes sung, Formhaltigkeit und eine minimale Rauigkeit der Seiten wand haben.By using tools and methods of micromachining to form deep recesses or gaps 3 of the structure in the substrate 1 according to FIG. 1b, a primary width or a primary diameter D1 (also shown in FIG. 3) can be produced in each deep recess 3 become. The structure obtained in this way should have the desired optimal dimension, shape retention and minimal roughness of the side wall.
Die Verfahren der Mikrobearbeitung beinhalten: Fräsen mittels Polykristall-Diamant (PCD), Laser-Fräsen (LBM), Elektronen strahl-Fräsen (EBM) etc.The micromachining processes include: milling by Polycrystalline diamond (PCD), laser milling (LBM), electrons beam milling (EBM) etc.
Das mikrobearbeitete Substrat wird in innigen Kontakt mit einer Plattenkathode 7 aus Nickel verbunden und in die Elek trolytlösung 4, die in das System zur Elektroformung 8 gefüllt worden ist, getaucht, damit das Lösungsmittel im Elektrolyten in das Innere des Polymersubstrats 1 durch Stoffübergang des Lösungsmittels im Elektrolyten eindiffundiert, um das Polymer zu quellen (Fig. 1c, 1d). Durch das Quellen 5 des Polymers in jeder tiefen Vertiefung 3 der Struktur wird die Breite oder der Durchmesser jeder Vertiefung kleiner (von D1 nach D2) ge schrumpft (Fig. 1).The micromachined substrate is connected in intimate contact with a plate cathode 7 made of nickel and immersed in the electrolytic solution 4 , which has been filled in the electroforming system 8 , so that the solvent in the electrolyte inside the polymer substrate 1 by mass transfer of the solvent in the Electrolytes diffused in to swell the polymer ( Fig. 1c, 1d). By swelling 5 the polymer in each deep recess 3 of the structure, the width or diameter of each recess becomes smaller (from D1 to D2) ( Fig. 1).
Ist beispielsweise die Tiefe der Vertiefung 3, die ihrerseits
die Höhe des Produkts 15 wird, wie in Fig. 1f und Fig. 4 dar
gestellt, als H, die erste Breite (oder der erste Durchmesser)
jeder Vertiefung 3 nach der Mikrobearbeitung als D1 und die
zweite Breite (oder der zweite Durchmesser) jeder Vertiefung 3
nach dem Schrumpfen (oder Quellen des Polymers) als D2 defi
niert, ergeben sich folgende Formeln:
R1 = H/D1, wobei R1 das Seitenverhältnis bei Mikrobearbeitung
ohne Schrumpfen ist;
R2 = H/D2, wobei R2 das Seitenverhältnis nach dem Schrumpfen
ist.For example, if the depth of the recess 3, which in turn is the height of the product 15 as shown in Fig. 1F and Fig. 4 is found as H, the first width (or the first diameter) of each recess 3 by micromachining as D1 and the second width (or the second diameter) of each recess 3 after shrinking (or swelling of the polymer) defined as D2, the following formulas result:
R1 = H / D1, where R1 is the aspect ratio for micromachining without shrinking;
R2 = H / D2, where R2 is the aspect ratio after shrinking.
Da D2 kleiner ist als D1, ist R2 größer als R1, wodurch das Seitenverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht wird.Since D2 is smaller than D1, R2 is larger than R1, which means that Aspect ratio is increased according to the present invention.
Wird also die erste Breite (D1) einer Vertiefung durch das PCD-Verfahren auf 300 µm mit einer Höhe (H) von 9,9 mm mikro bearbeitet, ergibt sich ein Seitenverhältnis (R1) von 33; nach der Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die zwei te Breite (D2) nach dem Schrumpfen 75 mm bei der gleichen Höhe (H) betragen, und das Seitenverhältnis (R2) ergibt sich dann zu: 33 × 300/75 = 132, das damit deutlich erhöht und die Mini aturisierung auf für die Mikroherstellung günstige Weise ver stärkt wird.So is the first width (D1) of a depression through the PCD process to 300 µm with a height (H) of 9.9 mm micro processed, there is an aspect ratio (R1) of 33; to the treatment according to the present invention becomes the two te width (D2) after shrinking 75 mm at the same height (H), and the aspect ratio (R2) then results to: 33 × 300/75 = 132, which increases it significantly and the Mini Aturization in a way that is favorable for microfabrication is strengthened.
Das Quellen des Polymers zum Schrumpfen der Vertiefungen (Grö ße der Vertiefung) der Struktur wird durch den Stoffübergang der Moleküle eines Lösungsmittels im Elektrolyten 4 in das freie Volumen des Polymerinneren des Substrats 1 verursacht, wodurch der Abstand zwischen den Molekülketten abnimmt und die Quellung 5 des Polymers entsteht.The swelling of the polymer to shrink the recesses (size of the recess) of the structure is caused by the mass transfer of the molecules of a solvent in the electrolyte 4 into the free volume of the polymer interior of the substrate 1 , whereby the distance between the molecular chains decreases and the swelling 5 of the Polymers is created.
Dieses Phänomen des Stoffübergangs kann aufgrund der Fick'schen Diffusion, der Case II-Diffusion oder einer anomalen Diffusion eintreten. Das Schrumpfen der Abmessung der Vertiefung ist eine Funktion der Variablen, einschließlich des Stoffüber gangs, der Temperatur und der Sättigungskapazität durch Ab sorption oder der Geschwindigkeit des Lösungsmittels im Elek trolyten, mit der dieses vom Polymer absorbiert wird.This phenomenon of mass transfer can be due to the Fick'schen Diffusion, the Case II diffusion or an abnormal diffusion enter. The diminution of the dimension of the recess is a function of the variables, including the mass transfer gangs, the temperature and the saturation capacity by Ab sorption or the speed of the solvent in the elec trolytes, with which this is absorbed by the polymer.
Bei Sättigung des Stoffübergangs des Lösungsmittels im Elek trolyten in das Polymer erreicht die Quellung 5 des Polymers eine feste Größe, wodurch die Vertiefung 3 auf eine feste Größe, die vorgegeben werden kann, geschrumpft wird.When the mass transfer of the solvent in the electrolyte into the polymer is saturated, the swelling 5 of the polymer reaches a fixed size, as a result of which the recess 3 shrinks to a fixed size that can be predetermined.
Das bei dieser Erfindung verwendete Polymer sollte den Stoff übergang des Lösungsmittels im Elektrolyten in das Innere des Polymers unter massiver Quellung des Polymers gestatten, ohne dies während des Quellens zu beschädigen.The polymer used in this invention should be the fabric Transfer of the solvent in the electrolyte to the inside of the Allow polymer with massive swelling of the polymer without damaging this during swelling.
Die zum Quellen des Polymers verwendete Elektrolytlösung ist der gleiche Elektrolyt, wie er im nachfolgenden Schritt der galvanischen Formgebung gemäß dieser Erfindung verwendet wird. Diejenigen Bereiche des Substrats, die mit dem Maskierungsfilm 2 bedeckt sind, werden durch den Elektrolyten beim Stoffüber gang des Elektrolyten nicht angegriffen.The electrolyte solution used to swell the polymer is the same electrolyte used in the subsequent electroplating step of this invention. Those areas of the substrate that are covered with the masking film 2 are not attacked by the electrolyte during the mass transfer of the electrolyte.
Das gequollene Substrat 6, dessen Vertiefungen 3 mit dem Elek trolyten 4 gefüllt worden sind, wird nunmehr dem Schritt der galvanischen Formgebung im System zur Elektroformung unter worfen. The swollen substrate 6 , the depressions 3 of which have been filled with the electrolyte 4 , is now subjected to the step of electroplating in the electroforming system.
Das System zur Elektroformung 8 (Systemkomponenten) gemäß Fig. 2 enthält: ein Bad 81, in das die Elektrolytlösung 4 gefüllt wird, eine Spannungsversorgung 14 mit einer Anode und einer Kathode, die elektrisch mit der Nickelplatte 7 verbunden ist, die bereits mit dem gequollenen Substrat 6 verbunden worden ist, ein Rührwerk 10, das an einem Gleichstrommotor 9 mit variabler Drehzahl befestigt ist, um die Elektrolytlösung 4 im Bad 81 homogen zu vermischen, eine Heizspule 11, die im Bad ausgeformt ist, um die Elektrolytlösung auf eine geeignete Temperatur zu erwärmen, die von einem Temperaturregler 12 und einem Sensor 13 konstant gehalten wird.The system for electroforming 8 (system components) according to FIG. 2 contains: a bath 81 , into which the electrolyte solution 4 is filled, a voltage supply 14 with an anode and a cathode, which is electrically connected to the nickel plate 7 , which is already swollen with the Substrate 6 has been connected, an agitator 10 which is attached to a DC motor 9 with variable speed in order to homogeneously mix the electrolyte solution 4 in the bath 81 , a heating coil 11 which is shaped in the bath in order to bring the electrolyte solution to a suitable temperature heat, which is kept constant by a temperature controller 12 and a sensor 13 .
Die Spannungsversorgung 14 liefert den geeigneten Strom und die geeignete Spannung zur Durchführung des Prozesses der Elektroformung, in dem das Metall in jede Vertiefung 3 im ge quollenen Substrat 6 abgeschieden wird, bis die Vertiefungen im gequollenen Substrat 6 auf die vorgegebene Höhe oder Tiefe H aufgefüllt sind. Danach wird die Spannungsversorgung 14 aus geschaltet.The power supply 14 supplies the appropriate current and voltage suitable for carrying out the process of electroforming, in which the metal is deposited in each recess 3 in ge swollen substrate 6, are filled up to the recesses in the swollen substrate 6 to the predetermined height or depth H , Then the voltage supply 14 is switched off.
Die Metalle oder Legierungen, die im Schritt der galvanischen Formgebung galvanisch abgeschieden werden können, beinhalten: Nickel, Kupfer, Gold, Nickel-Kobaltlegierung, Nickel-Eisen- Legierung usw.The metals or alloys used in the galvanic step Shape can be electroplated include: Nickel, copper, gold, nickel-cobalt alloy, nickel-iron Alloy etc.
Das im vorigen Schritt galvanisch geformte Produkt wird dann der Desorption unterworfen, um den Elektrolyten aus dem Poly mer zu entziehen und das Polymer in seine ursprüngliche Form zurückzubringen, damit sich die galvanisch geformte Mikro struktur leicht vom Polymer trennen läßt. Das Polymer 1 wird dann von der galvanisch geformten Mikrostruktur 15 getrennt, wie in Fig. 1e dargestellt aufgrund der Desorption des Elek trolyten, die durch Erwärmen oder durch Diffusion erfolgen kann, getrennt. The galvanically formed product in the previous step is then subjected to desorption in order to remove the electrolyte from the polymer and to bring the polymer back into its original shape so that the galvanically shaped microstructure can be easily separated from the polymer. The polymer 1 is then separated from the galvanically shaped microstructure 15 , as shown in FIG. 1e, due to the desorption of the electrolyte, which can be done by heating or by diffusion.
Das Mikrostrukturprodukt 15 wird dann aus der Form genommen und vom Substrat 1 getrennt, wie in Fig. 1f und 4 dargestellt.The microstructure product 15 is then removed from the mold and separated from the substrate 1 , as shown in FIGS. 1f and 4.
Das gequollene Polymer 1, das schließlich in den Prozess schritten wiedergewonnen wird, wird in der Elektrolytlösung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht gelöst oder zersetzt.The swollen polymer 1 , which is finally recovered in the process steps, is not dissolved or decomposed in the electrolytic solution according to the present invention.
Die vorliegende Erfindung kann unter Bezugnahme auf das fol gende Beispiel noch näher beschrieben werden.The present invention can be described with reference to the fol Example will be described in more detail.
Eine Substratplatte aus hydrophilem Polyurethan (PU) mit einer Dicke von 2 cm wird zur Oberflächenbehandlung mittels Ebnen und Polieren gewählt. Eine wasserunlösliche Graphittinte oder Persimmonöl wird auf alle parallelepipedförmigen Außenflächen des Substrats aufgetragen. Ein CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm wird zum Bohren einer Vielzahl Bohrungen (z. B. 100 × 100) in das Substrat verwendet. Jede Bohrung "d0" hat einen Innendurchmesser von ca. 400 µm.A substrate plate made of hydrophilic polyurethane (PU) with a thickness of 2 cm is selected for surface treatment by means of leveling and polishing. A water-insoluble graphite ink or persimmon oil is applied to all parallelepiped-shaped outer surfaces of the substrate. A CO 2 laser with a wavelength of 193 nm is used to drill a large number of holes (e.g. 100 × 100) into the substrate. Each hole "d 0 " has an inner diameter of approx. 400 µm.
Eine Elektrolytlösung wird hergestellt, die folgende Bestand teile enthält: Nickelammoniumsulfat 16 l, Borsäure 0,8 l, Nickelchlorid 0,4 l und Aufhellungsmittel 0,4 l, die bei 35°C vollständig gelöst werden. Deionisiertes Wasser wird zur Ein stellung des spezifischen Gewichts auf 40 zugegeben, und der pH-Wert wird gemessen und auf 4 eingestellt. Ist die Lösung zu sauer, wird Nickelcarbonat bis zum Erreichen eines pH-Wertes von 4,0 hinzugefügt.An electrolytic solution is made, the following inventory parts contains: nickel ammonium sulfate 16 l, boric acid 0.8 l, Nickel chloride 0.4 l and brightener 0.4 l at 35 ° C be completely solved. Deionized water becomes one Specific gravity added to 40, and the pH is measured and set to 4. The solution is too acidic, becomes nickel carbonate until a pH value is reached added from 4.0.
Das Substrat wird dann mit einer Plattenkathode aus Nickel verbunden und in die Elektrolytlösung getaucht, damit der Stoffübergang des Lösungsmittels im Elktrolyten in das Polymer bei 40°C stattfindet. Bei Sättigung durch den Stoffübergang in das PU-Polymer quillt das Polymer, so dass der Innendurchmesser "d" der Bohrung auf 100 µm schrumpft. Die Rate der Grö ßenverringerung ergibt sich somit zu: d0 - d/d0 × 100% = 400 - 100/400 × 100% = 75%.The substrate is then connected to a nickel plate cathode and immersed in the electrolyte solution so that the mass transfer of the solvent in the electrolyte into the polymer takes place at 40 ° C. When saturated by the mass transfer into the PU polymer, the polymer swells, so that the inside diameter "d" of the bore shrinks to 100 µm. The rate of size reduction is thus: d 0 - d / d 0 × 100% = 400 - 100/400 × 100% = 75%.
Das gequollene Substrat wird dann zur galvanischen Formgebung bei 40°C über eine Dauer von 54 Stunden mit einer Versorgungs spannung von 2,0 V und 2,0 A verbracht.The swollen substrate is then used for galvanic shaping at 40 ° C for 54 hours with one supply voltage of 2.0 V and 2.0 A spent.
Das galvanisch geformte Produkt wird dann zur Desorption in einen Luftumwälzofen mit 100°C gelegt, damit das dreidimensi onale Mikrostrukturprodukt 15 mit einem Seitenverhältnis von 100 wie in Fig. 4 dargestellt aus der Form genommen werden kann, was die Prozessschritte vereinfacht und die Produktions kosten senkt.The electroformed product is then placed in an air circulating oven at 100 ° C. for desorption, so that the three-dimensional microstructure product 15 with an aspect ratio of 100 as shown in FIG. 4 can be removed from the mold, which simplifies the process steps and lowers the production costs ,
Die Formen der Mikrostrukturen sind nicht auf die vorliegende Erfindung begrenzt. Jede Mikrostruktur kann auch mit einer Bohrung oder mehreren in der Mikrostruktur ausgeformten Boh rungen gebildet werden.The shapes of the microstructures are not related to the present one Invention limited. Every microstructure can also have a Bore or more Boh formed in the microstructure stakes are formed.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Mikrostruktur mit einem großen Seitenverhältnis von über 100 hergestellt werden. Die Prozessschritte werden vereinfacht und die Produktions kosten gesenkt, wodurch die Nachteile des herkömmlichen zeit aufwendigen Mikroherstellungsprozesses mit geringer Produkti vität aufgehoben werden.According to the present invention, a microstructure with a large aspect ratio of over 100 can be produced. The process steps are simplified and the production reduced costs, eliminating the disadvantages of traditional time complex microfabrication process with low production vity be lifted.
Etliche wichtige "Schlüssel"-Schritte sind für die vorliegende Erfindung vorteilhaft, z. B. das Quellen de Polymers unmittel bar vor dem Schritt der galvanischen Formgebung, in dem die Vertiefungen im Polymer auf ein Minimum gebracht werden, um das Seitenverhältnis deutlich zu erhöhen, und die Desorption des Elektrolyten aus dem Polymer, wodurch eine leichte Tren nung der galvanisch geformten Mikrostruktur vom Polymer er reicht wird, wobei die Desorption auf einfache Weise durch Erwärmung erfolgt, wodurch die komplexen Ätzschritte, wie bei den herkömmlichen Prozessschritten vorkommen, entfallen, was den Umweltschutz verbessert, da das Problem der Verunreinigung durch Lösungsmittel beim Ätzen gelöst wird. Das Quellen des Polymers und die Wiedergewinnung (Schrumpfung) des Polymers scheint eine "umkehrbare Reaktion" zu sein, ist jedoch für die Erhöhung des Seitenverhältnisses und für das Entnehmen des Mikrostrukturprodukts aus der Form nützlich, womit die vor liegende Erfindung eine Verbesserung des Standes der Technik darstellt.Several important "key" steps are for the present Invention advantageous, for. B. the swelling of the polymer immediately bar before the step of electroplating, in which the Wells in the polymer are brought to a minimum to increase the aspect ratio significantly, and the desorption of the electrolyte from the polymer, creating an easy opening the galvanically shaped microstructure of the polymer is sufficient, with the desorption in a simple manner Heating takes place, which leads to the complex etching steps, as with the conventional process steps occur, what environmental protection improves since the problem of pollution is dissolved by solvents during the etching. The swelling of the Polymer and the recovery (shrinkage) of the polymer appears to be a "reversible reaction", but is for that Increase the aspect ratio and for removing the Microstructure product useful from the mold, which the lying invention an improvement of the prior art represents.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Mikrostruk tur kann kopiert werden, um als Inneres einer Form zur Massen fertigung von Formprodukten z. B. mittels Spritzgießen oder andere Formgebung- oder Herstellungsprozesse zu dienen.The microstructure made in accordance with the present invention structure can be copied to the interior of a form to the masses manufacture of molded products e.g. B. by means of injection molding or to serve other shaping or manufacturing processes.
Claims (6)
- a) Herstellen einer Elektrolytlösung zum Füllen in ein System zur Elektroformung;
- b) Wählen eines Polymersubstrats, das in der Lage ist, ein Lösungsmittel der Elektrolytlösung zu absorbieren, um durch das Lösungsmittel zu quellen, und Behandeln einer Außenfläche des Polymersubstrats zum Ebnen, Polieren und Reinigen des Polymersubstrats und Ausfor men eines elektrisch isolierenden Maskierungsfilms auf der äußeren Oberfläche des Polymersubstrats;
- c) Mikrobearbeiten des Polymersubstrats zur Bildung eines dreidimensionalen Mikrostrukturaufbaus mit einer Viel zahl tiefer Vertiefungen in diesem Polymersubstrat;
- d) Verbinden des Polymersubstrats in innigem Kontakt mit einer Plattenkathode für das System zur Elektroformung und Tauchen des Polymersubstrats in die Elektrolyt lösung im System zur Elektroformung, um den Stoffüber gang des Lösungsmittels in der Elektrolytlösung im Polymersubstrat zum Quellen des Polymersubstrats bis zur Sättigung mit dem Lösungsmittel und zum Schrumpfen des Durchmessers oder der Breite jeder dieser tiefen Vertiefungen in diesem Polymersubstrat zu ermöglichen;
- e) galvanisches Formen zum Füllen von Metall oder Legie rung in die Vertiefungen des Polymersubstrats im Sys tem zur Elektroformung mit der Plattenkathode und einer Anode, die im System zur Elektroformung elekt risch angeschlossen sind; und
- f) Desorption des Lösungsmittels im Elektrolyten aus dem Polymersubstrat, um das Polymersubstrat zum Trennen von einer Mikrostruktur, die in jeder Vertiefung des Polymersubstrats galvanisch geformt worden ist, zu schrumpfen und um die Mikrostruktur aus der Form zu entnehmen, um eine galvanisch geformte Mikrostruktur mit hohem Seitenverhältnis zu erhalten.
- a) preparing an electrolytic solution for filling in an electroforming system;
- b) Choosing a polymeric substrate capable of absorbing a solvent of the electrolytic solution to swell through the solvent, and treating an outer surface of the polymeric substrate to flatten, polish and clean the polymeric substrate, and form an electrically insulating masking film on the outer Surface of the polymer substrate;
- c) micromachining the polymer substrate to form a three-dimensional microstructure with a lot of deep recesses in this polymer substrate;
- d) connecting the polymer substrate in intimate contact with a plate cathode for the system for electroforming and immersing the polymer substrate in the electrolyte solution in the electroforming system to the mass transfer of the solvent in the electrolyte solution in the polymer substrate to swell the polymer substrate until saturation with the solvent and to allow the diameter or width of each of these deep recesses to shrink in this polymer substrate;
- e) electroplating for filling metal or alloy in the recesses of the polymer substrate in the system for electroforming with the plate cathode and an anode, which are electrically connected in the electroforming system; and
- f) Desorption of the solvent in the electrolyte from the polymer substrate to shrink the polymer substrate to separate from a microstructure that has been electroplated in each recess of the polymer substrate and to remove the microstructure from the mold to produce a high quality electroplated microstructure Get aspect ratio.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW88118103A TW448084B (en) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | Manufacture method of microstructure with high aspect ratio |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10021489A1 DE10021489A1 (en) | 2001-06-07 |
| DE10021489C2 true DE10021489C2 (en) | 2002-03-28 |
Family
ID=21642691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2000121489 Expired - Fee Related DE10021489C2 (en) | 1999-10-20 | 2000-05-03 | Microfabrication process for the production of microstructures with a large aspect ratio |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10021489C2 (en) |
| TW (1) | TW448084B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022046930A1 (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | Lumenco, Llc | Antiviral and antimicrobial protective films with microstructure deterrents |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10159860C2 (en) * | 2001-12-06 | 2003-12-04 | Sdk Technik Gmbh | Heat transfer surface with an electroplated microstructure of protrusions |
| DE10323350A1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-12-23 | INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH | Lithographic process for the production of micro components |
| ES2573481T3 (en) | 2009-06-13 | 2016-06-08 | GALVANOFORM Gesellschaft für Galvanoplastik mbH | Mold housing and manufacturing process of a mold housing |
| CN112875639A (en) * | 2021-01-25 | 2021-06-01 | 上海交通大学 | Composite flexible substrate and manufacturing method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5302421A (en) * | 1992-07-21 | 1994-04-12 | Basf Aktiengesellschaft | Production of microstructure elements |
| DE4422913A1 (en) * | 1994-06-30 | 1996-01-04 | Joerg Prof Dr Ing Mueller | Prodn. of microstructures used in the construction of microsystems |
| US5770465A (en) * | 1995-06-23 | 1998-06-23 | Cornell Research Foundation, Inc. | Trench-filling etch-masking microfabrication technique |
-
1999
- 1999-10-20 TW TW88118103A patent/TW448084B/en not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-05-03 DE DE2000121489 patent/DE10021489C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5302421A (en) * | 1992-07-21 | 1994-04-12 | Basf Aktiengesellschaft | Production of microstructure elements |
| DE4422913A1 (en) * | 1994-06-30 | 1996-01-04 | Joerg Prof Dr Ing Mueller | Prodn. of microstructures used in the construction of microsystems |
| US5770465A (en) * | 1995-06-23 | 1998-06-23 | Cornell Research Foundation, Inc. | Trench-filling etch-masking microfabrication technique |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LIN, Ching-Bin: A Novel Fabrication Process for High-Aspect-Ratio and Co-Axial Multi-Layer Nickel Microstructures. In: Proceedings IEEE Thirteenth Annual Int. Conf. on Micro Electro Mechanical Systems, Piscatamay, NJ, USA, IEEE 2000. Conf.: Miyazaki, JP, 23.-27.1.2000 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022046930A1 (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | Lumenco, Llc | Antiviral and antimicrobial protective films with microstructure deterrents |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW448084B (en) | 2001-08-01 |
| DE10021489A1 (en) | 2001-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE4219667C2 (en) | Tool and method for producing a microstructured plastic layer | |
| DE3743809C2 (en) | ||
| EP0500620B1 (en) | Process for the production of metal microstructure bodies | |
| DE3741421A1 (en) | GALVANOFORMING METHOD AND GALVANOFORMING DEVICE | |
| EP0331208A2 (en) | Process for producing a metallic body having a multiplanar microstructure | |
| EP0469635A1 (en) | Method of making circuit boards | |
| DE19638609A1 (en) | Producing a porous galvanically formed shell | |
| EP1441049A1 (en) | Process for the production of niobium or tantalum parts by electrochemical etching | |
| DE2422918A1 (en) | ELECTRO-PLATED OR GALVANIZED, ANODISED ALUMINUM OBJECTS AND METHODS AND DEVICE FOR THEIR PRODUCTION | |
| EP0722515B1 (en) | Process for the galvanic application of a surface coating | |
| DE10021489C2 (en) | Microfabrication process for the production of microstructures with a large aspect ratio | |
| DE4231742C2 (en) | Process for the galvanic molding of plate-like bodies provided with structures | |
| DE60202048T2 (en) | METHOD OF MANUFACTURING ELECTRICAL LADDER AND ITS USE IN SOLAR COLLECTOR AND ELECTROCHEMICAL CELL | |
| DE811974C (en) | Magnetron of the cavity resonator type and method of manufacturing such a magnetron | |
| EP0836540A1 (en) | Process for manufacturing mould inserts | |
| US6251248B1 (en) | Microfabrication process for making microstructures having high aspect ratio | |
| DE102005012016B3 (en) | Mold for deposition of a material from an electrolyte especially to form micro- or nano-structured components has a removable metal plate with upstanding plastic or wax projections | |
| DE4239538C1 (en) | Precision etching small areas of substrate - in which cathodically connected substrate is contacted with electrolytic soln. and areas to be etched are contacted by micro carbon@ fibre electrode | |
| DE19735244B4 (en) | Method and apparatus for the chrome plating of workpieces | |
| DE1043011B (en) | Process for the production of metal mesh networks | |
| DE2936207A1 (en) | METHOD FOR ENGRAVING METAL PLATES WHICH ARE USED AS A FORM IN THE PRODUCTION OF STRUCTURED PRODUCTS | |
| DE1627732A1 (en) | Process for the manufacture of spinnerets | |
| DE102016001423B4 (en) | Method for producing a component for an operating device of a motor vehicle with a partially structured surface | |
| DE2129946B2 (en) | Method for producing a manufacturing mold | |
| DE2550952C3 (en) | Process for the electroforming series production of rocket combustion chamber or thrust nozzle parts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |