JPH0829563B2 - プラスチックからなる超小型構造体の製造方法 - Google Patents

プラスチックからなる超小型構造体の製造方法

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JPH0829563B2
JPH0829563B2 JP6502868A JP50286894A JPH0829563B2 JP H0829563 B2 JPH0829563 B2 JP H0829563B2 JP 6502868 A JP6502868 A JP 6502868A JP 50286894 A JP50286894 A JP 50286894A JP H0829563 B2 JPH0829563 B2 JP H0829563B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、a)第1の面が第1基準面であり、第2の
面が、構造基底上にプラスチックからなる超小型構造体
が突出し、その際構造基底と基準面は互いに平行に延び
るように超小型構造化されている、超小型構造化された
プレート状型母体を使用し、 b)超小型構造化された、型母体の第2の面を材料で被
覆し、 c)型母体を被覆する材料の表面を、第1基準面に対し
て平行に平らに加工し、これにより第2基準面を形成
し、 d)型母体の第1の面を、少なくとも構造基底に到達す
る程度に第2基準面に対して平行に切除し、その後 e)材料をプラスチックに対して選択的に除去する、プ
ラスチックからなる超小型構造体の製造方法に関する。
ドイツ国特許(DE−4010669C1)号から、電気めっき
により型取り可能な雌難からプレート状の超小型構造体
の製造方法は公知であり、その際該構造体の構造基底が
つながりのある面を形成し、導電性材料の層で被覆さ
れ、熱可塑性プラスチックの層上に導電性材料のフィル
ムを設け、超小型構造化工具(挿入型)を熱可塑性プラ
スチックの軟化温度以上の温度で、導電性材料のフィル
ムを通して熱可塑性プラスチック層中へ押込み、上記挿
入型および熱可塑性プラスチック層を、熱可塑性プラス
チックの軟化温度以下の温度に冷却し、成形工具を除去
する。
引き続き、雌型の電気めっきにより型取りすることが
でき、その際たとえば金属からなる、格子状の超小型構
造化されたプレート状物体(網等)を製造することがで
きる。プラスチックからなる超小型構造体はこの方法
(雌型自体は除く)によっては製造できない。さらに、
公知方法においては、微小凹み内で構造基底はつながり
のある面を形成しなければならない。次のめっきによる
型取りの際に微小凹みは金属で充填され、その際雌型中
の微小凹みの構造基底は、電気めっきによる型取りによ
って得られる雄型において超小型構造体の端面になる。
それで、公知方法により唯1つの部分からなる超小型構
造体のみを製造することができ、これに対して多数の超
小型構造体は製造できない。
本発明の課題は、プラスチックからなる超小型構造体
を製造することのできる方法を提供することである。該
方法を用いて、同時に幾つかまたは多数の超小型構造体
を製造することができるべきである。
この課題は冒頭に記載した方法によって解決される。
本方法の望ましい構成は従属請求項に記載されている。
本発明方法の最終製品は、たとえば超小型構造体がプ
レート状型母体上につながりのある構造、たとえばハニ
カム構造を形成する場合には、網または格子の形の超小
型構造体であるか、または超小型構造体が互いに島状に
離散し、それ自体つながりのある構造を形成する場合に
は、多数の任意形状の超小型構造体である。従って、本
発明方法を用いると、1つの超小型構造体だけでなく、
工程を変えることなく、同時に幾つかまたは多数の小さ
い超小型構造体が製造できる。小さい超小型構造体は同
様にまたは異種に形成されていてよい。最終製品の形状
は、専ら型母体上での超小型構造体の形および結合によ
って定まる。
本発明方法を次に図1〜9につき説明する。
図1は、型歩体の製造方法を略示する。
図2(2aおよび2b)には、本発明方法に使用しうる2
つの型母体が示されている。
図3〜9は、図2aによる型母体から出発する本発明方
法の工程を示す。
本発明によれば、図2aおよび2bに示したように、第1
の面は第1基準面を表わし、第2の面4は、構成基底5
上にプラスチックからなる超小型構造体6が突出するよ
うに超小型構造化されている。基準面としては、極めて
正確に平らに加工された面、たとえば研磨面が使用しう
る。超小型構造体の端面7、つまり構造基底5の上方に
最も高く突出している超小型構造体の面はとくに共通面
8上に存在し、その際超小型構造体6の形は重要でな
い。超小型構造体6は、断面がたとえば長方形、ピラミ
ッド形または円錐台形であるかまたは段状であってもよ
い。既述したように、超小型構造体6または端面7は、
つながりのある構造または島状構造を形成することがで
き、その際超小型構造体は“島”の内部でつながってい
るにすぎない。個々の“島”は相互に等しいかまたは異
なって構造化されていてもよい。第1の場合には多数の
等しい最終製品が得られ、第2の場合には多数の異なる
最終製品が得られる。
型母体1,2の基準面3は、次の材料加工工程の基準面
として利用することができるような品質で平らに加工さ
れている。さらに、構造基底5はこの基準面3に対して
正確に平行に整列されていることが必要である。
型母体の製造は、自体公知の種々の方法により行なう
ことができる(図1参照)。たとえば、成形工具(挿入
型)9をプラスチック層10上へ押込んで成形することが
できる。若干の方法では、成形は金属ラム11によって支
持される。金属ラム11とプラスチック層の間には、とく
に分離シート12が置かれる。
1.真空型押法においては、熱可塑性プラスチック層が、
とくに1〜10mbarの減圧下に、成形工具(挿入型)に対
して正確に平行に押付けられる。この場合、型押温度
は、無定形ポリマーに対してはガラス移転温度以上であ
り、半結晶性ポリマーに対しては結晶融点の範囲内にあ
る。成形の操作としては、成形工具から離れた熱可塑性
プラスチックの面上に、たとえばみぞを備える適当な大
きさの金属ラムをあて、離型工程に必要な引張り力を形
成することができるようにする。金属ラムの裏面には、
必要な別の加工工程のための基準面が形成する;従って
基準面は精密加工されていなければならない。金属ラム
をあとで構造化された熱可塑性プラスチック層から分離
することができるようにするため、金属ラムと熱可塑性
プラスチックの間には分離シート、たとえばDTFE(ポリ
テトラフルオロエチレン)シートが挿入される。また、
金属ラムに分離剤を噴霧することもできる。良好な固有
のすべり特性によりすぐれている種々の熱可塑性プラス
チック、たとえばPVDF(ポリフッ化ビニリデン)に対し
ては、このような分離層は必要でない。型内で熱可塑性
プラスチックを型押しした後、型の熱可塑性プラスチッ
クを軟化温度以下に冷却する。型母体は、金属ラムを用
いて成形工具から分離する。型母体は図2aに示したよう
に、超小型構造体6を有する超小型構造化された熱可塑
性プラスチック層13と、その自由表面3が基準面を形成
する金属ラム11からなる。
2.型母体のもう1つの製造方法は、反応注型法である。
この場合には、液状注型樹脂を、成形工具(挿入型)と
それに対して非常に正確に平行に取付けられた上記の金
属ラムから構成されているキャビティ中へ流し込む。引
き続き、注型樹脂の重合を、このキャビティ中で行な
う。重合した注型樹脂と金属ラムとの間の係合接続的結
合のため、金属ラムは上述したように、超小型構造およ
びそれと共に型母体を離型するための補助手段として役
立つ。型母体のあとで金属ラムから分離することができ
るようにするため、適当な被覆された、たとえばPTFE被
膜を有する金属ラムを使用するのが有意である。この方
法も、プラスチック13,6および自由表面3が基準面であ
る金属ラム11からなる型母体を提供する。
3a.最後に型母体は射出成形法によって製造することも
できる。この場合には、液状熱可塑性プラスチックを高
圧下、挿入型およびこの表面に対して平行に配置された
平らなプレートから形成される型中へ射出する。プレー
トはとくに金属、たとえば特殊鋼からなる。型中で、プ
ラスチックをその軟化温度以下に冷却し、引き続き離型
する。離型のために必要な力を調達することができるよ
うにするために、たとえば押出しピンを使用する。この
場合には、図2bに示したように、上記の1項および2項
に記載した方法とは異なり、超小型構造化された表面お
よび基準面である平行で平らな裏面3を有するプラスチ
ックプレート13が得られる。
3b.別の射出成形法においては、2項に記載した方法に
おけるような、平らなプレートの代りに、金属ラムを使
用する。
この場合、必要な離型力は金属ラムへの射出成形材料
の係合接続によって調達することができる。この別法
は、方法1および2により得られるものに相当する型母
体を提供する。
すべての方法において、構造基底5により形成される
面に対して非常に正確に平行に延びる基準面3が得られ
るように注意しなければならない。この基準面3は、金
属ラム11の精密加工された裏面による(方法1,2および3
b)か、または平らなプレートの転写によって(方法3
a)形成される。基準面3および構造基底面の平行性
は、成形工具(挿入型)9を基準面に対して非常に正確
に平行案内することによって達成される。
構造基底5上方に超小型構造体6の高さは、本発明方
法に使用される型母体の場合には1〜1000μm、とくに
1〜500μmの間にある。超小型構造体6は、既述した
プラスチック(PVDF等)のいずれかまたはポリメチルメ
タクリレート(PMMA)からなる。構造基底5と第1基準
面3の間(方法3aによる型母体)ないしは構造基底5お
よび層13と金属ラム11の間の境界面の間(方法1,2およ
び3bによる型母体)の層13の厚さは、機械的安定性の理
由から数mmであるべきである。この層13は一般に、超小
型構造体も製造されている同じプラスチックからなる。
金属ラム11の厚さは1〜10mm、とくに少なくとも6mmで
ある。金属ラムには各任意の容易に加工しうる不活性金
属が適当である。特殊鋼がとくに適当である。
型母体1,2は、図4に示したように、本発明方法の第
1工程により、たとえば公知の厚膜法を用いて材料14で
被覆する。被覆層の厚さは、埋込まれた超小型構造体6
を含め材料層14の、次の工程のいずれかにおいて金属ラ
ム11の除去した後に、湾曲に対する十分な機械的安定性
が保証されているようにするため、とくに図2bによる型
母体の場合には2〜4mmの間であり、図2aによる型母体
の場合には5mm以上である。
材料としては原則的には、一方で型母体1,2の超小型
構造体6のプラスチックと付着強固に結合し、他方でこ
のプラスチックに対して選択的にたとえば溶解すること
により除去しうるすべての材料が適当である。それと共
に、良好な機械的加工性も有利である。
しかし本発明によれば、それ自体選択的に超小型構造
体のプラスチックから除去できない材料も被覆のために
使用することができる;たとえば超小型構造体6が製造
されている同じ材料を使用することもできる。この場合
には型母体1,2上の超小型構造体6を被覆する前に、保
護層ないし標識層(図では太線で示されている)で被覆
しなければならない。保護層または被覆層としては、プ
ラスチックから選択的に除去しうる、たとえば金、チタ
ンまたはホトレジストからなる薄層を使用することがで
きる。
かかる層によって超小型構造体は覆われるので、材料
は次の工程において、超小型構造体6が攻撃されること
なく、除去することができる。
標識層は、とくに超小型構造体6を形成するプラスチ
ックおよび材料14が被覆のために視覚的に明瞭に区別で
きないときにも設けられる。この場合には型母体の後続
加工が容易になる。それというのも標識層がプラスチッ
クと被覆のための材料の間の移行部を示すからである。
被覆のために設けられる材料が超小型構造体のプラス
チックと十分付着強固に結合しない場合には、標識層は
同時に付着助剤として使用することができる。これには
一般にクロム層が好適である。
保護層または標識層はとくに0.01〜10μmを厚さで設
けられる。しかし、下記に詳説するように、たとえば10
μm〜1000μmの著しく厚い保護層または標識層も有利
である。
標識層を設けるための適当な方法はたとえば吹付(ス
パッタ)法、蒸着法、スプレー法および浸漬法である。
多くの場合、型母体1,2上の超小型構造体6を被覆す
る前に加工するのが有利である。これらの場合には被覆
工程を変える。型母体上の構造基底は差当り薄く、たと
えば端面7の高さにまで充填される。次いで、端面を、
場合によりそれを薄く被覆する材料14と一緒に、基準面
3に対して平行に加工することができる。適当な加工法
は、マイクロトム切断(Mikrotomschnitte)、ダイヤモ
ンドバイトを用いるフライス加工または研削または研磨
法である。加工後、埋込み部の厚さを、たとえば改めて
注ぎかけることによって高くする。これは、たとえば上
述した方法3aにより型母体が、図2bに示したように、金
属ラムを含有しない場合には必要でない。
次の工程において、超小型構造体6が被覆されている
材料の自由表面を、第1基準面3に対して平行に平らに
加工する。これにより、第2基準面が形成され、該基準
面に次の工程を合わせる(normieren)。第2基準面は
第1基準面に対して平行に延びている。
型母体(図2aに示したように)が金属ラムを含有する
場合、該ラムは次の工程で除去される。このために、た
とえば金属ラムを固定し、熱可塑性プラスチック6,13お
よび被覆材料14からなる複合体を、金属ラム11からみぞ
(図面に示されていない)に対して平行に移動させる。
この場合、金属ラムの表面被膜または挿入された分離シ
ート12が有利であることが判明する。それというのもこ
れにより金属ラムとプラスチックの間の付着−およびす
べり摩擦が著しく減少するからである。分離シートを使
用した場合、該シートは簡単に抜取ることによって除去
することができる。
被覆材料の表面加工により、第1基準面に対して平行
である新しい基準面15が形成した。この基準面は次の加
工に利用される。
(場合により金属ラム11を分離した)型母体は、第2
基準面15に対して平行に、その第1の面上で少なくと
も、構造基底5に到達する程度に切除することができ
る。この工程後は、型母体1,2のうち、たんに超小型構
造体6が存続するだけである。
最後に、材料14および場合により保護層または標識層
(図示に示されていない)が選択的に除去され;それと
共に上述した方法の最終製品16が存在する。
材料14の選択的除去はとくに超小型構造体6のプラス
チックに対して材料14を選択的に溶解することによって
行なわれる。また、超小型構造体が露出している表面
(図7)は、別の保護層または標識層で覆うことがで
き、その後材料14を溶解する。この層およびさきに設け
られた保護層または標識層はこの場合超小型構造体6が
攻撃されるのを防止する。この層は場合により引き続き
選択的に溶解する。最終製品16自体は溶解浴から濾取す
ることができる。
上述したように、厚い保護層または標識層を設けた場
合、この層はまた材料14およびプラスチック6,13に対し
て選択的に溶解することもできる。この場合には最終製
品16は材料14からなる層中に露出している。
本発明方法においては超小型構造化型を型取りするこ
とによって得られる超小型構造体が直ちに方法の目的物
を形成する。転写工程は必要でない。
本発明方法を用いると、従来使用することのできなか
ったようなプラスチックからなる最終製品を製造でき
る。これは、PVDFのような熱可塑性プラスチックからな
る最終製品に該当する。PVDFは高い耐化学薬品性および
耐熱性およびその良好な固有すべり特性によりすぐれて
いる。化学的に不活性であるので、このものは医薬およ
び食品工業技術において使用することができる。
本方法のもう1つの利点は、ドイツ国特許(DE−4126
877C1)に記載された方法と組合せて、唯1つの超小型
構造化型から出発して、ポジチブ型ならびにネガチブ型
を製造することができることである。
最終製品として、本発明方法を用いると、たとえば超
小型構造体、均一多孔性フィルタ、医薬用インプラント
および歯車を製造することができる。
次に、本発明を実施例につき詳述する。
例1 PVDFからなる市販のプラスチック半製品を、上述した
型押法により型母体を製造した。このため、半製品を特
殊鋼からなる金属ラム上に載せ、超小型構造化用型中で
約185℃の温度でプレス成形した。約125℃で、金属ラム
を用いて離型した。金属ラムとプラスチックの間に分離
シートを使用するのは、PVDFは固有のすべり特性を有す
るので、PVDFの場合には必要でない。
型母体は、面積約1200mm2の超小型構造化範囲を有す
る。合計で、その端面を介してつながっていない47の個
々の超小型構造成分が存在し、該成分自体はもう一度超
小型構造化されている。かかる型母体から、平行生産で
47個の最終製品を同時に得ることができる。
超小型構造体は約500μmの高さを有し;端面は10〜2
00μmの幅である。アスペクト比は25である。個々の超
小型構造体の相互間距離は可変である。
この基体の超小型構造化された面上に、非常に薄い
(約20mm)の金層を吹付けた。
その後、金で覆われた超小型構造体を、重合結合によ
り約4mmの厚さのPMMA層を成層した。PMMA層の加工は室
温で行なう。硬化工程を約100℃の熱処理によって促進
する。
重合結合したPMMA層の表面は、研削フライス盤を用い
て、金属ラムの下面、第1基準面に対して平行に加工し
た。
引き続き、金属ラムを分離し、これにより露出した層
を加工した。PMMA層の平らな面は、この加工工程の基準
面として使用した。PVDFは、吹付けた金からなる標識層
を達するまで、フライス盤(粗加工)および研磨フライ
ス盤(精密加工)を用いて切削し、超小型構造体を埋込
み材料PMMA中で個々に露出させた。
引き続き、重合結合したPMMAを、PVDF超小型構造体に
対して選択的に酢酸エチル中約80℃で約30分間溶解し
た。最後に、金からなる標識層を王水中で超小型構造体
からエッチング除去した。
例2 例1による方法を繰返したが、この場合にはPMMAから
なる型母体を使用した。この型母体の超小型構造体を同
様に吹付けた金層で被覆した。被覆のための材料は同様
にPMMAからなっていた。材料を溶解する前に、超小型構
造体の露出面を、金を改めて吹付けることによって保護
した。
例3 例2による方法を繰返したが、金からなる標識層を吹
付ける代りに、厚さ約50nmの銅層を吹付けることよって
設けた。吹付けた銅層は銅でめっきすることによって約
50μmの層厚に増加し、引き続きPMMAを注ぎかけた。銅
層を引き続き溶剤としてアンモニアアルカル性亜塩素酸
塩溶液により、隣接するPMMA層に対して選択的に除去
し、その後超小型構造化最終製品を埋込み層から取出す
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バッヒャー, ヴァルター ドイツ連邦共和国 D―7513 シュトゥー テンゼー ハンス―トーマ―シュトラーセ 3エフ (72)発明者 ビーダーマン, ハンス ドイツ連邦共和国 D―7520 ブルッフザ ール 4 ジートルングスシュトラーセ 4 (72)発明者 ディングルライター, ハインツ ドイツ連邦共和国 D―7529 フォルスト バッハシュトラーセ 3アー (72)発明者 カルプ, ヘルムート ドイツ連邦共和国 D―7514 エッゲンシ ュタイン ハウプシュトラーセ 142

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)第1の面が第1基準面であり、第2の
    面が、構造基底上にプラスチックからなる超小型構造体
    が突出し、その際構造基底と基準面は互いに平行に延び
    るように超小型構造化されている、超小型構造化された
    プレート状型母体を使用し、 b)超小型構造化された、型母体の第2の面を材料で被
    覆し、 c)型母体を被覆する材料の表面を、第1基準面に対し
    て平行に平らに加工し、これにより第2基準面を形成
    し、 d)型母体を第1の面で少なくとも、構造基底に到達す
    る程度に第2基準面に対して平行に切除し、その後 e)材料をプラスチックに対して選択的に除去する、プ
    ラスチックからなる超小型構造体の製造方法。
  2. 【請求項2】完全にプラスチックからなる型母体を使用
    することを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】プラスチックと金属との複合体からなり、
    第1の面が金属により形成され、第2の面がプラスチッ
    クにより形成される型母体を使用することを特徴とする
    請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】第2の面が標識層および/または保護層で
    被覆されている型母体を使用することを特徴とする請求
    項1、2または3記載の方法。
  5. 【請求項5】材料を、標識層および/または保護層が材
    料ならびにプラスチックに対して選択的に溶出されるよ
    うにし、プラスチックに対して選択的に除去することを
    特徴とする請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】工程b)による型母体の超小型構造化され
    た第2の面の被覆を、 −構造基底を、超小型構造体の高さの範囲内にあるレベ
    ルにプラスチックで被覆し、 −超小型構造体を機械加工し、 −機械加工した超小型構造体を有する型母体の第2の面
    を材料によって被覆する ように実施することを特徴とする請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】超小型構造化されたプレート状型母体を、
    超小型構造化された成形工具を、自体公知の真空型押
    法、反応注型法または射出成形法を用いて型取りするこ
    とによって製造することを特徴とする請求項1から3ま
    でのいずれか1項記載の方法。
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