專利名稱：將已成形的基片與壓印模具分開的設(shè)備與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將已成形的基片與壓印模具分開的設(shè)備，它有一個可閉合的室的一對可相對移動的室部件，其中第一個室部件用作壓印模具的托座，第二個室部件用作可成形的基片的托座。
已知一種生產(chǎn)微型系統(tǒng)工程構(gòu)件的方法稱為LIGA技術(shù)(Lithographie mit Synchrotronstrahlung，Galvanoformung，Abformtechnik mit Kunststoffen，亦即，借助于同步加速器輻射、電鑄版成形、塑料模塑技術(shù)的平版印刷術(shù))。最好在真空條件下和溫度高于可成形的材料的軟化溫度時通過模具壓入可成形的材料例如熱塑性塑料層內(nèi)，制成三維結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)高度在幾個納米至幾百微米的范圍內(nèi)。
一種適用于此的按DE 196 48 844C1的設(shè)備包括一個室，它有一個位置固定的和一個可移動的室部件。在室的內(nèi)部壓力和溫度狀況的調(diào)整取決于在固定不動的室部件上所作用力的預(yù)定值。
在熱造型過程結(jié)束后，在一個處于固定的室部件上的基片載體上施加的可成形的材料，由于大的縱橫比、收縮過程和由工藝決定的模具表面粗糙度而粘附在模具的結(jié)構(gòu)內(nèi)，因而必須用恰當(dāng)?shù)姆绞椒蛛x。
按DE 195 09 452A1的設(shè)備用于這種脫模的目的，在脫模時應(yīng)保持小的彎曲應(yīng)力以及應(yīng)避免對模具可提供使用的表面提出幾何的限制。
一個將其微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到模制件上去的模具嵌件在其邊緣區(qū)被一個頂出器所圍繞，頂出器為了將模制件從模具嵌件上脫?？梢栽陟o止位置與工作位置之間移動。在頂出器背對模制件的那一側(cè)設(shè)一腔，它可充填壓力流體。在頂出器的工作位置流體應(yīng)在模制件下面作用在邊緣上，在模具嵌件與要脫模的模制件之間形成一個壓力從而支持脫模。此外，頂出器應(yīng)借助于流體壓力移到其工作位置。
但是在所公開的方案中這樣一種工作方式，亦即其中針對流體的雙重功能所設(shè)置的腔必須設(shè)計為壓力室以及為了移動頂出器必須如氣動缸那樣工作，非常不可靠。其原因在于，模具嵌件和相鄰的頂出器與位于它們上面的模制件層構(gòu)成腔的壁的部分。模制件在頂出器上不確定地粘附會導(dǎo)致不密封性以及嚴重破壞設(shè)備的工作。
在脫模過程的控制，無論是所使用的力的控制以及通過機械止擋終止此過程都是不確定的。模制件基本上仍處于不可控制的狀況。
除此之外的一個缺點是頂出器與模具嵌件在邊緣處的適配問題，因為采用這種在昂貴的構(gòu)件上的直接交接，不必要地增大了對模具造成損傷的危險或?qū)δ＞咴斐善渌泻Φ挠绊憽?br> 本發(fā)明的目的是保證可靠地脫模和基本上排除了損傷昂貴的構(gòu)件的可能性。
按本發(fā)明為達到此目的通過一種用于將已成形的基片與壓印模具分離的設(shè)備，它的一個可閉合的室有一對可彼此移動的室部件，其中第一個室部件用作壓印模具的托座，第二個室部件用作可成形的基片的托座。此室包含一基片固定件，在室閉合時它在壓印區(qū)外部將基片固定在其托座上，因此在室開啟時可實現(xiàn)將基片與壓印模具脫開。
除此之外，基片固定件可平行于室部件的移動方向移動，并與壓印模具的托座一起圍繞著一個第一壓力腔。有利的是此第一壓力腔加工為在壓印模具托座內(nèi)的環(huán)形槽，基片固定件封閉此環(huán)形槽。
此壓力腔包括設(shè)計為運動部分的基片固定件并具有高度可靠性地作為氣動缸工作，其中基片固定件通過增大壓力腔的體積運動到基片上。
若基片固定件圍繞著在壓印模具托座上的壓印模具固定件，后者在壓印模具的圓周面上圍夾住壓印模具，也能帶來有利的效果。這樣一來避免了昂貴的壓印模具與一個運動部分的直接交接，顯著減小損傷的危險。
還有，基片固定件通過其在基片上的支座與模具固定件一起構(gòu)成第二壓力腔的邊界，在此壓力腔內(nèi)至少有一個穿過模具固定件的壓縮空氣通道，用于在室開啟時支持基片與壓印模具分開。
壓印模具的托座含有壓縮空氣輸入通道，其中第一個輸入通道與第一壓力腔連通，第二個輸入通道與模具固定件內(nèi)的通道連通。
本發(fā)明的對象還包括一種將已成形的基片與在閉合的室內(nèi)部的壓印模具分開的方法，室包括一對可相對移動的室部件，其中第一個室部件用作壓印模具的托座，第二個室部件用作可成形的基片的托座?；谝粋€處于壓印區(qū)之外的邊緣區(qū)固定在其托座上以及通過開啟室與壓印模具脫開。
有利的是，在室開啟時在被固定的邊緣區(qū)內(nèi)形成的開始脫開區(qū)通過壓縮空氣和室的進一步開啟而增大，直至基片與壓印模具完全分離。
與已知的按DE 195 09 452A1的方案不同，在那里模制件與模具嵌件的脫開在功能上僅僅通過借助于頂出器的力的控制實現(xiàn)，而在這里基片與壓印模具的脫開可分成一些不同的有區(qū)別地控制的工作過程。當(dāng)基片在邊緣區(qū)內(nèi)固定在其托座上時可通過妥善計量地開啟室實現(xiàn)與壓印模具的分離。模制件的狀況基本上是可控制的。基片不是被剝離或拋出，而是起先被固定，接著脫模。
為了可通過壓縮空氣執(zhí)行工作過程，設(shè)彼此獨立的壓力腔，腔內(nèi)隨時處于穩(wěn)定的壓力狀態(tài)，按有利的方式，脫開過程的控制可隨時可靠地實施，使可成形的材料均勻地?zé)o回彈效應(yīng)和結(jié)構(gòu)斷裂地從模具脫出。避免再用手工操作和成形后單獨的可重現(xiàn)的工序的自動化導(dǎo)致提高生產(chǎn)率。
下面借助于示意圖進一步說明本發(fā)明。其中

圖1 用于微型系統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)造型的設(shè)備；圖2 包括在按圖1的設(shè)備中的脫模設(shè)備；以及圖3 完成脫模后的脫模設(shè)備局部。
按圖1在真空條件下工作的造型設(shè)備設(shè)計為可閉合的室，它由彼此可相對移動的室部件1、2組成，其中，室部件1包含用于壓印模具3的托座，另一個室部件2在基片托座4上含有可成形的基片5。調(diào)溫板6、7用于調(diào)整為熱壓所需要的溫度。
由圖2可清楚看出，壓印模具3的托座包括一圓柱形模具固定件8，它通過密封圈10密封地固定在底板9上，以及在壓印模具3的圓周面上圍夾著此壓印模具3。在通過密封圈11、12密封地固定在調(diào)溫板6上的底板9內(nèi)加工一環(huán)形槽13，槽的內(nèi)圓柱面14通過模具固定件8的外圓柱面15延長。一個可平行于室部件移動的方向移動的環(huán)形的基片固定件16與槽13和延長的外表面15一起構(gòu)成第一個壓力腔17，壓縮空氣的第一輸入通道18穿過底板9引入壓力腔17內(nèi)。其端面有一個用作壓緊裝置并具有環(huán)形密封裝置20的臺階19的基片固定件16，通過密封件21、22貼靠在模具固定件8的外圓柱面15上或槽13的外圓柱面23上。由此保證可沿軸向運動的基片固定件16能如一個氣動缸的活塞那樣工作。其運動范圍沿一個方向以底板9為界以及沿另一個方向受圖中沒有畫出的止擋的限制。復(fù)位彈簧24用于在壓縮空氣的供入結(jié)束后將基片固定件16重新帶回其靜止位置。在靜止位置基片固定件16向上提升到使臺階19不再通過環(huán)形密封裝置20伸出壓印模具3具有一定結(jié)構(gòu)的表面，不過在所有的附圖中都看不到這一情況。在底板9內(nèi)的另一個壓縮空氣輸入通道25通入一個垂直延伸的通道26內(nèi)，并通過模具固定件8內(nèi)的另一個通道27一直延伸到在端面的出口。這兩個輸入通道18、25由一個圖中未表示的造型設(shè)備的氣動控制裝置供氣并可以單獨控制。
在壓印周期中例如按DE 196 48 844C1所述將壓印模具的表面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移在基片上，此壓印周期從閉合造型設(shè)備開始。在這一時刻基片固定件16處于靜止位置。在通過氣動控制裝置調(diào)整為所要求的大氣條件(真空)和通過調(diào)溫板6、7調(diào)整為額定溫度后，將兩個室部件1、2通過力和行程控制為互相垂直定位直至壓印模具3與可成形的基片5接觸。之后，基片5通過一個控制力量的定位過程相應(yīng)地調(diào)整過程參數(shù)壓入壓印模具3內(nèi)。接著，室借助于調(diào)溫板6、7冷卻到一個取決于過程的脫模溫度。在此期間在壓印模具3與基片5之間在壓印過程形成的表面接觸仍在控制力量的情況下保持不變。若達到脫模溫度，在室內(nèi)重新造成正常的大氣壓力狀況。在壓力平衡后，通過氣動控制裝置在輸入通道18內(nèi)供入壓縮空氣，在這里壓縮空氣應(yīng)理解為是一種適用于此過程的處于壓力狀態(tài)下的氣態(tài)的介質(zhì)。
由于在第一壓力腔17內(nèi)壓力升高，基片固定件16朝室部件2的方向移動到直至臺階19通過環(huán)形密封裝置20位于基片5的表面上時為止。因為受到擋靠使運動停止，所以基片5以一個與空氣壓力成正比的力壓靠在基片托座4上。環(huán)形的臺階19通過其密封地支靠在基片5上封閉了第二壓力腔28，此壓力腔28除此之外還以基片5、模具固定件8和壓印模具3為界，以及通道27通入此腔內(nèi)。
在壓力腔28通過通道25、26、27充填壓力空氣后，兩個室部件1、2的間距不斷增大。由于在第一壓力腔17內(nèi)存在的壓力被基片固定件16持續(xù)地壓在基片托座4上的基片5，從邊緣那里與壓印模具3脫離。在第二壓力腔28內(nèi)存在的壓縮空氣立即流入形成的間隙內(nèi)并以一個與空氣壓力成正比的脫模力支持基片5脫離。隨著脫離的不斷推進增大了空氣的作用面，導(dǎo)致進一步提高脫模力。脫模過程在基片5周圍均勻分布地完成以及沒有回彈效應(yīng)。
室部件1、2的連續(xù)運動對于一個規(guī)定的距離以一個確定和均勻的速度進行。在這一運動結(jié)束后，中斷向壓力腔17和28的壓縮空氣供入。復(fù)位彈簧24將基片固定件16重新送回其靜止位置。
當(dāng)基片5與壓印模具3完全脫開時室便可以開啟。
權(quán)利要求
1.將已成形的基片與壓印模具分開的設(shè)備，它有一個可閉合的室的一對可相對移動的室部件，其中第一個室部件用作壓印模具的托座，第二個室部件用作可成形的基片的托座，其特征為室包含一基片固定件(16)，在室閉合時它在壓印區(qū)外部將基片(5)固定在其托座上，因此在室開啟時可實現(xiàn)將基片(5)與壓印模具(3)脫開。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征為基片固定件(16)可平行于室部件(1、2)的移動方向移動，并與壓印模具(3)的托座一起圍繞著一個第一壓力腔(17)。
3.按照權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征為基片固定件(16)圍繞一個在壓印模具(3)托座上的模具固定件(8)，它在壓印模具(3)的圓周面上圍夾住壓印模具(3)。
4.按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征為第一壓力腔(17)加工為在壓印模具(3)托座內(nèi)的環(huán)形槽(13)，基片固定件(16)封閉此環(huán)形槽。
5.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征為基片固定件(16)通過其在底物(5)上的支座與模具固定件(8)一起構(gòu)成第二壓力腔(28)的邊界，在此壓力腔內(nèi)至少有一個穿過模具固定件(8)的壓縮空氣通道(27)，用于在室開啟時支持基片(5)與壓印模具(3)脫開。
6.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征為壓印模具(3)的托座含有壓縮空氣輸入通道(18、25)，其中第一個輸入通道與第一壓力腔(17)連通，第二個輸入通道與模具固定件內(nèi)的通道(27)連通。
7.將已成形的基片與在閉合的室內(nèi)部的壓印模具分開的方法，室包括一對可相對移動的室部件，其中第一個室部件用作壓印模具的托座，第二個室部件用作可成形的基片的托座，其特征為基片(5)在一個處于壓印區(qū)之外的邊緣區(qū)固定在其托座上以及通過室開啟與壓印模具(3)脫開。
8.按照權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征為在室開啟時在被固定的邊緣區(qū)內(nèi)形成的開始脫開區(qū)通過壓縮空氣和室的進一步開啟而增大，直至基片(5)與壓印模具(3)完全分開。
全文摘要
本發(fā)明涉及將已成形的基片與壓印模具分開的設(shè)備和方法,本發(fā)明的目的是保證可靠脫模和基本上排除損壞昂貴構(gòu)件的可能性。一個可閉合的室由兩個可相對移動的作為壓印模具(3)或可成形的基片(5)的托座的室部件(1、2)組成,此室包含一基片固定件(16),在室閉合時它在壓印區(qū)外部將基片(5)固定在其托座上,因此在室開啟時可實現(xiàn)將基片(5)與壓印模具(3)脫開。此設(shè)備和方法可應(yīng)用于生產(chǎn)微型系統(tǒng)工程的構(gòu)件。
文檔編號B29C37/00GK1266394SQ99800663
公開日2000年9月13日 申請日期1999年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月4日
發(fā)明者艾爾夫·斯普林格, 弗蘭克·盧瑟, 路茲·米勒 申請人:詹諾普蒂克股份公司