采用模铸技术制造双层光导显微结构的方法和装置制造方法及图纸

一种制造最少具有两层、最少有一层芯层（３０）和最少有一层包层（４０）的显微结构的方法，其特征是， 借助于一个由至少具有一个型腔（１５）的阴模（１０）和一个阳模（２０）组成的模具把芯层（３０）放入型腔（１５）中并且与包层（４０）结合在一起。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到的是采用模铸技术制造双层光导显微结构的、根据权利要求1所述的方法和根据权利要求23所述的装置。随着显微系统技术日益进步，对光导光学显微结构的需求不断增加。迄今为止，光导显微结构、特别是光导LIGA-显微结构，是采用平板印刷方法制造的。采用X射线深平板印刷法对一个三层抗蚀系统结构化制造的光导显微结构是大家所熟悉的。为此，把一个包括包层、芯层和包层的三层系统焊接，紧接着采用X射线深平板印刷结构化(C.Mueller，J.Mohr采用LIGA-方法制造显微分光计，学科科学周报(Interd iscip linaryScience Review)，1993年，18卷，第3期)。除此之外，在J.Goettert，J.Mohr，C.Mueller的出版物中，LIGA-光导显微结构的示例和可能应用，B.G.Teubner出版社1993年出版，特别是在第222页上对LIGA-显微结构的模铸技术做了说明，在这里使用了单层材料。最后，在这篇文献的227页上指出和说明了制造光导显微结构的方法，这种光导显微结构由三层结构组成，而且采用象在同步加速器中产生的平行X射线结构化。光谱计组合件(作为光导显微结构的示例)的其他制造方法，由于是采用混合技术制造，在制造和结合技术方面以及在单个组件调整方面都很费事(光栅，耦合纤维用的导向筒和二极管盒)，这样，在制造时人员也高度紧张，而且很贵。光导显微结构的制造，比如说采用X射线深平板印刷(RTL)制造晶体分光计组合件，由于对X射线源的投资，制造成本很高。而且，采用X射线深平板印刷(RTL)方法制造晶体分光计的时间也比采用模铸方法长。本专利技术是基于这个任务，在这方面设法弥补一下。按照本专利技术，这个任务可以通过根据权利要求1所说明的方法和根据权利要求23所说明的装置来解决。在芯层中通过在芯层和包层之间边界层处光的全反射进行光导(B.Anderer，W.Ehrfeld，采用X射线深平板印刷制造带有自动调焦反射光栅的平面波长-多路分配器的基础，1990年3月，卡尔斯鲁厄核研究中心，KfK-报告4702)。用塑料制作的芯层，被折射率较小的、由塑料或者空气组成的包层包围着。采用所建议的方法可以达到，从在部分可以被结构化的包层上的显微结构的芯层中可以比较便宜地制造双层结构的光导显微结构。空气可以作为覆盖护层。对于没有壳体的光学部件，可以不用空气，为了保护免受环境影响，可以涂上另外一层作为覆盖护层。建议的方法可以以不同方式实施。在下面的分两步热成形、双层热成形和反应浇铸中对这些实施作了说明。在采用分两步热成形时，首先，借助于一个阳模通过真空热成形对芯层显微结构化。在这里，或是在所希望的厚度中，或是根据与模铸模具预先规定型腔相适合的注入量，出现暂时没有结构化的芯层。在芯层真空热成形之后，包层焊到芯层上，这是通过把芯层和包层的塑料加热到临界温度附近的温度(在采用非晶形聚合物时＝玻璃临界温度)，然后压合在一起。在采用双层热成形时，首先，把芯层和包层结合成没有结构化的薄膜堆，然后调节所希望的薄膜厚度并且紧接着焊接薄膜。最后，薄膜堆在一个真空加热成形机中这样结构化，即至少芯层具有所希望的显微结构。包层同芯层的焊接也可以在加热成形中进行。在采用反应浇铸时，通过单体-聚合混合物在型腔中的聚合作用来制造芯层。通过此可以达到把型腔完全装满，紧接着将芯层与包层焊接在一起。在制造方法中的另一选择是，包层同芯层的结合不是通过焊接，而是采用包层直接在芯层上反应浇铸(没有结构化的或者已结构化的)来实现。然而，在采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为包层和PMMA-共聚物作为芯层的情况下，包层在芯层上聚合作用期间，包层材料的单体渗入到芯层中，这样，在边界层处，芯层的光学和机械特性都有所改变。比如说，这会导致在芯层中出现应力裂纹，这会使光学显微结构不能使用。因此，只有在使用在芯层材料的影响下可阻止包层材料渗入的配对材料时，包层才能对芯层进行聚合作用。原则上说，所有透明塑料、特别是聚碳酸酯(PC)和其共聚物以及聚烯烃的共聚物(COC)都是另外可以使用的材料。在从属权利要求中对本专利技术其它合适的和具有优越性的构造做了说明。作为示例，在附图中以示意图的形式示出了本专利技术的实施例并且在下面进行了详细说明。附图中附图说明图1由一个带有附件的阴模组成的装置，图2一个具有一个阴模、一个阳模、在这之间放入了芯层的装置，图3热成形之后的芯层状态，图4放入型腔中的芯层以及阴模和阳模，在这之间放入了包层，图5把包层焊接到芯层之后的工艺状态，图6模铸之后的光导结构。借助于图1至图6详细介绍了本专利技术的方法和装置。作为光导显微结构的示例，选择了晶体分光计组合件，它是采用作为阴模10的LIGA-造型部件进行模铸的。首先，芯层30和包层40分开作为薄膜聚合化以及薄膜模压，或者从颗粒中挤压出并且模铸。为了准备模铸，薄膜30和40按其额定尺寸加工。为了制造晶体分光计，在模铸之前，芯层30厚度为5至2000μm，包层40厚度为7至5000μm。为了使晶体分光计组合件与多模光导纤维相耦合，芯层厚度为50至110μm，最好为80μm，包层厚度最好为400至1000μm的。芯层30由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)组成，PMMA是用MMA和引发剂制造的。包层40由70-80％的MMA和20-30％的TFPMA-共聚物、PMMA的氟化共聚物和引发剂组成。引发剂是使材料起聚合作用的。原则上，芯层30和包层40也可以使用其它材料，比如说，透明的塑料、特别是聚碳酸酯(PC)或者共聚物或者聚烯烃的共聚物(COC)，但是，在芯层30或者模压的芯层35和包层40或者模压的包层45之间在折射率方面存在着差别，在接缝处形成了一个边界层50，在这里，在模压芯层35中折射率很高的光被反射。对于芯层30或者模压的芯层35来说，在波长为590nm、折射率n＝1.49时，对于包层40或者模压的包层45来说，n＝1.467。在通过抛光铣削或者热压对薄膜加工之后，芯层30通过真空热成形来显微结构化。用于真空热成形的装置由至少一个可以具有显微结构的阴模10和一个具有显微结构的阳模20组成。阴模10常常也作成装有造型部件的模板10的。在晶体分光计组合件的情况下，使用由镍或者镍合金、例如电镀制作的硬阴模10或者造型部件10的。镍造型部件的硬度至少是200HV(0.1)，在第一次造型之前的硬度，镍是350HV(0.1)，镍合金至少是400HV(0.1)。这些阴模10或者造型部件10采用LIGA-方法制造。然而，也可以使用由黄铜或者铝合金机械制造的造型部件。造型部件10具有1个或者多个型腔15，有利的是这些型腔到造型部件端面具有锐利的棱边。造型部件的平直度比50μm的翘曲要好。作为阳模20，采用由具有15至45HV(0.1)维氏硬度的软化退火的铝或者铝合金制成的软阳模20比较好。同样，由弹性体、例如EPDM(乙烯-丙烯-二烯-弹性体)制成的阳模20和由硅、橡胶或者硅有机橡胶制成的软阳模20都适用。另外一种有利的阳模20的结构是采用聚酰亚胺薄膜(Kapton)或者氟塑料薄膜来作为备件(代用品)或者阳模材料的附加覆盖护层或者涂层。根据要模铸的结构，阳模由弹性体或者堆叠结构(Stapelaufbau)组成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·鲁普雷希特，克拉斯·米勒，
申请(专利权)人：卡尔斯鲁厄研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：