Stanzverfahren werden zur Herstellung verschiedenster Kleinstbauteile mit Stegbreiten von < 0, mm in großem Umfang eingesetzt, z. B. in der Uhren-und Elektronikindustrie. Generell zeigt sich bei vielen Anwendungen, wie z. B.

Kleinstrelais oder Leadframes eine klare Tendenz in Richtung fortschreitender Miniaturisierung.

Bei Stegen von geringer Breite werden Stanzstrukturen üblicherweise mit Folgeschneidwerkzeugen in mehreren Stationen gefertigt. Dadurch lassen sich Verformungen des Werkstücks weitestgehend vermeiden. Die Herstellung beispielsweise von Leadframes erfordert eine Zerlegung der Schneidvorgänge in viele Einzelschritte, so daß die Werkzeuglänge und die Anforderung an die Werkzeugtoleranzen ganz erheblich ansteigen. Das Werkzeug hat im vorliegenden Falle eine Gesamtlange von 2,4 m. Der Leadframe muß daher auf drei Stanzmaschinen nacheinander gefertigt werden. Die derzeit bei Stanzstrukturen erreichbare Genauigkeit wird entscheidend durch die hohe Zahl der Positionierschritte im Werkzeug und die daraus resultierende ungleichmäßige Schnittspaltverteilung begrenzt.

Beim Schneiden von Blechen mit einer Stärke von weniger als 1 mm werden zusätzlich sogenannte Niederhalterplatten eingesetzt, die zur Fixierung des Stanzbandes während des Schneidvorgangs und als zusätzliche Führung der Schneidstempel dienen. Dadurch werden ungewollte Verformungen der Stanzteile weiter vermindert. Die aus Metall bestehende Niederhalterplatte wird in der Regel über die Säulen des Werkzeuggestells geführt und über Schraubenfedern am Oberwerkzeug abgestützt.

Ausschiaggebend für die Maßgenauigkeit der Stanzstrukturen ist neben der Verformung des Stanzbandes die Kontur-und Formgenauigkeit der aktiven Schneidelemente. Typischerweise werden Schneidplatten mit einfachen Geometrien durch Drahterodieren mit einer Form-und Maßabweichung bis herab zu einem 1 um gefertigt, wobei geschliffene Hartmetalleinsätze in die Schneidplatte eingesetzt werden, um die Standzeit des Werkzeuges zu erhöhen. Schneidstempel sind ebenfalls mittels Erodierverfahren, aber auch durch Konturschleifen, mit der gleichen Präzision herstellbar. Einer der Hauptnachteile konventioneller Stanzwerkzeuge ist, daß hierdurch lediglich Schnittspalte im Bereich von 2 bis 4 um realisiert werden können. Bei ungleichmäßigen Schnittspalten, die durch Form-und Maßabweichung hervorgerufen werden können, verschleißen vor allem die Stempel einseitig stärker.

Darüber hinaus wird die Präzision des Schnitteils beim Folgeschneidwerkzeug aber auch von der Genauigkeit des maschinengesteuerten Bandvorschubs bestimmt. Die am häufigsten angewendete Methode zur exakten Bandpositionierung im Werkzeug ist die sogenannte Fangstiftmethode.

Ein weiterer Hauptnachteil der konventionell gefertigten Folgeschneidwerkzeuge ist deren Größe. Zum einen ist die Werkzeuglänge bedingt durch eine Vielzahl von Folgeschneidstationen häufig sehr groß. Zum anderen wird die Bauhöhe der Werkzeuge wesentlich durch den metallischen Niederhalter bestimmt. Bedingt durch diese Vorgaben sind die Werkzeuge sehr schwer, die während des Schneidvorgangs zu bewegende Masse ist hoch und es muß mit einem im Verhältnis zur Höhe der Stanzstruktur großen Hub gestanzt werden. Die Anforderungen an die Stanzmaschinen bezüglich Werkzeugeinbauraum und Bewegungsgenauigkeit sind sehr hoch.

Die Auswahl der Werkstoffe für Stanzwerkzeuge hängt entscheidend von der Art und Dicke der zu schneidenden Materialien sowie von der erforderlichen Standzeit ab. Als Werkzeugwerkstoffe für die Aktivelemente von Schneidwerkzeugen werden bevorzugt Kaltarbeitsstähle, Hartmetalle und pulvermetallurgisch hergestellte Schnellarbeitsstähle mit Härten von 60 bis 70 HRC bzw. 1000 bis 1800 HV verwendet. Hartmetalle zeichnen sich gegenüber Kaltarbeitsstählen durch einen geringeren Verschleiß aus. Die Entwicklung von zäheren Hartmetallen ermöglichte auch die Fertigung sehr feiner Schneidelemente. Deshalb werden gerade in Bereichen mit einem hohen Bedarf an Bauteilen mit immer kleineren kritischen Abmessungen, wie beispielsweise in der Elektronik, Schneidteile vielfach aus Hartmetallen hergestellt. Neben gewöhnlichen Werkzeugstählen und Hartmetallen finden auch pulvermetallurgisch erzeugte Werkzeugstähle Verwendung. Sie besitzen ein sehr feinkörniges Gefüge mit einer extrem gleichmäl3igen Verteilung der Legierungsbestandteile, die sehr lange Werkzeugstandzeiten ermöglichen.

Eine Beschichtung der aktiven Schneidelemente erhöht die Standzeit erheblich und ist in der industriellen Praxis weit verbreitet. Mit einer Hartstoff-Beschichtung, wie z. B. Titannitrid, Titancarbonitrid oder Chromnitrid, wird die Verschleißbeständigkeit und die Oberflächenhärte erhöht. Als Beschichtungsverfahren werden Verfahren aus der Gruppe der CVD- (Chemical Vapour Deposition) und der PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) angewendet, wobei sich die PVD-Verfahren aufgrund der verfahrensbedingten niedrigeren Substrattemperaturen für eine größere Zahl von Materialien eignet. Mit Standardverfahren sind alle metallischen Werkstoffe mit Schichtdicken von 1 bis 4 um beschichtbar.

Zusammenfassend stehen einer weiteren Miniaturisierung konventionell gestanzter Bauteile im wesentlichen die folgende Nachteile der derzeit für die Fertigung von Stanzwerkzeugen eingesetzten Verfahren im Wege : -die mangelnde Genauigkeit der Schneidwerkzeuge aufgrund der Fertigungstoleranzen der eingesetzten Verfahren, -die Toleranzen der relativen Positionierung zweier Stempel zueinander, -die mangelnde Genauigkeit der relativen Positionierung von Schneid-und Stempelplatte innerhalb einer Folgeschneidstation, z. B. bedingt durch den im Vergleich zur Höhe der Stanzstruktur aufgrund des Niederhalters notwendigen großen Werkzeughub und eine große Werkzeugmasse, -die fehlende Möglichkeit zur Fertigung von komplexen Schneidstrukturen bedingt eine sehr große Zahl von Folgeschneidstationen, -und die mangelnde Genauigkeit der relativen Positionierung der Schneidwerkzeuge zwischen aufeinanderfolgenden Schneidstationen.

Aus der DE 195 42 658 A1 und der US 5,645,977 ist die Anwendung des LIGA- Verfahrens zur Herstellung von einstückigen Mikrostanzwerkzeugen, die aus Stempelplatte mit Stempeln, Niederhalter und Schneidplatte bestehen, bekannt.

Das LIGA-Verfahren ermöglicht die Herstellung von komplexen Schneidstrukturen und damit eine Verkleinerung der Zahl der Folgeschneidstationen.

Gemäß der Anwendung des LIGA-Verfahrens aus der DE 195 42 658 A1 wird zunächst eine Maske entsprechend des zu fertigenden Mikrostanzwerkzeugs hergestellt. Um danach eine Kunststoff-Negativform entsprechend des zu fertigenden Mikrostanzwerkzeugs herzustellen, wird zunächst auf ein Substrat eine Resistschicht aufgebracht und anschließend die Resistschicht durch die Maske mit einer energiereichen Strahlung, wie beispielsweise einer Röntgenstrahlung oder einer ultravioletten Strahlung, belichtet und dann entwickelt. In einem weiteren Schritt wird eine erste galvanische Abformung der Kunststoff-Negativform mit einem Galvanoformungsmetall durchgeführt, wobei man durch Entfernen des Kunststoffs eine metallische Spritzgießform erhält. Daraufhin werden mittels Spritzgießen die Kunststoff-Formteile repliziert. Schließlich wird eine zweite galvanische Abformung der Kunststoff-Formteile mit einem Galvanoformungsmetall durchgeführt, wobei einstückige Mikrostanzwerkzeuge, wie Stempelplatte mit Stempeln, Niederhalter und Schneidplatte, resultieren. In der US 5,645,977 Patentschrift wird ein im Vergleich zur DE 195 42 658 A1 modifiziertes Verfahren beschrieben, wobei die beiden letzten Verfahrensschritte, nämlich Replikation der Kunststoff-Formteile und zweite galvanische Abformung entfallen.

Nachteilig bei beiden Verfahren ist, daß zwei unabhängige LIGA-Prozeß-Durchläufe zur Herstellung von zwei zueinander passenden Mikrostanzwerkzeugen, wie Stempelplatte mit Stempeln und Schneidplatte, durchgeführt werden müssen, wobei jeder der beiden LIGA-Prozesse mit entsprechenden Abbildungsfehlern und Fertigungstoleranzen behaftet ist. Dies bedingt, daß durch die beiden bekannten Verfahren weder eine hohe Abbildungstreue von Stempel-und Schneidplatte zueinander noch eine daraus resultierende gleichmäßige Schnittspaltverteilung sichergestellt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Mikrostanzwerkzeugen bereitzustellen, das nicht die Nachteile des Standes der Technik aufweist und sowohl eine hohe Abbildungstreue von Stempel-und Schneidplatte zueinander als auch eine gleichmäßige Schnittspaltverteilung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Alternative mit einem Verfahren zur Herstellung einer Schneidplatte gelöst, bei dem eine Stempelplatte mit Stempeln, die Mikroschneidstrukturen im Submillimeterbereich aufweist, mit einer Trennschicht versehen und die Stempelplatte mittels einer Hartlegierung galvanisch abgeformt wird.

Vorzugsweise wird die Stempelplatte nach einem nachfolgend noch zu beschreibenden weiteren Verfahren zur Herstellung von einstückigen Mikrostanzwerkzeugen hergestellt.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zur Herstellung von einstückigen und zueinander passenden Mikrostanzwerkzeugen, wie Stempelplatte mit Stempeln und Schneidplatte, ein direktes galvanisches Abformungsverfahren durchgeführt wird, wobei eine Positivform eines Mikrostanzwerkzeugs, wie beispielsweise eine Stempelplatte mit Stempeln, als metallische Ausgangs-bzw.

Masterform zur Herstellung einer Schneidplatte dient. Hierdurch werden im Vergleich zum Stand der Technik die Abbildungsfehler und die Fertigungstoleranzen erheblich verringert und damit sowohl eine höhere Abbildungstreue von Stempel- und Schneidplatte zueinander als auch eine gleichmäßige Schnittspaltverteilung erreicht.

Eine gleichmäßige Schnittspaltverteilung wird erzeugt, indem beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbringen der Trennschicht standardisierte und exakt steuerbare mikrotechnische Herstellungsverfahren, wie beispielsweise Dünnschichtprozesse oder Tauchverfahren, eingesetzt werden. Zudem können durch den Einsatz von standardisierten mikrotechnischen Herstellungsverfahren die zueinander passenden Stempel-und Schneidplatten einfach und reproduzierbar und vor allem kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist hierbei, daß die Masterform nach der direkten galvanischen Abformung weiter verwendet werden kann.

Selbstverständlich kann durch ein entsprechendes erfindungsgemäßes Verfahren auch eine Stempelplatte mit Stempeln hergestellt werden, wobei eine Schneidplatte als Masterform dient.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird daher auch gemäß einer weiteren Alternative mit einem Verfahren zur Herstellung einer Stempelplatte gelost, bei dem eine Schneidplatte, die Mikrodurchbrüche im Submillimeterbereich aufweist, mit einer Trennschicht versehen und mit einer Basisplatte so verbunden wird, daß die Mikrodurchbrüche auf der Unterseite der Schneidplatte abgedeckt werden, und daß die Schneidplatte mittels einer Hartlegierung galvanisch abgeformt wird.

Bei diesem ersten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Stempelplatte wird zunächst die Schneidplatte vorzugsweise durch ein Tauchverfahren oder einen Vakuumbeschichtungsprozeß mit einer Trennschicht versehen. Hierdurch kann in einfacher Weise gleichmäßig eine Trennschicht auf die gesamte Oberfläche der Schneidplatte aufgebracht werden. Nachfolgend wird die mit der Trennschicht versehene Schneidplatte mit einer Basisplatte, die entweder aus einem leiffähigen Material, wie beispielsweise eine Metallplatte, oder aus einem nicht-leitfahigen Material bestehenden kann, auf der Unterseite so verbunden, daß die Mikrodurchbrüche auf der Unterseite der Schneidplatte abgedeckt werden.

Das Abdecken der Mikrodurchbrüche auf der Unterseite der Schneidplatte mit der aus einem ! eitfähigen Material bestehenden Platte dient dem Erzeugen einer Startschicht bzw. Startelektrode im Bereich der Mikrodurchbrüche für das galvanische Abformen.

Im Fall, daß eine aus einem leitfahigen Material bestehende Basisplatte verwendet wird, kann diese Platte die Startelektrode auf dem Grund der Mikrodurchbrüche für das nachfolgende galvanische Abformen bilden. In diesem Fall kann sowohl eine elektrisch leitende Trennschicht als auch eine elektrisch nicht leitende Trennschicht auf die Oberfläche der Schneidplatte aufgebracht werden. Im Fall, daß eine nicht- leiffähige Basisplatte verwendet wird, wird vorzugsweise eine elektrisch leitende Trennschicht auf die Oberfläche der Schneidplatte aufgebracht, die dann die Startschicht bzw. Startelektrode auf den Flanken bzw. Seitenwänden der Mikrodurchbrüche bilden kann. Eine Startschicht auf dem Grund der Mikrodurchbrüche kann aber auch dadurch erzeugt werden, daß die mit der Trennschicht versehene Schneidplatte beispielsweise mit einem leiffähigen Kleber oder mittels einer anderen geeigneten leitenden Zwischenschicht mit der Basisplatte derart verbunden wird, daß diese leitende Zwischenschicht die Startelektrode bilden kann. Die Schneidplatte wird mittels einer Hartlegierung galvanisch abgeformt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gemäß einer weiteren Alternative mit einem Verfahren zur Herstellung einer Stempelplatte gelöst, bei dem eine Schneidplatte, die Mikrodurchbrüche im Submillimeterbereich aufweist, mit einer Basisplatte so verbunden wird, daß die Mikrodurchbrüche auf der Unterseite der Schneidplatte abgedeckt werden, und die Oberseite der Schneidplatte mit einer Trennschicht versehen wird, und daß die Schneidplatte mittels einer Hartlegierung galvanisch abgeformt wird.

Bei diesem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Stempelplatte wird im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen ersten Verfahren zunächst die Schneidplatte mit der Basisplatte, die entweder aus einem leiffähigen oder einem nicht-leiffähigen Material bestehenden kann, verbunden. Hierdurch werden die Mikrodurchbrüche auf der Unterseite der Schneidplatte abgedeckt. Erst danach wird dann auf die noch freiliegende Oberseite der Schneidplatte eine Trennschicht aufgebracht, wobei vorzugsweise auch die Seitenwände und der Grund der Mikrodurchbrüche mit einer Trennschicht bedeckt wird. Wie bereits beschrieben, kann im Fall, daß eine leitfähige Basisplatte verwendet wird, diese Platte die für das nachfolgenden galvanische Abformen notwendige Startschicht bzw. Startelektrode bilden. Im Fall, daß eine nicht-leiffähige Basisplatte verwendet wird, wird vorzugsweise eine elektrisch leitende Trennschicht auf die Oberseite der Schneidplatte aufgebracht, die dann sowohl auf dem Grund als auch auf den Flanken bzw. Seitenwänden der Mikrodurchbrüche die Startschicht bzw.

Startelektrode bildet. Schließlich wird die Schneidplatte mittels einer Hartlegierung galvanisch abgeformt. Selbstverständlich kann die Startschicht auch bei dieser Alternative durch einen leiffähigen Kleber bzw. eine leitende Zwischenschicht gebildet werden.

Über die Dicke der Trennschicht kann der Schneidspalt eingestellt werden. Der Schneidspalt darf allerdings nicht so gering sein, daß sich Stempel und Schneidplatte nicht mehr voneinander trennen lassen. Nach einem besonderen Gedanken der Erfindung werden auflösbare Trennschichten verwendet, die sicherstellen, daß sich Stempel und Schneidplatte nach dem galvanischen Abformen voneinander lösen können. Falls erforderlich kann beim Auflösen der Trennschicht auch der leiffähige Kleber oder die leitende Zwischenschicht mit aufgelöst werden.

Wenn die Mikroschneidstrukturen der Stempel oder Mikrodurchbrüche der Schneidplatten kleine Aspektverhältnisse aufweisen, also beispielsweise ein Aspektverhältnis von kleiner als 5, wird vorzugsweise eine elektrisch leitende Trennschicht verwendet. Unter Aspektverhäitnis wird hierbei das Größenverhältnis der Höhe der Mikroschneidstrukturen der Stempel bzw. der Höhe der Mikrodurchbrüche der Schneidplatte im Vergleich mit den jeweiligen Breiten verstanden.

Zur Ausbildung der elektrisch leitenden Trennschicht wird vorzugsweise die Stempelplatte oder die Schneidplatte anodisch oxidiert. Dadurch wird eine Trennschicht im Nanometerbereich erhalten.

Andererseits wird zur Ausbildung der elektrisch leitenden Trennschicht die Stempelplatte oder die Schneidplatte oberflächlich mit einer metallischen Opferschicht, einer leitenden Kohlenstoffschicht oder einer leitenden Tauchlackschicht beschichtet. Diese Schichten können beispielsweise mittels einem Tauchverfahren oder einen Vakuumbeschichtungsprozeß aufgebracht werden.

Ferner können diese Schichten nach dem galvanischen Abformen aufgelöst werden.

Wenn die Mikroschneidstrukturen der Stempel oder Mikrodurchbrüche der Schneidplatten hohe Aspektverhältnisse aufweisen, worunter vorzugsweise Verhältnisse von größer 5 zu verstehen sind, sind nicht leitende Trennschichten von Vorteil. Vorzugsweise wird zur Ausbildung der nicht leitenden Trennschicht auf die Stempelplatte oder die Schneidplatte eine Wachs-oder eine Polymerschicht oder eine Siliziumdioxidschicht aufgebracht. Die Siliziumdioxidschicht wird durch Sputtern aufgebracht. Die Wachs-und Polymerschichten können beispielsweise mittels Tauchverfahren, durch Aufsprühen oder auch in Form von Schrumpffolien aufgebracht werden. Vorzugsweise wird ein aufgebrachter Wachsfilm durch Eindampfen verfestigt.

Da diese Materialien nicht als Startschicht für den anschießenden Galvanikprozeß geeignet sind, wird nach einer ersten bevorzugten Variante auf diese Wachs-oder Polymer-oder Siliziumdioxidschicht eine Metallschicht als Startschicht für den Galvanikprozeß aufgebracht. Dieses Aufbringen kann durch Aufdampfen, Sputtern oder Aufsprühen erfolgen. Die Metallschicht besteht vorzugsweise aus Nickel, Kupfer, Silber oder Gold.

Nach einer weiteren bevorzugten Variante wird zum Erzeugen der Startschicht vor dem galvanischen Abformen die nicht leitende Trennschicht vom Grund der Mikrodurchbrüche zumindest teilweise entfernt. Zum Entfernen der nicht leitenden Trennschicht können beispielsweise elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlen oder auch andere Mög ! ichkeiten zum Einsatz kommen, die bereits in der DE 197 53 948 A1 beschrieben wurden. Da die vorliegende Erfindung zumindest teilweise auch den Erfindungsgegenstand der DE 197 53 948 A1 anwendet, nämlich ein Verfahren zur Herstellung metallischer Mikrostrukturkörper durch direktes galvanisches Abformen, werden die darin beschriebenen Verfahren und Materialien auch als Lösungsmöglichkeiten für die vorliegende Erfindung angesehen und hiermit explizit in die Beschreibung aufgenommen. Die darin beschriebenen Verfahren und Materialien werden auch als Lösungsmöglichkeiten für die vorliegende Erfindung zum Entfernen der nicht leitenden Trennschicht angesehen und hiermit explizit in die Beschreibung aufgenommen.

Eine weitere Alternative zur Herstellung von einstückigen Mikrostanzwerkzeugen, wie Schneidplatte und Stempelplatte mit Stempeln, besteht darin, daß mittels eines Tiefenstrukturierungsprozesses eine Positivform des Stanzwerkzeuges mit Mikroschneidstrukturen oder Mikrodurchbrüchen im Submillimeterbereich aus Resistmaterial hergestellt wird, daß diese Positivform zur Herstellung einer Senkelektrode galvanisch abgeformt wird, und daß mittels der Senkelektrode mittels Senkerodieren in ein Halbzeug Durchbrüche oder Vertiefungen zur Bildung des Stanzwerkzeuges eingebracht werden.

Obwohl diese Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt beinhaltet, besteht dadurch die Möglichkeit, das Stanzwerkzeug aus Materialien herzustellen, die bei einer galvanischen Abformung nicht verwendet werden können. Es wird daher vorzugsweise ein Halbzeug aus Hartmetall oder Stahl verwendet.

Vorzugsweise wird als Tiefenstrukturierungsprozess ein Tiefenlithographieverfahren verwendet.

Vorzugsweise wird die Positivform zur Herstellung der Senkelektrode mittels Kupfer galvanisch abgeformt.

Für alle zuvor beschriebenen Alternativen können nachfolgende Varianten zur Anwendung kommen : Vorzugsweise wird beim galvanischen Abformen zuerst eine Schicht aus einer Hartlegierung aufgebracht und anschließend diese Schicht durch galvanische Abscheidung eines weicheren Materials, wie beispielsweise Cu und/oder Ni hinterfüttert.

Als Hartlegierung wird vorzugsweise Nickel-Eisen, Nickel-Wolfram, Kobalt-Wolfram oder Nickel-Kobalt verwendet.

Nach dem galvanischen Abformen empfiehit es sich, den Verbund aus Schneidplatte und Stempel/Stempelplatte zum leichteren Trennen zu erwärmen oder mit Lösungsmittel oder Ultraschall zu behandeln. Hierdurch kann auch erreicht werden, daß die Trennschicht aufgelöst oder zumindest so beschädigt wird, daß ein leichteres Trennen von Schneid-und Stempelplatte ermöglicht ist.

Nach dem galvanischen Abformen und Trennen von Schneid-und Stempelplatte ist es vorteilhaft, das Stanzwerkzeug einem Schleifprozeß zu unterziehen, wobei überschüssiges Material abgetragen werden kann. Der Hauptzweck besteht allerdings darin, die Schneidkanten an den Stempeln bzw. an der Schneidplatte zu schärfen.

Das Stanzwerkzeug bzw. zumindest die Mikroschneidstrukturen können zusätzlich noch mit einer Hartstofflegierung versehen werden, um den Verschleiß der Schneidkanten an Stempeln und Schneidplatten zu minimieren. Hierzu geeignet sind Titannitrit (TiN), Titancabonnitrit (TiCN), Chromnnitrit (CrN), Titancarbid (TiC), Titanaluminonitrit (TiAIN).

Der Vorteil der Einstückigkeit besteht darin, daß einerseits die Positioniergenauigkeit der Stempel zueinander und andererseits die Dichte der Schneidstrukturen weitaus höher ist, als dies bei herkömmlichen Stanzwerkzeugen der Fall ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß keine platzbeanspruchenden Befestigungsmittel erforderlich sind, um die Stempel in der Stempelplatte zu befestigen. Dadurch ist es möglich, Schneidstrukturen in beiden Raumrichtungen nahezu beliebig dicht nebeneinander anzuordnen. Außerdem ist das Gesamtgewicht von Stempelplatte und Stempel der einstückigen Ausführung geringer, so daß der Energieaufwand zum Bewegen des Mikrostanzwerkzeuges geringer und die Genauigkeit der relativen Positionierung von Schneid-und Stempelplatte erhöht ist.

Die Mikroschneidstrukturen können mit höherer Genauigkeit hergestellt werden, weil mikrotechnische Verfahren eingesetzt werden, bei denen Form-und Maßabweichungen im Submikrometerbereich liegen.

Erfindungsgemäß weist mindestens ein Teil der Mikroschneidstrukturen in der Stempelplattenebene Freiformflächen und/oder Hinterschneidungen auf. Derartige komplexe Strukturen mußten bisher in Strukturen ohne Hinterschneidung bzw. in einfachere Strukturen unterteilt werden, die wiederum auf mehrere Folgeschneidstationen verteilt werden mußten. Auch diese erfindungsgemäße Maßnahme trägt zu einer hohen Dichte von Schneidstrukturen und damit zu einer Verkleinerung der gesamten Mikrostanzvorrichtung bei.

Eine erfindungsgemäße Mikrostanzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Stempel und Stempelplatte als auch die Schneidplatte einstückig sind, wobei Stempel, Stempelplatte und Schneidplatte nach mikrotechnischen Verfahren hergestellt sind und die Stempel Mikroschneidstrukturen und die Schneidplatte Mikrodurchbrüche jeweils im Submillimeterbereich aufweisen. Bei der einstückigen Schneidplatte enffallen die sonst üblichen Schneideinsätze.

Vorzugsweise werden Stempel/Stempelplatte und die Schneidplatte mit demselben mikrotechnischen Verfahren hergestellt, was die Genauigkeit der beiden zusammenwirkenden Stanzwerkzeuge erhöht. Die Breite des Schneidspaltes und die Schnittspaltverteilung kann dadurch weiter verringert werden, was wiederum die Qualität der ausgestanzten Strukturen verbessert.

Vorzugsweise weist eine Schneidstation mindestens eine Stempelplatte auf. Es ist dadurch auch möglich, ein modulares System mit Mikroschneidstrukturen aufzubauen, wobei die Stempelplatten nur noch in der gewünschten Anordnung zusammengefügt werden müssen. Dies ist für einfache Strukturen im Hinblick auf Flexibilität von Vorteil, allerdings wird dieser modulare Aufbau durch eine Beeinträchtigung der Positioniergenauigkeit erkauft.

Für hochkomplizierte Strukturen ist es deshalb von Vorteil, wenn die Stempelplatte mehrere Gruppen von Stempeln für mehrere Schneidstationen trägt. Die Positioniergenauigkeit ist bei dieser Ausführungsform deutlich erhöht.

Mit mikrotechnischen Verfahren hergestellte Mikroschneidstrukturen im Submillimeterbereich weisen verfahrensbedingt nur eine geringe Höhe auf, was bisher als Nachteil angesehen wurde. Die geringe Bauhöhe hat jedoch gleichzeitig den Vorteil, daß die zu bewegenden Massen deutlich geringer sind und daß die Hubstrecke kürzer ist, was wiederum die Schneidgenauigkeit erhöht.

Die geringe Höhe der Stempel-bzw. Mikroschneidstrukturen erfordert spezielle Niederhalter. Herkömmliche Niederhalter, die beispielsweise aus Metallplatten bestehen, können deshalb nicht eingesetzt werden, weil diese eine Mindestdicke aufweisen müssen und somit die Stempel den Niederhalter nicht durchdringen können.

Der bei dieser Erfindung vorzugsweise einzusetzenden Niederhalter weist elastisches Polymermaterial auf. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Niederhalter vollständig aus elastischem Polymermaterial.

Vorzugsweise besteht der Niederhalter aus einer auf der Stempelplatte aufgebrachten elastischen Polymerschicht. Die elastische Polymerschicht kann durch verschiedene bekannte Verfahren aufgebracht werden, z. B. durch Tauchen oderAufsprühen. Als elastische Polymere kommen insbesondere Elastomere in Frage.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der Niederhalter aus einer elastischen Polymerplatte, die durchaus auch dicker sein kann als die Höhe der Stempel. Beim Ausstanzen wird dieses Polymermaterial komprimiert, wodurch der durch die Höhe der Stempel vorgegebene Schneidweg nur geringfügig verringert wird.

Gemäß, einer weiteren Ausführungsform besteht der Niederhalter aus einer elastischen Polymerplatte, die vorzugsweise auf der der Stempelplatte gegenüberliegenden Unterseite mit einer Metallschicht, etwa einem Stahlblech von 0,2 mm bis 1 mm Höhe, beispielsweise verklebt ist.

Die eiastische Polymerplatte ist vorzugsweise auf der Stempelplatte befestigt. Es . besteht aber auch die Möglichkeit, die Polymerplatte an anderen Bauteilen der Stanzvorrichtung zu befestigen, wie z. B. auf der die Stempelplatte tragenden Grundplatte oder an den Führungssäulen. Die Polymerplatte kann festgeklebt, geschraubt oder aufgespannt werden. Andere Befestigungsmöglichkeiten sind ebenfalls denkbar.

Der Niederhalter kann dieselben Mikrodurchbrüche aufweisen wie die Schneidplatte. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die elastische Polymerplatte mittels einer mit Stempeln versehenen Stempelplatte und einer Schneidplatte auszustanzen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein elastisches Polymer direkt auf der Stempelplatte mittels Tauchverfahren, Aufsprühen oderAusgießen aufgebracht werden. Der Niederhalter kann in diesem Fall auf der Stempelplatte verbleiben.

Es ist aber nicht unbedingt notwendig, daß die elastische Polymerplatte, die zu den Mikroschneidstrukturen gehörenden Durchbrüche aufweist. Es können auch vereinfachte Durchbrüche in der elastischen Polymerplatte vorgesehen sein.

Die Verwendung von Polymeren für den Niederhalter reduziert vorteilhafterweise das Gewicht der bewegten Massen in einer Mikrostanzvorrichtung, so daß auch hierdurch die Genauigkeit der relativen Positionierung von Schneid-und Stempelplatte erhöht wird. Als bevorzugte Materialien kommen thermoplastische Elastomere, Kautschuke oder weichelastische Schaumstoffe in Frage. Zu den thermoplastischen Elastomeren zählen z. B. Styrol-Butadien-Copolymere, Polyamide, Polyetheramide, Polyetheresteramide oder Polyether-Block-Amide sowie Polyurethane.

Bevorzugte Kautschuke sind Chloroprenkautschuk, Naturkautschuk, Fluorkautschuk, Siliconkautschuk oder Polyurethankautschuk.

Als weichelastische Schaumstoffe können z. B. Schaumstoffe mit Bestandteilen aus Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyurethane (PU) eingesetzt werden.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen : Figuren 1a-c eine Mikrostanzvorrichtung im Querschnitt während verschiedener Phasen des Stanzvorgangs, Figur 2 ein ausgestanztes Bauteil aus dem Elektronikbereich, Figur 3a die Unteransicht einer Stempelplatte mit Stempeln für drei Schneidstationen in perspektivischer Darstellung, Figur 3b eine Darstellung der Schnittfolge mit der in der Figur 3a gezeigten Stempelplatte, Figur 4 eine Darstellung der Schnittfolge mit einer Stempelplatte nach dem Stand der Technik, Figur 5a-c eine Darstellung der gesamten Schnittfolge mit konventioneller Werkzeugtechnik zur Herstellung des Bauteils aus Figur 2, Figur 6 die gesamte Schnittfolge mit einer erfindungsgemäl3en Mikrostanzvorrichtung zur Herstellung des Bauteils aus Figur 2, Figur 7 eine Stempelplatte und einen Niederhalter in perspektivischer Darstellung, Figur 8 die perspektivische Unteransicht einer Stempelplatte, die gemäß einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Schneidplatte abgeformt wird, Figur 9 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte zur Erläuterung des in Figur 8 gezeigten Verfahrens, Figur 10 die schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Stempelplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform, Figur 11 die schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Stempelplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform, Figur 12 die schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Stempelplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform, Figur 13 die schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Stempelplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform, und Figur 14 die schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Schneidplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In der Figur 1 ist eine Mikrostanzvorrichtung im Vertikalschnitt dargestellt. Die Mikrostanzvorrichtung weist ein Oberwerkzeug 9a und ein Unterwerkzeug 9b auf, die über Führungssäulen 3 miteinander verbunden sind. Zwischen beiden Werkzeugen 9a, 9b befindet sich das auszustanzende Band 10.

Das Oberwerkzeug 9a besitzt eine obere Anpaßplatte 1 und eine obere Grundplatte 2, in der die Führungssäulen 3 befestigt sind. Die Führungssäulen 3 werden in Kugelführungen 4 geführt.

An der Unterseite der oberen Grundplatte 2 ist eine einstückige Stempelplatte 40 mit Stempeln 41 angeordnet, die Mikroschneidstrukturen im Submillimeterbereich aufweisen. Ferner ist ein Niederhalter 20 aus einem elastischen Polymermaterial auf die Stempelplatte 40 aufgeklebt. Die Dicke des Niederhalters 20 kann größer sein als die Höhe der Stempelstrukturen 41, weil der Niederhalter während des Stanzvorganges komprimiert wird.

Das Unterwerkzeug 9b der Mikrostanzvorrichtung ist entsprechend dem Oberwerkzeug 9a aufgebaut und weist eine untere Anpaßptatte 8 sowie eine untere Grundplatte 7 auf, die auf der unteren Anpaßplatte befestigt ist. Die Grundplatte 7 trägt eine Schneidplattenaufnahme 31, auf der die Schneidplatte 30 befestigt ist. Die Befestigung von Stempelplatte und Schneidplatte erfolgt durch obere bzw. untere Befestigungsschrauben 5 und 6.

Die Schneidplatte 30 weist Mikrodurchbrüche 32 auf. Auch die Schneidplattenaufnahme 31, die untere Grundplatte 7 und die untere Anpaßplatte 8 weisen konisch geformte bzw. vergrößerte Durchbrüche auf, um den Butzen, das heißt das vom Band 10 ausgeschnittene Teil, entfernen zu können.

In der Figur 1 b ist die Mikrostanzvorrichtung in abgesenkter Position zu Beginn des Stanzvorganges zu sehen. Der Niederhalter 20 ist bereits geringfügig komprimiert.

In der Figur 1 c tauchen die Stempel 41 zum Ausschneiden in das Band 10 ein.

In der Figur 2 ist ein ausgestanztes Bauteil 11 dargestellt, wie es beispielsweise im Elektronikbereich verwendet wird. Um die gezeigte Struktur zu erreichen, sind mehrere Stempel 41 notwendig, die mit konventioneller Werkzeugtechnik bisher gemäß Figur 5a-c auf insgesamt 18 Schneidstationen und mit erfindungsgemäßer Werkzeugtechnik gemäß Figur 6 auf lediglich 6 Schneidstationen verteilt sind. Die ersten drei Schneidstationen der erfindungsgemäßen Werkzeugtechnik zur Herstellung der ersten drei Schnittfolgen in Figur 6 sind in der Figur 3a dargestellt und die Figur 3b zeigt die hiermit gestanzte Schnittfolge. In der Figur 3a sind die Stempel 41 zu insgesamt drei Stempelgruppen 42a, b und c entsprechend den drei vorgesehenen Schneidstationen zusammengefaßt. In der Figur 3b sind die Flächen 43,43', 43"der jeweiligen Stempel der Gruppen 42a, b und c schraffiert dargestellt und die durch die jeweils vorangehende Schneidstation ausgestanzten Flächen 11' sind ohne Schraffierung eingezeichnet. Es ist deutlich zu sehen, daß die Mikroschneidstrukturen auch senkrecht zur Schneidrichtung ausgebildete Hinterschneidung'en 72 aufweisen können. Ebenso können die Mikroschneidstrukturen als Freiformflächen ausgebildet sein.

Die Stempeldichte ist im Vergleich zu einer herkömmlichen Anordnung von Stempeln, die in Figur 4 gezeigt ist, deutlich höher. Die den Stempeln entsprechenden Flächen sind ebenfalls schraffiert eingezeichnet.

In den Figuren 5a-c ist dies an dem konkreten Beispiel der Figur 2 noch einmal vollständig dargestellt. In den Figuren 5a-c ist die gesamte Schnittfolge mit einem herkömmlichen Werkzeug zu sehen, wobei die freien Flächen die bereits ausgestanzten Flächen darstellen und die schraffierten Flächen die Stempelflächen der jeweiligen Folgeschneidestationen kennzeichnen. Während die Schnittfolge gemäß der Figur 5 eine Länge von 508 mm umfaßt, ist die Schnittfolge mit einer erfindungsgemäßen Mikrostanzvorrichtung gemäß der Figur 6 deutlich verkürzt und beträgt nur noch 172 mm. Dies ist auf die erhöhte Stempeldichte zurückzuführen, die aufgrund der einstückigen Ausführung von Stempelplatte und Stempel erzielt werden kann. Es werden lediglich zwei Stanzvorgänge mit der in Figur 3a gezeigten Stempelplatte benötigt.

In der Figur 7 ist eine Stempelplatte 40 mit den Stempeln 41 und den zugehörigen Mikroschneidstrukturen 70 in Unteransicht perspektivisch dargestellt. Der dazu gehörige Niederhalter 20 in Form einer Elastomerplatte 22 weist Durchbrüche 21 auf, die den Mikrodurchbrüchen 32 der dazugehörigen Schneidplatte entsprechen.

Eine solche Elastomerplatte 22 kann z. B. durch Stanzen mittels der Stempelplatte 40 mit den Stempeln 41 und der Schneidplatte hergestellt werden.

In den Figuren 8 und 9 ist eine erste Ausführungsform des Herstellungsverfahrens eines Mikrostanzwerkzeuges in Form einer Schneidplatte 30 dargestellt. Bei diesem Verfahren wird eine Stempelplatte 40 zur Herstellung einer Schneidplatte 30 als Ausgangs-oder Masterform verwendet. Zunächst wird eine Stempelplatte 40 mit Stempeln 41 gemäß einem noch zu beschreibenden Verfahren hergestellt, auf die anschließend eine Trennschicht 33 aufgebracht wird, wie dies die Figur 9 zeigt.

Anschließend wird mittels galvanischerAbformung ein Galvanikkörper 55 hergestellt. Durch Auflösen der Trennschicht 33 wird der Galvanikkörper 55 von der Stempelplatte 40 getrennt, so daß eine Positivform 56 der Schneidplatte 30 erhalten wird. Eine weitere Bearbeitungen dieser Positivform 56 führt dann zu einer Schneidplatte 30 mit Durchbrüchen 32, wie dies in der Figur 9 zu sehen ist. Durch dieses Verfahren ist eine präzise Abbildung von Stempel-und Schneidplatte erreicht. Die gleichmäßige Schnittspaltverteilung wird hierbei dadurch sichergestellt, daß Dünnschichtprozesse, wie beispielsweise Plasmadeposition und Tauchverfahren, zur Herstellung der Trennschicht eingesetzt werden.

In der Figur 10 ist ein weiteres Herstellungsverfahren dargestellt, das zur Herstellung einer Stempelplatte 40 mit Stempeln 41 eingesetzt wird. Es wird eine Schneidplatte 30 mit Mikrodurchbrüchen 32 beispielsweise mit dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt, auf deren gesamte Oberfläche 78 zunächst vorzugsweise durch ein Tauchverfahren oder einen Vakuumbeschichtungsprozeß eine Trennschicht 33 mit gleichmäßiger Dicke aufgebracht wird. Als Trennschicht 33 kann bei diesem Herstellungsverfahren sowohl eine elektrisch leitende als auch eine elektrisch nicht leitende Trennschicht 33 verwendet werden. Danach wird die mit der Trennschicht 33 versehene Schneidplatte 30 auf der Unterseite 73 beispielsweise mittels einer haftenden und elektrisch leitenden Zwischenschicht 74, wie beispielsweise mit einem leiffähigen Kleber 74', mit einer Basisplatte 75 verbunden, wodurch die Mikrodurchbrüche 32 der Schneidplatte 30 auf deren Unterseite 73 durch die Basisplatte 75 abgedeckt werden. Im Fall, daß die Basisplatte 75 aus einem leiffähigen Material, wie beispielsweise aus einer Metallplatte, besteht, bildet vorzugsweise die mit dem leiffähigen Kleber 74' versehene Platte auf dem Grund 76 der Mikrodurchbrüche 32 die für das nachfolgende galvanische Abformen notwendigen Startelektroden 77, wie dies in der Figur 10 zu sehen ist. Im Fall, daß die Basisplatte 75 aus einem elektrisch nicht- leiffähigen Material besteht, wird vorzugsweise eine elektrisch leitende Trennschicht 33 auf die Oberfläche 78 der Schneidplatte 30 aufgebracht, die dann die Startelektrode 77 bzw. Startschicht auf den Flanken bzw. Seitenwänden 79 der Mikrodurchbrüche 32 für das nachfolgende galvanische Abformen bildet. Die Startelektrode 77 kann auf dem Grund 76 der Mikrodurchbrüche 32 durch die elektrisch leitende Zwischenschicht 74 und den leitfähigen Kleber 74'gebildet werden. Mittels galvanischer Abformung wird dann ein Galvanikkörper 55' hergestellt. Schließlich wird die Basisplatte 75 beispielsweise durch Auflösen des leiffähigen Klebers 74'entfernt. Danach wird die Trennschicht 33 aufgelöst, wie noch beschrieben wird. Dies führt zu einem präzise zueinander passenden Mikrostanzwerkzeug bestehend aus Stempelplatte 40 mit Stempeln 41 und Schneidplatte 30 mit Mikrodurchbrüchen 32, wie dies die Figur 10 zeigt.

Die Figur 11 zeigt ein weiteres Herstellungsverfahren, das zur Herstellung einer Stempelplatte 40 mit Stempeln 41 eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren wird zunächst die Schneidplatte 30 beispielsweise mittels dem elektrisch leiffähigen Kleber 74'mit der Basisplatte 75 verbunden und danach wird auf die freiliegende Oberseite 80 der Schneidplatte 30 eine Trennschicht 33 aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform wird vorzugsweise eine elektrisch leitende Trennschicht 33 verwendet, da diese direkt die Startelektrode 77 auf dem Grund 76 in den Mikrodurchbrüchen 32 der Schneidplatte 30 für die nachfolgende galvanische Abformung bilden kann. Mittels galvanischerAbformung wird dann ein Galvanikkörper 55'hergestellt, der dann zu einer Stempelplatte 40 mit Stempeln 41 führt, wie dies die Figur 11 zeigt.

Die Figur 12 zeigt ein weiteres Herstellungsverfahren, das zur Herstellung einer Stempelplatte 40 mit Stempeln 41 eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren besteht die Basisplatte 75 aus einem leitfähigen Material. Im Unterschied zum Verfahren gemäß Figur 11 wird vorzugsweise eine elektrisch nicht-leitfahige Trennschicht 33 auf die freiliegende Oberseite 80 der Schneidplatte 30 aufgebracht. Zum Erzeugen der Startelektrode 77 auf dem Grund 76 der Mikrodurchbrüche 32 der Schneidplatte 30 wird die nicht-leitfähige Trennschicht 33 zumindest teilweise entfernt. Gemäß Figur 12 kommt hierzu eine Bestrahlung einer Maske 51', die Öffnungen im Bereich der Mikrodurchbrüche 32 der Schneidplatte 30 aufweist, mit entweder einer Teilchen-oder elektromagnetischen Strahlung zum Einsatz. Hierdurch kann entweder die leitende Zwischenschicht 74, wie in Figur 12 dargestellt, oder im Fall, daß auch diese durch die Teilchenstrahlung im Bereich der Mikrodurchbrüche 32 mit entfernt wurde, die Basisplatte 75 die Startelektrode 77 für die nachfolgende galvanische Abformung bilden. Mittels galvanischerAbformung wird dann ein Galvanikkörper 55 hergestellt, der dann zu einer Stempelplatte 40 mit Stempeln 41 führt, wie dies die Figur 11 zeigt.

In der Figur 13 ist ein weiteres Verfahren dargestellt, bei dem in einem Zwischenschritt zunächst eine Senkelektrode 60 hergestellt wird. Ausgehend von einem Substrat 53 mit Resistmaterial 52 und einer darüber angeordneten Maske 51 und der Bestrahlung durch Röntgen-oder UV-Strahlung 50 wird zunächst eine Positivform 59 der Stempelplatte hergestellt, die galvanisch zur Herstellung eines Galvanikkörpers 60 abgeformt wird. Nach Herauslösen des Resistmaterials 52 erhält man eine Senkelektrode 60, mittels derer aus einem Halbzeug 62 durch Senkerodieren die Stempelplatte 40 mit den Stempeln 41 hergestellt wird. Der Funkenspalt ist mit den Bezugszeichen 61 gekennzeichnet.

In der Figur 14 ist ein weiteres Herstellungsverfahren dargestellt, mit dem eine Schneidplatte 30 mittels Senkerodieren und einer Senkelektrode 60'hergestellt wird. Das Verfahren entspricht dem Verfahren gemäß der Figur 13.

Bezugszeichenliste<BR> obere Anpaßplatte 2 obere Grundplatte 3 Führungssäule 4Kugelführung 5 obere Befestigungsschraube 6 untere Befestigungsschraube 7 untere Grundplatte 8 untere Anpaßplatte 9a Oberwerkzeug 9b Unterwerkzeug 10 Band<BR> 11 ausgestanztes Bauteil 11'ausgestanzte Flächen 20 Niederhalter 21 Durchbrüche <BR> <BR> 22Elastomerplatte<BR> 30 Schneidplatte<BR> 31 Schneidplattenaufnahme 32 Mikrodurchbruch 33 Trennschicht 34 Schnittkante 40 Stempelplatte 41 Stempel 42 a, b, c Stempelgruppe 43 Fläche der Stempel der jeweiligen Folgeschneidstation 43', 43" Fläche der Stempel der jeweiligen Folgeschneidstation 50 UV-oder Röntgenstrahlung 51,51'Maske 52 Resistmaterial 53 Substrat 55,55'Galvanikkörper 56 Positivform 57,57'Mikrostruktur 59 Positivform 60,60'Senkelektrode 61 Funkenspalt 62 Halbzeug 70 Mikroschneidstruktur 72 Hinterschneidung 73 Unterseite 74 Zwischenschicht 74'Kleber<BR> 75 Basisplatte 76 Grund 77 Startelektrode 78 Oberfläche 79 Seitenwand 80 Oberseite