In der Literatur wird seit einigen Jahren über chemische Mikroreaktoren be- richtet, die gegenüber den herkömmlichen Produktionsanlagen zur Herstellung chemischer Verbindungen Vorteile aufweisen. Hierbei handelt es sich um eine Anordnung von Reaktionszellen, deren Abmessungen von wenigen Mikro- metern bis zu einigen Millimetern betragen und somit sehr viel kleiner sind als die herkömmlicher Reaktoren. Diese Reaktionszellen sind so gestaltet, daß in ihnen physikalische, chemische oder elektrochemische Reaktionen ablaufen können. tm Gegensatz zu einem herkömmlichen porösen System (heterogene Katalyse) sind die Abmessungen dieser Zellen durch die Konstruktion definiert, also planmäßig mit einem technischen Verfahren herstellbar. Auch die An- ordnung einzelner Reaktionszellen im Ensemble des Reaktors ist geordnet, insbesondere periodisch in einer, zwei oder drei Dimensionen. Zu den che- mischen Mikroreaktoren werden im erweiterten Sinne auch die notwendigen Zu- und Ableitungsstrukturen für die Fluide (Flüssigkeiten, Gase) und Sensoren und Aktoren gerechnet, beispielsweise Ventile, die den Stoffstrom durch die ein- zelnen Zellen kontrollieren, sowie Heizelemente.

Die Verwendung von chemischen Mikroreaktoren zur Wasserstofferzeugung for Brennstoffzellen zur Energieumwandlung ist beispielsweise von R. Peters et al.

in"Scouting Study about the Use of Microreactors for Gas Supply in a PEM- Fuel Cell System for Traction", Proc. of the 1 st lnt. Conf. on Microreaction Technology, Frankfurt, 1997 beschrieben worden.

Dieses Konzept für chemische Mikroreaktoren wurde auch auf Wärmeaustau- scher angewendet. In diesem Fall sind in dem Wärmeaustauscher mindestens zwei voneinander getrennte Fluidkanäle vorhanden, die zur Übertragung von Wärme von Fluid in dem einen Kanal zu Fluid in dem anderen Kanal dienen.

Zur Herstellung chemischer Mikroreaktoren bzw. von Wärmeaustauschern gibt es eine Reihe von Vorschlägen : Beispielsweise wird das LIGA-Verfahren (Lithographie, Galvano-Formung, Abformung) eingesetzt. Hierbei wird eine Kunststoffschicht, meistens Poly- methylmethacrylat (PMMA), mittels Synchrotronstrahlung belichtet und an- schließend entwickelt. Die derart erzeugte Struktur wird mit einem elektrolyti- schen Verfahren mit Metall ausgefüllt. Die Metallstruktur kann dann in weiteren Verfahrensschritten mittels einer Kunststoffabformung (Kunststoffspritzverfah- ren) vervielfältigt werden. Dieses Verfahren ist von W. Ehrfeld und H. Lehr in Radiat. Phys. Chem., Band 45, Seiten 349 bis 365 beschrieben worden.

Auch die Methoden, die in der Halbleiterindustrie zur Strukturierung von Sili- ziumoberflächen entwickelt worden sind, wurden ebenfalls zur Herstellung von Mikroreaktoren übernommen. Beispielsweise wurde von J. J. Lerou et al. in "Microfabricated Minichemical Systems : Technical Feasibility", DECHEMA Monographs, Volume 132, Seiten 51 bis 69 ein Verfahren beschrieben, bei dem drei geätzte Silizium-Wafer und zwei End-Wafer an den Außenseiten mitein- ander verbunden wurden. Ferner wurde ein mit polykristallinen Silberpartikeln gefüliter Wärmeaustauscher, der ebenfalls als Mikroreaktor ausgebildet war, verwendet.

In gleicher Weise geht das Herstellverfahren für Mikroreaktoren, das in US-A-5,534,328 beschrieben ist, von geätzten Silizium-Wafern aus, die zu einem Stapel verbunden werden. Es werden aber auch andere Materialien für

die Mikroreaktoren genannt, beispielsweise Metalle, Polymere, Keramiken, Glas und Composite-Materialien. Zur Durchführung katalytischer Reaktionen wird u. a. vorgeschlagen, die Wände der Reaktionskanäle in den Reaktoren mit einer katalytischen Schicht zu überziehen.

In EP 0 212 878 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers beschrieben, bei dem die Strömungskanäle des Wärmemediums in Stahlplatten durch chemisches Ätzen gebildet werden. Die Stahlplatten werden anschlie- ßend durch Diffusionsbonden miteinander verschweißt.

In WO-A-9215408 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mikrosieben beschrie- ben, bei dem in einen mit einer ätzfesten Schicht überzogenen flächigen Träger Löcher mit einem bestimmten Muster durch Plasmatechnik geätzt werden.

Mehrere dieser gelochten Träger werden anschließend miteinander verbunden.

In DE 197 08 472 A1 ist ein Herstellverfahren für chemische Mikroreaktoren beschrieben, bei dem Fluidkanäle in einzelnen Ebenen gebildet werden, indem mit Metalloberflächen versehene Substrate mittels photolithographischer Techniken oder Siebdruckverfahren strukturiert und die erhaltenen Kanal- strukturen durch Metallabtrags-oder-auftragsverfahren gebildet werden. Die einzeln hergestellten Ebenen werden anschließend zu einem Stapel zusam- mengefaßt und fest miteinander verbunden. Beispielsweise können die Kanäle durch partielles Wegätzen der-Metallschicht auf dem Substrat erzeugt werden.

Die bisher bekannten Methoden zur Herstellung der chemischen Mikroreakto- ren und Wärmeaustauscher weisen vielfaltige Nachteile auf. Beispielsweise sind komplizierte und/oder teuere Techniken zur Herstellung der Kanäle er- forderlich. In einigen Fällen ist die Herstellung der Reaktoren ausschließlich auf Silizium als Material beschränkt.

Häufig ist es auch nötig, eine funktionale Beschichtung auf den Kanalwänden zum Einstellen vorgegebener Eigenschaften der Mikrobauteile herzustellen. So kann beispielsweise ein Mikroreaktor aus einem aus Kupfer hergestellten Wärmeaustauscher gefertigt werden, indem die Kanäle mit einer stromlos

abgeschiedenen Metallschicht überzogen werden, beispielsweise mit Palla- dium. In der chemischen Reaktionstechnik dienen die funktionellen Ober- flächenschichten beispielsweise zur Katalyse chemischer Reaktionen. Eine nachträgliche Beschichtung der Strömungskanäle in den Ebenen mit einem galvanotechnischen Verfahren ist häufig jedoch nicht möglich, da die funktionel- len Schichten in diesem Falle wegen der elektrischen Abschirmung durch den Reaktor oder Wärmeaustauscher selbst nicht auf elektrolytischem Wege aufgebracht werden können. Auch bei der stromlosen Metallisierung hat sich herausgestellt, daß eine sichere Beschichtung nicht möglich ist, da die üblicher- weise verwendeten Metallisierungsbäder auf unterschiedliche Strömungs- geschwindigkeit der Metallisierungsflüssigkeit an den zu beschichtenden Oberflächen sehr empfindlich reagieren. Unter diesen Bedingungen werden unter anderem solche Oberflachenbereiche stromlos metallisiert, an denen die Metallisierflüssigkeit langsam vorbeiströmt, während Oberflächenbereiche, an denen die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmt, nicht mit Metall überzogen werden. Bei sehr engen Kanälen können Probleme bei der stromlo- sen Metallabscheidung auftreten, die auf der sehr hohen Badbelastung (zu beschichtende Oberfläche pro Badvolumen) beruht, so daß sich nur ungenü- gende Schichtqualitäten einstellen. Möglicherweise wird eine flächendeckende Schichtbildung gänzlich unmöglich. Außerdem können mittels stromloser Verfahren nur bestimmte Metalle abgeschieden werden.

Gasabscheideverfahren zum Auftragen von Schichten sind in diesem Falle praktisch kaum anwendbar.

In den Fällen, in denen die funktionalen Schichten vor dem Zusammenfügen der Einzellagen zum Mikrobauteil aufgebracht werden, hat sich auch das Verbinden der einzelnen Bauteillagen als problematisch herausgestellt, da keine sichere Verbindung zwischen den einzelnen Lagen hergestellt werden konnte. Häufig wiesen die aus den Einzellagen hergestellten Bauteile Undichtig- keiten auf, aus denen das unter relativ hohem Druck stehende Fluid aus den Kanälen nach außen drang.

Ferner sind die funktionalen Schichten gegenüber den üblicherweise zum Zusammenfügen der Einzellagen angewendeten Fügetemperaturen nicht beständig. Die funktionalen Schichten werden insbesondere in den Fallen, in denen das Material eine niedrigere Schmelz-oder Umwandlungstemperatur aufweist als die Temperatur beim Zusammenfügen, geschädigt oder sogar zerstört. Es können insbesondere auch Edelmetalle, wie Platin, Iridium, Palla- dium und Gold, zur Bildung der funktionalen Schichten aufgetragen werden.

Diese Metalle haben zwar einen höheren Schmelzpunkt als das üblicherweise für das Mikrobauteil verwendete Kupfer als Grundmaterial und sollten daher bei einem Fügeverfahren, bei dem die Grundmaterialien zweier Einzellagen mitein- ander verschweißt werden, thermisch beständig sein. Allerdings wurde in diesen und anderen ähnlich gelagerten Fallen auch festgestellt, daß beispiels- weise beim Diffusionsbonden derart beschichteter mikrostrukturierter Reaktorfo- lien so hohe Bondtemperaturen erforderlich sind, daß sich die funktionale Schicht und das Grundmaterial miteinander vermischen, noch bevor es zu einer ausreichenden Verbindung der Grundmaterialien untereinander kommt. Damit wird die Funktionalität der Schicht zerstört, beispielsweise einer Palladium- schicht auf einer aus Kupfer bestehenden Einzellage, da Palladium unter diesen Bedingungen in das Kupfer schnell eindiffundiert.

Aus diesen Gründen wurden Hersteliverfahren, bei denen die funktionalen Schichten vor dem Zusammenfügen der Einzellagen aufgebracht werden, als nicht praktikabel angesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, Mikrobautei- le mit mindestens einer Einzellage herzustellen, die von Wänden begrenzte innere Strukturen, beispielsweise Strömungskanäle, in den Bauteilen und funktionale Schichten auf den Wänden der Strukturen aufweisen. Die Mikrobau- teile sollen für eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen in der che- mischen Reaktionstechnik, zum Wärmeaustausch, zum Mischen von Stoffen oder zum Verdampfen von Flüssigkeiten geeignet sein. Insbesondere soll es möglich sein, für verschiedene Anwendungen des Mikrobauteils unterschiedli- che Beschichtungen auf die Kanaloberflächen aufzubringen. Ferner soi ! das Herstellverfahren möglichst preiswert und schnell durchführbar sein, ohne daß

hohe Ausfallraten beim Fertigen der Mikrobauteile entstehen. Derartige Mikrore- aktoren, Wärmeaustauscher, Mischer und Verdampfer sollen auch in großen Stückzahlen einfach und kostengünstig herstellbar sein. Insbesondere soll es möglich sein, Mikrobauteile herzustellen, die keine Probleme hinsichtlich der Dichtigkeit der Strömungskanäle aufweisen, und bei dem keine Probleme hinsichtlich der Stabilität der funktionalen Schichten beim Fügen der Einzella- gen auftreten.

Gelöst wird dieses Problem durch das Verfahren nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Insbesondere das Problem, daß es mit den bekannten Herstellverfahren nicht gelingt, Mikroreaktoren und andere Mikrobauteile herzustellen, die völlig frei von Undichtigkeiten an den Fügestellen sind, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst werden. Erst durch umfangreiche Untersuchungen konnte die Ursache der Undichtigkeiten damit erklärt werden, daß die funktionalen Schich- ten häufig einen störenden Einfluß auf den Zusammenhalt der Lagen unterein- ander ausüben. Als Lösung dieses Problems ergibt sich, daß die funktionalen Schichten vor dem Stapeln und Zusammenfügen der Einzellagen miteinander und mit einem die Strömungskanäle abschließenden Segment ausschließlich auf den Wänden der Kanäle gebildet werden. Dadurch wird nämlich vermieden, daß funktionale Schichten auch an den Stellen auf den mikrostrukturierten Lagen gebildet werden, die für das Zusammenfügen der Lagen erforderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet außerdem den Vorteil, daß das Füge- verfahren bei geringer Temperatur durchgeführt werden kann. Dadurch können auch Mikrobauteile mit temperaturempfindlichen funktionalen Schichten her- gestellt werden, ohne daß diese Schichten beeinträchtigt werden. Da unter diesen Bedingungen eine Diffusion der funktionalen Schichten in das Grundma- terial der ersten Metallschicht oder Metallfolie weitgehend unterbunden werden kann, können auch thermisch empfindliche funktionale Schichten eingesetzt werden.

Durch das Verfahren stellen sich auch die Probleme nicht ein, die dann auf- treten, wenn die funktionalen Schichten erst nach dem Zusammenfügen der Einzellagen zum Mikrobauteil aufgebracht werden. Insbesondere können problemlos auch Gasabscheideverfahren zum Auftragen von Schichten einge- setzt werden, um beispielsweise mit einem stromlosen Metallabscheideverfah- ren nicht herstellbare Schichten zu bilden. Ferner gelingt auch eine stromlose oder elektrolytische Metallisierung ohne weiteres.

Das erfindungsgemäße zum Herstellen der Mikrobauteile dienende Verfahren besteht aus folgender Abfolge von Verfahrensschritten : A. Herstellen einer Einzellage durch a. Herstellen einer ersten Metallschicht oder einer Metallfolie ; b. Bilden der inneren Strukturen in und/oder auf der ersten Metall- schicht oder Metallfolie, beispielsweise der Strömungskanäle, durch geeignete Ätzverfahren und/oder Metallauftragsverfahren ; c. Bilden der funktionalen Schichten ausschließlich auf den Wänden der inneren Strukturen ; B. danach Stapeln und Zusammenfügen der Einzellage mit einem die Strömungskanäle abschließenden Segment oder mehrerer Einzellagen miteinander und mit dem abschließenden Segment.

Die Strömungskanäle in und/oder auf der ersten Metallschicht oder Metallfolie werden in einer Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise durch folgende Verfahrensschritte gebildet : b. Abbilden der Strömungskanäle auf der ersten Metallschicht oder Metallfolie durch ein Strukturierungsverfahren ; und b'. selektives Ätzen der beim Strukturieren freigelegten Bereiche der ersten Metallschicht oder Metallfolie.

Als Abbildungsverfahren können folgende Verfahrensalternativen eingesetzt werden :

b1. Uberziehen mindestens einer Oberflache der ersten Metallschicht oder Metallfolie mit einer photoempfindlichen Schicht, beispiels- weise einem in der Leiterplattentechnik oder Halbleitertechnik üblicherweise eingesetzten Photoresist, Belichten der photoemp- findlichen Schicht mit dem Muster der Strömungskanäle und Freilegen der ersten Metallschicht oder Metallfolie an allen Stel- len, die den zu bildenden Kanälen entsprechen ; b2. Überziehen mindestens einer Oberfläche der ersten Metallschicht oder Metallfolie mit einer Siebdrucklackschicht an den Stellen auf der Oberfläche, die den zu bildenden Kanälen nicht entsprechen ; b3. Laminieren einer perforierten Folie, beispielsweise einer Kunst- stofffolie, auf mindestens eine Oberfläche der ersten Metallschicht oder Metallfolie, wobei die Perforationen an allen Stellen der Oberfläche vorgesehen sind, die den zu bildenden Kanälen ent- sprechen.

Grundsätzlich kann auch ein Metallresist eingesetzt werden, d. h. eine zweite Metallschicht, die auf die erste Metallschicht oder die Metallfolie aufgebracht wird, und die mit einem der vorstehend beschriebenen Verfahren strukturiert wird. Hierzu wird eine der vorstehend genannten Abdeckschichten bzw. die perforierte Folie auf die Metallresistschicht aufgebracht, selbst strukturiert und in der Metallresistschicht Perforationen an den Stellen eingebracht, an denen die Metallresistschicht freigelegt ist. Anschließend wird die Abdeckschicht oder die perforierte Folie vor der Weiterverarbeitung wieder entfernt.

Die photoempfindliche Schicht, die Siebdrucklackschicht oder die perforierte Folie kann zwischen den Verfahrensschritten c (Bilden der funktionalen Schich- ten ausschließlich auf den Wänden der Strömungskanäle) und B (Stapeln und Zusammenfügen der Einzellagen und des Abschlußsegments) oder nach Verfahrensschritt B wieder entfernt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können auch weitere Metall- schichten vor dem Zusammenfügen der Einzellagen ausschließlich auf die nicht mit den funktionalen Schichten überzogenen Oberflächenbereiche der ersten

Metallschicht oder Metallfolie aufgebracht werden, indem folgende Verfahrens- schritte durchgeführt werden : d. Abdecken ausschließlich der funktionalen Schichten durch einen Schutzfilm, der in einem anderen Lösungsmittel löslich ist als die photoempfindliche Schicht, die Siebdrucklackschicht oder die perforierte Folie ; e. Bilden weiterer Metallschichten nach dem Entfernen der photo- empfindlichen Schicht, der Siebdrucklackschicht oder der perfo- rierten Folie auf den freiliegenden Oberflachenbereichen der ersten Metallschicht oder Metallfolie ; und f. Entfernen des Schutzfilmes.

Mit dieser Verfahrensvariante können beispielsweise Metallschichten auf die Oberflächenbereiche der ersten Metallschicht oder Metallfolie aufgebracht werden, die als Lotschichten beim Zusammenfügen der Einzellagen dienen.

Beispielsweise könnte eine Zinn/Blei-oder Zinn/Wismut-Legierungsschicht abgeschieden werden.

In einer weiteren Variante zu der letztgenannten Verfahrensweise kann anstelle der weiteren Metallschicht auch eine Kleberschicht ausschließlich auf die nicht mit den funktionalen Schichten überzogenen Oberflachenbereiche der ersten Metallschicht oder Metallfolie aufgetragen werden, indem d. ausschließlich die funktionalen Schichten durch einen Schutzfilm abgedeckt werden ; e. die Kleberschichten nach dem Entfernen der photoempfindlichen Schicht, der Siebdrucklackschicht oder der perforierten Folie auf den freiliegenden Oberflächenbereichen der ersten Metallschicht oder Metallfolie gebildet werden ; und f. der Schutzfilm wieder entfernt wird.

Kleberschichten dienen ebenso wie die zuvor genannten Lotschichten zum Zusammenfügen der Einzellagen, wobei die Kleberschichten insbesondere

dann eingesetzt werden, wenn besonders temperaturempfindliche funktionale Schichten in den Strömungskanälen gebildet werden, so daß eine erhöhte Temperatur beim Zusammenfügen nicht eingestellt werden darf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die mit funktionalen Schichten versehenen Strömungskanäle in der ersten Metall- schicht oder Metallfolie durch folgende Abfolge von Verfahrensschritten ge- bildet : c. Bilden einer funktionalen Schicht auf der ersten Metallschicht oder Metallfolie ; b. Abbilden der Strömungskanäle durch eine der folgenden Verfah- rensalternativen : b1. Überziehen mindestens einer Oberfläche der funktionalen Schicht mit einer photoempfindlichen Schicht, Belichten der photoempfind- lichen Schicht mit dem Muster der Strömungskanäle und Freile- gen der mit der funktionalen Schicht überzogenen ersten Metall- schicht oder Metallfolie an allen Stellen, die den zu bildenden Kanälen entsprechen ; oder b2. Überziehen mindestens einer Oberfläche der funktionalen Schicht mit einer Siebdrucklackschicht an den Stellen auf der Oberfläche, die den zu bildenden Kanälen nicht entsprechen ; oder b3. Laminieren einer perforierten Folie auf mindestens eine Ober- fläche der funktionalen Schicht, wobei die Perforationen an allen Stellen der Oberfläche vorgesehen sind, die den zu bildenden Kanälen entsprechen ; und b'. Bilden von Vertiefungen in der funktionalen Schicht und gegebe- nenfalls in der ersten Metallschicht oder Metallfolie durch selekti- ves Ätzen der freiliegenden Bereiche der funktionalen Schicht und gegebenenfalls der ersten Metallschicht oder Metallfolie ; b"Bilden von Metallstegen ausschließlich in den in Verfahrensschritt b'gebildeten Vertiefungen.

Für den Fall, daß die photoempfindliche Schicht, die Siebdrucklackschicht oder die perforierte Folie über die in den Vertiefungen gebildeten Metallstege hinaus- ragt, kann durch Schleifen und/oder Polieren eine durch die Metallstege und die photoempfindliche Schicht, die Siebdrucklackschicht oder die perforierte Folie gebildete im wesentlichen ebene Oberfläche hergestellt werden. Auch in diesem Fall wird die photoempfindliche Schicht, die Siebdrucklackschicht oder die perforierte Folie vor dem Zusammenfügen der Einzellagen wieder entfernt.

Die Stege bilden die Wände der Strömungskanäle.

Nachdem die Einzellagen nach einer der vorstehend beschriebenen Verfah- rensalternativen hergestellt sind, wird das Mikrobauteil durch Stapeln und Zusammenfügen der Einzellagen miteinander und mit dem Abschlußsegment hergestellt. Hierzu kann je nach angewendeter Technik ein Lot-oder Schweiß- verfahren, beispielsweise ein Diffusionsbondverfahren, oder ein Klebeverfahren eingesetzt werden.

Vorzugsweise besteht die erste Metallschicht oder Metallfolie aus Kupfer, Stahl oder Aluminium.

Zur weiteren Erläuterung des Verfahrens wird auf die Figuren 1 bis 4 verwiesen.

Es zeigen : Figur 1 : eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufes in einer ersten Verfahrensvariante A ; Figur 2 : eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufes in einer zweiten Verfahrensvariante B ; Figur 3 : eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufes in einer dritten Verfahrensvariante C ; Figur 4 : eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufes in einer vierten Verfahrensvariante D.

In Figur 1 ist der Verfahrensablauf für die Herstellung einer Einzellage in der Verfahrensgrundform (Variante A) dargestellt. Gemäß Verfahrensschritt a wird

zunächst eine Metallfolie 1 hergestellt, beispielsweise aus Kupfer. Grundsätz- tich kann die Folie auch aus einem anderen Metall bestehen, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium.

Die Kupferfolie 1 kann beispielsweise durch ein elektrolytisches Kupferabschei- deverfahren hergestellt werden. Derartige Verfahren werden bei der Herstellung von Kupferfolien zum Einsatz in der Leiterplattentechnik eingesetzt und sind von daher bekannt. Die Metallfolie kann eine Dicke von 1 bis 500 pm auf- weisen. Üblicherweise haben diese Folien eine Dicke von etwa 18 um.

Anstelle einer Metallfolie 1 zum Herstellen der Einzellage kann auch eine erste Metallschicht auf einem Träger eingesetzt werden.

Auf die Metallfolie 1 wird anschließend eine photoempfindliche Schicht 2, beispielsweise ein negativ arbeitender Photolack (oder eine Siebdrucklack- schicht oder eine perforierte Folie) ganzflächig aufgebracht. Grundsätzlich kann auch eine Metallresistschicht aus einem Metall abgeschieden werden, das beim nachfolgenden Ätzen der Metallfolie nicht angegriffen wird. Zur Strukturierung der Metallresistschicht wird eines der Strukturierungsverfahren unter Verwen- dung von photoempfindlichen oder Siebdrucklackschichten oder einer perforier- ten Folie eingesetzt.

Anschließend wird der Photolack 2 gemäß Verfahrensschritt b dann an den OStellen mit dem Muster der zu bildenden Strömungskanäle belichtet, an denen die Strömungskanäle in der Metallfolie 1 nicht gebildet werden sollen. Beim nachfolgenden Entwicklungsschritt werden daraufhin alle nichtbelichteten Bereiche der Photolackschicht (oder Siebdrucklackschicht oder perforierten Folie) entfernt, in denen die Strömungskanäle gebildet werden sollen.

Danach wird die Metallfolie 1 in Verfahrensschritt b'an den freigelegten Stellen mit einem geeigneten Ätzmedium, beispielsweise einer CuCl2-oder einer Fez'3- Lösung, geätzt, so daß sich in diesen Bereichen Vertiefungen bilden, die den zu bildenden Strömungskanälen entsprechen.

Anschließend wird die gewünschte funktionale Schicht 3 gemäß Verfahrens- schritt c auf den Wänden und dem Boden der gebildeten Vertiefungen in der Metallfolie 1 abgeschieden. Die Art des Abscheideverfahrens richtet sich nach der Art des Materials der funktionalen Schicht. Beispieisweise können Edel- metallschichten ohne weiteres mit einem elektrolytischen Metallabscheide- verfahren gebildet werden. Alternativ können auch ein stromloses Metallisie- rungsverfahren oder Metallabscheideverfahren aus der Gasphase, beispiels- weise ein PVD-, CVD-, PECVD-, Sputter-oder Aufdampf-Verfahren, eingesetzt werden. Alternativ kann auch ein Sol-Gel-Verfahren zur Bildung von Silikat- oder anderen Oxidschichten angewendet werden, oder es können auch Mole- külschichten, die spezifische katalytische Eigenschaften aufweisen, chemisor- biert oder adsorbiert oder auch Kunststoffschichten oder Keramikschichten gebildet werden. Die Keramikschichten sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine große Oberfläche an den Strömungskana ! wänden erzeugt werden soll. Für diesen Zweck werden poröse Keramikschichten gebildet, beispiels- weise Oxidschichten durch Aufsputtern. Besonders gut geeignet ist auch eine aufgedampfte Aluminiumschicht, die nachträglich durch Eloxieren oder Be- handeln beispielsweise mit Salpetersäure zu einer Aluminiumoxidschicht umgewandelt werden kann. Eine derartige Schicht kann als Träger für Kataiysa- toren dienen, mit denen diese Schicht imprägnierbar ist. Die funktionale Schicht kann ihrerseits auch aus verschiedenen Schichten aufgebaut sein. Diese Schichten können u. a. als trägerfixierte Katalysatoren dienen. Als funktionale Schichten im erfindungsgemäßen Sinne sind auch aufgerauhte Strömungs- kanalwände anzusehen, die beispielsweise durch Aufrauhen der metallischen Wände mit einer Metallätziösung gebildet werden können.

Die Dicke der funktionalen Schicht 3 beträgt je nach Anwendungsfall vorzugs- weise 10 nm bis 100 um. Sollen katalytische Schichten gebildet werden, sind für den gewünschten Zweck auch äußerst dünne Schichten ausreichend.

Die funktionale Schicht 3 wird vorzugsweise nur auf den freiliegenden Kupfer- oberflächen gebildet. Dies kann insbesondere durch den Einsatz eines elek- trolytischen Metallabscheideverfahrens gewährleistet werden. Falls sich die

funktionale Schicht auch auf die Abdeckschicht oder die perforierte Folie 2 erstreckt, wird diese anschließend zusammen mit der Abdeckschicht oder der perforierten Folie von der Oberfläche der Metallfolie 1 wieder entfernt. Dadurch wird immer gewährleistet, daß in den zu den Strömungskanälen benachbarten Bereichen auf der Oberflache der Metallfolie in erfindungsgemäßer Weise keine funktionale Schicht gebildet wird.

Gemäß Verfahrensschritt c'wird die photoempfindliche Schicht, die Siebdruck- lackschicht, die perforierte Folie oder der Metallresist anschließend wieder entfernt, beispielsweise aufgelöst. Wird eine photoempfindliche Schicht, eine Siebdrucklackschicht oder eine perforierte Folie beim Strukturierungsverfahren angewendet, so können diese mittels organischer oder mit Wasser gemischter organischer Lösungsmittel oder mit einer wäßrig-alkalischen Lösung wieder entfernt werden. Das Lösungsmittel enthält vorzugsweise ein Netzmittel mit einer niedrigen Oberflächenspannnung. Die Wahl des Lösungsmittel richtet sich nach der Art des aufzulösenden Kunststoffmaterials (Siebdrucklack, photoempfindliche Schicht, perforierte Folie). Für Polymethylmethacrylat als Kunststoffmaterial sind beispielsweise Aceton, Chloroform, Butanon, 1,4-Dioxan und N, N-Dimethylformamid und deren Gemische und für Photoresiste N-Me- thylpyrrolidon, Trichlorethan, Dimethylsulfoxid und Methylenchlorid und deren Gemische geeignet. Außerdem können wäßrige alkalische Systeme mit ge- eigneten Cosolventien eingesetzt werden. Wird eine Metallresistschicht zum selektiven Atzen der Strömungskanäle eingesetzt, so wird je nach Art des Metallresists eine geeignete Säure, meist anorganische Säure, oder ein Säu- regemisch verwendet.

Die in dieser Weise hergestellte Einzellage für ein Mikrobauteil, beispielsweise einen Mikroreaktor, Wärmeaustauscher, Mischer oder Verdampfer, ist als freitragende Kupferfolie 1 ausgebildet, die die vorgeformten Strömungskanäle als Vertiefungen enthält und in der ausschließlich die Strömungskanalwände zumindest teilweise mit einer geeigneten funktionalen Schicht 3 überzogen sind.

Mehrere dieser Einzellagen können anschließend miteinander verbunden werden, beispielsweise mit einem Diffusionsbondverfahren. Hierzu werden die Einzellagen passergenau übereinander gestapelt und dann durch Einstellen einer ausreichend hohen Temperatur miteinander verschweißt. Es können grundsätzlich auch andere Fügeverfahren eingesetzt werden, beispielsweise ein Lötverfahren oder ein Klebeverfahren. Die nicht von einer darüber liegenden Einzellage abgeschlossenen Strömungskanäle der obersten Einzellage werden von einem Abschlußsegment verschlossen. Hierzu kann beispielsweise eine weitere Metallfolie, die keine Strömungskanäle enthält, zusammen mit dem Einzellagenstapel verschweißt werden. Gleichermaßen kann auch ein Mikro- bauteil hergestellt werden, bei dem lediglich eine Einzellage mit einem Ab- schlußsegment verbunden wird.

In Figur 2 ist eine weitere Verfahrensvariante B dargestellt : Die Verfahrensschritte a, b, b'und c sind in diesem Fall identisch mit den entsprechenden Schritten im vorhergehenden Ablauf. Um eine weitere Metall- schicht, beispielsweise eine Lotschicht (beispielsweise aus Zinn/Blei-oder Zinn/Wismut-Legierung), ausschließlich auf die Stellen auf der Metallfolie 1 (oder der ersten Metallschicht) aufzubringen, die nicht den Strömungskanal- bereichen entsprechen, wird im Anschluß an die Bildung der funktionalen Schicht 3 ein weiterer Schutzfilm 4 ausschließlich auf der funktionalen Schicht in den Strömungskanälen gebildet (Verfahrensschritt d). Bei der Auswahl des Materials dieses Schutzfilmes muß darauf geachtet werden, daß die Abdeck- schicht 2 (Photoresist-, Siebdrucklackschicht, perforierte Folie oder Metallresist- schicht) und dieser Schutzfilm nur in unterschiedlichen Lösungsmitteln entfern- bar sind. Beispielsweise könnte die Abdeckschicht aus einem alkaliiösSichen Photoresist bestehen, der mit einer wäßrig-alkalischen Lösung entfernbar ist, und der Schutzfilm aus einem Elektrophoreselack (gebildet beispielsweise mit einer anaphoretischen oder kataphoretischen Tauchlackierung), der ausschließ- lich in einem organischen Lösungsmittel entfernt werden kann.

Da der Schutzfilm 4 ausschließlich auf die funktionale Schicht 3 aufgebracht werden soll, bietet sich als selektiv abscheidendes Verfahren for den Schutzfilm ein Elektrophoreseverfahren an, mit dem Lacke ausschließlich auf elektrisch leitfähige Unterlagen abgeschieden werden können, wenn die funktionale Schicht nicht elektrisch isolierend wirkt und wenn gleichzeitig die Abdeckschicht 2 elektrisch isolierend ist.

Danach wird die Abdeckschicht, die perforierte Folie oder die Metallresistschicht 2 wieder entfernt (Verfahrensschritt d'). Es bleiben die in den Strömungs- kanälen enthaltenen Schutzfilmbereiche 4 zurück.

In den freiliegenden Bereichen der Metallfolie 1 kann danach gemäß Verfah- rensschritt e die weitere Metallschicht 5, beispielsweise eine Lotschicht, abge- schieden werden. Es können wiederum dieselben Verfahrensalternativen wie für die Bildung der funktionalen Schicht eingesetzt werden, d. h. ein galvano- technisches Verfahren oder auch ein PVD-, CVD-, PECVD-, Sputter-oder Aufdampf-Verfahren. Ein elektrolytisches Metallabscheideverfahren ist be- sonders günstig, da die weitere Metallschicht in diesem Falle selektiv aus- schließlich auf der Metallfolie 1 abgeschieden werden kann, nicht jedoch auf dem Schutzfilm 4 gebildet wird.

Danach wird der Schutzfilm 4 aus den Strömungskanalbereichen wieder ent- fernt (Verfahrensschritt f). Hierzu wird ein geeignetes Lösungsmittel eingesetzt.

Anschließend können mehrere dieser Einzellagen miteinander verbunden werden und zusätzlich die oberste Einzellage mit einem Abschlußsegment versehen werden, um den Mikroreaktor herzustellen. Beim Stapeln der Ein- zellagen werden die Bereiche, in denen das weitere Metall abgeschieden ist, mit der Rückseite der jeweils angrenzenden Einzellage in Kontakt gebracht.

Wird ein niedrig schmelzendes Material für das weitere Metall ausgewählt, so kann dieses zur sicheren Verbindung der Einzellagen untereinander als Lot- schicht 5 dienen.

In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform besteht auch die Möglich- keit, den Schutzfilm 4 auch erst nach dem Stapeln und Zusammenfügen der Einzellagen und des Abschlußsegments wieder zu entfernen. Da der Schutzfilm den Kanalquerschnitt nicht vollständig ausfüllt, ist eine Entfernung nach dem Zusammenfügen des Bauteils nicht schwierig. Hierzu kann das zusammenge- fügte Mikrobauteil beispielsweise mit einem Lösungsmittel für den Schutzfilm unter gleichzeitiger Einwirkung von Ultraschall und Wärme in Kontakt gebracht werden. Alternativ kann der Schutzfilm auch durch Pyrolyse entfernt werden. In diesem Fall wird die gebildete Mikrobauteilstruktur in einen Ofen überführt und der Schutzfilm thermisch zersetzt. Eventuelle Reste des zersetzten organischen Materials können anschließend in einem Lösungsmittel entfernt werden, wieder- um vorzugsweise unter Einwirkung von Ultraschall und in Gegenwart eines geeigneten Netzmittels. In einer weiteren Alternative kann der Kunststoff des Schutzfilmes auch mit einem Plasmaverfahren entfernt werden. Hierzu wird die fertiggestellte Mikrobauteilstruktur in eine Glimmentladungszone eines Plasma- reaktors gebracht. In einer noch weiteren Alternative kann der Schutzfilm mit überkritischen Flüssigkeiten entfernt werden. Hierzu wird die Mikrobauteil- struktur unter geeigneten Druck-und Temperaturverhältnissen, beispielsweise in einem Autoklaven, mit Kohlendioxid, Ethylen, Propan, Ammoniak, Distick- stoffdioxid, Wasser, Toluol, Stickstoffheterocyclen oder anderen Stoffen, die sich in überkritischem Zustand befinden, in Kontakt gebracht. Gut geeignet sind solche überkritischen Flüssigkeiten, die bereits nahe Raumtemperatur in den überkritischen Zustand überführbar sind. Eine gut geeignete überkritische Flüssigkeit ist Kohlendioxid. Diese Verfahrensweise ist allerdings nur dann einsetzbar, wenn der Schutzfilm den Bedingungen beim Zusammenfügen der Einzellagen standhält. Andererseits bietet diese Vorgehensweise den Vorteil, daß die Lotschicht 5 die funktionale Schicht 3 unter diesen Bedingungen nicht schädigen kann, da diese während des Fügeprozesses von dem Schutzfilm geschützt ist.

Die Verfahrenvariante gemäß Figur 2 bietet den Vorteil, daß die funktionale Schicht 3 und eine Fügeschicht (Lotschicht) 5 miteinander kombiniert werden können, ohne sich wechselseitig zu stören.

In Figur 3 ist der Verfahrensablauf für eine weitere Verfahrensvariante C dargestellt. Der Verfahrensablauf unterscheidet sich von dem zuvor beschriebe- nen Ablauf gemäß Figur 2 lediglich dadurch, daß anstelle der weiteren Metall- schicht 5 eine Kleberschicht 6 auf die erste Metallschicht oder Metallfolie 1 aufgebracht wird. Für die Kleberschicht kann ein übliches Material eingesetzt werden, beispielsweise ein Zweikomponenten-Kleber.

Auch in diesem Falle kann der Schutzfilm 4 alternativ auch nach dem Zu- sammenfügen der Einzellagen und des Abschlußsegments entfernt werden. In diesem Fall werden gleichzeitig mit der Schutzschicht auch eventuell in die Strömungskanäle gelangte Kleberreste 6 mit entfernt.

Diese Verfahrensalternative wird dann eingesetzt, wenn thermisch äußerst empfindliche funktionale Schichten 3 auf die Wände der Strömungskanäle aufgebracht sind. Vorteilhaft ist auch, daß die gebildeten Mikrobauteile eine gute Dichtigkeit gegen austretendes Fluid aufweisen.

In Figur 4 ist eine weitere Verfahrensvariante D dargestellt. In diesem Fall wird auf die erste Kupferschicht oder Kupferfolie 1 zuerst eine funktionale Schicht 3 ganzflächig aufgebracht. Für die Art des Materials für die funktionale Schicht, deren Dicke und das hierfür angewendete Auftragsverfahren bestehen diesel- ben Möglichkeiten und Randbedingungen wie bei den zuvor beschriebenen Varianten A, B und C (Verfahrensschritt a (Herstellen der ersten Metallschicht oder Metallfolie) und Verfahrensschritt c (Bilden der funktionalen Schicht)).

Anschließend wird eine relativ dicke Abdeckschicht, beispielsweise ein Positiv- photoresistfilm 2 (oder eine Siebdrucklack-, Metallresistschicht oder perforierte Folie) auf die funktionale Schicht 3 aufgebracht. Die Dicke dieser Abdeckschicht muß so groß sein, daß in Vertiefungen in dieser Schicht gebildete Metallstege für die Wände der Strömungskanäle gebildet werden können, ohne daß diese die Abdeckschicht überwachsen können. Beispielsweise kann die Photoresist- schicht 30 um dick sein. Danach wird die Positivphotoresistschicht mit dem Muster der Strömungskanäle belichtet, wobei die Partien belichtet werden, die

den Strömungskanälen nicht entsprechen. Beim anschließenden Entwickeln der belichteten Photoresistschicht werden die Bereiche der Photoresistschicht entfernt, die belichtet worden sind und den zu bildenden Strömungskanälen entsprechen (Verfahrensschritt b).

Danach wird mindestens ein Teil der funktionalen Schicht 3 an den freigelegten Stellen sowie gegebenenfalls auch ein Teil der darunterliegenden Metallschicht bzw.-folie 1 mit einem Ätzmittel entfernt, so daß sich ein relativ tiefer Graben in der Abdeckschicht, der funktionalen Schicht und gegebenenfalls der Metall- schicht bzw.-folie bildet (Verfahrensschritt b').

In Verfahrensschritt b"wird danach eine weitere Metallschicht 7 in den ent- standenen Vertiefungen mit einem galvanotechnischen Metallisierungsverfah- ren elektrolytisch oder stromlos abgeschieden. Die dabei gebildeten Stege dienen zur Herstellung der Wände der Strömungskanäle. Hierzu kann dasselbe Metall abgeschieden werden, aus dem die erste Metallschicht oder Metallfolie 1 besteht, beispielsweise Kupfer.

Anschließend kann die Oberfläche planarisiert werden, indem die überstehende Photoresistschicht 2 beispielsweise durch Schleifen oder Polieren teilweise bis zum Niveau der Stege 7 entfernt wird (Verfahrensschritt f).

Im sich daran anschließenden Verfahrensschritt f'wird die Photoresistschicht 2 entfernt, indem eine der zuvor beschriebenen Verfahrensweisen angewendet wird. Die sich nach Abschluß dieser Verfahrensfolge ergebende Einzellage enthält Strömungskanäle, die im Bodenbereich die funktionale Schicht 3 enthal- ten. Die seitlichen Wände der Strömungskanäle werden durch die Stege 7 gebildet.

Zum Abschluß werden mehrere Einzellagen und ein Abschlußsegment gesta- pelt und miteinander zusammengefügt, wobei auch in diesem Falle die zuvor beschriebenen Verfahren eingesetzt werden.

Auch in diesem Falle besteht die Möglichkeit, die Photoresistschicht 2 erst nach dem Stapeln und Zusammenfügen der Einzellagen und des Abschlußsegments zu entfernen.

Diese Variante bietet den Vorteil, daß die Stege 7 aus einem Metall bestehen können, das entweder selbst einen niedrigeren Schmelzpunkt als die erste Metallschicht oder-folie 1 aufweist oder das mit der funktionalen Schicht 3 eine niedrig schmelzende intermetallische Phase bildet, beispielsweise ein Eutekti- kum. Dadurch können die Einzellagen und das Abschlußsegment wiederum bei einer entsprechend niedrigeren Temperatur miteinander verbunden werden, so daß die funktionale Schicht nicht in das Material der Kanalwände eindiffundie- ren kann.