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Mikrostrukturierung von Glas durch Heißprägen von beschichteten Glaswafern

Schlussberichtbericht AIF 245 ZBR, 01.02.2007- 31.01.2009
 
: Edelmann, J.; Worsch, C.

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Volltext urn:nbn:de:0011-n-960720 (4.3 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 75caff3a4bdd9d69195b8b6d806431b4
Erstellt am: 29.3.2011


Chemnitz: Fraunhofer IWU, 2009, 56 S.
Deutsch
Bericht, Elektronische Publikation
Fraunhofer IWU ()
Glas; Glasformgebung; Heißprägen; Blankpressen; Präzisionsblankpressen; Beschichtung; Mikrofluidik; Mikrooptik; Mikrosystemtechnik; glass; glass forming; hot embossing; glass pressing; precision glass moulding; thin film; glass coating; microfluidic; micro optic; MEMS

Abstract
Heißprägen ist ein wirtschaftliches Verfahren zur Strukturierung von Gläsern. Für Strukturen mit Abmessungen im mm- und µm-Bereich und hohen Aspektverhältnissen ist es notwendig unter isothermen Prozessbedingungen zu arbeiten. Um hierbei ein Kleben des Glases am Werkzeug zu verhindern, wurden dünne Metall-, Kohlenstoff bzw. oxidische Schichten auf das Glassubstrat aufgebracht.
Die Schichten wurden auf ihr Verhalten und ihre Eignung im Prägeprozess untersucht. Alle Schichten zeigten eine deutliche Reduzierung der Haftkräfte und eine Verschiebung der Klebetemperatur in höhere Temperaturbereiche. Einige Schichten führten sogar zur Aufhebung jeglicher Hafterscheinungen im gesamten für das Heißprägen relevanten Viskositätsbereich. Die untersuchten Schichten verhalten sich bei kleinen Umformgraden duktil, neigen jedoch bei größeren Dehnungen zur Rissbildung.
Es wurden fluidische Demonstrationsstrukturen realisiert und erfolgreich in Floatglas geprägt. Die lateralen Strukturabmessungen der Kanäle und Kammern betrugen zwischen 10 µm und 2 mm bei Prägetiefen bis zu 2 mm. Das größte Aspektverhältnis von Prägetiefe zu Strukturbreite betrug dabei 3. Die erzielbaren Genauigkeiten und Oberflächenqualitäten entsprechen dabei dem des verwendeten Werkzeuges. Die Ergebnisse der Forschungen zeigen das außerordentliche Potential der neuartigen Beschichtungsstrategie für das Heißprägen von Glas.

 

Hot-embossing is an economical manufacturing process for the structuring of glass. For structures with dimensions in the millimetre and micrometre range and high aspect ratios it is necessary to work under isothermal process conditions. In order to prevent the sticking of the glass to the tool, the glass substrates were coated with thin metal, carbon and oxide layers were applied on the glass substrate.
The layers were examined with respect to their behaviour change and suitability for the embossing process. All layers showed a clear reduction of the adhesive forces and a shift of the sticking temperature to higher temperature ranges. Some layers led even to the abolition of any sticking in the entire viscosity range relevant for the hot-embossing of glass. The examined layers behave ductile with small strains; however, under larger elongations tend to cracking.
Fluidic demonstration structures were realized and hot-embossed successfully in float glass. The lateral design geometries of the channels and chambers lay between 10 µm and 2 mm with embossing depths up to 2 mm. The largest aspect ratio of embossing depth to structural width amounted to 3. The attainable accuracies and surface qualities correspond thereby to that of the used mould insert. The results of the research show the extraordinary potential of the new coating strategy for the hot-embossing of glass.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-96072.html