Abformung von Mikrostrukturen in Glas

Zahlreiche Komponenten aus den Bereichen Optik, Informations- und Kommunikationstechnik sowie Medizintechnik werden zunehmend aus Spezialgläsern gefertigt, deren Oberflächen mikrostrukturiert sind. Die Nutzbarkeit von Glaswerkstoffen in der Mikrosystemtechnik hängt erheblich von der erzielbaren Fertigungsgenauigkeit der eingesetzten Technologien ab. Beispielsweise führt die Herstellung großflächig aufgebrachter Mikrostrukturen mit Abmessungen im Submillimeter- und Toleranzen im Mikrometerbereich und darunter zu extremen Prozessanforderungen. Der bislang beschrittene Weg, Mikrostrukturen in Anlehnung an die Halbleitertechnik durch fotolithografische Verfahren herzustellen, wird durch das Ätzverhalten von Glas beeinträchtigt, das nur äußerst geringe Aspektverhältnisse am Bauteil zulässt. Somit müssen alternative Fertigungsverfahren zum Zuge kommen, die sich neben der Fertigungsgenauigkeit vor allem auch durch ihre Wirtschaftlichkeit auszeichnen. Neben der Zusammenführung zu einer Prozesskette müssen sie für den serientauglichen Einsatz qualifiziert werden. Kernpunkt dieser Prozesskette ist die Heißformgebung durch Pressen oder Prägen von Glas durch ein bereits mikrostrukturiertes Formwerkzeug. Für das Formwerkzeug bedeuten enge Toleranzen am Bauteil eine besondere Herausforderung. Zum einen müssen die Bauteiltoleranzen vom Werkzeug deutlich übertroffen werden, zum anderen kann aufgrund des Werkzeugwerkstoffs nicht die sonst übliche Ultrapräzisionsbearbeitung mittels Diamant angewendet werden. Es müssen Verfahren wie die Funken-/Drahterosion bzw. das Schleifen mit CBN-Werkzeugen zum Einsatz kommen. Auf dem Gebiet der Abformtechnik stehen bislang kaum Technologien zur Verfügung, die es ermöglichen, wirtschaftlich und mit ausreichender Genauigkeit die benötigten Bauteilstrukturen herzustellen. Dies gilt um so mehr, wenn aufgrund hoher Prozess- und Standzeitanforderungen hochwarm- und verschleißfeste Werkstoffe eingesetzt werden müssen. Zusätzlich kommen Ver-schleißschutzschichten am Werkzeug eine große Bedeutung zu. Es wird gezeigt, dass durch Verknüpfung geeigneter Werkzeugherstellungsverfahren, insbesondere bei der Mikrostrukturierung, einer nachfolgenden Werkzeugveredelung durch Aufbringen hochverschleißfester Metall- und Hartstoffschichten, sowie einer der Endkontur angepassten Prozessführung des Heißformgebungsverfahrens verschiedenartige mikrostrukturierte Produkte aus Glas in ausreichender Genauigkeit hergestellt werden können.