Der Elektroforming-Prozess
Erfahren Sie alles über den fortschrittlichen lithografischen Elektroformprozess, Materialeigenschaften und Designrichtlinien.
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Wie funktioniert Elektroforming?
Elektroforming ist ein fortschrittliches Herstellungsverfahren, bei dem Elektrizität verwendet wird, um dünne Metallschichten auf einem vordefinierten Muster abzuscheiden. Bei Veco Precision kombinieren wir die Präzision der Fotolithografie mit der Leistungsfähigkeit der Elektrotauchlackierung. Vereinfacht gesagt beginnen wir mit einem gereinigten Metallsubstrat, tragen eine lichtempfindliche Beschichtung darauf auf und belichten es dann anhand eines CAD-Musters mit UV-Licht. Sobald das Muster entwickelt ist, bestehen es aus leitenden und nichtleitenden Bereichen. Dieses Muster, das nun “Dorn“ genannt wird, wird in ein Elektrolytbad gegeben. Beim Durchfließen eines Gleichstroms setzen sich Metallionen auf den leitenden Bereichen des Dorns ab. Das Ergebnis? Hochwertige, präzise Metallkomponenten, die für eine Vielzahl von Anwendungen perfekt geeignet sind.
Der Elektroforming-Prozess in 6 Schritten
Der Advanced Lithographic Electroforming-Prozess von Veco ist eine einzigartige Kombination aus hochpräziser Fotolithografie und elektroabscheidungsbasiertem Electroforming.
1) Reinigung
Ein Blechsubstrat wird gereinigt und entfettet.
2) Beschichtung
Das Substrat wird mit einer lichtempfindlichen Beschichtung bzw. einem lichtempfindlichen Fotolack beschichtet.
3) Exposition
Das Substrat wird UV Laser Direct Imaging (LDI) ausgesetzt, wobei das CAD-Teilemuster auf die Oberfläche projiziert und übertragen wird. Die daraus resultierende strukturierte Oberfläche wird in leitende und nichtleitende Bereiche aufgeteilt, indem das Fotolackmaterial in letzteren aushärtet.
4) Developing
Das strukturierte Substrat wird entwickelt, d. h. der unbelichtete Fotolack wird entfernt, um die leitenden Bereiche freizulegen. Anschließend wird es gespült und getrocknet. Das strukturierte Substrat wird von nun an als Dorn (Teilemodell) bezeichnet.
5) Elektrolytische Abscheidung
Das Verfahren der elektrolytischen Abscheidung erfolgt in einem elektrolytischen Bad und umfasst zwei Elektroden (eine Anode und eine Kathode) und eine elektrolytische Lösung. Der Dorn wird in das Bad gelegt und die Elektroden leiten einen Gleichstrom durch die Lösung. Der Gleichstrom wandelt metallische Ionen in Atome um, die sich kontinuierlich auf den leitenden Bereichen des Dorns ablagern,
bis die gewünschte Metalldicke erreicht ist.
6) Entnahme
Das elektrogeformte Teil wird vom Dorn entnommen bzw. abgetrennt. Das Elektroforming-Verfahren kann auf unterschiedliche Weise gesteuert werden, um verschiedene Produkteigenschaften zu erzielen. Wird zum Beispiel ein dünner Fotolack verwendet und das Metall darüber wachsen gelassen, sodass die Dicke des Teils die des Fotolacks übersteigt, werden die Außenkanten abgerundet und haben die Form einer Trompete. Wenn ein dicker Fotolack verwendet wird und das Metall nicht darüber wachsen kann, sodass die Dicke des Teils geringer ist als die Dicke des Fotolacks, sind die äußeren und inneren Kanten gerade und scharf.
verfügbaren Prozesse bei Veco
Plattierungsdefiniertes Elektroforming
Fotodefiniertes Elektroforming
Oberflächenreplikation
Plattierungsdefiniertes Elektroforming
(1) Plattierungsdefiniertes Elektroforming: die Überwachsungsmethode
Beim plattierungsdefinierten Elektroforming „wächst“ das Metall über der Fotolackschicht, und die Dicke des Produkts (T) überschreitet die der Fotolackschicht (TR), weshalb der Vorgang auch als „Überwachsen“ bezeichnet wird
Fotodefiniertes Elektroforming
(2) Fotodefiniertes Elektroforming: die Dicklackmethode
Photo defined electroforming is also called the thick resist method. In some cases, it is desired to use the thick resist method. A thick pattern of photoresist is used during photo defined growth, such that the thickness of the product (T) does not exceed the thickness of the photoresist (TR).
Aspect ratios (TR/ WR) up to 1 can generally be achieved with ease. The exact limits depend on the size and geometry of the products .
Oberflächenreplikation
(3) Oberflächenreplikation mit Elektroforming
Bei der Oberflächenreplikation wird die Positionsgenauigkeit durch Spannung im EF-Material und Genauigkeit des Belichtungsverfahrens definiert (für Glaswerkzeuge und LDI ist die Genauigkeit so hoch, dass die Genauigkeit des Endprodukts lediglich durch den EF-Prozess bestimmt wird).
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Materialeigenschaften
Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der für den Galvanoformungsprozess verfügbaren Materialien Die von uns für die Galvanoformung angebotenen Materialien sind Nickel und Kupfer.
Wir haben eineVielzahl von Nickelarten im Angebot: Veco84, Sulfamat, Meta, Hr-Ni (hitzebeständig) und PdNi (biokompatibel).
- 1 Tensile strength, yield strength, elasticity, and elongation at failure are measured in flat tensile tests on ASTM D638 type 4 samples (thickness 75-100 µm) according to ISO 6892-1:2016 with an initial gauge length of 25 mm.
2 Stainless steel samples SS316L and SS304 are added as reference, but note that identical stainless steel types can be ordered with varying tensile properties; the measured values do not reflect the maximum capability of stainless steel 316L and 304.
3 The Vickers hardness as measured on polished cross sections with a force of 0.981 N (100p).
4 Measured at 32 °C with a vibrating-sample magnetometer.
5 Ni purity with respect to the elements Ag, Al, As, Ca, Cd, Ce, Co, Er, Eu, Ga, Gd, Ge, Hg, Ho, La, Mg, Mo, Nb, Pb, S, Si, Sn, Sr, Ti, Tm, U, Y, Zn, Zr. Based on qualitative and quantitative trace level analyses with inductively coupled plasma emission spectrometry after material dissolution in HNO3 with a final Ni concentration of ca. 1 g/L and a final HNO3 concentration of ca. 10-14 v%.
6 The Ni leaching in the standardized testing procedure for sugar sieves, i.e. leaching from 1.00 dm2 sample surface area in 170 mL DIN10531 artificial tap water at 70 °C during 24 h. All materials fulfilled the requirement of <0.14 mg Ni leaching per kg test fluid as determined for food contact applications by the European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare (Technical guide on metals and alloys used in food contact materials, 1st edition September 2013).
7 Temperature at which the material can be kept for 1 h while maintaining HV≥95% and Rm≥95%. Thermal treatments were done in air with instantaneous heating and cooling.
8 Measured with a four-point probe under a current of 1.000 A and at ca. 35 °C.
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