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DE102012206049A1 - Fabricating radiation cured structure, useful in fuel cell, comprises providing first and second radiation sensitive materials and placing a mask between them, exposing the materials to radiation beams, and forming constructs in materials - Google Patents

Fabricating radiation cured structure, useful in fuel cell, comprises providing first and second radiation sensitive materials and placing a mask between them, exposing the materials to radiation beams, and forming constructs in materials Download PDF

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DE102012206049A1
DE102012206049A1 DE102012206049A DE102012206049A DE102012206049A1 DE 102012206049 A1 DE102012206049 A1 DE 102012206049A1 DE 102012206049 A DE102012206049 A DE 102012206049A DE 102012206049 A DE102012206049 A DE 102012206049A DE 102012206049 A1 DE102012206049 A1 DE 102012206049A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
radiation
sensitive material
materials
sensitivity
sensitive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102012206049A
Other languages
German (de)
Inventor
Jeffrey A. Rock
Gerald W. Fly
Yeh-Hung Lai
Keith E. Newman
Alan J. Jacobsen
William B. Carter
Peter D. Brewer
Hung D. Nguyen
Joanna A. Kolodziejska
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/088,792 external-priority patent/US9405192B2/en
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102012206049A1 publication Critical patent/DE102012206049A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
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Abstract

Fabricating radiation cured structure, comprises: providing (104) first radiation sensitive material; providing (106) second radiation sensitive material adjacent to first radiation sensitive material; placing (108) a mask between a radiation source and the first and second radiation sensitive materials; exposing (110) the first and second radiation sensitive materials to many radiation beams; and forming (112) at least a first and second constructs respectively in the first and second radiation sensitive materials. Fabricating a radiation cured structure, comprises: providing (104) a first radiation sensitive material having a first sensitivity; providing (106) a second radiation sensitive material adjacent to the first radiation sensitive material, where the second radiation sensitive material has the first sensitivity and a second sensitivity different from the first sensitivity; placing (108) at least one mask between at least one radiation source and the first and second radiation sensitive materials, where the mask has many radiation transparent apertures; exposing (110) the first and second radiation sensitive materials to many radiation beams through the radiation transparent apertures in the mask; and forming (112) at least a first and second constructs respectively in the first and second radiation sensitive materials, where the first construct and the second construct cooperates to form the radiation cured structure.

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Die vorliegende Patentanmeldung ist eine Fortsetzungsanmeldung der US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 12/339,308, welche am 19. Dezember 2008 eingereicht wurde. Die gesamte Offenbarung der vorstehend genannten Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme hier eingebunden.The present application is a continuation application of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 339,308, filed December 19, 2008. The entire disclosure of the aforementioned patent application is hereby incorporated by reference.

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft strahlungsgehärtete Materialien und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von strahlungsgehärteten Materialien mit komplexen Strukturen.The present invention relates to radiation cured materials, and more particularly to a process for producing radiation cured materials having complex structures.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Strahlungsgehärtete Mikrostrukturen sind von Jacobsen et al. in ”Compression behavior of micro-scale truss structures formed from selfpropagating polymer waveguides” in Acta Materialia 55, (2007), Seiten 6724 bis 6733 , deren gesamte Offenbarung hiermit durch Referenz eingeführt wird, beschrieben worden. Ein Verfahren sowie ein System zum Herstellen von Polymermaterialien mit geordneten Mikrostrukturen wird von Jacobsen in dem US Patent mit der Nr. 7,382,959 , dessen gesamter Offenbarungsgehalt hiermit durch Referenz eingeführt wird, beschrieben. Das System umfasst wenigstens eine kollimierte Lichtquelle, welche so ausgewählt ist, dass diese ein kollimiertes Lichtbündel erzeugt; ein Reservoir mit einem Fotomonomer, welches daran angepasst ist, durch das kollimierte Lichtbündel zu polymerisieren sowie eine Maske mit wenigstens einer Öffnung, welche zwischen der wenigstens einen kollimierten Lichtquelle und dem Reservoir angeordnet ist. Die wenigstens eine Öffnung ist daran angepasst, ein Teil des kollimierten Lichtbündels in das Fotomonomer zu führen, um den wenigstens einen Polymerwellenleiter durch einen Teil eines Volumens des Fotomonomers zu bilden. Von Jacobsen werden in dem US Patent mit der Anmeldenummer 11/801,908 , deren gesamte Offenbarung hiermit durch Referenz eingeführt wird, ferner durch das Verfahren und das System hergestellte Mikroträgermaterialien beschrieben. Ein Polymermaterial, welches Strahlung ausgesetzt wird und durch die Ausbildung von Polymerwellenleitern selbstfokussierend oder selbsteinfangend für Licht wird, wird auch von Kewitsch et al. in dem US Patent mit der Nr. 6,274,288 , deren gesamte Offenbarung hiermit durch Referenz eingeführt wird, beschrieben.Radiation-cured microstructures are of Jacobsen et al. in Acta Materialia 55, (2007), pages 6724 to 6733 in "Compression behavior of micro-scale truss structures from self-propagating polymer waveguides." the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. A process and system for producing polymer materials having ordered microstructures is disclosed by Jacobsen in US Pat U.S. Patent No. 7,382,959 , the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. The system includes at least one collimated light source selected to produce a collimated light beam; a reservoir having a photomonomer adapted to polymerize through the collimated light beam and a mask having at least one aperture disposed between the at least one collimated light source and the reservoir. The at least one aperture is adapted to guide a portion of the collimated light beam into the photomonomer to form the at least one polymeric waveguide through a portion of a volume of the photomonomer. Jacobsen will be in the US Patent Application No. 11 / 801,908 the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference, further describes microcarrier materials made by the method and system. A polymer material that is exposed to radiation and becomes self-focusing or self-trapping for light by the formation of polymer waveguides is also described by Kewitsch et al. by doing U.S. Patent No. 6,274,288 the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Produkte, welche durch ein Zweischichtfotolackverfahren hergestellt worden sind, sind beispielsweise von Orvek et al. in dem US Patent mit der Nr. 4,770,739 , deren gesamte Offenbarung hiermit durch Referenz eingeführt wird, beschrieben worden. Über der Deckoberfläche eines Körpers wird ein erstes Fotolackmaterial angeordnet, welches sensitiv für nahes UV-Licht oder für violettes Licht ist. Über dem ersten Fotolackmaterial wird ein zweites Fotolackmaterial angeordnet, welches für tiefes UV-Licht sensitiv ist. Das zweite Fotolackmaterial wird einer gemusterten Beleuchtung aus tiefem UV-Licht ausgesetzt und belichtete Bereiche werden dann entfernt. Das erste Fotolackmaterial wird durch eine Flut- oder Deckenbelichtung aus nahem UV-Licht oder violettem Licht beleuchtet. Dadurch wird das Zweischicht-Fotolack-Produkt ausgebildet.Products made by a two-coat photoresist process are described, for example, by Orvek et al. by doing U.S. Patent No. 4,770,739 the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. Over the top surface of a body, a first photoresist material is arranged, which is sensitive to near UV light or violet light. Above the first photoresist material, a second photoresist material is arranged, which is sensitive to deep UV light. The second photoresist material is exposed to patterned deep UV light illumination and exposed areas are then removed. The first photoresist material is illuminated by a flood or blanket exposure of near UV or violet light. Thereby, the two-layer photoresist product is formed.

Weitere zum Herstellen von Mikrostrukturen bekannte Verfahren umfassen die schnelle Prototypenentwicklungstechnologie, wie beispielsweise Stereolithographie, Schmelzabscheidemodellieren und LIGA (eine deutsche Abkürzung für Lithographie, Elektroplattieren und Formen). Eine besondere schnelle Prototypentwicklungstechnologie zum Herstellen von Mikrostrukturen ist als elektrochemisches Herstellungsverfahren, beispielsweise EFABTM, welches von Microfabrica Inc., welche in Van Nuys, Kalifornien sitzt, entwickelt worden ist, bekannt. Das elektrochemische Herstellungsverfahren beginnt typischerweise mit der Abscheidung eines Opfermaterials auf einem blanken Substrat in einem gewünschten Muster. Das Opfermaterial trägt die Mikrostruktur während des Herstellungsverfahrens wie ein Gerüst. Dann wird auf dem Opfermaterial ein strukturelles Material abgeschieden. Das Opfermaterial und die strukturellen Materialien werden dann genau planarisiert und das Verfahren wird wiederholt, bis die Mikrostruktur vollständig zusammengesetzt ist. Das Opfermaterial wird schließlich entfernt, beispielsweise durch ein hochselektives Ätzverfahren, um die komplettierte Mikrostruktur, welche aus dem strukturellen Material gebildet worden ist, zurückzulassen. Die Verwendung der elektrochemischen Herstellung erleichtert die Herstellung von Mikrostrukturen mit einem außerordentlichen Ausmaß von geometrischer Komplexität einschließlich der Fähigkeit, Zusammenbauten aus getrennten, unabhängig voneinander gebildeten Bauteilen zu erzeugen. Allerdings sind die elektrochemische Herstellung und andere herkömmliche schnelle Prototypenentwicklungsverfahren unerwünscht teuer und zeitintensiv, insbesondere für Anwendungen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugbrennstoffzellen.Other methods known for fabricating microstructures include rapid prototyping technology, such as stereolithography, melt deposition modeling, and LIGA (a German abbreviation for lithography, electroplating, and molding). One particular rapid prototype development technology for making microstructures is known as an electrochemical manufacturing process, such as EFAB , developed by Microfabrica Inc., which is located in Van Nuys, California. The electrochemical manufacturing process typically begins by depositing a sacrificial material on a bare substrate in a desired pattern. The sacrificial material carries the microstructure like a scaffold during the manufacturing process. Then a structural material is deposited on the sacrificial material. The sacrificial material and structural materials are then precisely planarized and the process is repeated until the microstructure is fully assembled. The sacrificial material is eventually removed, for example by a highly selective etching process, to leave the completed microstructure formed from the structural material. The use of electrochemical fabrication facilitates the fabrication of microstructures having an extraordinary degree of geometric complexity, including the ability to create assemblies of separate, independently formed components. However, electrochemical manufacturing and other conventional rapid prototype development processes are undesirably expensive and time-consuming, especially for applications such as automotive fuel cells.

Es besteht ein fortgesetzter Bedarf für ein Verfahren zum Herstellen von strahlungsgehärteten Strukturen, welches im Vergleich zu den schnellen Prototypenbildungsverfahren weniger teuer und weniger zeitintensiv ist. Wünschenswerterweise erleichtert das Verfahren die kostengünstige Ausbildung von strahlungsgehärteten Bauteilen für Brennstoffzellen und andere Anwendungen.There is a continuing need for a method of producing radiation cured structures that is less expensive and less time consuming compared to the rapid prototyping methods. Desirably, the method facilitates the low cost training of radiation cured components for fuel cells and other applications.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist überraschenderweise ein Verfahren zum Herstellen von strahlungsgehärteten Strukturen entdeckt worden, welches im Vergleich zu herkömmlichen schnellen Prototypenwicklungsverfahren weniger teuer und weniger zeitintensiv ist, und welches die kostengünstige Ausbildung von strahlungsgehärteten Brennstoffzellenbauteilen für Brennstoffzellen und andere Anwendungen erleichtert.In accordance with the present disclosure, surprisingly, a method of making radiation cured structures has been discovered which is less expensive and less time consuming than conventional rapid prototyping methods and which facilitates the low cost formation of radiation cured fuel cell components for fuel cells and other applications.

In einer ersten Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Struktur die Schritte der Bereitstellung eines ersten strahlungssensitiven Materials und eines zweiten strahlungssensitiven Materials, welches an das erste strahlungssensitive Material angrenzt. Das erste strahlungssensitive Material weist eine erste Sensitivität auf. Das zweite strahlungssensitive Material weist die erste Sensitivität und eine zweite Sensitivität auf, welche von der ersten Sensitivität verschieden ist. Zwischen wenigstens einer Strahlungsquelle und den strahlungssensitiven Materialien wird wenigstens eine Maske platziert. Die Maske weist eine Vielzahl von darin ausgebildeten, im Wesentlichen strahlungsdurchlässigen Öffnungen auf. Die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien werden dann durch die strahlungstransparenten Öffnungen in der wenigstens einen Maske mit einer Vielzahl von Strahlenbündeln bestrahlt, um in dem ersten strahlungssensitiven Material ein erstes Konstrukt und in dem zweiten strahlungssensitiven Material ein zweites Konstrukt auszubilden. Das erste Konstrukt und das zweite Konstrukt arbeiten zusammen, um die strahlungsgehärtete Struktur auszubilden.In a first embodiment, a method of fabricating a radiation cured structure includes the steps of providing a first radiation sensitive material and a second radiation sensitive material adjacent to the first radiation sensitive material. The first radiation-sensitive material has a first sensitivity. The second radiation-sensitive material has the first sensitivity and a second sensitivity, which is different from the first sensitivity. At least one mask is placed between at least one radiation source and the radiation-sensitive materials. The mask has a plurality of substantially radiation-transmissive openings formed therein. The first and second radiation-sensitive materials are then irradiated by the radiation-transparent openings in the at least one mask with a plurality of radiation beams to form a first construct in the first radiation-sensitive material and a second construct in the second radiation-sensitive material. The first construct and the second construct work together to form the radiation-cured structure.

In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Struktur die Schritte: Bereitstellen eines ersten strahlungshärtbaren Materials, wobei das erste strahlungshärtbare Material eine erste Sensitivität einschließlich wenigstens eines einer ersten Aushärtgeschwindigkeit, einer ersten Initiationsgeschwindigkeit, einer Sensitivität gegenüber einer ersten Strahlungsfrequenz, einer Sensitivität gegenüber einer ersten Strahlungsamplitude und einer Sensitivität gegenüber einem ersten Strahlungstyp umfasst; Bereitstellen eines zweiten strahlungshärtbaren Materials, welches an das erste strahlungshärtbare Material angrenzt, wobei das zweite strahlungshärtbare Material die erste Sensitivität und eine zweite Sensitivität aufweist, welche wenigstens eines einer zweiten Aushärtgeschwindigkeit, einer zweiten Initiationsgeschwindigkeit, einer Sensitivität gegenüber einer zweiten Strahlungsfrequenz, einer Sensitivität gegenüber einer zweiten Strahlungsamplitude und einer Sensitivität gegenüber einem zweiten Strahlungstyp umfasst, wobei die zweite Sensitivität von der ersten Sensitivität verschieden ist; das Platzieren wenigstens einer Maske zwischen wenigstens einer Strahlungsquelle und den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien, wobei die Maske eine Vielzahl von darin ausgebildeten, im Wesentlichen strahlungstransparenten Öffnungen aufweist; und Belichten der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien mit einer Vielzahl von Strahlenbündeln durch die strahlungstransparenten Öffnungen in der Maske, um in dem ersten strahlungshärtbaren Material ein erstes Konstrukt und in dem zweiten strahlungshärtbaren Material ein zweites Konstrukt auszubilden. Das erste Konstrukt und das zweite Konstrukt arbeiten miteinander, um eine strahlungsgehärtete Struktur auszubilden.In another embodiment, a method of making a radiation cured structure comprises the steps of providing a first radiation curable material, wherein the first radiation curable material has a first sensitivity including at least one of a first cure rate, a first initiation rate, a sensitivity to a first radiation frequency, and a sensitivity a first radiation amplitude and a sensitivity to a first radiation type comprises; Providing a second radiation-curable material adjacent to the first radiation-curable material, the second radiation-curable material having the first sensitivity and a second sensitivity having at least one of a second cure rate, a second initiation rate, a sensitivity to a second radiation frequency, and a sensitivity to one second radiation amplitude and sensitivity to a second type of radiation, wherein the second sensitivity is different from the first sensitivity; placing at least one mask between at least one radiation source and the first and second radiation-curable materials, the mask having a plurality of substantially radiation-transparent openings formed therein; and exposing the first and second radiation-curable materials having a plurality of radiation beams through the radiation-transparent openings in the mask to form a first construct in the first radiation-curable material and a second construct in the second radiation-curable material. The first construct and the second construct work together to form a radiation-cured structure.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Struktur die Schritte: Bereitstellen eines ersten strahlungsdissoziierbaren Materials, wobei das erste strahlungsdissoziierbare Material eine erste Sensitivität einschließlich wenigstens eines einer ersten Dissoziationsgeschwindigkeit, einer Sensitivität gegenüber einer ersten Strahlungsfrequenz, einer Sensitivität gegenüber einer ersten Strahlungsamplitude und einer Sensitivität gegenüber einem ersten Strahlungstyp aufweist; Bereitstellen eines zweiten strahlungsdissoziierbaren Materials, welches an das erste strahlungsdissoziierbare Material angrenzt, wobei das zweite strahlungsdissoziierbare Material die erste Sensitivität und eine zweite Sensitivität aufweist, welche wenigstens eines von einer zweiten Dissoziationsgeschwindigkeit, einer Sensitivität gegenüber einer zweiten Strahlungsfrequenz, einer Sensitivität gegenüber einer zweiten Strahlungsamplitude und einer Sensitivität gegenüber einem zweiten Strahlungstyp umfasst, wobei die zweite Sensitivität von der ersten Sensitivität verschieden ist; das Platzieren einer Maske zwischen wenigstens einer Strahlungsquelle auf den ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien, wobei die Maske eine Vielzahl von darin ausgebildeten, im Wesentlichen strahlungs-transparenten Öffnungen aufweist; und das Belichten der ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien mit einer Vielzahl von Strahlenbündeln durch die strahlungstransparenten Öffnungen in der Maske, um in dem ersten strahlungdissoziierbaren Material ein erstes Konstrukt auszubilden und in dem zweiten strahlungsdissoziierbaren Material ein zweites Konstrukt auszubilden. Das erste Konstrukt und das zweite Konstrukt arbeiten zusammen, um die strahlungsgehärtete Struktur auszubilden.In a further embodiment, a method of making a radiation-cured structure comprises the steps of: providing a first radiation-dissociable material, the first radiation-dissociable material having a first sensitivity including at least one of a first dissociation rate, a sensitivity to a first radiation frequency, a sensitivity to a first radiation amplitude; has a sensitivity to a first type of radiation; Providing a second radiation-dissociable material adjacent to the first radiation-dissociable material, the second radiation-dissociable material having the first sensitivity and a second sensitivity having at least one of a second dissociation rate, a sensitivity to a second radiation frequency, a sensitivity to a second radiation amplitude, and a sensitivity to a second type of radiation, wherein the second sensitivity is different from the first sensitivity; placing a mask between at least one radiation source on the first and second radiation-dissociable materials, the mask having a plurality of substantially radiation-transparent openings formed therein; and exposing the first and second radiation-dissociable materials having a plurality of radiation beams through the radiation-transparent openings in the mask to form a first construct in the first radiation-dissociable material and form a second construct in the second radiation-dissociable material. The first construct and the second construct work together to form the radiation-cured structure.

ZEICHNUNGENDRAWINGS

Die zuvor genannten sowie andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden den Fachleuten auf dem vorliegenden Gebiet aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, insbesondere, wenn im Lichte der hier beschriebenen Zeichnungen betrachtet, leicht verständlich werden.The foregoing and other advantages of the present disclosure will become apparent to those skilled in the art from the art The following detailed description, in particular, when considered in light of the drawings described herein, will be readily understood.

Die 1 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Mikrostruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welche die Ausbildung der strahlungsgehärteten Mikrostruktur aus den strahlungssensitiven Materialien mit verschiedenen Sensitivitäten zeigt,The 1 FIG. 10 is a schematic flow diagram of a method of manufacturing a radiation-cured microstructure according to an embodiment of the present disclosure, showing the formation of the radiation-cured microstructure from the radiation-sensitive materials having different sensitivities. FIG.

die 2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Mikrostruktur gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welche die Ausbildung der strahlungsgehärteten Mikrostruktur aus den strahlungshärtbaren Materialien mit unterschiedlichen Sensitivitäten zeigt,the 2 FIG. 10 is a schematic flow diagram of a method of making a radiation-cured microstructure according to another embodiment of the present disclosure, showing the formation of the radiation-cured microstructure from the radiation-curable materials having different sensitivities. FIG.

die 3 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Mikrostruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welche die Ausbildung der strahlungsgehärteten Mikrostruktur aus den strahlungsdissoziierbaren Materialien mit unterschiedlichen Sensitivitäten zeigt,the 3 FIG. 10 is a schematic flow diagram of a method of making a radiation-cured microstructure according to another embodiment of the present disclosure, showing the formation of the radiation-cured microstructure from the radiation-dissociable materials having different sensitivities. FIG.

die 4A4C sind schematische Querschnittsseitenansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Mikrostruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen; undthe 4A - 4C 10 are schematic cross-sectional side views illustrating a method of manufacturing a radiation-cured microstructure according to an embodiment of the present disclosure; and

die 5A5C sind schematische Querschnittsseitenansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Mikrostruktur gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen.the 5A - 5C 10 are schematic cross-sectional side views illustrating a method of manufacturing a radiation-cured microstructure according to another embodiment of the present disclosure.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschrieben und illustrieren verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Beschreibung und Zeichnungen dienen dazu, es dem Fachmann zu ermöglichen, die vorliegende Patentanmeldung auszuführen und anzuwenden und sind nicht dazu beabsichtigt, den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Im Hinblick auf die hier offenbarten Verfahren sind die gezeigten Schritte exemplarischer Natur und diese sind folglich nicht notwendig oder kritisch.The following detailed description and the accompanying drawings describe and illustrate various embodiments of the present invention. The description and drawings serve to enable one skilled in the art to make and use the present application and are not intended to limit the scope of the present invention in any way. In view of the methods disclosed herein, the steps shown are exemplary in nature and, thus, are not necessary or critical.

Wie in der 1 gezeigt, umfasst die vorliegende Offenbarung ein Verfahren 100 zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Struktur aus wenigstens einem ersten strahlungssensitiven Material und einem zweiten strahlungssensitiven Material. Die strahlungsgehärtete Struktur wird aus einer Vielzahl von strahlungsgehärteten Konstrukten ausgebildet, welche einzeln in jedem der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien aus einer Vielzahl von strahlungsgehärteten Elementen oder Konstruktmerkmalen gebildet werden. Die strahlungsgehärteten Konstrukte, welche in jedem der ersten und zweiten strahlungsgehärteten Materialien ausgebildet werden, kooperieren miteinander, um die strahlungsgehärtete Struktur auszubilden.Like in the 1 As shown, the present disclosure includes a method 100 for producing a radiation-cured structure from at least one first radiation-sensitive material and a second radiation-sensitive material. The radiation-cured structure is formed from a variety of radiation-cured constructs formed individually in each of the first and second radiation-sensitive materials from a plurality of radiation-cured elements or construct features. The radiation-cured constructs formed in each of the first and second radiation-cured materials cooperate with each other to form the radiation-cured structure.

Das Verfahren 100 kann zunächst den Schritt des Bereitstellens 102 eines Substrats umfassen. Das Substrat kann aus irgendeinem Material gebildet sein, welches die Ausbildung von Polymerstrukturen darauf erlaubt.The procedure 100 First, the step of providing 102 of a substrate. The substrate may be formed of any material that allows the formation of polymer structures thereon.

In bestimmten Ausführungsformen ist das Substrat eine im Wesentlichen planare Folie. Der Fachmann sollte erkennen, dass das Substrat jedoch geformt sein kann, um die strahlungsgehärtete Struktur mit der gewünschten Form zu liefern. Das Substrat kann elektrisch nicht leitfähig sein, wie beispielsweise Kunststoff, oder kann elektrisch leitfähig sein, wie beispielsweise rostfreier Stahl. Das Substrat kann darin ausgebildete Löcher aufweisen, welche eine Entfernung von überschüssigem ungehärtetem strahlungssensitivem Material nach der Herstellung der strahlungsgehärteten Struktur erleichtern.In certain embodiments, the substrate is a substantially planar foil. One skilled in the art should recognize, however, that the substrate may be shaped to provide the radiation cured structure having the desired shape. The substrate may be electrically non-conductive, such as plastic, or may be electrically conductive, such as stainless steel. The substrate may have holes formed therein which facilitate removal of excess uncured radiation-sensitive material after fabrication of the radiation-cured structure.

Das Substrat kann des Weiteren mit einer Beschichtung oder Oberflächenbehandlung zum Binden und Entfernen von der strahlungsgehärteten Struktur versehen sein. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann das Substrat eine Beschichtung aufweisen, welche daran angepasst ist, an das ungehärtete strahlungssensitive Material zu haften. Die Oberflächenbehandlung kann des Weiteren das Entfernen eines ausgehärteten Polymers von dem Substrat umfassen. Insbesondere wird während der Herstellung der strahlungsgehärteten Struktur eine Rückseite des Substrats auf einer flachen Fläche oder auf einer stationären Basisplatte angeordnet und weist eine Beschichtung auf, um beispielsweise eine unerwünschte Kontamination oder Plattierung des Substrats durch wiederholte Verwendung zu verhindern. Die stationäre Basisplatte kann beispielsweise eine poröse Unterdruckspannvorrichtung mit einer druckunterstützten Freisetzung sein, um das Substrat während des Herstellungsverfahrens selektiv am Platz zu halten. Ein Fachmann kann, wie erwünscht, geeignete Oberflächenbehandlungen, einschließlich Beschichtungen, auswählen.The substrate may further be provided with a coating or surface treatment for bonding and removal from the radiation-cured structure. As a non-limiting example, the substrate may include a coating adapted to adhere to the uncured radiation-sensitive material. The surface treatment may further comprise removing a cured polymer from the substrate. In particular, during manufacture of the radiation cured structure, a back side of the substrate is placed on a flat surface or on a stationary base plate and has a coating to prevent, for example, unwanted contamination or plating of the substrate through repeated use. The stationary base plate may be, for example, a porous vacuum chuck with pressure assisted release to selectively hold the substrate in place during the manufacturing process. One skilled in the art can select suitable surface treatments, including coatings, as desired.

Das Verfahren 100 umfasst ferner den Schritt des Aufbringens 104 des ersten strahlungssensitiven Materials auf das Substrat und den Schritt des Aufbringens 106 des zweiten strahlungssensitiven Materials auf das erste strahlungssensitive Material. Es sollte beachtet werden, dass das erste strahlungssensitive Material beispielsweise ohne das Substrat als ein freistehender Film bereitgestellt werden kann, anstelle des Schritts des Bereitstellens 102 des zuvor beschriebenen Substrats. Der Schritt des Aufbringens 104, 106 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Material kann alternativ das Vorlaminieren der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien und das Aufbringen der vorlaminierten ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien auf das Substrat umfassen.The procedure 100 further comprises the step of applying 104 of the first radiation-sensitive material on the substrate and the step of applying 106 of the second radiation-sensitive material on the first radiation-sensitive material. It It should be noted that, for example, without providing the substrate as a free-standing film, the first radiation-sensitive material may be provided instead of the providing step 102 of the previously described substrate. The step of applying 104 . 106 The first and second radiation-sensitive material may alternatively comprise prelaminating the first and second radiation-sensitive materials and applying the prelaminated first and second radiation-sensitive materials to the substrate.

Die strahlungssensitiven Materialien gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen strahlungshärtbare Materialien und strahlungsdissoziierbare Materialien. Der Begriff ”strahlungshärtbares Material” ist hier als irgendein Material definiert, welches wenigstens eines eines durch die Aussetzung gegenüber Strahlung initiierten, polymerisierten oder vernetzten ist. Es sollte beachtet werden, dass auch eine Erhöhung der Temperatur eingesetzt werden kann, um die Polymerisation oder die Vernetzung der strahlungshärtbaren Materialien nach einer Initiation durch die Aussetzung gegenüber Strahlung zumindest teilweise zu vervollständigen. Der Begriff ”strahlungsdissoziierbares Material” ist hier als irgendein Material definiert, welches wenigstens eines von einem Spalten des Polymerrückgrats und einer Entfernung der Vernetzung durch Aussetzung gegenüber Strahlung zeigt. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann das strahlungsdissoziierbare Material durch einen ausreichenden Bruch der Vernetzungen und/oder Schneiden des Polymerrückgrats des strahlungsdissoziierbaren Materials in einem Lösungsmittel löslich gemacht werden.The radiation-sensitive materials according to the present disclosure include radiation-curable materials and radiation-dissociable materials. The term "radiation-curable material" is defined herein as any material which is at least one of radiation-initiated, polymerized or crosslinked. It should be noted that an increase in temperature may also be employed to at least partially complete the polymerization or crosslinking of the radiation-curable materials after initiation by exposure to radiation. The term "radiation-dissociable material" is defined herein as any material that exhibits at least one of a cleavage of the polymer backbone and a removal of the crosslinking by exposure to radiation. As a non-limiting example, the radiation-dissociable material can be solubilized by sufficiently breaking the crosslinks and / or cutting the polymer backbone of the radiation-dissociable material in a solvent.

Als nicht beschränkende Beispiele können die strahlungshärtbaren Materialien eines eines flüssigen Fotomonomers und eines im Wesentlichen festen strahlungshärtbaren Polymers umfassen. Das flüssige Fotomonomer kann ein von Jacobsen in dem US Patent mit der Nr. 7,382,959 und der US Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 11/801,908 beschriebenes Monomer sein. Weitere nicht beschränkende Beispiele für geeignete Fotomonomere umfassen Monomere, welche über freie Radikalpolymerisation polymerisieren, wenn diese gegenüber UV-Strahlung (Wellenlänge zwischen ungefähr 250 mm und ungefähr 400 mm) ausgesetzt werden. Das Fotomonomer kann irgendein geeignetes freies Radikal-Fotopolymermaterial umfassen, wie beispielsweise Urethane (Polyurethane), Acrylate, Methacrylate und kationische Polymere, wie beispielsweise fotogehärtete Epoxide. Geeignete flüssige Fotomonomere können beispielsweise eine Verschiebung in dem Refraktionsindex während der Fotopolymerisation aufweisen, um selbst propagierende Wellenleiter zu schaffen. Wenn gewünscht, können auch andere Fotomonomere eingesetzt werden.As non-limiting examples, the radiation-curable materials can include one of a liquid photomonomer and a substantially solid radiation-curable polymer. The liquid photomonomer can be one from Jacobsen in the U.S. Patent No. 7,382,959 and U.S. Patent Application Serial No. 11 / 801,908. Other nonlimiting examples of suitable photomonomers include monomers which polymerize via free radical polymerization when exposed to UV radiation (wavelength between about 250 mm and about 400 mm). The photomonomer may comprise any suitable free radical photopolymer material, such as urethanes (polyurethanes), acrylates, methacrylates, and cationic polymers, such as photohardened epoxies. For example, suitable liquid photomonomers may have a shift in the refractive index during photopolymerization to provide self-propagating waveguides. If desired, other photomonomers may also be used.

Geeignete im Wesentlichen feste strahlungshärtbare Polymere können negative Fotolackpolymere einschließen. Negative Fotolackpolymere durchlaufen ein Fotoinitiationsverfahren, welches beispielsweise zu einer Aushärtung des negativen Fotolackpolymers durch Polymerisation oder Polykondensation führt. Wenn die Polymerisations- oder Polykondensationsreaktion im Wesentlichen gleichzeitig stattfindet, wird das Verfahren als ”fotogehärtet” bezeichnet. Wenn lediglich die Reaktionsspezies durch das Fotoinitiationsverfahren erzeugt werden und ein nachfolgender Schritt, wie beispielsweise ein Erhitzen, erforderlich ist, um die Polymerisation oder Polykondensation zu erzeugen, wird das Verfahren als ”fotoinitiiert” bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass selbst obwohl eine Nachhärte-Wärmebehandlung notwendig sein kann, um den Polymerisationsschritt zu beenden, in dem negativen Fotolackpolymer auch während der anfänglichen Strahlungsaussetzung im Wesentlichen stabile Konstruktionsmerkmale erzeugt werden können. Die im Wesentlichen festen strahlungshärtbaren Polymere können nur durch den Initiationsprozess gehen und das Aushärtverfahren kann aufgrund der inhärenten Stabilität und der begrenzten Diffusionsgeschwindigkeit der chemischen Spezies in den festen strahlungshärtbaren Polymeren ohne beträchtliche Merkmalszersetzung auch viel später durchgeführt werden. Es sollte beachtet werden, dass die meisten fotoinitiierten Polymere den Aushärtprozess bei Beginn des Initiationsverfahrens beginnen, aber die Kinetiken der Reaktion bei der Bestrahlungstemperatur so langsam sind, dass, wenn überhaupt, vor dem Erwärmen des negativen Fotolackpolymers auf eine gewünschte Aushärttemperatur wenig Polymerisation oder Polykondensation stattfinden kann.Suitable substantially solid radiation-curable polymers can include negative photoresist polymers. Negative photoresist polymers undergo a photoinitiation process which, for example, results in curing of the negative photoresist polymer by polymerization or polycondensation. When the polymerization or polycondensation reaction takes place substantially simultaneously, the process is referred to as "photohardened". When only the reaction species are generated by the photoinitiation process and a subsequent step, such as heating, is required to produce the polymerization or polycondensation, the process is referred to as "photoinitiated." It should be noted that even though a post cure heat treatment may be necessary to complete the polymerization step, substantially stable engineering features can also be produced in the negative photoresist polymer during the initial exposure to radiation. The substantially solid radiation-curable polymers can only go through the initiation process and the curing process can also be done much later, due to the inherent stability and limited diffusion rate of the chemical species in the solid radiation-curable polymers, without significant feature degradation. It should be noted that most photoinitiated polymers begin the curing process at the start of the initiation process, but the kinetics of the reaction at the irradiation temperature are so slow that little, if any, polymerization or polycondensation occurs before heating the negative photoresist polymer to a desired cure temperature can.

Ein besonderes negatives Fotolackpolymer ist das von Microchem Corporation in Newton, Massachusetts, kommerziell erhältliche SU-8 2000TM auf Epoxidbasis. Das negative Fotolackpolymer SU-8 2000TM ist durch UV-Strahlung aushärtbar. Es sollte beachtet werden, dass andere im Wesentlichen feste strahlungshärtbare Polymere ebenfalls eingesetzt werden können.A particular negative photoresist polymer is that available from Microchem Corporation of Newton, Massachusetts, commercially available epoxy-based SU-8 2000 . The negative photoresist polymer SU-8 2000 is curable by UV radiation. It should be noted that other substantially solid radiation-curable polymers can also be used.

Als ein nicht beschränkendes Beispiel können die strahlungsdissoziierbaren Materialien positive Fotolackpolymere einschließen. Positive Fotolackpolymere beginnen als vernetzte Polymere, können aber Fotoinitiatoren enthalten, welche, wenn diese mit einer bestimmten Strahlung bestrahlt werden, chemische Spezies erzeugen, welche das Polymer durch wenigstens eines von Brechen der Vernetzungen oder Schneiden des Polymerrückgrats dissoziieren. Die Dissoziation macht das positive Fotolackpolymer in den Bereichen, welche der Strahlung ausgesetzt worden sind, löslich. Bereiche, wo das positive Fotolackpolymer verbleibt, werden maskiert anstelle von bestrahlt zu werden, wie dies im Falle der zuvor beschriebenen negativen Fotolackpolymere der Fall ist. In bestimmten Ausführungsformen sind die positiven Fotolackpolymere gegenüber Strahlung, beispielsweise Ultraviolettstrahlung oder Elektronenstrahlung, ohne die Notwendigkeit für Fotoinitiatoren, sensitiv. Beispielsweise kann das positive Fotolackpolymer selbst durch die Strahlung geschädigt werden und die verbleibenden geschnittenen Ketten werden in einem Lösungsmittel löslich. Falls gewünscht, können andere Arten von positiven Fotolackpolymeren eingesetzt werden.As a non-limiting example, the radiation-dissociable materials may include positive photoresist polymers. Positive photoresist polymers begin as crosslinked polymers, but may contain photoinitiators which, when irradiated with a particular radiation, produce chemical species that dissociate the polymer by at least one of breaking the crosslinks or cutting the polymer backbone. The dissociation renders the positive photoresist polymer soluble in the areas which have been exposed to the radiation. Areas where the positive photoresist polymer remains are masked instead of being irradiated, as shown in FIG Case of the negative photoresist polymers described above is the case. In certain embodiments, the positive photoresist polymers are sensitive to radiation, for example, ultraviolet radiation or electron beam radiation, without the need for photoinitiators. For example, the positive photoresist polymer itself may be damaged by the radiation and the remaining cut chains become soluble in a solvent. If desired, other types of positive photoresist polymers can be used.

Das erste strahlungssensitive Material weist eine erste Sensitivität auf. Das zweite strahlungssensitive Material weist eine zweite Sensitivität auf, welche von der ersten Sensitivität verschieden ist. Ausführungsformen, in welchen das erste strahlungssensitive Material und das zweite strahlungssensitive Material jeweils die erste Sensitivität oder die zweite Sensitivität miteinander teilen, liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung. Wie hier offenbart, ist die Sensitivität im Hinblick auf die strahlungshärtbaren Materialien wenigstens eines von einer Aushärtgeschwindigkeit, einer Initiationsgeschwindigkeit, einer Sensitivität gegenüber Strahlungsfrequenz, einer Sensitivität gegenüber Strahlungsamplitude und einer Sensitivität gegenüber Strahlungstyp. Die Sensitivität im Hinblick auf strahlungsdissoziierbare Materialien ist wenigstens eines von einer Dissoziationsgeschwindigkeit, einer Sensitivität gegenüber Strahlungsfrequenz, einer Sensitivität gegenüber Strahlungsamplitude und einer Sensitivität gegenüber Strahlungstyp. Es sollte beachtet werden, dass beim Aufbringen 104, 106 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien auf das Substrat in den ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien durch das Bestrahlen 110 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien mit Strahlung, welche für die entsprechenden ersten und zweiten Sensitivitäten ausgewählt sind, verschiedene strahlungsgehärtete Konstrukte ausgebildet werden können. Dadurch können strahlungsgehärtete Strukturen mit einem hohen Ausmaß an geometrischer Komplexität hergestellt werden.The first radiation-sensitive material has a first sensitivity. The second radiation-sensitive material has a second sensitivity, which is different from the first sensitivity. Embodiments in which the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material each share the first sensitivity or the second sensitivity are also within the scope of the present disclosure. As disclosed herein, the sensitivity with respect to the radiation-curable materials is at least one of a cure rate, an initiation rate, a sensitivity to radiation frequency, a sensitivity to radiation amplitude, and a radiation-type sensitivity. The sensitivity to radiation-dissociable materials is at least one of a dissociation rate, a sensitivity to radiation frequency, a sensitivity to radiation amplitude and a sensitivity to radiation type. It should be noted that when applying 104 . 106 the first and second radiation-sensitive materials on the substrate in the first and second radiation-sensitive materials by the irradiation 110 the first and second radiation-sensitive materials with radiation selected for the respective first and second sensitivities, different radiation-cured constructs can be formed. As a result, radiation-hardened structures with a high degree of geometric complexity can be produced.

Es sollte ferner beachtet werden, dass die Verwendung eines ersten strahlungssensitiven Materials mit der ersten Sensitivität und eines zweiten strahlungssensitiven Materials, welches die erste Sensitivität teilt; aber auch eine zweite Sensitivität, welche von der ersten Sensitivität verschieden ist, aufweist, auch unter den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fällt. Es sollte des Weiteren beachtet werden, dass für Zwecke der Herstellung in großem Maßstab und aus damit verbundenen Motiven für eine Wiedergewinnung die dualen oder überlappenden Sensitivitäten des ersten strahlungssensitiven Materials und des zweiten strahlungssensitiven Materials besonders bevorzugt sein können.It should further be noted that the use of a first radiation-sensitive material having the first sensitivity and a second radiation-sensitive material sharing the first sensitivity; but also a second sensitivity different from the first sensitivity, also falls within the scope of the present disclosure. It should also be noted that for purposes of large scale production and related motives for recovery, the dual or overlapping sensitivities of the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material may be particularly preferred.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren 100 den Schritt des Aufbringens eines dritten strahlungssensitiven Materials auf das zweite strahlungssensitive Material umfassen. Das dritte strahlungssensitive Material weist eine dritte Sensitivität auf. Die dritte Sensitivität kann die gleich sein wie oder, falls gewünscht, von der ersten und der zweiten Sensitivität verschieden sein. In einem Beispiel ist die dritte Sensitivität im Wesentlichen die gleiche wie die erste Sensitivität. In einem besonderen Beispiel ist die dritte Sensitivität von der ersten und von der zweiten Sensitivitäten verschieden. Ein Fachmann auf dem Fachgebiet sollte erkennen, dass dadurch eine resultierende strahlungsgehärtete Struktur mit Schichten von im Wesentlichen demselben Konstrukt mit einer dazwischen angeordneten Schicht eines verschiedenen Konstrukts gebildet werden könnte. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass jede gewünschte Anzahl von strahlungssensitiven Materialien in irgendeiner gewünschten Anordnung, beispielsweise laminiert oder anderweitig, in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden kann.In a further embodiment, the method 100 the step of applying a third radiation-sensitive material to the second radiation-sensitive material. The third radiation-sensitive material has a third sensitivity. The third sensitivity may be the same as or, if desired, different from the first and second sensitivities. In one example, the third sensitivity is substantially the same as the first sensitivity. In a particular example, the third sensitivity is different from the first and second sensitivities. One skilled in the art should appreciate that this could form a resulting radiation-cured structure having layers of substantially the same construct with a layer of a different construct interposed therebetween. It should also be noted that any desired number of radiation-sensitive materials may be employed in any desired arrangement, such as laminated or otherwise, within the scope of the present disclosure.

Nach den Schritten des Aufbringens 104, 106 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien auf das Substrat umfasst das Verfahren 100 den Schritt des Platzierens 108 wenigstens einer Maske zwischen wenigstens einer Strahlungsquelle und den ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien. In bestimmten Ausführungsformen wird die Maske als ein integraler Teil der Strahlungsquelle vorgesehen. Es kann eine Vielzahl von Masken und eine Vielzahl von Strahlungsquellen eingesetzt werden. Die Maske weist eine Vielzahl von im Wesentlichen strahlungstransparenten Öffnungen auf. In der Ausführungsform, bei der ebenfalls das dritte strahlungssensitive Material eingesetzt wird, wird die Maske beispielsweise zwischen der wenigstens einen Strahlungsquelle und den ersten, zweiten und dritten strahlungssensitiven Materialien platziert. Es sollte beachtet werden, dass, falls gewünscht, eine erste Maske und eine erste Strahlungsquelle auf einer ersten Seite der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien angeordnet werden können und eine zweite Maske und eine zweite Strahlungsquelle auf einer zweiten Seite der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien angeordnet werden können.After the steps of applying 104 . 106 the first and second radiation-sensitive materials on the substrate include the method 100 the step of placing 108 at least one mask between at least one radiation source and the first and second radiation-sensitive materials. In certain embodiments, the mask is provided as an integral part of the radiation source. It can be used a variety of masks and a variety of radiation sources. The mask has a plurality of substantially radiation-transparent openings. For example, in the embodiment where the third radiation-sensitive material is also employed, the mask is placed between the at least one radiation source and the first, second and third radiation-sensitive materials. It should be noted that, if desired, a first mask and a first radiation source may be disposed on a first side of the first and second radiation-sensitive materials and a second mask and a second radiation source disposed on a second side of the first and second radiation-sensitive materials can.

Das Material, welches die Maske ausbildet, kann beispielsweise in Bezug auf Ultraviolett-(UV-)Strahlung ein im Wesentlichen strahlungstransparentes Material sein, wie beispielsweise Quarzglas. Die Öffnungen können Löcher oder im en opaken, strahlungsblockierenden Beschichtung, die auf dem im Wesentlichen strahlungstransparenten Maskenmaterial angeordnet ist, ausgebildet sind. In einer illustrativen Ausführungsform weist die Maske eine Vielzahl von Öffnungen mit einem Durchmesser von ungefähr 10 Mikrometern auf. Als weitere nicht beschränkende Beispiele kann das Maskenmaterial eines von Kronenglas, Pyrex-Glas und einem Polyethylenterephthalat, wie beispielsweise einem Mylar®-Film, enthalten. Die Maske kann nach der Bestrahlung und dem Reinigen zur Wiederverwendung weggenommen werden. Es können auch mehrere Masken mit verschiedenen Mustern und Arten der Vielzahl von Öffnungen eingesetzt werden. Die Öffnungen können Formen aufweisen, welche die strahlungsgehärteten Elemente mit gewünschten Querschnittsformen liefern. Beispielsweise können die Öffnungen im Wesentlichen kreisförmig sein, um strahlungsgehärtete Elemente mit elliptischen Querschnittsformen auszubilden. Ein Fachmann kann, wie erwünscht, geeignete Maskenmaterialien, Öffnungsgrößen und -formen sowie resultierende Konstruktanordnungen auswählen.For example, the material forming the mask may be a substantially radiation-transparent material with respect to ultraviolet (UV) radiation, such as quartz glass. The openings may be holes or in the opaque, radiation blocking coating disposed on the substantially radiation transparent mask material. In an illustrative embodiment, the mask has a plurality of apertures approximately 10 microns in diameter. As another non-limiting examples may include the mask material of one of crown glass, Pyrex glass and a polyethylene terephthalate such as a Mylar® film. The mask can be removed for reuse after irradiation and cleaning. Also, multiple masks having different patterns and types of the plurality of openings may be used. The openings may have shapes that provide the radiation cured elements with desired cross-sectional shapes. For example, the openings may be substantially circular to form radiation cured elements having elliptical cross-sectional shapes. One skilled in the art may, as desired, select suitable mask materials, aperture sizes and shapes, and resulting construct arrangements.

Das Verfahren 100 umfasst den Schritt des Bestrahlens 110 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien mit einer Vielzahl von Strahlenbündeln. Die Strahlenbündel werden durch die strahlungstransparenten Öffnungen in der wenigstens einen Maske projiziert und kontaktieren die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien. Ein Fachmann kann die Strahlungsquelle auswählen, um, wie erwünscht, elektromagnetische Strahlung oder Partikelstrahlung zu erzeugen. Die Strahlenbündel, welche eingesetzt werden, um das strahlungssensitive Material zu bestrahlen, können beispielsweise durch eine Quecksilberbogenlampe erzeugt werden, welche UV-Strahlenbündel liefert. Ein Fachmann auf dem Gebiet versteht, dass auch Strahlenbündel mit anderen Wellenlängen, wie beispielsweise Infrarot-, sichtbare Licht- und Röntgenstrahlen, und Strahlenbündel aus anderen Quellen, wie beispielsweise Glühlicht und Lasern, eingesetzt werden können. Es kann auch eine Partikelstrahlung, wie beispielsweise ein Elektronenstrahl aus einer Kathodenstrahlenquelle, eingesetzt werden. Es sollte ferner beachtet werden, dass die Strahlenbündel, wie erwünscht, kollimiert, teilweise kollimiert oder nicht kollimiert sein können.The procedure 100 includes the step of irradiating 110 the first and second radiation-sensitive materials having a plurality of radiation beams. The beams are projected through the radiation-transparent openings in the at least one mask and contact the first and second radiation-sensitive materials. One skilled in the art can select the radiation source to produce electromagnetic radiation or particle radiation, as desired. For example, the beams used to irradiate the radiation-sensitive material may be generated by a mercury arc lamp which provides UV radiation beams. One skilled in the art will understand that beams of other wavelengths, such as infrared, visible light and x-rays, and beams from other sources, such as incandescent and lasers, may be used. Particle radiation, such as an electron beam from a cathode radiation source, may also be used. It should also be noted that the beams may be collimated, partially collimated, or uncollimated, as desired.

Die Vielzahl der Strahlenbündel kann beispielsweise eine Vielzahl von ersten Strahlenbündeln und eine Vielzahl von zweiten Strahlenbündeln einschließen. In bestimmten Ausführungsformen können die ersten Strahlenbündel von den zweiten Strahlenbündeln in wenigstens einem der Frequenz, der Amplitude und dem Typ verschieden sein. Die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien können, falls erwünscht, gleichzeitig oder sequentiell einer Vielzahl von Strahlenbündeln ausgesetzt werden. Die ersten Strahlenbündel können von den zweiten Strahlenbündeln in wenigstens einer der Querschnittsform und dem Einfallwinkel relativ zu der Oberfläche eines der ersten, zweiten und optional der dritten strahlungssensitiven Materialien verschieden sein. Als ein weiteres nicht beschränkendes Beispiel wird die Vielzahl der ersten Strahlenbündel durch eine erste Strahlungsquelle mit einer ersten Maske geliefert und die Vielzahl von zweiten Strahlenbündeln wird durch eine zweite Strahlungsquelle mit einer zweiten Maske geliefert. In dem Umfang der vorliegenden Offenbarung kann jede gewünschte Variation der Strahlungsfrequenzen, Strahlungsamplituden, Strahlungsarten, Querschnittsformen, Winkel, Masken und Strahlungsquellen eingesetzt werden.For example, the plurality of beams may include a plurality of first beams and a plurality of second beams. In certain embodiments, the first beams may be different from the second beams in at least one of the frequency, the amplitude, and the type. The first and second radiation-sensitive materials may, if desired, be exposed simultaneously or sequentially to a plurality of radiation beams. The first beams may be different from the second beams in at least one of the cross-sectional shape and the angle of incidence relative to the surface of one of the first, second and optionally third radiation-sensitive materials. As another non-limiting example, the plurality of first beams are provided by a first radiation source having a first mask, and the plurality of second beams are provided by a second radiation source having a second mask. Any desired variation in radiation frequencies, radiation amplitudes, types of radiation, cross-sectional shapes, angles, masks, and radiation sources may be employed within the scope of the present disclosure.

Die Schritte des Aufbringens 104, 106 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien und des Bestrahlens 110 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien sind vorstehend mit Bezug zu der gleichzeitigen Aussetzung der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien beschrieben worden. Es sollte beachtet werden, dass die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien auch in einer nicht gleichzeitigen Weise ausgesetzt werden können. Beispielsweise kann jedes der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien unabhängig voneinander aufgebracht und dann den Strahlenbündeln ausgesetzt werden. Als ein weiteres Beispiel kann das erste strahlungssensitive Material zuerst aufgebracht und dann den ersten Strahlenbündeln ausgesetzt werden. Das zweite strahlungssensitive Material kann dann auf das erste strahlungssensitive Material aufgebracht werden. Die zweiten strahlungssensitiven Materialien können eine erhöhte Sensitivität aufweisen und können mit den zweiten Strahlenbündeln für eine Dauer bestrahlt werden, welche das erste strahlungssensitive Material nicht wesentlich beeinträchtigen würde. Auf diese Weise würden Konstruktmerkmale in dem weniger sensitiven ersten strahlungssensitiven Material nicht durch das sensitivere zweite strahlungssensitive Material getragen werden.The steps of applying 104 . 106 the first and second radiation-sensitive materials and the irradiation 110 The first and second radiation-sensitive materials have been described above with respect to the simultaneous exposure of the first and second radiation-sensitive materials. It should be noted that the first and second radiation-sensitive materials may also be exposed in a non-simultaneous manner. For example, each of the first and second radiation-sensitive materials may be applied independently and then exposed to the radiation beams. As another example, the first radiation-sensitive material may be applied first and then exposed to the first beams. The second radiation-sensitive material may then be applied to the first radiation-sensitive material. The second radiation-sensitive materials may have increased sensitivity and may be irradiated with the second beams for a duration that would not significantly affect the first radiation-sensitive material. In this way, construct features in the less sensitive first radiation-sensitive material would not be carried by the more sensitive second radiation-sensitive material.

Mit wenigstens einem flüssigen strahlungssensitiven Material kann ebenfalls ein im Wesentlichen festes strahlungssensitives Material eingesetzt werden. Wenn eine gleichzeitige Aussetzung gewünscht ist, kann beispielsweise das im Wesentlichen feste erste strahlungssensitive Material auf das Substrat aufgebracht werden. Das flüssige zweite strahlungssensitivere Material wird dann auf das im Wesentlichen feste erste strahlungssensitive Material aufgebracht. Jedes der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien kann so ausgewählt werden, dass dieses eine andere Sensitivität aufweist. Wenn die Variation in der Sensitivität zwischen dem ersten und dem zweiten strahlungssensitiven Material eines von der Geschwindigkeit ist, würden die Konstruktmerkmale in dem weniger sensitiven strahlungssensitiven Material durch das sensitivere strahlungssensitive Material getragen werden. Die Konstruktmerkmale in dem sensitiveren strahlungssensitiven Material würden nicht durch das weniger sensitive strahlungssensitive Material getragen werden. Wenn die Variation in der Sensitivität auf die Frequenz oder die Art der Strahlung zurückzuführen ist, können die Konstruktmerkmale, welche für die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien einzigartig sind, getrennt voneinander erzeugt werden. Die Konstruktmerkmale, welche die Grenzfläche zwischen den ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien kreuzen, können durch gleichzeitiges Aussetzen der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien gegenüber sowohl Frequenzen und/oder Strahlungstypen ausgebildet werden. Beispielsweise können die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien ausgesetzt werden, um weniger als ein vollständiges Aushärten zu liefern, wonach das verbleibende nicht ausgehärtete Material dann entfernt wird und die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien gleichzeitig für eine Koaushärtung an der Grenzfläche ausgehärtet werden.With at least one liquid radiation-sensitive material, it is likewise possible to use a substantially solid radiation-sensitive material. If simultaneous exposure is desired, for example, the substantially solid first radiation-sensitive material can be applied to the substrate. The liquid second radiation-sensitive material is then applied to the substantially solid first radiation-sensitive material. Each of the first and second radiation-sensitive materials may be selected to have a different sensitivity. If the variation in sensitivity between the first and second radiation-sensitive materials is one of the speed, the construct features in the less sensitive radiation-sensitive material would be carried by the more sensitive radiation-sensitive material. The construct features in the more sensitive radiation-sensitive material would not be carried by the less sensitive radiation-sensitive material. If the variation in sensitivity to the Frequency or the type of radiation is due, the construct features unique to the first and second radiation-sensitive materials can be generated separately. The construct features crossing the interface between the first and second radiation-sensitive materials may be formed by simultaneously exposing the first and second radiation-sensitive materials to both frequencies and / or types of radiation. For example, the first and second radiation-sensitive materials may be exposed to provide less than complete cure, after which the remaining uncured material is then removed and the first and second radiation-sensitive materials cured simultaneously for co-cure at the interface.

Wenn eine nicht gleichzeitige Aussetzung gewünscht wird, kann das im Wesentlichen feste erste strahlungssensitive Material aufgebracht werden und dann mit den Strahlenbündeln bestrahlt werden. Das flüssige zweite strahlungssensitive Material wird dann auf das im Wesentlichen feste erste strahlungssensitive Material aufgebracht. Typischerweise kann das flüssige zweite strahlungssensitive Material so ausgewählt werden, dass dieses eine größere Sensitivität als die Sensitivität des im Wesentlichen festen ersten strahlungssensitiven Materials aufweist. Konstruktmerkmale, welche in dem flüssigen zweiten strahlungssensitive Material ausgebildet werden, werden dadurch nicht durch das im Wesentlichen feste erste strahlungssensitive Material getragen.If non-simultaneous exposure is desired, the substantially solid first radiation-sensitive material may be applied and then irradiated with the radiation beams. The liquid second radiation-sensitive material is then applied to the substantially solid first radiation-sensitive material. Typically, the liquid second radiation-sensitive material may be selected to have greater sensitivity than the sensitivity of the substantially solid first radiation-sensitive material. Construct features formed in the liquid second radiation-sensitive material are thereby not supported by the substantially solid first radiation-sensitive material.

Ein Fachmann auf dem Fachgebiet sollte verstehen, dass die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien beispielsweise flüssige Schichten mit verschiedenen Tiefen enthalten können. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann das flüssige, strahlungssensitive Material auf das Substrat aufgebracht werden und anschließend bestrahlt werden, um gewünschte Konstruktmerkmale auszubilden. Es kann dann weiteres flüssiges strahlungssensitives Material zugegeben werden, um die Höhe des ursprünglich flüssigen strahlungssensitiven Materials zu erhöhen. Das zusätzliche flüssige strahlungssensitive Material wird bestrahlt und die Intensität der Strahlenbündel und die Bestrahlungszeit werden so gesteuert, dass sich die neuen Konstruktmerkmale lediglich durch die neue Schicht des flüssigen strahlungshärtbaren Materials erstrecken. Alternativ dazu können die Intensität der Strahlenbündel und die Aussetzungszeit so gesteuert werden, dass sich die neuen Konstruktmerkmale in Konstruktmerkmale, welche in dem ursprünglich flüssigen strahlungssensitiven Material gebildet werden, erstrecken.One skilled in the art should understand that the first and second radiation-sensitive materials may include, for example, liquid layers having different depths. As a non-limiting example, the liquid radiation-sensitive material may be applied to the substrate and then irradiated to form desired constructive features. Additional liquid radiation-sensitive material may then be added to increase the height of the initially liquid radiation-sensitive material. The additional liquid radiation-sensitive material is irradiated and the intensity of the radiation beams and the irradiation time are controlled so that the new construct features extend only through the new layer of the liquid radiation-curable material. Alternatively, the intensity of the beams and the exposure time may be controlled so that the new construct features extend into construct features formed in the originally liquid radiation-sensitive material.

Nach dem Schritt des Bestrahlens 110 der ersten und zweiten Materialien mit der Vielzahl von Strahlenbündeln umfasst das Verfahren 100 den Schritt des Ausbildens 112 der ersten und zweiten Konstrukte aus dem ersten strahlungssensitiven Material bzw. dem zweiten strahlungssensitiven Material. Es sollte beachtet werden, dass der Schritt des Ausbildens 112 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien direkt von dem Schritt des Bestrahlens 110 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien mit der Vielzahl von Strahlenbündeln resultieren kann. Alternativ dazu kann der Schritt des Ausbildens 112 des Weiteren ein Nachbearbeiten des ersten strahlungssensitiven Materials und des zweiten strahlungssensitiven Materials nach dem Schritt des Bestrahlens 110 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien mit der Vielzahl von Strahlenbündeln umfassen. Beispielsweise kann das Nachbearbeiten ein Erwärmen der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien umfassen. Das Erwärmen kann wenigstens eines der Polymerisation und des Vernetzens von wenigstens einem des ersten strahlungssensitiven Materials und des zweiten strahlungssensitiven Materials erleichtern, wenn wenigstens eines des ersten strahlungssensitiven Materials und des zweiten strahlungssensitiven Materials ein strahlungshärtbares Material ist, welches ein Ausmaß an Initiation durch Bestrahlen mit den Strahlenbündeln unterlaufen hat. In einer alternativen Ausführungsform kann das Erwärmen eine Dissoziation von einem des ersten strahlungssensitiven Materials und des zweiten strahlungssensitiven Materials erleichtern, wenn wenigstens eines des ersten strahlungssensitiven Materials und des zweiten strahlungssensitiven Materials ein strahlungsdissoziierbares Material ist, welches durch Aussetzung gegenüber Strahlenbündeln ein Ausmaß an Dissoziation unterlaufen hat. Wie erwünscht, können geeignete Temperaturen und Erwärmungszeiten ausgewählt werden.After the step of irradiation 110 The first and second materials with the plurality of beams comprise the method 100 the step of training 112 the first and second constructs of the first radiation-sensitive material or the second radiation-sensitive material. It should be noted that the step of training 112 the first and second radiation-sensitive materials directly from the step of irradiation 110 the first and second radiation-sensitive materials may result with the plurality of radiation beams. Alternatively, the step of forming 112 further reworking the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material after the step of irradiating 110 the first and second radiation-sensitive materials having the plurality of radiation beams. For example, the post-processing may include heating the first and second radiation-curable materials. The heating may facilitate at least one of the polymerization and crosslinking of at least one of the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material when at least one of the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material is a radiation-curable material having a degree of initiation by irradiation with the radiation Has undermined bundles of rays. In an alternative embodiment, the heating may facilitate dissociation of one of the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material when at least one of the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material is a radiation-dissociable material that has undergone a degree of dissociation by exposure to radiation beams , As desired, suitable temperatures and heating times may be selected.

Das erste strahlungssensitive Material wird bestrahlt und bildet ein erstes Konstrukt in dem ersten strahlungssensitiven Material. Das zweite strahlungssensitive Material wird bestrahlt und bildet in dem zweiten strahlungssensitiven Material ein zweites Konstrukt. Das dritte strahlungssensitive Material bildet ein drittes Konstrukt, wo das dritte strahlungssensitive Material mit den Strahlenbündeln bestrahlt wird. Das erste Konstrukt, das zweite Konstrukt und optional das dritte Konstrukt werden aus einer Vielzahl von strahlungsgehärteten Elementen gebildet und kooperieren zusammen, um die strahlungsgehärtete Struktur auszubilden. Es sollte verstanden werden, dass gemäß dem vorliegenden Verfahren eine Vielzahl der strahlungsgehärteten Elemente gebildet werden können, beispielsweise einschließlich Tragelementen, strahlungsgehärteten Folien und festen strahlungsgehärteten Polymerstrukturen.The first radiation-sensitive material is irradiated and forms a first construct in the first radiation-sensitive material. The second radiation-sensitive material is irradiated and forms a second construct in the second radiation-sensitive material. The third radiation-sensitive material forms a third construct, where the third radiation-sensitive material is irradiated with the radiation beams. The first construct, the second construct, and optionally the third construct are formed from a plurality of radiation cured elements and cooperate to form the radiation cured structure. It should be understood that according to the present method, a plurality of the radiation cured elements may be formed, including, for example, support members, radiation cured films, and solid radiation cured polymer structures.

In einer besonderen Ausführungsform umfasst die strahlungsgehärtete Struktur eine Mikrotragstruktur. Die Mikrotragstruktur kann eine Vielzahl von ersten Tragelementen aufweisen, die sich entlang einer ersten Richtung erstrecken, eine Vielzahl von zweiten Tragelementen aufweisen, welche sich entlang einer zweiten Richtung erstrecken, eine Vielzahl von dritten Tragelementen aufweisen, welche sich entlang einer dritten Richtung erstrecken, und eine Vielzahl von vierten Tragelementen, welche sich entlang einer vierten Richtung erstrecken. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Tragelemente können einander an einer Vielzahl von Knoten gegenseitig durchdringen. Es sollte beachtet werden, dass die ersten, zweiten, dritten und vierten Tragelemente, falls erwünscht, einander nicht durchdringen oder einander auf der Vielzahl von Knoten an einer intermittierenden Basis durchdringen können. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Tragelemente bilden eine kontinuierliche, dreidimensionale, selbsttragende, zelluläre Struktur.In a particular embodiment, the radiation-cured structure comprises a microstructure. The microstructure can be a variety of first support members extending along a first direction, having a plurality of second support members extending along a second direction, having a plurality of third support members extending along a third direction, and a plurality of fourth support members extend along a fourth direction. The first, second, third and fourth support members may penetrate each other at a plurality of nodes. It should be noted that the first, second, third and fourth support members, if desired, can not penetrate one another or penetrate each other on the plurality of nodes on an intermittent base. The first, second, third and fourth support elements form a continuous, three-dimensional, self-supporting, cellular structure.

Obwohl die Mikrotragstruktur mit der Vielzahl von ersten, zweiten, dritten und vierten Tragelementen, wie zuvor beschrieben, eine 4-fache Architektursymmetrie aufweisen kann, sollte ein Fachmann beachten, dass andere Architekturen für die Mikrotragstruktur, wie beispielsweise eine 3-fache Symmetrie und eine 6-fache Symmetrie, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden können. Die bestimmte Architektur kann beispielsweise ausgewählt werden, um die Verbindbarkeit der Mikrotragstruktur zu erhöhen und die Empfänglichkeit gegenüber einem Verbiegen und Knicken der Mikrotragstruktur unter einer Kraft zu verringern. Die ausgewählte Architektur kann, wie gewünscht, symmetrisch oder asymmetrisch sein. Die Architektur kann ebenfalls ausgewählt werden, um die Festigkeit und Steifigkeit der Mikrotragstruktur zu optimieren. Ein Fachmann auf dem Gebiet sollte ferner verstehen, dass, falls erwünscht, für die Mikrotragstruktur andere Architekturen eingesetzt werden können.Although the microstructure having the plurality of first, second, third and fourth support members as described above may have a quadruple architectural symmetry, one of ordinary skill in the art should note that other architectures for microstructure such as 3-fold symmetry and 6-axis symmetry symmetry can be used within the scope of the present disclosure. For example, the particular architecture may be selected to increase the connectivity of the micro-support structure and to reduce the susceptibility to bending and buckling of the micro-support structure under a force. The selected architecture may be symmetric or asymmetric as desired. The architecture can also be selected to optimize the strength and rigidity of the microstructure. One skilled in the art should further understand that, if desired, other architectures may be used for the microstructure.

Beispielhafte Architekturen der Mikrotragstruktur werden von Jacobsen in dem US Patent mit der Nr. 7,382,959 und der US Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 11/801,908 beschrieben. Beispielsweise kann die Vielzahl der ersten Tragelemente durch eine Vielzahl der ersten selbst propagierenden Polymertragwellenleitern definiert werden. Die Vielzahl von zweiten Tragelementen kann durch eine Vielzahl von zweiten selbst propagierenden Polymertragwellenleitern definiert werden. Die Vielzahl von dritten Tragelementen kann durch eine Vielzahl von dritten selbst propagierenden Polymertragwellenleitern gebildet werden. Die Vielzahl von vierten Tragelementen kann durch eine Vielzahl von vierten selbst propagierenden Polymertragwellenleitern gebildet werden. Falls erwünscht, können andere geeignete Mittel zum Ausbilden der Mikrotragstruktur eingesetzt werden.Exemplary architectures of the microstructure structure are described by Jacobsen in US Pat U.S. Patent No. 7,382,959 and US Patent Application Serial No. 11 / 801,908. For example, the plurality of first support members may be defined by a plurality of the first self-propagating polymer support waveguides. The plurality of second support members may be defined by a plurality of second self-propagating polymeric carrier waveguides. The plurality of third support members may be formed by a plurality of third self-propagating polymeric carrier waveguides. The plurality of fourth support members may be formed by a plurality of fourth self-propagating polymeric carrier waveguides. If desired, other suitable means for forming the microstructure may be employed.

Ein Fachmann auf dem Fachgebiet sollte beachten, dass die bestimmte Mikrostragstruktur, falls gewünscht, beispielsweise ausgebildet werden kann durch wenigstens eines von: 1) Auswählen der Winkel und der Muster der Tragelemente in Bezug aufeinander, 2) Einstellen der Packung oder der relativen Dichte der resultierenden zellulären Struktur und 3) Auswählen der Querschnittsformen und der Abmessungen der Tragelemente. Insbesondere können Tragelemente mit einer elliptischen Tragquerschnittsform vor einer Zersetzung mit Unterschieden in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten schützen. Falls erwünscht, können auch andere Querschnittsformen eingesetzt werden.One of ordinary skill in the art should note that the particular microstrat structure may be formed, if desired, by at least one of: 1) selecting the angles and patterns of the support members with respect to each other; 2) adjusting the packing or relative density of the resulting cellular structure; and 3) selecting the cross-sectional shapes and the dimensions of the supporting elements. In particular, support members having an elliptical support cross-sectional shape can protect against decomposition with differences in the thermal expansion coefficient. If desired, other cross-sectional shapes may be used.

Es sollte beachtet werden, dass die strahlungsgehärtete Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung durch die kombinierte Verwendung von strahlungshärtbaren Materialien und strahlungsdissoziierbaren Materialien hergestellt werden kann. Beispielsweise kann die strahlungsgehärtete Struktur, wie zuvor beschrieben aus sowohl einem negativen Fotolack als auch aus einem positiven Fotolack ausgebildet werden. Alle der negativen und positiven Fotolacke können in einem ungehärteten Zustand nebeneinander aufgebracht werden. Die negativen und positiven Fotolacke können so ausgewählt werden, dass diese verschiedene Strahlungssensitivitäten aufweisen. Der negative Fotolack kann fotoinitiiert werden oder wenigstens teilweise während des Schritts des Aussetzens 110 des negativen Fotolacks gegenüber Strahlenbündeln ausgehärtet werden. Nach der Aussetzung des negativen Fotolacks zur Ausbildung der Konstruktmerkmale und dem Entfernen von verbliebenem ungehärtetem Material können der ungehärtete positive Fotolack und der negative Fotolack koausgehärtet werden. Dadurch wird es den negativen Fotolackkonstruktionsmerkmalen erlaubt, mit dem positiven Fotolack an der Grenzflächengrenze zu vernetzen. Der positive Fotolack wird dann Strahlenbündeln ausgesetzt, um das positive Fotolackmaterial in gewünschten Bereichen ohne Beeinträchtigen des in dem negativen Fotolack gebildeten Konstrukts zu dissoziieren. Die strahlungsgehärtete Struktur kann dadurch sowohl aus dem ersten strahlungshärtbaren Material als auch aus dem zweiten strahlungsdissoziierbaren Material gebildet werden.It should be noted that the radiation-cured structure according to the present disclosure can be made by the combined use of radiation-curable materials and radiation-dissociable materials. For example, the radiation-cured structure may be formed from both a negative photoresist and a positive photoresist, as described above. All of the negative and positive photoresists can be applied side by side in an uncured state. The negative and positive photoresists can be selected to have different radiation sensitivities. The negative photoresist may be photoinitiated or at least partially during the exposure step 110 of the negative resist to radiation beams to be cured. After exposure of the negative photoresist to form the construct features and removal of residual uncured material, the uncured positive photoresist and the negative photoresist may be co-cured. This allows the negative photoresist construction features to crosslink with the positive photoresist at the interface boundary. The positive photoresist is then exposed to radiation beams to dissociate the positive photoresist material in desired areas without adversely affecting the construct formed in the negative photoresist. The radiation-cured structure can thereby be formed both from the first radiation-curable material and from the second radiation-dissociable material.

Das Verfahren 100 der vorliegenden Offenbarung kann des Weiteren den Schritt des Entfernens eines ungehärteten Teils der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien umfassen. Es sollte verstanden werden, dass der Begriff ”ungehärtetes strahlungssensitives Material” in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung ebenfalls dissoziiertes strahlungssensitives Material umfassen kann. Der ungehärtete Teil kann ein restlicher Teil der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien sein, welcher nach der Bestrahlung mit den Strahlenbündeln ungehärtet war, oder ein Teil der ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien, welche geschnitten wurden oder anderweitig durch die Bestrahlung mit den Strahlenbündeln in Lösungsmittel löslich gemacht wurden. Der Schritt des Entfernens des ungehärteten Teils tritt typischerweise nach wenigstens einem des Schritts des Bestrahlens 110 der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien mit der Vielzahl der Strahlenbündel, um die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien auszuhärten, auf. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann der Schritt des Entfernens des ungehärteten Teils der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien das Spülen der strahlungsgehärteten Struktur mit dem Lösungsmittel umfassen. Ein Fachmann auf dem Gebiet sollte beachten, dass geeignete Lösungsmittel während des Schritts des Entfernens des ungehärteten Teils der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien die bestrahlte strahlungsgehärtete Struktur im Wesentlichen nicht zersetzen.The procedure 100 The present disclosure may further include the step of removing an uncured portion of the first and second radiation-sensitive materials. It should be understood that the term "uncured radiation-sensitive material" within the scope of the present disclosure may also include dissociated radiation-sensitive material. The uncured part may be a residual part of the first and second radiation-curable materials which after irradiation with the Cells were uncured, or a portion of the first and second radiation-dissociable materials, which were cut or otherwise solubilized by the irradiation of the bundles in solvent. The step of removing the uncured part typically occurs after at least one of the step of irradiating 110 the first and second radiation-sensitive materials having the plurality of radiation beams to cure the first and second radiation-sensitive materials. As a non-limiting example, the step of removing the uncured portion of the first and second radiation-sensitive materials may include rinsing the radiation-cured structure with the solvent. One skilled in the art should note that suitable solvents do not substantially degrade the irradiated radiation cured structure during the step of removing the uncured portion of the first and second radiation-sensitive materials.

Es sollte beachtet werden, dass nach der Herstellung der strahlungsgehärteten Struktur die strahlungsgehärtete Struktur weiter verarbeitet werden kann, um wenigstens eine der Festigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und der Umgebungsbeständigkeit hiervon zu verstärken. Als nicht beschränkende Beispiele kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung des Weiteren wenigstens einen der Schritte Metallisieren, Carbonisieren und Keramisieren der strahlungsgehärteten Struktur umfassen. Verbundstoffe enthaltend die strahlungsgehärtete Struktur können ebenfalls ausgebildet werden, wie dies beispielsweise in der US Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 12/008,479 von Jacobsen et al., welche hiermit vollständig durch Referenz eingeführt wird, beschrieben worden ist.It should be noted that after the radiation cured structure is fabricated, the radiation cured structure may be further processed to enhance at least one of the strength, electrical conductivity, and environmental resistance thereof. As non-limiting examples, the method according to the present disclosure may further comprise at least one of the steps of metallizing, carbonizing, and ceramifying the radiation-cured structure. Composites containing the radiation-cured structure may also be formed, as described, for example, in US Patent Application Serial No. 12 / 008,479 to Jacobsen et al., Which is hereby incorporated by reference in its entirety.

In einer Ausführungsform kann die strahlungsgehärtete Struktur durch Plattieren der strahlungsgehärteten Elemente mit einer Metallbeschichtung metallisiert werden. Die Metallbeschichtung kann beispielsweise im Wesentlichen oxidationsbeständig sein, reduktionsbeständig sein und säurebeständig sein. Die Metallbeschichtung kann ein Edelmetall enthalten, welches beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, welche besteht aus: Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Silber (Ag), Iridium (Ir), Platin (Pt) und Osmium (Os) sowie Legierungen hiervon. In einer besonderen Ausführungsform ist die Metallbeschichtung Gold (Au). In einer anderen besonderen Ausführungsform ist die Metallbeschichtung Tantal (Ta). Eine andere geeignete Metallbeschichtung kann Nickel (Ni-) Legierungen einschließen, wie beispielsweise Legierungen aus Nickel (Ni) und Chrom (Cr) oder aus Nickel (Ni) und Kobalt (Co). Es sollte von dem Fachmann erkannt werden, dass die Metallbeschichtung Mischungen oder Legierungen der zuvor identifizierten Metalle einschließen kann. Andere elektrisch leitfähige Metalle und Materialien können, falls gewünscht, ebenfalls eingesetzt werden.In one embodiment, the radiation cured structure can be metallized by plating the radiation cured elements with a metal coating. For example, the metal coating may be substantially oxidation resistant, reduction resistant, and acid resistant. The metal coating may include a noble metal selected, for example, from the group consisting of ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), iridium (Ir), platinum (Pt), and osmium (Os) and alloys thereof. In a particular embodiment, the metal coating is gold (Au). In another particular embodiment, the metal coating is tantalum (Ta). Another suitable metal coating may include nickel (Ni) alloys, such as alloys of nickel (Ni) and chromium (Cr) or of nickel (Ni) and cobalt (Co). It should be recognized by those skilled in the art that the metal coating may include mixtures or alloys of the previously identified metals. Other electrically conductive metals and materials may also be used if desired.

Die Metallbeschichtung kann auf die strahlungsgehärtete Struktur durch wenigstens eines von Elektronenstrahlenverdampfung, Magnetronsputtern, physikalische Dampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung, Atomschichtabscheidung, elektrolytische Abscheidung, stromlose Abscheidung, Flammensprühabscheidung, Bürstengalvanisierung und dergleichen Verfahren abgeschieden werden. Auf Lösung basierende Elektroplattiertechniken, welche das Eintauchen der strahlungsgehärteten Struktur in ein Plattierungsbad umfassen, können ebenfalls eingesetzt werden. Das Aufbringen von Metall in der Form eines Aufschlämmungspulvers und das nachfolgende Erhitzen des Aufschlämmungspulvers, um die Metallbeschichtung auszubilden, können ebenfalls eingesetzt werden. Ein Fachmann kann mehr als eine Abscheidetechnik auswählen, um Unterschiede zwischen der Nullrichtung- und der Nichtnullrichtungseigenschaften der ausgewählten Abscheidetechniken zu berücksichtigen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Metallbeschichtung im Wesentlichen gleichmäßig auf sowohl der inneren als auch der äußeren Oberfläche der strahlungsgehärteten Struktur abgeschieden werden. Geeignete Mittel zum Metallisieren der strahlungsgehärteten Struktur können, wie gewünscht, ausgewählt werden.The metal coating may be deposited on the radiation cured structure by at least one of electron beam evaporation, magnetron sputtering, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, atomic layer deposition, electrodeposition, electroless deposition, flame spray deposition, brush plating, and the like. Solution-based electroplating techniques that involve immersing the radiation-cured structure in a plating bath can also be used. The application of metal in the form of a slurry powder and the subsequent heating of the slurry powder to form the metal coating may also be employed. One skilled in the art may select more than one deposition technique to account for differences between the zero and zero direction characteristics of the selected deposition techniques. In certain embodiments, the metal coating may be deposited substantially uniformly on both the inner and outer surfaces of the radiation cured structure. Suitable means for metallizing the radiation-cured structure may be selected as desired.

Ein Fachmann auf dem Gebiet sollte verstehen, dass die strahlungsgehärtete Struktur carbonisiert werden kann. Die Carbonisierung der strahlungsgehärtete Struktur kann es verursachen, dass die strahlungsgehärtete Struktur elektrisch leitfähig wird. Von Jacobsen werden in der US Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 11/870,379, deren Offenbarung hiermit durch Referenz in ihrer Vollständigkeit eingeführt wird, offenzellige Kohlenstoffstrukturen und ein Verfahren zum Herstellen derselben aus einem Polymermatrizenmaterial offenbart. Andere geeignete Verfahren zum Carbonisieren der strahlungsgehärteten Struktur können ebenfalls eingesetzt werden.One skilled in the art should understand that the radiation cured structure can be carbonized. The carbonation of the radiation-cured structure may cause the radiation-cured structure to become electrically conductive. Jacobsen discloses open cell carbon structures and a method for making the same from a polymeric matrix material in US Patent Application Serial No. 11 / 870,379, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. Other suitable methods for carbonizing the radiation-cured structure can also be used.

Es sollte beachtet werden, dass die strahlungsgehärtete Struktur durch Beschichten der strahlungsgehärteten Struktur mit einem geeigneten Metalloxid oder einer geeigneten Keramik keramisiert werden kann. In bestimmten illustrativen Ausführungsformen kann wenigstens ein Teil der strahlungsgehärteten Struktur mit dem Metalloxid oder der Keramik beschichtet werden, um das geeignete Ausmaß von Biegefestigkeit oder elektrischer Leitfähigkeit zu liefern. Geeignete keramische Strukturen und Verfahren zum Keramisieren von strahlungsgehärteten Strukturen werden von Gross et al. in der US Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 12/074,727, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Referenz eingeführt wird, offenbart. Andere geeignete Verfahren zum Keramisieren der strahlungsgehärteten Struktur können ebenfalls eingesetzt werden.It should be noted that the radiation-cured structure may be ceramified by coating the radiation-cured structure with a suitable metal oxide or ceramic. In certain illustrative embodiments, at least a portion of the radiation cured structure may be coated with the metal oxide or ceramic to provide the appropriate level of flexural strength or electrical conductivity. Suitable ceramic structures and methods for ceramifying radiation cured structures are described by Gross et al. in US Patent Application Serial No. 12/074, 727, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. Other suitable methods of ceramifying the radiation cured structure may also be used.

Das Verfahren 100 der vorliegenden Offenbarung umfasst den Schritt des Aufbringens einer Filterschicht zwischen dem ersten strahlungssensitiven Material und dem zweiten strahlungssensitiven Material. Die Filterschicht kann eine Schicht eines anderen strahlungssensitiven Materials sein, welche im Wesentlichen opak gegenüber Strahlung ist, gegenüber der die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien sensitiv sind. In einer illustrativen Ausführungsform schützt die Filterschicht vor der Bestrahlung des zweiten strahlungssensitiven Materials mit wenigstens einem Teil der Vielzahl von Strahlenbündeln, wenn das erste strahlungssensitive Material bestrahlt wird. In bestimmten Fällen ist die Filterschicht eine optische Filterschicht. Beispielsweise kann die Filterschicht zwischen dem ersten strahlungssensitiven Material und dem zweiten strahlungssensitiven Material angeordnet sein. Die Filterschicht kann dadurch Strahlenbündel mit ausgewählter Frequenz, Amplitude oder Typ davon abhalten, die Ausbildung des ersten Konstrukts in dem ersten strahlungssensitiven Material zu verursachen, wenn das zweite strahlungssensitive Material mit den Strahlenbündeln der Strahlungsquelle bestrahlt wird. Die Filterschicht kann auch eine Strahlungssensitivität aufweisen, welche von der Sensitivität der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien verschieden ist. Daher kann, falls erwünscht, auch ein anderes Konstrukt der strahlungsgehärteten Struktur in der Filterschicht ausgebildet werden.The procedure 100 The present disclosure includes the step of applying a filter layer between the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material. The filter layer may be a layer of another radiation-sensitive material that is substantially opaque to radiation to which the first and second radiation-sensitive materials are sensitive. In an illustrative embodiment, prior to irradiating the second radiation-sensitive material, the filter layer protects with at least a portion of the plurality of radiation beams when the first radiation-sensitive material is irradiated. In certain cases, the filter layer is an optical filter layer. For example, the filter layer can be arranged between the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material. The filter layer may thereby prevent radiation beams of selected frequency, amplitude, or type from causing the formation of the first construct in the first radiation-sensitive material when the second radiation-sensitive material is irradiated with the radiation beams of the radiation source. The filter layer may also have a radiation sensitivity which is different from the sensitivity of the first and second radiation-sensitive materials. Therefore, if desired, another construct of the radiation-cured structure may also be formed in the filter layer.

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche in den 2 und 3 gezeigt sind, sind ähnlich zu der Ausführungsform, welche in der 1 gezeigt ist, ausgenommen den nachfolgend beschriebenen Punkten. Zum Zwecke der Klarheit werden ähnliche, in der 1 gezeigte Schritte in den 2 und 3 mit denselben Bezugszeichen in den 200ern und 300ern anstelle der 100er wiederholt.The embodiments of the present invention which are incorporated in the 2 and 3 are similar to the embodiment shown in FIG 1 is shown, except for the points described below. For the sake of clarity, similar, in the 1 shown steps in the 2 and 3 with the same reference numerals in the 200's and 300's instead of the 100's.

Wie in der 2 gezeigt, weist das erste strahlungshärtbare Material die erste Sensitivität auf und weist das zweite strahlungshärtbare Material die zweite Sensitivität, welche von der ersten Sensitivität verschieden ist, auf. Das Verfahren 200 umfasst die Schritte des Bereitstellens 202 des Substrats, des Aufbringens 204 des ersten strahlungshärtbaren Materials auf das Substrat, das Aufbringen 206 des zweiten strahlungshärtbaren Materials auf das erste strahlungshärtbare Material, das Platzieren 208 wenigstens einer Maske zwischen der wenigstens einen Strahlungsquelle und den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien und das Bestrahlen 210 der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien mit einer Vielzahl von Strahlenbündeln durch die strahlungstransparenten Öffnungen in der wenigstens einen Maske. Das Verfahren 200 umfasst den Schritt des Aushärtens 212 der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien mit den verschiedenen ersten und zweiten Sensitivitäten. Das erste Konstrukt in dem ersten strahlungshärtbaren Material und das zweite Konstrukt in dem zweiten strahlungshärtbaren Material werden dadurch hergestellt und kooperieren, um die strahlungsgehärtete Struktur auszubilden. Es sollte ferner beachtet werden, dass das erste strahlungshärtbare Material an der Grenzfläche mit dem zweiten strahlungshärtbaren Material vor dem Aushärten 212 des zweiten strahlungshärtbaren Materials im Wesentlichen ungehärtet sein kann. Nach dem Entfernen des ungehärteten strahlungshärtbaren Materials können die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien gleichzeitig ausgehärtet werden, um an der Grenzfläche Bindungen zu erzeugen. Die wenigstens teilweise Unteraushärtung des ersten strahlungshärtbaren Materials vor der Aushärtung 212 des zweiten strahlungshärtbaren Materials kann die Haftung des ersten Konstrukts an das zweite Konstrukt verbessern. Es sollte ferner beachtet werden, dass es der Unterschied in den Sensitivitäten zwischen dem ersten strahlungshärtbaren Material und dem zweiten strahlungshärtbaren Material erlaubt, dass das erste Konstrukt in dem ersten strahlungssensitiven Material vor dem zweiten Konstrukt in dem zweiten strahlungssensitiven Material oder, falls erwünscht, umgekehrt ausgebildet wird.Like in the 2 As shown, the first radiation-curable material has the first sensitivity, and the second radiation-curable material has the second sensitivity, which is different from the first sensitivity. The procedure 200 includes the steps of providing 202 of the substrate, applying 204 of the first radiation-curable material on the substrate, the application 206 of the second radiation-curable material on the first radiation-curable material, placing 208 at least one mask between the at least one radiation source and the first and second radiation-curable materials and the irradiation 210 the first and second radiation-curable materials having a plurality of radiation beams through the radiation-transparent openings in the at least one mask. The procedure 200 includes the step of curing 212 the first and second radiation-curable materials having the different first and second sensitivities. The first construct in the first radiation-curable material and the second construct in the second radiation-curable material are thereby fabricated and cooperate to form the radiation-cured structure. It should also be noted that the first radiation-curable material at the interface with the second radiation-curable material before curing 212 of the second radiation-curable material may be substantially uncured. After removing the uncured radiation-curable material, the first and second radiation-curable materials can be cured simultaneously to form bonds at the interface. The at least partial undercuring of the first radiation-curable material prior to curing 212 The second radiation-curable material may improve the adhesion of the first construct to the second construct. It should further be noted that the difference in sensitivities between the first radiation-curable material and the second radiation-curable material allows the first construct in the first radiation-sensitive material to be formed in front of the second construct in the second radiation-sensitive material or vice versa if desired becomes.

In einem illustrativen Beispiel werden die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien so ausgewählt, dass diese verschiedene Sensitivitäten gegenüber Strahlungsfrequenz aufweisen. In einer besonderen Ausführungsform sind die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien fotoinitiierte Polymere. Die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien können zusammen aufgebracht werden und jedes weist beispielsweise eine Sensitivität gegenüber einer unterschiedlichen Strahlungsfrequenz auf. Die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien können entweder gleichzeitig oder nacheinander mit verschiedenen Strahlungsfrequenzen bestrahlt werden. Nachdem die Merkmale der ersten und zweiten Konstrukte in den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien initiiert worden sind, kann beispielsweise jedes der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien gleichzeitig auf eine gewünschte Aushärttemperatur erhitzt werden. Das Erhitzen kann verursachen, dass wenigstens eine von Polymerisation und Vernetzung der ersten und zweiten Konstrukte fortschreitet. Weil jedes der ersten und zweiten Konstrukte zu der gleichen Zeit ausgehärtet werden, können die Konstruktmerkmale, welche die Grenzfläche zwischen den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien kreuzen, die Polymerisation oder Vernetzung über die Grenzfläche tragen. Dadurch kann ein wünschenswertes Ausmaß an Haftung zwischen den ersten und zweiten Konstrukten bereitgestellt werden.In an illustrative example, the first and second radiation-curable materials are selected to have different sensitivities to radiation frequency. In a particular embodiment, the first and second radiation-curable materials are photoinitiated polymers. The first and second radiation-curable materials may be applied together and each has, for example, a sensitivity to a different radiation frequency. The first and second radiation-curable materials may be irradiated simultaneously or sequentially at different radiation frequencies. For example, after the features of the first and second constructs in the first and second radiation-curable materials have been initiated, each of the first and second radiation-curable materials can be simultaneously heated to a desired curing temperature. The heating may cause at least one of polymerization and crosslinking of the first and second constructs to proceed. Because each of the first and second constructs are cured at the same time, the construct features crossing the interface between the first and second radiation-curable materials may carry polymerization or crosslinking across the interface. This can be a desirable level of adhesion between the first and second constructs.

In einer anderen Ausführungsform sind die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien fotogehärtete Polymere. Wenn alle der Konstruktmerkmale für jedes der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien im Wesentlichen zur selben Zeit bestrahlt werden, finden die Reaktionen in jedem der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien im Wesentlichen gleichzeitig statt und werden die Polymerisationsreaktion über die Grenzflächen zwischen den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien getragen. Wo die Konstruktmerkmale aufgrund der Limitationen des Maskierens oder der Strahlenquellen nicht alle zur gleichen Zeit bestrahlt werden können, können beispielsweise die Konstruktmerkmale in jedem der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien, welche nicht in die anderen der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien münden, beispielsweise getrennt voneinander bestrahlt werden. Die Konstruktmerkmale, welche nicht die Grenze kreuzen, können gleichzeitig in den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien auf jeder Seite der Grenze ausgebildet werden. Es sollte beachtet werden, dass diese Restriktionen nicht so streng sein können, wenn beispielsweise, wie zuvor beschrieben, eines der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien während des Bestrahlungsverfahrens nicht vollständig aushärtet.In another embodiment, the first and second radiation-curable materials are photohardened polymers. When all of the construct features for each of the first and second radiation-curable materials are irradiated at substantially the same time, the reactions in each of the first and second radiation-curable materials occur substantially simultaneously and the polymerization reaction is carried across the interfaces between the first and second radiation-curable materials , For example, where the construct features can not all be irradiated at the same time because of the limitations of the masking or the radiation sources, the construct features in each of the first and second radiation-curable materials that do not open into the other of the first and second radiation-curable materials can be irradiated separately, for example become. The construct features that do not cross the boundary may be formed simultaneously in the first and second radiation-curable materials on either side of the boundary. It should be noted that these restrictions may not be so stringent if, for example, as previously described, one of the first and second radiation-curable materials does not fully cure during the irradiation process.

In einem anderen illustrativen Beispiel werden die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien so ausgewählt, dass diese verschiedene Initiationsgeschwindigkeiten aufweisen. Es sollte beachtet werden, dass das Fotoinitiationsverfahren gemäß dem vorliegenden Verfahren 200 eine Funktion von wenigstens einem der Strahlungsintensität und der Bestrahlungszeit sein kann. Jede kann so variiert werden, dass sich die Bestrahlung ändert. Die Merkmale des Konstrukts, welches in einem des ersten und des zweiten strahlungshärtbaren Materials mit der langsameren Initiationsgeschwindigkeit gebildet worden ist, werden beispielsweise wünschenswerterweise in das benachbarte des einen des ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materials mit der schnelleren Initiationsgeschwindigkeit getragen. Zu dem einem des ersten und des zweiten strahlungshärtbaren Materials mit der schnelleren Initiationsgeschwindigkeit können beispielsweise zusätzliche Konstruktmerkmale zugefügt werden. Nach dem Initiationsverfahren können die ersten und zweiten Konstrukte durch Erhöhen der Temperatur der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien gehärtet werden. Es sollte beachtet werden, dass alle Merkmale vor dem Beginn des Aushärtverfahrens initiiert werden müssen, um es den Konstruktmerkmalen zu ermöglichen, die Grenzflächen zu kreuzen.In another illustrative example, the first and second radiation-curable materials are selected to have different rates of initiation. It should be noted that the photoinitiation process according to the present process 200 may be a function of at least one of the radiation intensity and the irradiation time. Each can be varied so that the irradiation changes. For example, the features of the construct formed in one of the first and second radiation-curable materials having the slower rate of initiation are desirably carried into the adjacent one of the first and second radiation-curable materials at the faster rate of initiation. For example, additional construct features may be added to the one of the first and second radiation-curable materials having the faster initiation rate. After the initiation process, the first and second constructs may be cured by raising the temperature of the first and second radiation-curable materials. It should be noted that all features must be initiated prior to the onset of the curing process to allow the construct features to cross the interfaces.

In einem weiteren illustrativen Beispiel werden die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien so ausgewählt, dass diese eine voneinander verschiedene Aushärtgeschwindigkeit aufweisen. Das Verarbeiten der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien mit der verschiedenen Aushärtgeschwindigkeit können sehr ähnlich zu der Verarbeitung der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien mit der verschiedenen Initiationsgeschwindigkeit sein. Es sollte beachtet werden, dass das Aushärten der ersten und zweiten Konstrukte während des Bestrahlens passiert. Allerdings sind gleiche Effekte im Hinblick auf die Geschwindigkeit der Bestrahlung anwendbar. Die Konstruktmerkmale, welche in einem des ersten und des zweiten strahlungshärtbaren Materials mit der niedrigeren Aushärtgeschwindigkeit ausgebildet werden, werden beispielsweise vorzugsweise durch das eine des ersten und des zweiten strahlungshärtbaren Materials mit der schnelleren Aushärtgeschwindigkeit getragen. Das eine des ersten und des zweiten strahlungshärtbaren Materials mit der schnelleren Aushärtgeschwindigkeit kann, falls erwünscht, zusätzliche Merkmale enthalten.In another illustrative example, the first and second radiation-curable materials are selected to have a different cure rate from each other. The processing of the first and second radiation-curable materials at the different cure rate may be very similar to the processing of the first and second radiation-curable materials at the different initiation rate. It should be noted that the curing of the first and second constructs occurs during irradiation. However, equal effects with respect to the speed of irradiation are applicable. For example, the construct features formed in one of the first and second lower durometer radiation-curable materials are preferably carried by the one of the first and second radiation-curable materials having the faster cure rate. The one of the first and second radiation-curable materials having the faster cure rate may contain additional features if desired.

In einem weiteren illustrativen Beispiel werden die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien so ausgewählt, dass diese gegenüber dem Strahlentyp eine verschiedene Sensitivität aufweisen. Wie vorstehend beschrieben, kann eine Mehrzahl von Strahlungstypen eingesetzt werden, um die Aushärtreaktion zu initiieren. Typischerweise wird das Aushärten (beispielsweise wenigstens eines von Initiation, Polymerisation und Vernetzen) durch irgendeine Form von elektromagnetischer Strahlung initiiert werden. Des Weiteren können allerdings andere Arten von Strahlung, wie beispielsweise Partikelbündelstrahlung, ebenfalls eingesetzt werden, um das Aushärten zu initiieren.In another illustrative example, the first and second radiation-curable materials are selected to have a different sensitivity from the type of radiation. As described above, a plurality of types of radiation can be used to initiate the curing reaction. Typically, curing (eg, at least one of initiation, polymerization and crosslinking) will be initiated by some form of electromagnetic radiation. Furthermore, however, other types of radiation, such as particulate beam radiation, may also be used to initiate curing.

Für ein fotoinitiiertes Polymersystem, bei dem die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien ebenfalls verschiedene Sensitivitäten gegenüber dem Strahlungstyp aufweisen, ist das Verfahren ähnlich zu dem Verfahren zum Variieren der Frequenz der Strahlung. Die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien werden jeweils aufgebracht und weisen eine Sensitivität gegenüber verschiedenen Strahlungstypen auf. Die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien können dann, entweder simultan oder nacheinander, mit verschiedenen Arten von Strahlung bestrahlt werden. Nachdem die Konstruktmerkmale in den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien initiiert werden, wird jedes der ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien gleichzeitig auf die Aushärttemperatur, bei der die Polymerisation und/oder das Vernetzen aller Konstruktmerkmale stattfindet, erhitzt. Weil die Konstruktmerkmale im Wesentlichen zur gleichen Zeit ausgebildet werden, tragen die Konstruktmerkmale, welche die Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten strahlungshärtbaren Material kreuzen, vorzugsweise die Polymerisation und/oder das Vernetzen über die Grenzfläche.For a photoinitiated polymer system in which the first and second radiation-curable materials also have different sensitivities to the radiation type, the method is similar to the method of varying the frequency of the radiation. The first and second radiation-curable materials are each applied and have a sensitivity to different types of radiation. The first and second radiation-curable materials may then be irradiated with different types of radiation, either simultaneously or sequentially. After initiating the construct features in the first and second radiation-curable materials, each of the first and second radiation-curable materials is heated simultaneously to the curing temperature at which polymerization and / or crosslinking of all construct features occurs. Because the construct features are formed at substantially the same time, the construct features, which cross the interface between the first and second radiation-curable material, preferably the polymerization and / or crosslinking across the interface.

Für ein fotoausgehärtetes Polymersystem, in dem jedes der Konstruktmerkmale für die ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien zur im Wesentlichen der gleichen Zeit bestrahlt werden kann, kann das Aushärten in den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien gleichzeitig auftreten. Die resultierenden Polymerisationsreaktionen können dadurch über die Grenzfläche zwischen den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien getragen werden. Wenn die Konstruktmerkmale aufgrund der Limitationen des Maskierens oder der Strahlenquellen nicht alle im Wesentlichen zur gleichen Zeit bestrahlt werden können, können beispielsweise die Konstruktmerkmale in dem ersten strahlungshärtbaren Material, das nicht in dem zweiten strahlungshärtbaren Material abbindet, getrennt voneinander ausgebildet werden. Die Konstruktmerkmale, welche die Grenzflächen kreuzen, können in den ersten und zweiten strahlungshärtbaren Materialien auf beiden Seiten der Grenzfläche gleichzeitig ausgebildet werden.For a photo-cured polymer system in which each of the constructive features for the first and second radiation-curable materials can be irradiated at substantially the same time, the curing in the first and second radiation-curable materials can occur simultaneously. The resulting polymerization reactions can thereby be carried over the interface between the first and second radiation-curable materials. For example, if the construct features can not all be irradiated at substantially the same time because of the limitations of the mask or the radiation sources, the construct features in the first radiation-curable material that does not set in the second radiation-curable material can be formed separately. The construct features that cross the interfaces may be formed in the first and second radiation-curable materials on both sides of the interface simultaneously.

Wie in der 3 dargestellt, weist das erste strahlungsdissoziierbare Material eine erste Sensitivität auf und weist das zweite strahlungsdissoziierbare Material eine zweite Sensitivität auf, welche von der ersten Sensitivität verschieden ist. Das Verfahren 300 umfasst die Schritte des Bereitstellens 302 eines Substrats, das Aufbringen 304 des ersten strahlungsdissoziierbaren Materials auf das Substrat, das Aufbringen 306 des zweiten strahlungsdissoziierbaren Materials auf das erste strahlungsdissoziierbare Material, das Platzieren 308 wenigstens einer Maske zwischen der wenigstens einen Strahlungsquelle und den ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien und das Bestrahlen 310 der ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien mit der Vielzahl von Strahlenbündeln durch die strahlungstransparenten Öffnungen in der wenigstens einen Maske. Das Verfahren 300 umfasst ferner den Schritt des Dissoziierens 312 der ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien mit den verschiedenen ersten und zweiten Sensitivitäten. Dadurch wird das erste Konstrukt in dem ersten strahlungsdissoziierbaren Material und wird das zweite Konstrukt in dem zweiten strahlungsdissoziierbaren Material ausgebildet und diese kooperieren miteinander, um die strahlungsgehärtete Struktur auszubilden. Es sollte beachtet werden, dass es der Unterschied in den Sensitivitäten zwischen dem ersten strahlungsdissoziierbaren Material und dem zweiten strahlungsdissoziierbaren Material ermöglicht, dass das erste Konstrukt in dem ersten strahlungssensitiven Material vor dem zweiten Konstrukt in dem zweiten strahlungssensitiven Material oder, falls erwünscht, umgekehrt ausgebildet wird.Like in the 3 As shown, the first radiation-dissociable material has a first sensitivity and the second radiation-dissociable material has a second sensitivity that is different from the first sensitivity. The procedure 300 includes the steps of providing 302 a substrate, the application 304 of the first radiation-dissociable material on the substrate, the application 306 of the second radiation-dissociable material on the first radiation-dissociable material, placing 308 at least one mask between the at least one radiation source and the first and second radiation-dissociable materials and the irradiation 310 the first and second radiation-dissociable materials having the plurality of radiation beams through the radiation-transparent openings in the at least one mask. The procedure 300 further comprises the step of dissociating 312 the first and second radiation-dissociable materials having the different first and second sensitivities. Thereby, the first construct becomes in the first radiation-dissociable material and the second construct is formed in the second radiation-dissociable material and these cooperate with each other to form the radiation-cured structure. It should be noted that the difference in sensitivities between the first radiation-dissociable material and the second radiation-dissociable material allows the first construct in the first radiation-sensitive material to be formed in front of the second construct in the second radiation-sensitive material or, if desired, vice versa ,

In einem illustrativen Beispiel werden die ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien so ausgewählt, dass diese eine verschiedene Sensitivität gegenüber Strahlungsfrequenz aufweisen. Wenn die ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien positive Fotolacke sind, werden die ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien beispielsweise vor dem Schritt des Bestrahlens 310 der ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien mit Strahlenbündeln vorzugsweise vollständig ausgehärtet und miteinander vernetzt. Die gewünschten Konstruktmerkmale können dadurch über die Grenzfläche zwischen den ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien getragen werden. Es sollte verstanden werden, dass die ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien mit den Strahlenbündeln mit den verschiedenen Frequenzen in jeder Reihenfolge bestrahlt werden können und dann die bestrahlten Bereiche durch das Lösungsmittel gelöst werden können, um die gewünschten ersten und zweiten Konstrukte zu hinterlassen.In an illustrative example, the first and second radiation-dissociable materials are selected to have a different sensitivity to radiation frequency. For example, if the first and second radiation-dissociable materials are positive photoresists, the first and second radiation-dissociable materials become prior to the irradiation step 310 the first and second radiation-dissociable materials with radiation beams preferably fully cured and crosslinked with each other. The desired construct features may thereby be carried over the interface between the first and second radiation-dissociable materials. It should be understood that the first and second radiation-dissociable materials may be irradiated with the beams at the various frequencies in any order and then the irradiated areas may be dissolved by the solvent to leave the desired first and second constructs.

In einem anderen illustrativen Beispiel werden die ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien so ausgewählt, dass diese verschiedene Dissoziationsgeschwindigkeiten aufweisen. Es sollte beachtet werden, dass, wenn die Dissoziationsgeschwindigkeiten der ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien voneinander verschieden sind, komplexe Konstrukte erzeugt werden können. Ein Fachmann auf dem Fachgebiet versteht, dass die durch den Schritt des Bestrahlens 310 eines der ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien mit der langsamsten Dissoziationsgeschwindigkeit erzeugten Löcher durch die gesamte resultierende strahlungsgehärtete Struktur getragen werden. Von einem der ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien mit der schnelleren Dissoziationsgeschwindigkeit kann zusätzliches Material entfernt werden, ohne dass das andere der ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien mit der langsameren Dissoziationsgeschwindigkeit signifikant beeinträchtigt wird. Allerdings ist im Allgemeinen ein beträchtlicher Unterschied in den entsprechenden Dissoziationsgeschwindigkeiten wünschenswert. Als nicht beschränkende Beispiele kann eine Differenz in den Dissoziationsgeschwindigkeiten von ungefähr 10:1 ausreichend sein, wenn es lediglich zwei strahlungsdissoziierbare Materialien gibt; wenn es drei strahlungsdissoziierbare Materialien gibt, kann ein Unterschied in den Dissoziationsgeschwindigkeiten von ungefähr 100:1 ausreichend sein; und wenn es mehr als drei strahlungsdissoziierbare Materialien gibt, kann ein Unterschied in den Dissoziationsgeschwindigkeiten von ungefähr 10.000:1 ausreichend sein. Die entsprechenden Dissoziationsgeschwindigkeiten der strahlungsdissoziierbaren Materialien können, wie gewünscht, ausgewählt werden.In another illustrative example, the first and second radiation-dissociable materials are selected to have different dissociation rates. It should be noted that as dissociation rates of the first and second radiation-dissociable materials are different from each other, complex constructs can be generated. One skilled in the art will understand that by the step of irradiating 310 one of the first and second radiation-dissociable materials having the slowest dissociation rate are carried through the entire resulting radiation-cured structure. Additional material can be removed from one of the first and second radiation-dissociable materials at the faster rate of dissociation without significantly affecting the other of the first and second radiation-dissociable materials at the slower dissociation rate. However, in general, a considerable difference in the corresponding dissociation rates is desirable. As non-limiting examples, a difference in dissociation rates of about 10: 1 may be sufficient if there are only two radiation-dissociable materials; if there are three radiation-dissociable materials, a difference in dissociation rates of about 100: 1 may be sufficient; and if there are more than three radiation-dissociable materials, a difference in dissociation rates of about 10,000: 1 may be sufficient. The corresponding Dissociation rates of the radiation-dissociable materials can be selected as desired.

In einem weiteren illustrativen Beispiel können die ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien so ausgewählt werden, dass diese unterschiedliche Sensitivitäten gegenüber dem Strahlungstyp aufweisen. Die Ausbildung der strahlungsgehärteten Struktur aus den ersten und zweiten strahlungsdissoziierbaren Materialien mit Sensitivitäten gegenüber verschiedenen Arten von Strahlen kann ähnlich sein zu dem Verfahren für unterschiedliche Sensitivität gegenüber Frequenz, welches zuvor beschrieben worden ist. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann das erste strahlungsdissoziierbare Material sensitiv gegenüber elektromagnetischer Strahlung sein und kann das zweite strahlungsdissoziierbare Material sensitiv gegenüber Partikelbündelstrahlung sein. Es sollte allerdings beachtet werden, dass das erste strahlungsdissoziierbare Material, welches gegenüber der elektromagnetischen Strahlung sensitiv ist, wünschenswerterweise so ausgewählt wird, dass dieses gegenüber der Partikelbündelstrahlung eine minimale Sensitivität aufweist und umgekehrt.In another illustrative example, the first and second radiation-dissociable materials may be selected to have different sensitivities to the type of radiation. The formation of the radiation-cured structure from the first and second radiation-dissociable materials having sensitivities to different types of radiation may be similar to the process for different sensitivity to frequency previously described. As a non-limiting example, the first radiation-dissociable material may be sensitive to electromagnetic radiation and the second radiation-dissociable material may be sensitive to particle beam radiation. It should be noted, however, that the first radiation-dissociable material, which is sensitive to electromagnetic radiation, is desirably selected to have a minimum sensitivity to particle beam radiation, and vice versa.

Es ist überraschenderweise herausgefunden worden, dass die selektive Bestrahlung von geschichteten strahlungssensitiven Materialien gemäß den Verfahren 100, 200, 300 der vorliegenden Offenbarung die Produktionskosten und die Fabrikationszeit von strahlungsgehärteten Strukturen minimieren. Durch Gruppieren all der Laminierungsarbeitsschritte zusammen kann die Herstellung von komplexen strahlungsgehärteten Strukturen nunmehr auf einer gleichen Anlage und in derselben Einrichtung durchgeführt werden. Das Bestrahlen der verschiedenen strahlungssensitiven Materialien mit der Vielzahl von Strahlenquellen kann durch Anstellen der maskierten Strahlungsquellen ohne Bewegen der strahlungssensitiven Materialien durchgeführt werden. Die Verfahren 100, 200, 300 schützen daher vor Fehlausrichtung und Toleranzbedenken, welche typischerweise aus wiederholtem Positionieren von Masken und strahlungssensitiven Materialien resultieren können. Die strahlungsgehärtete Struktur der vorliegenden Offenbarung kann ebenfalls ohne Notwendigkeit des Planarisierens, wie dies bei dem elektromechanischen Herstellen durchgeführt wird, hergestellt werden. Es kann auch ein einzelner Reinigungsschritt eingesetzt werden, um ungehärtete strahlungssensitiven Materialien nach der Herstellung der strahlungsgehärteten Struktur zu entfernen. Gleichermaßen können einzelne Metallisierungs-, Carbonisierungs- und Keramisierungsarbeitsschritten durchgeführt werden, um die strahlungsgehärtete Struktur herzustellen, um die strahlungsgehärtete Struktur mit den gewünschten Eigenschaften auszustatten.It has surprisingly been found that the selective irradiation of layered radiation-sensitive materials according to the methods 100 . 200 . 300 of the present disclosure minimize production cost and fabrication time of radiation cured structures. By grouping together all the lamination operations together, the fabrication of complex radiation cured structures can now be performed on a single unit and in the same facility. The irradiation of the various radiation-sensitive materials with the plurality of radiation sources can be performed by adjusting the masked radiation sources without moving the radiation-sensitive materials. The proceedings 100 . 200 . 300 thus guard against misalignment and tolerance concerns, which typically can result from repeated positioning of masks and radiation-sensitive materials. The radiation-cured structure of the present disclosure may also be made without the need for planarization as practiced in electromechanical fabrication. A single cleaning step may also be used to remove uncured radiation-sensitive materials after the preparation of the radiation-cured structure. Similarly, individual metallization, carbonation and ceramization operations may be performed to prepare the radiation cured structure to provide the radiation cured structure with the desired properties.

Unter Bezugnahme nunmehr auf die 4A4C kann das Verfahrengemäß der vorliegenden Erfindung die Herstellung einer Mikrostruktur 400 unter Verwendung eines ausschließlichen Sensitivitätsansatzes umfassen. Obgleich die Mikrostruktur 400 in den 4A4C als Ausleger gezeigt ist, sollte es verstanden werden, dass die Ausbildung anderer Formen für die Mikrostruktur 400 ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegt.Referring now to the 4A - 4C For example, the process of the present invention may involve the preparation of a microstructure 400 using an exclusive sensitivity approach. Although the microstructure 400 in the 4A - 4C As a boom is shown, it should be understood that the formation of other shapes for the microstructure 400 is also within the scope of the present disclosure.

Das Verfahren zur Herstellung der Mikrostruktur 400 umfasst zuerst die Schritte des Bereitstellens des ersten strahlungssensitiven Materials und des zweiten strahlungssensitiven Materials, zum Beispiel als jeweils eine auf einem Substrat 406 aufgebrachte erste Schicht 402 und zweite Schicht 404. Die erste Schicht 402 weist eine erste Sensitivität auf, und die zweite Schicht 404 weist eine zweite Sensitivität auf, welche von der ersten Sensitivität verschieden ist. Dann wird eine erste Maske 408 zwischen der wenigstens einen Strahlungsquelle (nicht gezeigt) und den ersten und zweiten Schichten 402, 404 platziert. Die erste Maske 408 weist wenigstens eine erste im Wesentlichen strahlungstransparente Öffnung 410 auf, welche in dieser ausgebildet ist. Die erste Schicht 402 und die zweite Schicht 404 werden dann mit einer ersten Vielzahl von Strahlenbündeln 412, gegenüber denen das erste strahlungssensitive Material der ersten Schicht 402 sensitiv ist und das zweite strahlungssensitive Material der zweiten Schicht 404 nicht sensitiv ist, bestrahlt. Die erste Vielzahl von Strahlenbündeln 412 wird durch die erste strahlungstransparente Öffnung 410 in der ersten Maske 408 projiziert, um ein erstes Konstrukt der Mikrostruktur 400 in der ersten Schicht 402 auszubilden. Die erste Maske 408 wird dann durch eine zweite Maske 414 ersetzt, welche wenigstens eine zweite im Wesentlichen strahlungstransparente Öffnung 416, die in dieser ausgebildet ist, aufweist. Die erste Schicht 402 und die zweite Schicht 404 werden dann mit einer zweiten Vielzahl von Strahlenbündeln 418, gegenüber denen das zweite strahlungssensitive Material der zweiten Schicht 404 sensitiv ist und das erste strahlungssensitive Material der ersten Schicht 402 nicht sensitiv ist, bestrahlt. Die zweite Vielzahl von Strahlenbündeln 418 wird durch die zweite strahlungstransparente Öffnung 416 in der zweiten Maske 414 projiziert, um ein zweites Konstrukt der Mikrostruktur 400 in der zweiten Schicht 404 auszubilden. Die zweite Maske 414 wird entfernt, und die zurückbleibenden ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien werden von dem Substrat 406 entfernt. Dadurch wird die Mikrostruktur 400, welche aus den ersten und zweiten Konstrukten zusammengesetzt ist, bereitgestellt.The method of making the microstructure 400 first comprises the steps of providing the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material, for example, as one on a substrate 406 applied first layer 402 and second layer 404 , The first shift 402 has a first sensitivity, and the second layer 404 has a second sensitivity, which is different from the first sensitivity. Then a first mask 408 between the at least one radiation source (not shown) and the first and second layers 402 . 404 placed. The first mask 408 has at least one first substantially radiation-transparent opening 410 on, which is formed in this. The first shift 402 and the second layer 404 are then with a first variety of bundles of rays 412 against which the first radiation-sensitive material of the first layer 402 is sensitive and the second radiation-sensitive material of the second layer 404 not sensitive, irradiated. The first variety of beams 412 gets through the first radiation-transparent opening 410 in the first mask 408 projected to a first construct of the microstructure 400 in the first shift 402 train. The first mask 408 is then through a second mask 414 which substitutes at least one second substantially radiation-transparent opening 416 , which is formed in this, has. The first shift 402 and the second layer 404 are then using a second variety of beams 418 against which the second radiation-sensitive material of the second layer 404 is sensitive and the first radiation-sensitive material of the first layer 402 not sensitive, irradiated. The second variety of beams 418 is through the second radiation-transparent opening 416 in the second mask 414 projected to a second construct of the microstructure 400 in the second layer 404 train. The second mask 414 is removed, and the remaining first and second radiation-sensitive materials are removed from the substrate 406 away. This will cause the microstructure 400 , which is composed of the first and second constructs provided.

In einer anderen Ausführungsform, welche in den 5A5C dargestellt ist, kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung die Herstellung einer Mikrostruktur 500 unter Verwendung eines überlappenden Sensitivitätsansatzes umfassen. Obgleich die Mikrostruktur 500 als ein Träger- und Gitternetzwerk gezeigt ist, sollte es beachtet werden, dass die Ausbildung anderer Formen ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegt.In another embodiment, which in the 5A - 5C can be shown, the method according to the present disclosure, the Production of a microstructure 500 using an overlapping sensitivity approach. Although the microstructure 500 As a girder and grid network is shown, it should be noted that the design of other shapes is also within the scope of the present disclosure.

Das Verfahren zur Herstellung der Mikrostruktur 500 umfasst zuerst die Schritte des Bereitstellens des ersten strahlungssensitiven Materials und des zweiten strahlungssensitiven Materials, zum Beispiel, als jeweils eine erste Schicht 502 und eine zweite Schicht 504. Die erste Schicht 502 wird auf ein Substrat 506 aufgebracht und die zweite Schicht 504 wird auf die erste Schicht 502 aufgebracht. Die erste Schicht 502 weist eine erste Sensitivität auf und die zweite Schicht 504 weist eine zweite Sensitivität auf, welche von der ersten Sensitivität verschieden ist. In dieser Ausführungsform teilt auch die zweite Schicht 504 die erste Sensitivität mit der ersten Schicht 502. Eine erste Maske 508 wird dann zwischen der wenigstens einen Strahlungsquelle (nicht gezeigt) und den ersten und zweiten Schichten 502, 504 platziert. Die erste Maske 508 weist wenigstens eine erste im Wesentlichen strahlungstransparente Öffnung 510 auf, welche in dieser ausgebildet ist. Die erste Schicht 502 und die zweite Schicht 504 werden dann mit einer ersten Vielzahl von Strahlenbündeln 512, gegenüber denen sowohl das erste strahlungssensitive Material der ersten Schicht 502 als auch das zweite strahlungssensitive Material der zweiten Schicht 504 sensitiv ist, bestrahlt. Die erste Vielzahl von Strahlenbündeln 512 wird durch die erste strahlungstransparente Öffnung 510 in der ersten Maske 508 projiziert, um ein erstes Konstrukt der Mikrostruktur 500 in der ersten Schicht 502 und der zweiten Schicht 504 auszubilden. Die erste Maske 508 wird dann durch eine zweite Maske 514 ersetzt, welche wenigstens eine zweite im Wesentlichen strahlungstransparente Öffnung 516, die in dieser ausgebildet ist, aufweist. Die erste Schicht 502 und die zweite Schicht 504 werden mit einer zweiten Vielzahl von Strahlenbündeln 518, gegenüber denen das zweite strahlungssensitive Material der zweiten Schicht 504 sensitiv ist und das erste strahlungssensitive Material der ersten Schicht 502 nicht sensitiv ist, bestrahlt. Die zweite Vielzahl von Strahlenbündeln 518 wird durch die zweite strahlungstransparente Öffnung 516 in der zweiten Maske 514 projiziert, um ein zweites Konstrukt der Mikrostruktur 500 in der zweiten Schicht 504 auszubilden. Die zweite Maske 514 wird entfernt und die zurückbleibenden ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien werden von dem Substrat 506 entfernt. Dadurch wird die Mikrostruktur 500, welche aus den ersten und zweiten Konstrukten zusammengesetzt ist, bereitgestellt.The method of making the microstructure 500 first comprises the steps of providing the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material, for example, as a first layer, respectively 502 and a second layer 504 , The first shift 502 is on a substrate 506 applied and the second layer 504 gets on the first layer 502 applied. The first shift 502 has a first sensitivity and the second layer 504 has a second sensitivity, which is different from the first sensitivity. In this embodiment, the second layer also shares 504 the first sensitivity with the first layer 502 , A first mask 508 is then between the at least one radiation source (not shown) and the first and second layers 502 . 504 placed. The first mask 508 has at least one first substantially radiation-transparent opening 510 on, which is formed in this. The first shift 502 and the second layer 504 are then with a first variety of bundles of rays 512 to which both the first radiation-sensitive material of the first layer 502 as well as the second radiation-sensitive material of the second layer 504 sensitive, irradiated. The first variety of beams 512 gets through the first radiation-transparent opening 510 in the first mask 508 projected to a first construct of the microstructure 500 in the first shift 502 and the second layer 504 train. The first mask 508 is then through a second mask 514 which substitutes at least one second substantially radiation-transparent opening 516 , which is formed in this, has. The first shift 502 and the second layer 504 be with a second variety of bundles of rays 518 against which the second radiation-sensitive material of the second layer 504 is sensitive and the first radiation-sensitive material of the first layer 502 not sensitive, irradiated. The second variety of beams 518 is through the second radiation-transparent opening 516 in the second mask 514 projected to a second construct of the microstructure 500 in the second layer 504 train. The second mask 514 is removed and the remaining first and second radiation-sensitive materials are removed from the substrate 506 away. This will cause the microstructure 500 , which is composed of the first and second constructs provided.

Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ist die Mikrostruktur 500 ein vollständig integriertes Diffusionsmedium aus Strömungsfeldträger und diamantförmigem Gitter, welches aus zwei fixierten Schichten von Fotolacken gebildet ist. Als nichtbeschränkende Beispiele kann die erste Schicht 502 PerMXTM-Fotolack, welcher von E. I. du Pont de Nemours and Company kommerziell erhältlich ist, umfassen, und die zweite Schicht kann SU-8TM-Fotolack umfassen. Die erste Schicht 502 aus dem PerMXTM-Fotolack ist eine Bodenschicht, welche auf dem Substrat 506 aufgebracht ist, und die zweite Schicht 504 aus dem SU-8TM-Fotolack ist eine Deckschicht, welche auf der ersten Schicht 502 aufgebracht ist. Der PerMXTM und der SU-8TM teilen jeweils dieselbe erste Sensitivität miteinander, zum Beispiel gegenüber UV-Licht bei einer voreingestellten Wellenlänge von ungefähr 365 nm. Der Strömungsfeldpolymerträger wird sowohl in der ersten Schicht 502 aus dem PerMXTM als auch in der zweiten Schicht 504 aus den SU-8TM-Schichten unter UV-Bestrahlung mit der voreingestellten Wellenlänge von ungefähr 365 nm, wie hier beschrieben, gebildet. Nur die zweite Schicht 504 aus dem SU-8TM-Fotolack weist einen zusätzlichen Fotoinitiator auf, welcher es ermöglicht, dass in der zweiten Schicht 504 selektiv ein Gittermuster ausgebildet wird, und zwar zum Beispiel nach dem Bestrahlen mit sichtbarem Licht bei einer voreingestellten Wellenlänge von ungefähr 470 nm. Sobald mit sichtbarem Licht bei der voreingestellten Wellenlänge von 470 nm bestrahlt, wird das diamantförmige Gitter in der zweiten Schicht 504 ausgebildet. Nach beiden Bestrahlungen wird der ganze Stapel entwickelt, um die unbestrahlten Regionen der ersten Schicht 502 und der zweiten Schicht 504 zu entfernen. Eine individuelle, zusammengesetzte Mikrostruktur 500, welche den Strömungsfeldpolymerträger und das diamantförmige Gitter umfasst, wird dadurch aufgebaut.According to an exemplary embodiment, the microstructure is 500 a completely integrated diffusion medium of flow field carrier and diamond-shaped grid, which is formed from two fixed layers of photoresists. As non-limiting examples, the first layer 502 PerMX photoresist, which is commercially available from EI du Pont de Nemours and Company, and the second layer may comprise SU-8 photoresist. The first shift 502 from the PerMX photoresist is a bottom layer which is on the substrate 506 is applied, and the second layer 504 from the SU-8 photoresist is a topcoat which is on the first layer 502 is applied. The PerMX and the SU-8 each share the same first sensitivity with each other, for example, against UV light at a preset wavelength of about 365 nm. The flow field polymer carrier becomes both in the first layer 502 from the PerMX as well as in the second layer 504 formed from the SU-8 layers under UV irradiation at the preset wavelength of about 365 nm as described herein. Only the second layer 504 from the SU-8 photoresist has an additional photoinitiator which allows for the second layer 504 selectively, a grating pattern is formed, for example, after irradiation with visible light at a preset wavelength of about 470 nm. When irradiated with visible light at the preset wavelength of 470 nm, the diamond-shaped grating in the second layer becomes 504 educated. After both exposures, the whole stack is developed around the unirradiated regions of the first layer 502 and the second layer 504 to remove. An individual, composite microstructure 500 comprising the flow field polymer carrier and the diamond-shaped grid is thereby constructed.

Vorteilhafterweise führen die in den 4A4C und 5A5C dargestellten Verfahren zu einem höheren Ausmaß an Integration als das, was im Brennstoffzellenbau nach dem Stand der Technik und normalen lithographischen Verfahren erreicht worden ist.Advantageously, lead into the 4A - 4C and 5A - 5C to a higher degree of integration than what has been achieved in prior art fuel cell construction and normal lithographic processes.

Es wurde des Weiteren überraschenderweise entdeckt, dass die in den 5A5C gezeigte Ausführungsform mit überlappender Sensitivität, in welcher die erste Schicht 502 die erste Sensitivität aufweist und die zweite Schicht 504 sowohl die erste Sensitivität als auch die zweite Sensitivität aufweist, besonders erstrebenswert für Herstellungsoperationen in großem Maßstab ist, wobei Anlagenkosten für das Ausrichten, Toleranzen bei der Maskenherstellung und die Polymerwiedergewinnung von Belang sind. Insbesondere, wenn die Mikrostruktur 500 durch sowohl die erste Schicht 502 als auch die zweite Schicht 504 für eine sichere Anhaftung zwischen denselben hindurchgelegt wird, minimiert die überlappende Sensitivität das Erfordernis einer präzisen Ausrichtung der ersten und der zweiten Maske 508, 514 zueinander, wie es ansonsten notwendig wäre, um ein vollständiges Querschnittsprofil an der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 502 und der zweiten Schicht 504 bereitzustellen. Im Maßstab einer vollständigen Brennstoffzellenkomponente werden bei Nichtanwendung des überlappenden Sensitivitätsansatzes selbst kleine thermische Ausdehnungsunterschiede zwischen der ersten Maske 508 und der zweiten Maske 514 das Merkmal Abstand verändern und es erschweren, ein Ausrichten über die gesamte Fläche sicherzustellen. Die überlappende Sensitivitätsausführungsform erlaubt des Weiteren vorteilhafterweise, dass sowohl winkelförmige als auch aufrechte Merkmale in derselben Schicht für ein kontinuierliches strukturelles Merkmal mit einer minimalen Anzahl von Schritten hergestellt werden.It was further surprisingly discovered that the in the 5A - 5C shown embodiment with overlapping sensitivity, in which the first layer 502 having the first sensitivity and the second layer 504 having both the first sensitivity and the second sensitivity is particularly desirable for large scale manufacturing operations, with equipment costs for alignment, mask fabrication tolerances and polymer recovery being of concern. In particular, if the microstructure 500 through both the first layer 502 as well as the second layer 504 for a secure adhesion between them, the overlapping sensitivity minimizes the need for precise alignment of the first and second ones mask 508 . 514 to one another, as would otherwise be necessary, to form a complete cross-sectional profile at the interface between the first layer 502 and the second layer 504 provide. On the scale of a complete fuel cell component, if the overlapping sensitivity approach is not used, even small differences in thermal expansion between the first mask will result 508 and the second mask 514 change the feature spacing and make it difficult to ensure alignment over the entire area. The overlapping sensitivity embodiment further advantageously allows both angular and upright features to be fabricated in the same layer for a continuous structural feature with a minimum number of steps.

Wenn ein Wiedergewinnen der unbestrahlten Polymere in einer einzigen Reinigungsoperation erwünscht ist, sollte es ebenfalls verstanden werden, dass die Fotoinitiatoren der wiedergewonnenen ersten Schicht 502 und der zweiten Schicht 504 typischerweise vermischt werden, wenn die ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien von dem Substrat 506 entfernt werden. In einem ausschließlichen Sensitivitätsprozess ist die wiedergewonnene Mischung von strahlungssensitiven Materialien nicht ohne weiteres für eine Wiederverwendung in entweder der ersten Schicht 502 oder der zweiten Schicht 504 geeignet. In dem überlappenden Sensitivitätsansatz hat sich jedoch die Zugabe von wiedergewonnenem strahlungssensitiven Material mit einer dualen Sensitivität zu einem ursprünglichen strahlungssensitiven Material mit der dualen Sensitivität, z. B., dem zweiten strahlungssensitiven Material für die zweite Schicht 504, als akzeptabel erwiesen. Somit ist das Verfahren der vorliegenden Offenbarung besonders erstrebenswert für Herstellungsoperationen in großem Maßstab.If recovery of the unirradiated polymers in a single cleaning operation is desired, it should also be understood that the photoinitiators of the recovered first layer 502 and the second layer 504 typically mixed when the first and second radiation-sensitive materials from the substrate 506 be removed. In an exclusive sensitivity process, the recovered mixture of radiation-sensitive materials is not readily reusable in either the first layer 502 or the second layer 504 suitable. However, in the overlapping sensitivity approach, the addition of recovered radiation-sensitive material having a dual sensitivity to an original radiation-sensitive material having the dual sensitivity, e.g. B., the second radiation-sensitive material for the second layer 504 , as proved acceptable. Thus, the method of the present disclosure is particularly desirable for large scale manufacturing operations.

Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Details zum Zwecke der Illustration der vorliegenden Erfindung gezeigt worden sind, wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich werden, dass verschiedene Veränderungen gemacht werden können, ohne den Schutzumfang der Offenbarung, welcher durch die beigefügten Patentansprüche näher beschrieben wird, zu verlassen.While certain representative embodiments and details have been shown for purposes of illustration of the present invention, it will become apparent to those skilled in the art that various changes can be made without departing from the scope of the disclosure, which is further described by the appended claims leave.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zum Herstellen einer strahlungsgehärteten Struktur, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines ersten strahlungssensitiven Materials, wobei das erste strahlungssensitive Material eine erste Sensitivität aufweist, Bereitstellen eines zweiten strahlungssensitiven Materials, welches an das erste strahlungssensitive Material angrenzt, wobei das zweite strahlungssensitive Material die erste Sensitivität und eine zweite Sensitivität aufweist, welche von der ersten Sensitivität verschieden ist, Platzieren wenigstens einer Maske zwischen wenigstens einer Strahlungsquelle und dem ersten und dem zweiten strahlungssensitiven Material, wobei die Maske eine Vielzahl von im Wesentlichen strahlungstransparenten Öffnungen aufweist, Bestrahlen der ersten und zweiten strahlungssensitiven Materialien mit einer Vielzahl von Strahlenbündeln durch die strahlungstransparenten Öffnungen in der Maske sowie Ausbilden wenigstens eines ersten Konstrukts in dem ersten strahlungssensitiven Material und eines zweiten Konstrukts in dem zweiten strahlungssensitiven Material, wobei das erste Konstrukt und das zweite Konstrukt miteinander kooperieren, um die strahlungsgehärtete Struktur auszubilden.A method of making a radiation cured structure, the method comprising the steps of: Providing a first radiation-sensitive material, wherein the first radiation-sensitive material has a first sensitivity, Providing a second radiation-sensitive material adjacent to the first radiation-sensitive material, the second radiation-sensitive material having the first sensitivity and a second sensitivity different from the first sensitivity; Placing at least one mask between at least one radiation source and the first and second radiation-sensitive materials, the mask having a plurality of substantially radiation-transparent openings, Irradiating the first and second radiation-sensitive materials with a plurality of radiation beams through the radiation-transparent openings in the mask and Forming at least one first construct in the first radiation-sensitive material and a second construct in the second radiation-sensitive material, wherein the first construct and the second construct cooperate with each other to form the radiation-cured structure. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem wenigstens eine der ersten und zweiten Sensitivitäten wenigstens eines von einer Aushärtgeschwindigkeit, einer Initiationsgeschwindigkeit, einer Dissoziationsgeschwindigkeit, einer Sensitivität gegenüber Strahlungsfrequenz, einer Sensitivität gegenüber Strahlungsamplitude und einer Sensitivität gegenüber Strahlungstyp ist.The method of claim 1, wherein at least one of the first and second sensitivities is at least one of a cure rate, an initiation rate, a dissociation rate, a sensitivity to radiation frequency, a sensitivity to radiation amplitude, and a sensitivity to radiation type. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt des Aufbringens eines dritten strahlungssensitiven Materials auf das zweite strahlungssensitive Material, wobei das dritte strahlungssensitive Material eine dritte Sensitivität aufweist.The method of claim 1, further comprising the step of applying a third radiation-sensitive material to the second radiation-sensitive material, wherein the third radiation-sensitive material has a third sensitivity. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das dritte strahlungssensitive Material nach dem Schritt des Bestrahlens des dritten strahlungssensitiven Materials mit der Vielzahl von Strahlenbündeln ein drittes Konstrukt ausbildet, wobei das dritte Konstrukt mit dem ersten Konstrukt und dem zweiten Konstrukt kooperiert, um die strahlungsgehärtete Struktur auszubilden.The method of claim 3, wherein after the step of irradiating the third radiation-sensitive material with the plurality of radiation beams, the third radiation-sensitive material forms a third construct, wherein the third construct cooperates with the first construct and the second construct to form the radiation-cured structure. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Substrats und des Aufbringens des ersten strahlungssensitiven Materials auf das Substrat.The method of claim 1, further comprising the steps of providing a substrate and applying the first radiation-sensitive material to the substrate. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend wenigstens einen der Schritte Metallisieren, Carbonisieren und Keramisieren der strahlungsgehärteten Struktur.The method of claim 1, further comprising at least one of metallizing, carbonizing, and ceramifying the radiation cured structure. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Strahlenbündeln eine Vielzahl von ersten Strahlenbündeln und eine Vielzahl von zweiten Strahlenbündeln umfasst.The method of claim 1, wherein the plurality of beams comprises a plurality of first beams and a plurality of second beams. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl der ersten Strahlenbündel von der Vielzahl der zweiten Strahlenbündel in wenigstens einem der Frequenz, Amplitude und Art verschieden ist.The method of claim 7, wherein the plurality of first beams are different from the plurality of second beams in at least one of the frequency, amplitude and type. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl der ersten Strahlenbündel von der Vielzahl der zweiten Strahlenbündel in wenigstens einem der Querschnittsform und dem Einfallswinkel relativ zu der Oberfläche eines des ersten strahlungssensitiven Materials und des zweiten strahlungssensitiven Materials verschieden ist.The method of claim 7, wherein the plurality of first beams are different from the plurality of second beams in at least one of the cross-sectional shape and the angle of incidence relative to the surface of one of the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt des Aufbringens einer Filterschicht zwischen dem ersten strahlungssensitiven Material und dem zweiten strahlungssensitiven Material, wobei die Filterschicht vor einer Bestrahlung eines des ersten und des zweiten strahlungssensitiven Materials gegenüber wenigstens einem Teil der Vielzahl der Strahlenbündel schützt.The method of claim 1, further comprising the step of depositing a filter layer between the first radiation-sensitive material and the second radiation-sensitive material, wherein the filter layer protects against irradiation of one of the first and second radiation-sensitive materials against at least a portion of the plurality of radiation beams.
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