Wie macht man eine Mattscheibe matt?

[Kay Hoerster]

Guten Abend allerseits.
Hier ein klein wenig Einblick in Objekte, die man sich nicht jeden Tag unter die Linse legt.
Ich bin gerade dabei, verschiedene optisch matte Strukturen unter meinem Mikroskop im Durchlicht bei leicht schiefer Beleuchtung zu beobachten. Hierbei kommen die unterschiedlichen Strategien zur Erzeugung einer diffusen Struktur gut zum Vorschein, wovon ich 2 grundsätzlich verschiedene Verfahren hier zeigen möchte.

1.) Erzeugung einer Matt-Struktur durch Ätzen (Glas), die Ätzflüssigkeit greift die Glasoberfläche an und hinterläßt leichte Vertiefungen, die Körnung ist unregelmäßig verteilt und liegt in diesem Beispiel bei ca. 20 - 40 µm. Es handelt sich um den Mattglasring eines Epi-Kondensors (Spiegeltubus) Carl Zeiss Jena.


2.) Erzeugung einer Matt-Struktur durch Mikrolinsen im (Präzisions-)Spritzgussverfahren, Material ist PMMA. Hier entsteht durch die Durchdringung von Linsenkalotten eine regelmäßige Matt-Struktur (Honigwabenmuster). Ich habe bei meinem früheren Arbeitgeber speziell diese hier abgebildete Struktur im Zuge eines Re-Engineering analysieren und vermessen dürfen, man wollte seinerzeit ein neues Werkzeug für Mattscheiben mit eben dieser Struktur aufbauen, der bisherige Lieferant hatte die Produktion abgekündigt, leider verpaßte man den Zeitpunkt, sich die Werkzeuge zu sichern Die Größe der einzelnen Waben/Kalotten liegt ebenfalls bei 20 µm. Der Kreisbogen ist übrigens die Begrenzung des Schnittbildindikators in der Mitte der Mattscheibe und mißt ca. 5 mm im Durchmesser.


Ich werde mal schauen, ob ich noch weitere Strukturen, die zum Scharfstellen in der (analogen) Kameratechnik (vor Einsatz von Autofokus) genutzt wurden, in meinen Grabbelkisten finde, es gab ja z.B. Mikroprismenringe um den zentralen Schnittbildindikator.

Erstmal danke fürs Schauen. Kommentare sind gerne willkommen.

Gruß Kay Hörster

[Lothar Gutjahr]

Lieber Kay,

danke für die Ausführung. Wenn du auch die Möglichkeit des Sandstrahlens übersprungen hast um zu deinem "Steckenpferd" mit den Mikrokalotten zu kommen, interessiert es mich doch stark ob diese Technologie etwas mit der Mikrosystemtechnik zu tun hat wie man das heute wohl nennt. Ich meine damit landläufig die Elektronenstrahllithografie als Ausgangsbasis zum Mastering, wie sie mal in den 80.ern in Karlsruhe entwickelt wurde.

Durch meine langjährigen Auslandsaufenthalte ( 9 Jahre Sachsen Anhalt + 9 Jahre Griechenland) und den dort anders gearteten Interessen ist mir da der Kontakt völlig abgerissen. Damals habe ich mich gewaltig mit ins Zeug gelegt einen adequaten Speicherring in Baden Würtemberg gefördert zu bekommen, um diese Technologie im Ländle zu halten. Das BMFT hatte aber in NRW ein großes TZ leerstehen und meinte das müsse dort angesiedelt werden. ( Dortmund) Ob das da jemals anlief weiß ich nicht. Nurn haben mich deine Mikrokalotten elektrisiert. Dabei ist das gar nicht so off topic, da man von dem Zeugs mit dem bloßen Auge eh nichts sieht.
Aber ich nehme an, daß man wohl industrielle Bereiche gegründet hat und sich Strahlrohrplätze an vorhandenen Beschleunigerringen mietet ?
Wäre nett, wenn du dazu etwas äußern kannst.

Grüße aus dem eisigen BGL

Lothar

[wilfried48]

Hallo Lothar,

mit "am Beschreunigerring" meinst wohl die Röntgentiefenlithografie zur Herstellung von 3D Strukturen mit grossem
Aspektverhältnis. Aber das ist Schnee von gestern, da viel zu teuer und auch zu langsam.
Da wurde in der BRD viel Geld für die falsche Technologie in den Sand gesetzt.

Heute macht man eine Form bzw. Stempel mit Elektronen bzw. Ionenbearbeitung ,das ist zwar auch teuer und langsam. Aber dafür kann man dann diese Form im Spritzgruss bzw. Imprintverfahren sehr schnell vervielfachen
und kommt so auf "niedrige" Kosten.

Für eine einfache Mattscheibe, die ja "random" strukturiert sein kann (dies ist sogar von Vorteil)
genügt aber einfaches Glasperlen oder Sandstrahlen.

Ich habe die Mattscheibenschieber und die Kreutzblenden- bzw. Phasenschieberblenden an meinem Zeiss Junior
alle durch Sandstrahlen mattiert (Trägermaterial Polycarbonat, MACROLON). Das ging einwandfrei. Und wenn
sich die Mattscheibe in der Aperturblendenebenen befinden kann auch keine Struktur im Bild zu sehen sein, egal wie
grob oder fein die Mattscheibe ist. Ausnahme bildet die Konoskopie, weil manja da in die Aperturblendenebene blickt
und eine grobe Mattscheibe evtl. störend wirkt.

viele Grüsse
Wilfried

[Lothar Gutjahr]

Lieber Wilfried,

danke für deine Erläuterungen.
du schreibst:

mit "am Beschreunigerring" meinst wohl die Röntgentiefenlithografie zur Herstellung von 3D Strukturen mit grossem
Aspektverhältnis. Aber das ist Schnee von gestern, da viel zu teuer und auch zu langsam.
Da wurde in der BRD viel Geld für die falsche Technologie in den Sand gesetzt.

Ob falsche Technologie, das muß ich mir dann doch noch mal von der Historie her herausarbeiten. Ich sage da mal zunächst ganz frech und vorwitzig: Man hat uns das aus der Hand geschlagen und der damalige "finanzielle Industriepapa" konnte wohl die Erfinder und Entwickler nicht abwerben um es umzusetzen?
Die Abformung erfolgte ganz simpel durch galvanische Abformung. Schade, ich habe kaum noch Unterlagen aus der Zeit. Ich erinnere mich auch noch, daß ich unsere kleinste Spritzgießmaschine darauf getrimmt habe die Schließkraft ruckfrei abzubauen um diese empfindlichen Formen nicht zu zerreißen. Im Moment fallen mir nicht mal die Namen der damaligen Mitstreiter ein. Aber das kommt vermutlich erst wieder, wenn man sich damit intensiver auseinandersetzt.

Ich hoffe mal, daß ein wenig recherchieren hilft um auch hier den Nachweis >> "d`Badener denke un`d Schwobe schaffe" << heraus zu kristallisieren. Man hätte das also bestenfalls nach Stuttgart geben dürfen aber nicht nach Dortmund.

Ich versuche mir da ein Bild zu machen. Danke noch mal.

Lothar

[wilfried48]

Hallo Lothar,

es geht jetzt zwar ein wenig am Eröffnungsthema vorbei, aber da es um Mikrotechnik geht ist es vielleicht
im Mikroskopieforum doch nicht ganz OT.

Mit Geld in den Sand gesetzt meine ich den den Röntgenlithografischen  Anteil am LIGA Verfahren das du sicher meinst. Aber damals war halt auch die Halbleiterei noch auf dem Trip die Lichtlithographie wegen der kürzeren
Wellenlänge durch Röntgenlithographie ersetzten zu wollen. Störend waren eben die notwendigen grossen teuren Beschleunigerringe. Aber das Problem wollte man mit sogenannten supraleitenden Minisynchrotons lösen
und dafür war schon eine Firma geplant die unterstützt vom Land BW in Herrenberg (wegen der räumlichen Nähe zu IBM und HP) angesiedelt werden sollte (joint venture von IBM, HP und Leybold Heraeus).
Ich hatte Mitte der 80 er dort schon eine Arbeitsstelle in Aussicht.

Aber es kam anders, die Firma Microparts an der KFK Karlsruhe, die du mit Dortmund, wo sie jetzt ist, sicher meinst, bekam in Nordrhein Westfalen bessere Subventionen sodass die die LIGA Anwendung der Röntgenlithografie wegfiel
und im Halbleiterbereich baute IBM und HP die Forschung und später auch die Produktionslinien im Böblinger Raum ab, sodass dieses joint venture nicht zustande kam.

viele Grüsse
Wilfried

[Lothar Gutjahr]

Danke Wilfried,

damit ist meine Neugier fürs erste befriedigt und das erspart mir viel  Sucharbeit. Ich hatte damals schon das freigewordene Flugplatzgelände in Freiburg Br.in der Planung reserviert bekommen für den gewünschten BW-Speicherring. Wie dann die politische Entscheidung für Dortmund gefallen war, hat sich jeder schnell wieder dem Tagesgeschäft zugewandt un das ging zunächst aus wie das Hornberger Schießen. Vielleicht läßt sich noch etwas aus der alten Zeit auftreiben ? So als Testobjekt vielleicht geeignet.

Liebe Grüße aus Oberbayern

Lothar

[Kay Hoerster]

Hallo Lothar, hallo Wilfried,

erstmal danke für euer Interesse. Ich habe leider persönlich den Faden der Mikrotechnik seit Beendigung meines Studiums (1995) nicht mehr intensiv weiter verfolgt. Ich war ein paar Jahre zuvor in der glücklichen Lage als erstes Semester (1992/1993) die neu eingerichteten Vorlesungen in Mikrotechnik beim gerade von der Uni Stuttgart an die TU Braunschweig gewechselten Prof.Dr. Stephanus Büttgenbach zu hören. Zu dieser Zeit wechselte die klassische Feinwerktechnik an der TU Braunschweig zur Mikrosystemtechnik über und es gab viele geförderte Forschungsvorhaben, Doktor- und Diplomarbeiten und neue Vorlesungen in diesem Bereich. Auch meine Diplomarbeit kam aus diesem Bereich (Mikrozerspanung von Silizium).
Das von Wilfried angesprochene LIGA-Verfahren galt Anfang/Mitte der 90er Jahre als vielversprechendes Verfahren zur Erzeugung von Mikrostrukturen mit hohem Aspekt-Verhältnis und ist im Prinzip ein Mikro-Abformverfahren (Mikro-Spritzguss bzw. Mikroprägen). In wie weit es heute genutzt und verfeinert wird, kann ich nicht sagen, dazu fehlt mir die Erfahrung mit Anwendern.
Die von mir gezeigte Mattscheibe mit Mikrolinsenstruktur ist, soweit mir in Erinnerung, im klassischen Spritzgussverfahren hergestellt, hier bewundere ich die Präzision des Werkzeugs und die damit abgeformten gleichmäßigen Kalotten. Die Mattscheiben kamen seinerzeit von einem großen japanischen Kamerahersteller (Minolta), das Wekzeug hat richtig viel Geld gekostet.
Ich habe nach der klassischen Untersuchung der Kalottenstruktur mittels meiner Hausmittel (Amplival) eine Scheibe noch bei der PTB in Braunschweig und bei einer Firma vermessen lassen, die als möglicher Hersteller und Lieferant der neuen Mattscheibe auserkoren war. Leider kam es nicht mehr zu einer weiteren Vertiefung des Vorhabens (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Rollei Abschnitt unten 'Aufspaltung', Insolvenz), aber ein paar Ergebnisse konnte ich noch retten, die ich bei Interesse hier gerne noch zeige. Zumindest konnte ich schon recht genau das Raster der Kalotten / die Körnung ermitteln, nur für die Höhe der Strukturen reichte mein Equipment/meine Erfahrung damals nicht, aber darum haben sich dann der potenzielle Lieferant und die PTB gekümmert. So konnte die Höhe der Kalotten zu knapp 2 µm und der Radius zu etwa 38 µm bestimmt werden.

Alles in allem hat diese Untersuchung, die anfänglich ehr nebenbei und bei mir daheim ablief, viel Spaß gemacht und mich der Mikrotechnik wieder ein Stück näher gebracht.

Gruß Kay

[Lothar Gutjahr]

Danke Kay,

sehr interessant deine Ausführungen. Aber die LIGA-Geschichte war hauptsächlich in der hinteren Hälfte der 80.er Jahre angesiedelt. 1991 bin ich bereits als abtrünniger nach Sachsen Anhalt ausgewandert. Die Entstehungsgeschichte ist eng mit der Entwicklung von Düsen zur Isotopentrennung angesiedelt gewesen und sollte sich zu einem industriellen Verfahren mausern. Wie sagt man da wieder mal : Die Welt ist klein.

Dann wünsche ich ein schönes Wochenende

Lothar

[Kay Hoerster]

Hallo Lothar,

wie gesagt, ich habe Anfang der 90er während meines Studiums erstmalig von diesen Verfahren in den Vorlesungen und Übungen gehört und nach dem Studium nicht weiter verfolgt, da ich mich als Konstrukteur ehr mit der klassischen Feinwerktechnik befasst habe. Das LIGA-Verfahren schien mir damals aber noch nicht sehr etabliert zu sein, sondern machte mehr noch den Eindruck eines experimentellen Stadiums mit teurem Equipment. Aber Du warst ja offensichtlich in dieser Materie etwas tiefer drin, wenn Du magst, plaudere doch mal aus dem Kästchen, wenn zu sehr OT, dann gerne auch per PN.

Gruß Kay

[Eckhard]

Hallo,

Der Grund für die Entscheidung NRW war der Versuch, den Strukurwandel im Ruhrgebiet zu unterstützen. Der Hauptgesellschafter und Initiator von Microparts war die Steag AG aus Essen. Zur "Belichtung" der 3D Chips brauchte man Synchrotronstrahlung, deswegen die Ansiedlung in Dortmund.

Die ersten Produkte waren Trenndüsen für die Trennung von Isotopen (Herstellung von Brennstoff für AKWs), ein Zerstäuber für Medikamente sowie ein Hybrid Chip, der einen seismischen Anker und die Logik für Beschleunigungsmessung enthielt (Airbag Auslösung).

Ich hatte mir damals auch mehr von der LIGA Technik erhofft.

Herzliche Grüsse
Eckhard

[wilfried48]

Hallo Eckhard,

ach ja die STEAG AG hat sicher eine entscheidende Rolle bei dem Standort von Microparts in Dortmund gespielt.
Ich glaube aber nicht dass das Synchroton an der TU Dortmund ausschlaggebend war. Wir hatten von 1994 bis
1996 ein Projekt über 3D Biosensoren an dem auch die Firma Microparts beteiligt war. Während der Aquisitionsphase
war Microparts noch in Karlsruhe also in BW. Das Projekt wurde vom Land BW unterstützt und es gab viel Politics
als Microparts dann 1994 nach NRW wechselte. Das in Dortmund geplante Synchroton wurde damals zur Glättung der politischen Wogen angeführt, aber als ich 1995 zu Besuch bei Microparts in Dortmund war wurden die Stukturen
bei Microparts schon durch ein eigenes Elektronenstrahllithographiegerät belichtet.
Heute ist Microparts GmbH in den Boeringer Ingelheim Konzern eingegliedert und stellt im Jahr 20 Millionen Düsen des Inhaliergeräts Respimat her. Die Technologie ist Mikrospritzguss. Aber für Metallische Strukturen ist die Galvanische Abformung z.B. am Forschungszentrum Karlsruhe schon noch im Einsatz, allerdings mit Elektronenstrahllithografie.
Unser Forumsmitglied Dr. Timo Mappes (der das wunderschöne historische Mikroskopmuseum betreibt) ist dort
in diesem Bereich beschäftigt und weiss sicher mehr, vielleicht meldet er sich ja noch zu Wort.

viele Grüsse
Wilfried

[Lothar Gutjahr]

Guten Morgen Eckhard,Kay und Wielfried,

da finde ich doch tatsächlich einen alten Termin- und Notizblock aus den Jahren 1987 bis 1992  dieser enthält leider nur einige kleine Notizen aus der "Endphase" des Projektes >>> Synchrotonstrahlungsquelle Baden Würtemberg<<< Das Projekt war praktisch losgelöst von Microtec und zielte unter anderem als Zwischenlösung auf die Anmietung von Kapazität bei COSY in Berlin.

Besprechung 18.12.1987
Mikrosystemtechnik, auf chips vorhanden Elemente wie optoelektronische , Druck und sonstige Sensoren. Wirtschaftlichkeit ?. . .
Dazu steht hier noch:  eigenes Strahlrohr für KfK 950.000,-DM mit Handling ohne Stepper.

04.10.1988 kam dann schlagartig der Wurm in die Sache:  "Steag Mikrotechnik" gründet eigenes Büro in Karlsruhe Griesbachstr.10
Der Hauptakteur am KfK Dr.Ehrfeld leitet dieses mit Frau Senger. Das trifft uns ziemlich unvorbereitet und eine Sitzung im Wirtschaftsministerium wird fast zur Krisensitzung. Der Schwachpunkt ist, daß wir zu wenig Industriepartner haben und Steag sich als einzigen aber zu NRW gehörigen bezeichnet und vermutlich beim BMFT bereits ein eigenes Süppchen kochte. Die  eingeschaltete Steinbeisstiftung kann auch keinen potenten Einzelpartner aus dem Hut zaubern. ( das war rückblickend auch die letzte Besprechung im Staatsministerium )

10.10.88 Anruf aus Stuttgart Herr Fröhlich informiert: das BMFT signalisiert, daß da Projekt nur mit einem Industriepartner  aus NRW machbar sei und eine Förderung in BW nicht möglich ist.

Dann der Sprung zum 25.10.1988 :

15:05 Uhr; Anruf von Herrn Knorr Staatsministerium >> Das Land unternimmt nichts mehr, das Vorhaben geht nach NRW Dortmund <<
ich möchte bitte die Steinbeisstiftung und die Stadt Freiburg schon mal vorab davon unterrichten, er könne Professor Löhn nicht erreichen.

15:15 Uhr Herrn Wittmann Steinbeisstiftung unterrichtet und darum gebeten Herrn Löhn zu informieren.

Soviel aus dem Nähkäschtle. So ist das Ende des BW-Vorhabens auf die Minute festgehalten. Für mich war das dann auch das Ende mit LIGA. Damals Leiter der Abteilung "Neue Technologien" Klöckner Werke AG mit Sitz im Werk Klöckner Ferromatik Desma GmbH in Malterdingen zwischen dem schönen Kaiserstuhl und dem Rotweintal am Fuße des Schwarzwaldes. Ja da wäre sicher auch bei mir manches anders gelaufen, wenn das Projekt für BW geklappt hätte.

Meines Wissens waren die Düsen zur Isotopentrennung schon damals kein Thema mehr sondern wurden nur als Beispiel für die Machbarkeit herangezogen.
Dann denke ich können wir das Thema auch wieder zu Kays Mattscheiben überleiten.

Lieben Gruß

Lothar

[Eckhard]

Dann denke ich können wir das Thema auch wieder zu Kays Mattscheiben überleiten.

Bist Du jetzt Moderator geworden?

Herzliche Grüsse
Eckhard

[Lothar Gutjahr]

Ja Eckhardt, seit etwa 2003 moderiere ich im transistornet und bei Wasser.de.  Hier natürlich nicht. Aber vielleicht hat man halt im Laufe der Jahre den Riecher entwickelt, wann was gerade ansteht. Außerdem hatte ich ein bischen das schlechte Gewissen abzuschweifen.
Und wenn ich sage ich denke, dann heißt das auf badisch lediglich. Man könnte...

Lieben Gruß

Lothar

[Kay Hoerster]

Hallo liebe Mikrotechnik-Begeisterte

nun aber zurück zum Thema...
Ich reiche noch die Ergebnisse der Vermessung der Kalotten-Struktur durch 1.) den ausgewählten Hersteller und 2.) den Vermessungsdienstleister nach:
1.) Die Firma, die zur Herstellung der Scheibe auserkoren war, hat ein Muster der Scheibe mit einem Weisslichtinterferometer vermessen und folgendes Ergebnis geliefert:


Schön ist im Bild die resultierende Wabenstruktur, die entsteht, wenn Kalotten sich durchdringen, zu erkennen. Außerdem ist die Höhe der Kugelkalotte zu knapp 1,85 µm sowie der Abstand zwischen 3 Kuppen zu 38,5 µm ermittelt worden.

2.) Der Dienstleister lieferte zwar vorerst keine konkreten Zahlenergebnisse, aber wunderschöne Bilder, die dort mit einem konfokalen Mikroskop und einem Objektiv 100x entstanden sind (somit ist der Faden zur Mikroskopie wieder aufgenommen):

und


Auch hiermit konnte eine Kalottenhöhe von ~1,8 µm ausreichend genau abgelesen werden, der Abstand zweier Kuppen war ja schon aus der eigenen Durchlichtuntersuchung bekannt.

Anmerkung: Mir sind beide Messverfahren nicht hinreichend genug geläufig (außer den Artikeln, die es dazu in der Wikipedia zu lesen gibt), vielleicht kann aber einer Forumsmitglieder näheres dazu sagen bzw. eventuell auftretende Fragen beantworten?

Zum Abschluß der Messungen wurde die Kalottenstruktur im 3D-CAD-System massstäblich modelliert, wobei die Kalotten in X- und Y-Richtung gemustert (automatisch wiederholt) wurden, der Reiz liegt in der Verschmelzung der Kalotten, das kann sehr schön im 3D-CAD nachvollzogen werden:


Die Dateigröße des CAD-Modells wäre bei kompletter Modellierung der Struktur auf einer Fläche von 56 x 56 mm² aber schon schwer zu bewältigen gewesen, deswegen wurde hier nur ein kleiner Teilbereich modelliert.

Wie weiter oben bereits erwähnt, kam es jedoch nie zu einer Neu-Erstellung und Bemusterung des Werkzeugs.

Gruß Kay Hörster