6th March 2023
Fotochemisches Ätzen, auch als Formätzen oder Foto-Ätzen bekannt, ist ein Prozess, der mit einer Kombination aus Licht und Chemikalien arbeitet, um selektiv Material aus einem Substrat zu entfernen.
Es wird gewöhnlich im produzierenden Gewerbe eingesetzt, um hochpräzise Metallteile, wie elektronische Bauteile, Bauteile für die Luft- und Raumfahrt und medizinische Geräte, herzustellen. Während das fotochemische Ätzen viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden zur Metallbearbeitung bietet, erfordert es aber auch die Berücksichtigung verschiedener technischer Faktoren, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen.
Entwurf für fotochemisches Ätzen
Der erste Schritt beim fotochemischen Ätzen ist der Entwurf des Teils, das geätzt werden soll. Dieser Entwurf muss verschiedene technische Aspekte berücksichtigen. Dazu gehören die Dicke und Art des verwendeten Materials, der gewünschte Präzisionsgrad sowie eine eventuell erforderliche Nachbearbeitung. Eine enge Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Lieferanten für geätzte Teile ist äußerst wichtig, um zu gewährleisten, dass der Entwurf für den fotochemischen Ätzvorgang optimiert wird.
Materialauswahl und Bemessung
Das beim fotochemischen Ätzen verwendete Ausgangsmaterial, das sog. Substrat, muss zur chemischen Lösung kompatibel sein. Beim fotochemischen Ätzen werden typischerweise Metalle wie Edelstahl, Kupfer und Messing verarbeitet. Mit speziellen Chemikalien können aber auch weniger gebräuchliche Metalle geätzt werden.
Im Allgemeinen eignet sich das fotochemische Ätzen am besten für dünnes Material mit einer Dicke von 0,01 mm bis 2,5 mm und einer maximalen Größe von 1500 mm x 600 mm.
Dicke und Größe des Materials können sich auch auf die Kosten des Ätzens auswirken, wobei dünnere Materialien eine kürzere Ätzdauer erfordern. Je nach Design können bei dickerem Material mehrere Ätzschritte oder längere Zeiten erforderlich sein, um die gewünschte Form zu erreichen.
Größe der Strukturen und Präzision
Chemisches Ätzen kann wesentlich kleinere Strukturen erzeugen als herkömmliche Techniken zur maschinellen Bearbeitung. Es sind Abmessungen bis zu wenigen Mikrometern möglich, wobei die kleinste geätzte Struktur durch die Dicke des Materials bestimmt wird, wobei das Verhältnis gewöhnlich 1:1 beträgt. Die Präzision durchgeätzter Strukturen kann bis zu +/- 10% der Materialdicke oder minimal +/- 0,025 mm betragen.
Bei in der Tiefe geätzten Strukturen ist die Materialdicke weniger bedeutend. Strukturen in der Oberfläche, z.B. Kanäle für Flüssigkeiten, können bis zur minimalen Tiefe von 0,025 mm produziert werden, wobei die Breite einer geätzten Vertiefung in der Größe jedoch im Verhältnis von 2:1 zunimmt. So hat z.B. eine Tiefe von 0,025 mm eine Breite von 0,050 mm.
Die Komplexität des Entwurfs ist ein weiterer Faktor, der sich beim chemischen Ätzen auf die erreichbaren Größen der Strukturen auswirkt. Einfache Entwürfe mit geraden Linien und Kurven lassen sich mit größerer Präzision ätzen als komplexe Teile mit unregelmäßigen Formen, Mustern und Profilen. Auch die Größe des zu ätzenden Teils hat Auswirkungen auf die erreichbare Präzision, wobei größere Teile gelegentlich eine höhere Mindesttoleranz beim Ätzen erfordern.
Geätzter ‚Höcker‘ und Innen- bzw. Außenradien der Ecken
Während des Ätzvorgangs wird das Metall nicht nur nach unten, sondern auch zur Seite geätzt. So entsteht am Umfang des Schnitts ein V-förmiger Höcker. Dieser Effekt ist als „Hinterschnitt“ bekannt.
Der Hinterschnitt, der kontrollierbar ist, kann dazu eingesetzt werden, eine Vielzahl von Profilen zu erzeugen. So entstehen Produkte mit einzigartigen Merkmalen wie scharfen Kanten oder konischen Öffnungen.
Der geätzte Höcker wirkt sich auch auf die Innen- und Außenradien der Ecken eines hergestellten Teils aus, wobei der minimale Innenradius der Ecke proportional zur Materialdicke ist. Üblich ist ein minimaler Außenradius der Ecke von 75%.
Ätz-Tags oder Haltesteg
Ein Ätz-Tag, bisweilen auch als Haltesteg bezeichnet, ist ein kleiner Vorsprung oder Einzug, der nach dem Ätzen am Teil verbleibt. Ätz-Tags dienen dazu, Teile während des Ätzvorgangs an ihrer Position zu halten. Sie können auch bei Verarbeitungsschritten nach dem Ätzen, beispielsweise zur Identifizierung von Teilen oder bei der Montage, helfen.
Je nach Größe und Form der Komponente, ihrer Form oder der geforderten Toleranz können Komponenten aber auch ohne Tags produziert werden. Benötigt werden sie gewöhnlich dann, wenn die Toleranz weniger als +/-15% der Metalldicke betragen soll.
Zusammenfassung der technischen Erwägungen zum Entwurf
Zusammenfassend kann man sagen, dass das fotochemische Ätzen ein hochpräzises Herstellungsverfahren ist, das kompliziert geformte Teile für die verschiedensten Anwendungen liefern kann. Während der Prozess viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden zur Metallbearbeitung bietet, erfordert es aber auch die sorgfältige Betrachtung verschiedener technischer Faktoren, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen. Die Materialauswahl, die Größe der Strukturen, die Präzision, Radien von Höckern und Ecken sowie Ätz-Tags müssen beim Entwurf eines Teils für das fotochemische Ätzen berücksichtigt werden. In enger Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Lieferanten können die Vorteile – und Kosteneinsparungen – des fotochemischen Ätzens optimal genutzt werden, um hochpräzise Metallteile für jede Anwendung herzustellen.
