CN100581773C - 模仁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模仁及其制备方法,其包括一基底层、一形成于基底层上的镍层以及一形成于该镍层表面的保护层,该保护层材质为类钻碳,该类钻碳为非晶质含氢氮类钻碳或非晶质含氢硝基类钻碳,其中,该非晶质含氢氮类钻碳含氮量原子百分比为5~10%,含氢量的原子百分比为3~20%;该非晶质含氢硝基类钻碳含氢量的原子百分比为5~10%,含氮量原子百分比为3~15%。

Description

模仁及其制备方法
【技术领域】
本发明关于一种模仁及其制备方法。
【背景技术】
模仁广泛应用于注射成型及模压成型制程,如手机、数码相机、液晶显示器及PS(Playstation)等消费性电子产品的外壳及内部构件,采用注射成型及直接模压成型(Direct Press-molding)技术可直接生产所需的构件,无需打磨、抛光等后续加工步骤,可大大提高生产效率及产量,且产品质量好。但直接模压成型法对于模仁稳定性、抗热冲击性能、机械强度、表面光滑度等要求非常高。因此,注射成型及模压成型技术的发展实际上主要取决于模仁材料及模仁制造技术的进步。对于模压成型的模仁一般有以下要求:
(1)在高温时,具有良好的刚性、耐机械冲击强度及足够的硬度;
(2)在反复及快速加热冷却的热冲击下模仁不产生裂纹及变形;
(3)在高温时模仁成型表面与待加工物件不发生化学反应,不黏附物件;
(4)不发生高温氧化;
(5)加工性能好,易加工成高精度及高表面光洁度的型面;
(6)成本低。
请参阅图1,是现有技术模仁结构示意图。该模仁10的结构为:一镍层12位于一基底层11的表面,该镍层12与待加工物件直接接触,其表面还可以具有多个与导光板相对应的微结构(图未示)。该镍层12的材质为镍磷合金,该基底层11的材质为不锈钢。镍磷合金具有高硬度、耐腐蚀、结合力强、镀层均匀、表面光亮等特点。
然而,所用的模仁常需连续生产上万片该待加工物件。该具有微结构的镍磷合金易于在微结构处碎裂,经过大量连续生产后,模仁的镍层因与待加工物件频繁接触而使得表面形状被破坏,其微结构精度下降,寿命及耐受力降低。
有鉴于此,提供一种具有良好刚性、硬度及耐冲击强度的模仁及其制备方法实为必需。
【发明内容】
以下,将以若干实施例说明一种具有良好刚性、硬度及耐冲击强度的模仁。
以及藉由这些实施例说明一种具有良好刚性、硬度及耐冲击强度的模仁的制备方法。
为实现上述内容,提供一种模仁,其包括一基底层、一形成于基底层上的镍层及一形成于该镍层表面的保护层,该保护层材质为类钻碳,该类钻碳为非晶质含氢氮类钻碳或非晶质含氢硝基类钻碳,其中,该非晶质含氢氮类钻碳含氮量原子百分比为5~10%,含氢量的原子百分比为3~20%;该非晶质含氢硝基类钻碳含氢量的原子百分比为5~10%,含氮量原子百分比为3~15%。
以及,一种模仁的制备方法,其包括如下步骤:提供一基底层,在该基底层表面形成一镍层及在该镍层表面形成一材质为类钻碳的保护层,该类钻碳为非晶质含氢氮类钻碳或非晶质含氢硝基类钻碳,其中,该非晶质含氢氮类钻碳含氮量原子百分比为5~10%,含氢量的原子百分比为3~20%;该非晶质含氢硝基类钻碳含氢量的原子百分比为5~10%,含氮量原子百分比为3~15%。
与现有技术相比,本发明采用的模仁是在镍层表面沉积一层材质为类钻碳的保护层,因类钻碳含有sp2及sp3混合键结,具有金刚石的高硬度(>15GPa)、耐强酸强碱、高表面平滑度、摩擦系数小、膜致密度高、电绝缘性佳、高热传导性及抗磨耗性佳等。因此,其可提供良好刚性、抗磨损性及耐冲击强度,使模仁在模具组装与模压过程中不至于损坏模仁表面结构。
【附图说明】
图1是现有技术模仁结构示意图。
图2是本实施方式模仁结构示意图。
图3是本实施方式欲制作的导光板结构截面示意图。
图4是本实施方式制作图3所示导光板的导光板模仁示意图。
图5是采用本实施方式模仁制作的光学拾取器进给机构的传动元件结构示意图。
图6是采用本实施方式模仁制作的光盘驱动器托盘的结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅图2,是本实施方式导光板模仁结构示意图。该模仁100包括一基底层110、一保护层130及一位于两者间的镍层120。
该镍层120的材质为镍磷(NiP)合金,其邻近保护层130一侧可为光滑平面,还可具有多个微结构(图未示),该微结构可为V型槽、也可为圆形、梯状、柱状、波纹状等各种形状,还可为依所需的形状制作。
因镍层120的镍磷(NiP)合金本身是多孔结构,因此位于其与保护层130相对表面的基底层110则需提供抗腐蚀性,该基底层110的材质为不锈钢,可为Ramax、Corrax或Stavax等不锈钢的具体材料。其中优选Stavax,它是一种纯度高而均匀的优良钢材,耐腐蚀性好,适用于耐腐蚀及高级研磨模具。
该保护层130用于与待加工物件直接接触,其材质为类钻碳(Thin Diamond Like Carbon,TDLC)。类钻碳膜具有非常优良的物理及化学性质,包括:高硬度(>15GPa)、耐强酸强碱、高表面平滑度、摩擦系数小、膜致密度高、电绝缘性佳、高热传导性及抗磨耗性佳等。其作用为提供良好刚性、抗磨损性及耐冲击强度,使模仁100在模压过程中不至于损坏模仁100表面结构。该保护层130的厚度介于5~50nm之间,优选10~30nm。
举凡含有sp2及sp3混合键结,其中sp3的比例较高,且仍具有钻石的特性者,均可以称之为类钻碳膜。进一步细分,则可分为:一类为真正的类钻碳膜,膜内不含氢或只含极少的氢原子(含氢量原子百分比为1%以内),称之为非晶质类钻碳膜(Amorphous Diamond-Like Carbon,简写a-C);另一类为含20~60%原子百分比的氢的类钻碳膜,称之为非晶质含氢类钻碳(Amorphous Hydrogenated Diamond-Like Carbon,简写a-C:H)。该非晶质含氢类钻碳除含氢原子外,还可含其它原子或基团,如氮原子或硝基等。类钻碳皆为以立方体的sp3键结,平面体的sp2键结及局部配位的共价键结的随机网状结构(RandomNetwork)。
该模仁100的制作方法为:首先提供一材质为不锈钢的基底层110,在该基底层110表面沉积一材质为镍磷(NiP)的镍层120,在该镍层120表面形成一材质为类钻碳的保护层130。
若需微结构,还可在基底层110表面沉积镍层120之后,在该镍层120表面形成所需的微结构,该微结构预先经光学设计而成。形成微结构后最好清洁该表面。
其中,该镍层120的厚度为50μm~2mm,优选100μm~500μm,该镍层120通过化学镀方式形成。该保护层130的厚度为5~50nm,优选10~30nm,它是采用溅镀沉积而成,即采用反应式直流(Direct Current)溅镀、反应式交流(Alternating Current)溅镀或反应式射频(Radio Frequency)溅镀方式。该溅镀是在惰性气体(如氩或氪)与氮氢混合气体、甲烷、乙炔或乙烷混合气体中进行。
通过溅镀沉积的保护层130可为非晶质含氢类钻碳膜(Amorphous Hydrogenated Carbon,简写a-C:H),其中含氢量的原子百分比为5~20%,优选5~10%。
该保护层130可为非晶质含氢氮类钻碳膜(a-C:N),其中含氢量的原子百分比为3~20%,含氮量原子百分比为5~10%。
该保护层130还可为非晶质含氢硝基类钻碳膜(a-C:H),其中含氢量的原子百分比为5~10%,含氮量原子百分比为3~15%。
该模仁100可以用于制作各种形状的手机、数码相机、液晶显示器及PS等消费性电子产品的所有可采用模压成型或注射成型技术制作的外壳及内部构件,如显示产品的导光板、DVD或PS的托盘、光学读取头等。现举例说明如下:
请参阅图3,是本实施方式欲制作的显示产品用的导光板结构切面示意图。该导光板200包括一光入射面210、一光出射面220及一底面230。该光出射面220具有多个连续的第一微结构240,该底面230具有多个非连续的第二微结构250。该第一微结构240与该第二微结构250均为V型凸起。该第一微结构240的V型凸起宽度w1为10~40μm,优选10~20μm,夹角α为80~130度,深度d1为1~8μm。该第二微结构250的V型凸起宽度w2为10~20μm,夹角β为70~150度,深度d2为1~8μm,螺距p为10~80μm。
请参阅图4,是本实施方式制作图3所示导光板的模仁示意图。其中(a)为制作导光板200的光出射面220的第一模仁300,(b)为制作导光板200的底面230的第二模仁400。
该第一模仁300依次具有一基底层310、一镍层320及一保护层330。该镍层320与保护层330接触的一侧具有多个连续的与第一微结构240相对应的V型槽。该保护层330的材质为类钻碳,其厚度为5~50nm,优选10~30nm。该镍层320的材质为镍磷合金。该基底层310的材质为不锈钢。
该第二模仁400依次具有一基底层410、一镍层420及一保护层430。该镍层420与保护层430接触的一侧具有多个连续的与第二微结构250相对应的V型槽。该保护层430的材质为类钻碳,其厚度为5~50nm,优选10~30nm。该镍层420的材质为镍磷合金。该基底层410的材质为不锈钢。
该第一模仁300的制作方法为:在基底层310表面沉积一镍层320,在该镍层320表面形成多个连续的与第一微结构240相对应的V型槽,在该V型槽表面形成保护层330。因该保护层330由溅镀沉积而成,因此其表面也会形成与镍层320表面相对应的V型槽。
该第二模仁400的制作方法与上述方法相似。
请参阅图5所示,是应用本实施方式模仁制作的光学拾取器进给机构的传动元件结构示意图。该传动元件500是一体成型,其包括一底板541、一沿底板541一侧垂直向上延伸的侧板542及二沿底板541上另两平行侧边垂直向上延伸并与侧板542垂直相邻的挡板543、544。底板541一端开设一狭长形缺口546,从而在底板541一端形成一细长形缓冲梁547,其具有弹性且可发生形变。缓冲梁547中部向外延伸一凸块545。凸块545呈半圆柱状,当其受到一特定方向上的外力时,缓冲梁547由于中间受力而向缺口546弯曲,而可缓冲外力。底板541设置若干定位柱548及安装孔549,侧板542远离缓冲梁547的末端设置一指示键540,侧板542与底板541相背的侧面向外延伸一接触臂56,接触臂56大致呈L状,其具有一与侧板542相对设置的自由末端561。
上述光学拾取器进给机构的传动元件是采用本实施方式模仁以注射成型或模压成型方式制作而成。该模仁包括一基底层、一位于基底层上的镍层及一位于镍层表面的材质为类钻碳的保护层。在该镍层制作与上述光学拾取器进给机构的传动元件形状相应的微结构,最好将该具有微结构的镍层表面清除干净,然后在该镍层表面相应沉积材质为类钻碳的保护层。
请参阅图6,是采用本实施方式模仁制作的光盘驱动器托盘结构示意图。该托盘600包括一大体呈长方形的主体610,主体610的前端设有一挡板620。该主体610中部向下凹陷形成一光盘容置区630,而使该光盘容置区630与主体610的主体面间形成垂直于光盘容置区630的一第一侧壁621,光盘容置区630具有第一光盘容纳部631及一第二光盘容纳部632,二者基本成同心圆环并呈阶梯状,第二光盘容纳部632为第一光盘容纳部631中心进一步向下凹陷而成。其中第一光盘容纳部631用以容纳直径为120mm的光盘,此种光盘为目前常用的光盘,第二光盘容纳部632用以容纳直径为80mm的光盘。该第一光盘容纳部631的两侧缘分别对称地设有二开口6310,将第一光盘容纳部631与主体610形成的第一侧壁621被切成二非连续壁。主体610具一中心通孔640,主要为其后半部份纵向的一条形通孔部641及一半圆形开孔部642所构成,该条形通孔部641与半圆形开孔部642相连。该第一侧壁621与主体610的主体面相接处向光盘容置区630内部分别垂直延伸形成四个分别对称的止挡部650。
上述光盘驱动器托盘是采用本实施方式模仁以注射成型或模压成型方式制作而成。该模仁包括一基底层、一位于基底层上的镍层及一位于镍层表面的材质为类钻碳的保护层。在该镍层制作与上述光盘驱动器托盘的形状相应的微结构,最好将该具有微结构的镍层表面清除干净,然后在该镍层表面相应沉积材质为类钻碳的保护层。
与现有技术相比,本发明模仁是在镍层表面沉积一层材质为类钻碳的保护层,因类钻碳含有sp2及sp3混合键结,具有金刚石的高硬度(>15GPa)、耐强酸强碱、高表面平滑度、摩擦系数小、膜致密度高、电绝缘性佳、高热传导性及抗磨耗性佳等。因此,其可提供良好刚性、抗磨损性及耐冲击强度,使模仁在模具组装与模压过程中不至于损坏模仁表面结构。
本实施方式的模仁及其制备方法可适用于所有模压成型或注射成型的物件的生产。

Claims (12)

1.一种模仁,其包括一基底层,一形成于基底层上的镍层及一形成于该镍层表面的保护层,其特征在于:该保护层的材质为类钻碳,该类钻碳为非晶质含氢氮类钻碳或非晶质含氢硝基类钻碳,其中,该非晶质含氢氮类钻碳含氮量原子百分比为5~10%,含氢量的原子百分比为3~20%;该非晶质含氢硝基类钻碳含氢量的原子百分比为5~10%,含氮量原子百分比为3~15%。
2.如权利要求1所述的模仁,其特征在于:该保护层的厚度为5~50nm。
3.如权利要求1所述的模仁,其特征在于:该镍层的材质为镍磷合金。
4.如权利要求1所述的模仁,其特征在于:该镍层的厚度为50μm~2mm。
5.如权利要求1所述的模仁,其特征在于:该镍层邻近保护层一侧具有多个微结构。
6.如权利要求1所述的模仁,其特征在于:该基底层的材质为不锈钢。
7.如权利要求5所述的模仁,其特征在于:该保护层表面具有与镍层相对应的多个微结构。
8.一种模仁的制备方法,其包括如下步骤:
提供一基底层;
在该基底层表面形成一镍层;
在该镍层表面形成一材质为类钻碳的保护层,该类钻碳为非晶质含氢氮类钻碳或非晶质含氢硝基类钻碳,其中,该非晶质含氢氮类钻碳含氮量原子百分比为5~10%,含氢量的原子百分比为3~20%;该非晶质含氢硝基类钻碳含氢量的原子百分比为5~10%,含氮量原子百分比为3~15%。
9.如权利要求8所述的模仁的制备方法,其特征在于:在基底层表面形成一镍层后,在该镍层表面形成所需微结构。
10.如权利要求8所述的模仁的制备方法,其特征在于:该镍层通过化学镀方式形成。
11.如权利要求8所述的模仁的制备方法,其特征在于:该保护层采用反应式直流溅镀、反应式交流溅镀或反应式射频溅镀沉积而成。
12.如权利要求11所述的模仁的制备方法,其特征在于:该溅镀是在惰性气体与氮氢混合气体、甲烷、乙炔或乙烷混合气体中进行。
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