CN1910676A - 绝热压模结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝热压模。该绝热压模包括由金属材料制成的最上部分；由与所述最上部分相同的材料制成的最下部分；以及中间部分，该中间部分具有比所述最上部分的导热系数要低的导热系数。所述中间部分包括与所述最上部分和所述最下部分相同的金属材料，和绝热部分。

Description

绝热压模结构
技术领域
本发明涉及一种光盘衬底的制造，并且特别地涉及一种具有高耐用性的用于模制光盘衬底的模具(压模)、一种制造该模具的制造方法以及使用该模具制造光盘。
背景技术
用于模制光盘衬底的具有绝热层的压模在本技术领域已经公知。例如，日本未审公开No.2002-184046(专利文献1)公开了一种具有作为绝热层的简单聚酰亚胺层的压模，以及一种利用改进的固化条件制造压模的方法。该压模包括在其上带有图案的转印金属层、第二金属层以及夹置在所述转印金属层和所述第二金属层之间的与所述转印金属层具有大致相同热膨胀系数的绝热层。所述压模的质量得以改善，原因是固化过程被分成两个步骤，即在涂覆绝热材料之后对树脂层进行固化的预先固化以及在金属层形成后、通过热压利用热传导进行固化的在后固化，以及将颜料填充到适当退化的树脂基体中。
日本专利未审公开No.2002-83450(专利文献2)公开了一种通过将填料加入到涂覆层中而利用界面的固定效应的具有高耐用性的绝热压模和制造该压模的方法。设置加入有填料的涂覆层以抵抗在绝热层和金属层之间所产生的剪切应力。涂覆层中的填料通过蚀刻曝光并且在厚Ni层上施加固定效应。绝热压模通过按顺序地将用于转印树脂表面形状的转印金属层、绝热层、以及金属层叠置而形成。绝热层经由加入有填料的涂覆层连接到金属层上，所述填料由金属或无机材料制成并且从连接界面上突出到金属层上。然而，这样的突出的填料结构不能施加到最上面的后侧界面上。由于分离现象通常发生在最上面的后侧界面上，所以该方法不能非常有效地改善压模的耐久性。
日本专利未审公开No.2001-297488(专利文献3)公开了一种包括Ni电镀层的压模，该Ni电镀层用于代替树脂层，其位于压模的周边部和内边缘处，从而消除了造成分离的点。根据制造该压模的方法，具有预定厚度的电镀层形成在玻璃母盘的整个表面上，所述的玻璃母盘的表面具有信息记录槽并且被传导处理。然后，凸台形状的电镀部分通过电铸形成在记录区域内侧和/或外侧的镜面的预定部分。包括有预定材料的具有预定厚度的绝热层绕凸台形状的电镀部分形成。在此之后，实行传导处理，并且在整个表面上形成厚的电镀层。然后从玻璃母盘上移去所得到的压模。
在专利文献1和2中所公开的压模显示了初始质量的改善。在专利文献3中所公开的压模显示了初始质量和在经过一些时间之后的质量两者的改善。然而，不能够防止树脂层的变坏。
日本专利No.3378840(专利文献4)也公开了一种采用压模制造光盘衬底的方法。所述方法包括将熔化的树脂注入到由一对相互耦合的低温模具所形成的压模型腔中的步骤，以及分开各模具以在冷却之后移开树脂的步骤。压模包括：其上形成有用于模制光学衬底的转印面的层；沿所述层上的转印面设置的绝热材料；以及金属层，该金属层设置在与接触于转印面的面相对的绝热材料的面上。绝热材料的厚度和导热系数调整成，在将熔化的树脂注入到低温模具中之后立即可以防止带有转印面的层迅速地冷却，并且在随后的过程中通过低温模具冷却熔化的树脂，同时保持转印性能和缩短光盘衬底的模制周期。根据专利文献4，耐热无机陶瓷或金属用作绝热材料。然而，将耐热无机材料用作绝热材料是不容易的。这是因为在沉积期间(在特别准备的环境中不是)通常需要1500℃或更高的烧结温度，并且因为很少能够获得用于烧结产品的可以抵抗300℃或更高温度的粘结剂(见“绝热压模的开发(Development of heat insulation stamper)”，Ricoh Technical ReportNo.27(非专利文献1)，P79)。即使将半金属Bi(铋)用作绝缘材料，由于其粗糙的表面、只有Ni三分之一的强度以及其271℃的熔化温度，所以其也不实用。
专利文献4所公开的发明被认为是绝热压模的基础专利，并且与其他在其之前的技术不冲突。存在多个以专利文献4的发明为基础的专利申请。例如，日本专利未审公开No.2001-236698(专利文献5)公开了一种用于以低成本制造高质量绝热压模的方法，其最小化并且节省了绝热材料的原材料消耗，消除了在绝热层的形成过程中掩蔽的需要，从而简化工艺和改善工作效率，并且防止了绝热层的内和外周边的不规则性。根据专利文献5，当包括有具有预定厚度的多重镍薄膜叠片结构的压模母盘转动时，涂覆器的喷嘴在压模母盘上沿径向移动，从而将绝热原材料的溶液以同心的形式或螺旋形形式涂覆在压模母盘上。在搁置和固化压模母盘之后，绝热原材料的溶液沿压模母盘的径向方向散开以形成绝热原材料的平的环状溶液层。然后溶液层固化以形成环状的绝热层。日本专利未审公开No.2002-117593(专利文献6)公开了一种压模和制造该压模的方法。根据专利文献6，聚酰亚胺薄片施加在其上形成第一镍薄膜的玻璃母盘上，以形成由具有低导热系数和高耐热性的材料制成的绝热材料。预定的槽预先形成在玻璃母盘上。具有预定厚度的镍电镀层通过电铸形成，并且绝热层与玻璃母盘分开。内和外周边沿具有预定半径的同心圆形被冲切掉，以产生精巧的环形压模。虽然证明了该方法是满意的，但是各方法并没有完全解决由绝热层和金属Ni层之间的界面上的热和机械性能的巨大差别所引起的问题。
一种制造绝热压模的方法公开在由本发明的申请人所公开的日本专利未审公开No.2001-273685中，并且所述的方法已经实际用于介质的生产中。然而，可以发现当冲压的次数超过100,000次时，聚合物层和Ni层之间发生界面分离的可能性增加。因此，本发明的发明人研究了一种新的制造方法，其根据以下的背景可以进一步延长压模的寿命。
背景1：粘附不稳定性的解决方案的需求
需要免除线检查和实现高的耐久性
背景2：适应于由增加的生产容量所引起的高要求的模制条件
在压模界面处缺少粘附性的问题由因增加的介质容量所造成的模制条件的变化(增加树脂温度，增加模具夹紧作用力)以及由模具释放之后阻力的增加所引起。
要求的模制条件：
寻求通过不改变装置和模具的设计而是通过改善压模的结构和制造方法来有效地使用现有的设备。改善了用于介质的模制树脂(聚碳酸酯)，以获得在非常接近于热分解温度(大约40℃)的条件下的足够的热稳定性。这实现了对模具夹紧力的减小。虽然在十多年前需要75吨级(具有每单位面积上大约100kg/cm2的压力)的模具夹紧力，但是现在最通常使用的是35吨级的。然而，由于所期望的迅速增加的容量或增加的密度，模具夹紧力开始回到了50吨级。也就是说，由于容量的增加，模制材料改善的效果丧失。
背景3：既改善转印性能又改善光学性能(减小由残余应变所引起的双折射)是在介质注模过程中所涉及的困难的问题。当对模制过程的控制因减小填充空间和迅速增加图案密度的趋势而不可避免地变得更加困难时，需要一种容易模制的压模，以便于加工。
发明内容
本发明解决一个或多个上述问题。更具体地，根据本发明的一个方面，提供了一种热和机械连续的绝热压模结构。本发明的另一方面提供了一种新颖的压模结构，该压模结构热力地设计成具有相同于或优于相关技术的绝热压模的性能的功能。本发明还提供了一种压模结构，该结构通过简化包括采用多个制造机器的复杂工艺，从而降低了制造能源消耗并且减少了环境负荷。
相关技术的绝热压模结构在聚合物层和Ni层之间的界面处不具有足以承受热循环和重量循环的粘附性。鉴于由增加的介质容量所引起的预期的恶劣的使用环境，在本发明的另一方面提供了一种新颖的压模结构，该结构具有较高的耐用性，同时保持了绝热功能。
本发明的另一方面提供了一种绝热压模，其具有防止出现界面分离的新颖结构。
在本发明的又一方面中，采用了复合的电镀层，该电镀层包括在其中弥散有微粒的金属基体以提供热和机械连续的结构，从而显著地延长压模寿命。该方面是本发明的基础。
根据本发明的又一发明，提供了在其表面带有图案的用于模制光盘衬底的绝热压模，其包括：由金属材料制成的最上部分；由与所述最上部分相同的材料制成的最下部分；以及中间部分，该中间部分具有比所述最上部分的导热系数要低的导热系数，其中，所述中间部分包括与所述最上部分和所述最下部分相同的金属材料，以及绝热部分。
附图说明
图1示出了相关技术的绝热压模，其说明了制造介质的过程；
图2示出了相关技术的绝热压模结构，其说明了限制条件和产生的负面结果；
图3是示出了本发明实施例的示意图；
图4是示出了本发明实施例的示意图；
图5是示出了模具内温度变化的概念图；
图6是显示相关技术的绝热压模结构的剖视图；
图7是显示本发明的绝热压模结构的剖视图；
图8是示出了相关技术的绝热压模的制造过程的流程图；
图9是显示根据本发明的界面状态的示意图；
图10A示出了根据本发明第四实施例的粒子浓度梯度；
图10B示出了根据本发明第四实施例的成分分布的曲线图；
图11是显示根据本发明的复合电镀装置的示意图；
图12是显示根据本发明的复合电镀溶液的流动通道的示意图；以及
图13是示出了特氟隆(TM)分散电镀层的温度变化的图表。
具体实施方式
首先针对为什么相关技术的绝热压模具有比简单的金属Ni压模更低的机械强度的原因来说明相关技术的绝热压模存在的问题。
初始的质量：参考图1，相关技术的绝热压模具有四层结构，其包括次电镀层2、压模导电薄膜3、绝热树脂层4、以及主电镀层5。树脂层4暴露在压模的内边缘和外周边缘处。该结构通过采用精细的冲切压力机进行剪切以获得与图案一致的预定尺寸和位置精确度来实现。一般来说，包括彼此具有不同杨式模量的硬层、软层和另一硬层的夹层结构通常因剪切而变得不均匀。
在该情况中，树脂层4稍微地下陷。这样的凸缘形状造成了外部压力的应力集中并且很可能用作分离的开始点。实际上，在生产现场，这种类型的绝热压模特别地需要将内支架(inner holder)平稳地安装到压模安装模具上/从压模安装模具上平稳地拆卸。
这是影响压模初始寿命的主要因素。
随时间变坏：压模或模具的型腔表面在注模过程中暴露于恶劣的使用状况。重复着这样的热循环，即压模通过与大约300℃的熔化的树脂接触而迅速加热，然后冷却到大约200℃。另外，反复进行着树脂压力的施加和消除，虽然在瞬间压力达到大约1000kg/cm2。
由热膨胀差和压力循环产生的滑动应力自然地产生于聚合物层和Ni层之间的界面处，以使得热和机械疲劳得以积累并且最终导致界面分离，所述的聚合物层被设置用来施加绝热的效果。
只要压模具有Ni-聚合物-Ni的非连续结构，该问题就不可避免。
以下参考图1说明采用相关技术的绝热压模来生产介质的过程中随时间变坏的问题。
在图1中，附图标记1指示可移动的模具；附图标记2指示次电镀层；附图标记3指示压模导电薄膜；附图标记4指示压模绝热树脂层；附图标记5指示主电镀层；附图标记6指示熔化的模制树脂；附图标记7指示固定模具；附图标记8指示内支架。该相关技术的压模包括不同材料汇合的两个界面，其为界面A(压模导电薄膜3和压模绝热树脂层4之间的接触面)和界面B(压模绝热树脂层4和主电镀层5之间的接触面)。在两个界面A和B上，例如，金属Ni与聚酰亚胺树脂(polyimide resin)接触。
当加热到300℃或更高的熔化模制树脂6注入到型腔中时，具有30μm厚度并且因此具有较小热容量的主电镀层5通过从熔化的模制树脂6中吸收能量而被迅速地加热。热量还经由界面B传递到压模绝热树脂层4。
表1示出了性能比较
【表1】
  Ni   聚酰亚胺   特氟纶
  线性膨胀系数(10-5/℃) 1.3 5.4 10
  比热(cal/g)   0.12   0.27   0.25
  导热系数(cal/cms℃)   130*10-4   9.4*10-4   6.0*10-4
如图1所示，Ni和树脂具有非常不同的热性能。树脂的线性膨胀系数比Ni的线性膨胀系数大5-10倍。这是在界面处产生平面内剪切应力的原因。虽然开发了相关技术的绝热压模来有效利用导热系数差，但是压模可能遭受例如在生产现场中界面分离的致命缺陷。为了克服该问题，可以采用如下的对策。
(A)在不完全凝固的条件下固化(在低于200℃的温度范围内)，以将旋转容积传递给树脂的分子链片段，从而保持粘附性。
(B)例如利用Ar离子对压模导电薄膜3和压模绝热树脂层4之间的接触面实行相反溅射(reverse sputtering)，以使接触面变得粗糙并且产生固着效果，从而改善粘附性。
另一方面已经发现，当型腔内部重复产生的压力以及温度的变化使树脂的膨胀和收缩重复发生时，树脂本身随时间恶化。
也就是说，这些对策并不是完全的解决方案，并且质量和可靠性问题也没有得以解决。
在上述的说明中，参考图1说明了为什么相关技术的绝热压模具有比简单的金属Ni压模更低的机械强度的原因。
以下参考图2说明在相关技术的绝热压模结构的生产过程中限制条件和所产生结果。
(a)只有从母压模复制的子压模才可以被使用。
需要在反应器中以150-200℃的温度施加聚酰胺酸涂覆层并且固化，以获得热固性亚胺树脂。在使用玻璃母盘制造的主压模上形成绝热层是不可取的。这是因为所公知的是，带图案的抗蚀涂层在上述固化条件下会发生显著的性能变化并且变得难以去除。
因此，在主压模上施加涂覆层基本上不可能或非常地困难(用主压模来制造母压模，然后用母压模来复制子压模)。
(b)主电镀层5需要厚一些，因为绝热树脂层4在机械和热力方面比金属要弱。
专利文献4公开了绝热层的优选厚度。考虑到减小模制过程的时间，优选地减小主电镀层5的厚度以降低热容量，从而迅速地升高表面温度并且将树脂温度保持得尽可能地高，直到图案转印完成为止。
然而，由于相关技术的绝热压模将简单的软树脂层用作绝热层4，所以主电镀层5需要具有30μm或更大的厚度，该厚度超过了用于实现足够表面强度的功能所需要的厚度。
根据本发明的实施例，绝热层包括在其中散布有耐热树脂颗粒的金属Ni基体。该结构不仅解决了强度问题，而且消除了高温固化的需求。因此可以显著地提高生产过程的灵活性。相关技术的绝热压模的生产包括耗能和耗时的过程，即制造主压模和母压模的过程(母压模具有与主压模和各子压模相同的图案，但压印相反)。
另一方面，本发明提供了一种适用于母压模和子压模两者上的结构。
图6是显示相关技术的绝热压模结构的剖视图。相关技术的绝热压模结构包括至少四层，即主电镀层5；聚酰亚胺层4；导电层3；次电镀层2(厚电镀层)。相反如图7所示，本发明的实例包括主电镀层5，复合材料层9，以及次电镀层2(厚电镀层)。
参考图7，优选地具有绝热部分与金属材料结合的中间部。优选地，绝热部分或金属材料(在该实例中为绝热部分)弥散在另外一个连续的基体中(在该实例中为Ni相)。该实例的绝热部分包括绝热材料，并且其通过采用普通的电镀方法在电镀槽中稍微地搅拌而形成，虽然制造方法不限于此。绝热部分可以通过存在于中间部分的金属材料中的细小间隙来形成。这些细小间隙例如可以是在电镀过程中在电镀槽中的电极附近所产生的气泡。可替代的是，细小间隙可以是蜂窝结构的一部分，所述蜂窝结构在低熔点的金属丝嵌入例如镍基中熔化后形成。
如果本发明的绝热压模的中间部具有层的形状，那么从衬底的模制周期的观点来讲，可以通过设计和控制中间部的平均导热系数而不是通过关注于层厚来充分地发挥所希望的性能和实现高度灵活性。
本发明的绝热压模中间部中的绝热部分具有50μm或更小的平均微粒直径，优选地为0.05μm-5μm。
本发明的绝热压模中间部中的绝热部分的浓度优选地为每100份的金属材料体积中具有50份或更少，但是该比值可以取决于例如Ni基体的金属基体的杨式模量的不同而变动。如果绝热部分由有机材料制成，那么绝热部分的浓度优选地为40份或更少。过多的由有机材料制成的绝热部分可能会降低机械强度。如果绝热部分由无机材料制成，那么比值可以为50％(体积上)或更少。无机材料可以优选地为不会抑制Ni-Ni-Ni键合的材料。
在电镀槽的情况中，在其中悬浮的绝热微粒用于电镀(虽然不限于本发明中这样的形成方法)。因为电镀槽中1/1.2-1/20，典型地1/2-1/10冗余的绝热微粒吸收到电镀薄膜中，所以在电镀槽中优选地具有足够高冗余的绝热微粒。因此也优选的是，轻微地搅拌电镀槽以仅仅防止例如悬浮微粒的聚合和沉淀。
可以采用如下方式来测量所得到的电镀样本的电镀薄膜中以及电镀薄膜的中间部分中的绝热部分的大小和浓度。电镀薄膜的厚度通过荧光X射线分析来测量。对于电镀薄膜的中间部分中的绝热部分，通过采用金刚石刀的超薄切片术，在薄膜电池(TM)检测器的薄膜电池(TM)检测黄铜板上的三个不同位位置进行切割，电镀薄膜的横截面由SEM(扫描电子显微镜)拍照。黄铜板上的电镀薄膜由硫化铜电镀层掩蔽，由切割机切割，并且嵌入和固化到树脂中。被拍照的面被抛光(在该实例中采用0.1μm的氧化铝来抛光)。然后，蚀刻薄膜(例如，离子蚀刻；BAL-TEC RES100)，通过溅射涂覆铂薄层，并且用SEM拍照。如果采用TEM，那么几百个埃的超薄部的横截面经受四氧化锇处理(着色处理)，而不是铂薄层涂覆，并且由TEM拍照(例如，Hitachi H-9000UHRM，3000KV)。除上述的方法之外，FTIR红外线显微术、拉曼光谱图、XPS(X-电子能谱法)，次级离子质谱法或采用STEM的表面分析方法可能也是合适的。如果绝热部分由绝热微粒物质制成，那么可以通过使用酸来熔化电镀薄膜的金属部分，并且收集和检测残余的绝热颗粒，从而可以检测浓度。
参考图9，主电镀层5和复合材料层9都可以包括根据本发明的金属Ni基体。主电镀层5和复合材料层9之间没有物理界面。
耐热微粒以特定的容积率分散在Ni-Ni-Ni连续的基体内。
也就是说，机械性能是连续的，并且热性能在厚度的方向上控制。不同于相关技术的绝热压模，可以消除Ni层和聚合物层之间的界面，同时保持绝热性能。
在本发明的该实例中所采用的耐热微粒选定成具有200℃或更高的耐热性，具有0.1μm-5μm的微粒直径，以及1-50W/(m·K)的导热系数。例如，氟化树脂(PTFE：聚四氟乙烯，PFA：全氟烷氧基树脂，ETFE：乙烯-四氟乙烯共聚物(tetrafluoretilen)，PVDF：聚偏二氟乙烯)的颗粒，芳族聚酰亚胺颗粒，芬芳聚酰胺颗粒以及硅树脂颗粒是合适的。
作为耐热无机材料，氧化锆系列、氧化铝系列、碳化硅系列以及氮化硅系列是合适的。
此外，处理通常的产生电场机制外，无机微粒还提供了产生铁磁场机制，已发现其能够有效地支撑电解沉积。
【实施例】
第一实施例：层规格的结构和实例
图7：由于本发明的压模主要包括金属Ni，所以解决了强度问题。
因此，主电镀层5可以制造成非常地薄，以减小热容量和增加温度升高速度。
图7的复合Ni电镀层9的厚度可以基于导热系数来确定。
Ni的导热系数比树脂(特氟纶(TM)，聚酰胺)的导热系数高10或更多倍。也就是说，当本发明的电镀层5的厚度是相关技术的电镀层5的厚度的1/10倍时，本发明的复合材料绝热层提供了与相关技术的绝热层相同的性能。此外，主电镀层5的厚度减小可以缩短生产时间。
如图7所示的本发明的主电镀层5可以制成为比图6的相关技术的主电镀层5要薄得多。
图13示出了由根据第一实施例的热电偶温度计所测量的两个样本的温度变化。样本是在保持为100℃的热板上形成的Ni箔(Ni厚度为30μm)和以相同方式形成的但在后侧具有复合电镀层(特氟纶(TM)共析电镀层厚度为3μm)的Ni箔。
在图13的曲线图中，具有延迟上升的右曲线显示了本发明想要的复合电镀层的性能。可以发现，由于存在厚度仅为3μm的复合电镀层，绝缘效率得以改善。
反复地进行类似的试验。基于这些试验的结果，可以确定如下的模制条件适合于本发明的实施例：复合电镀层的树脂容积率为25％；主电镀层的厚度为3μm；复合Ni电镀层的厚度为8至35μm；以及压模的总厚度为300μm。在该实例中，特氟纶(TM)颗粒在电镀槽中的含量比值为30％。
图3和4示出了该实施例的示意图。
相关技术的绝热压模的模制耐久性在2,000-40,000的冲压次数之间变动，而本实施例的绝热压模可稳定地承受100,000的冲压次数。
以下参考图5从热性能的角度说明本实施例的压模的优点。
图5是示出了模具内温度变化的概念曲线图。
在填充熔化的树脂时，模具即压模的表面温度升高。熔化的树脂用作热源。熔化的树脂将其热量传递给模具，从而升高模具表面的温度。通过该传热，熔化的树脂的温度下降。通常，熔化树脂的粘性随着温度的升高而下降，因此改善了图案转印能力。当温度下降时，粘性典型地增加，使图案转印变得更加困难。在图5的曲线图中，“能够转印的温度范围”表示图案转印所需的最小温度和在该最小温度之上的范围(例如，对于聚碳酸酯树脂为160℃)。
从图5的曲线图中可以理解，“普通压模”具有比“绝热压模”较低的最大温度和较短的能够转印的温度范围期间。这是因为普通压模通过与熔化树脂接触被加热的面积不同于绝热压模被加热的面积。更具体地，由于普通压模在其内不具有热障碍，所以普通压模与模具一起被加热。另一方面，由于绝热压模在其内具有用作热障碍的绝热层，所以仅仅较薄的“主电镀层”(例如几十个μm的厚度)被加热。从图5可以理解的是，普通压模和绝热压模之间的热容量的差别是明显的。待加热区域的热容量差别表现为最大温度和能够转印的温度范围期间的差别。图案转印受到压模的表面温度和温度的持续时间的影响。在这种意义上讲，绝热压模的最大温度和“能够转印的温度范围”的持续时间是有利的。
一般来讲，可以通过增加预先设定的模制温度来增加一般压模的最大温度和能够转印的温度范围的持续时间。可是，如果这样，衬底的机械性能或平面度可能下降，这在以下做详细地说明。
一旦移去衬底，模具的表面温度优选地位于“能够移去的温度范围”(例如130℃或更低)，以使得衬底获得刚度。甚至在室温下具有足够的弹性变形能力的树脂衬底在高温时被施加较小的外部作用力也可能发生弹性变形。由于衬底典型地被用作信息记录介质，所以衬底优选地为尽可能地平直。也就是说，“能够移去的温度范围”显示了使树脂衬底获得抵抗外部作用力的能力的最优选模具表面温度范围。
如图5的曲线图所示，绝热压模的预先设定的模具温度不同于普通压模的预先设定温度。绝热压模可以通过其绝热效应暂时使压模表面的温度停止下降，因此绝缘压模的预先设定模具温度可以设定得比普通压模的预先设定温度低。降低预先设定的温度可以更容易地移去衬底。
在普通压模中，预先设定的模具温度位于能够移去温度范围的上限附近，从而可以改善图案转印。采用这样的设定，由于预先设定模具温度在“能够移去温度的范围”的附近，所以要花费更长的时间达到“能够移去的温度范围”。虽然希望将其设定得高于“能够转印温度范围”的下限，但是这样的设定可能会阻止衬底具有足够的刚度并且可以在移去温度时造成塑性变形，这会导致平面度的降低。
相反地，在绝热压模中，由于归因于其绝缘效应，预先设定的模具温度可以设定成足够低于“能够移去的温度”的温度，所以在完成绝热效应之后，温度可以迅速地下降到“能够移去的温度”(见图5)。因此，与一般压模相比，衬底能够被容易地移去。
如上所述，模具(压模)的表面温度优选地位于相反的状态，从而具有高的转印能力和高的平面度。模制技术已经得以改善以实现高的转印能力和高的平面度。如果忽略模制循环，那么“热循环模制”是理想的，其中，在对传统的模拟唱片加压成形的情况中，加热蒸气(例如，大约200℃)和冷却空气(例如，大约25℃)在必要和希望时供应到模具中。绝热压模具有理想的结构，该理想的结构能够实现该“热循环模制”而不需要使用昂贵的温度控制设备并且能够实现通过传统的“热循环模制”不能够实现的短循环模制。
根据本发明的另一方面，主电镀层的厚度减小仍然得出相关技术的绝热压模的效果。
基于主电镀层5达到预先确定的表面温度(大约300℃)所花费的时间以及冷却到准备脱模所花费的时间来确定相关技术的绝热压模的单独层的厚度。在热性能中，优选的是温度迅速地升高，在树脂填充和图案转印步骤中保持在较高的温度水平，然后迅速地下降到移去温度(大约120℃)。如果实现了这样的性能，那么就可以获得所需要的图案转印能力和光学性能。
由于相关技术的绝热压模包括由例如聚酰亚胺的有机材料制成的绝缘层4，所以在热环境中的机械强度比无机材料的机械强度要低很多。因此，必须设定主电镀层5的厚度的下限。需要至少30μm的厚度。在将来，由于增加的介质容量，模具夹紧作用力不可避免地会增加，因此相关技术的压模结构的主电镀层5应该变厚。
此外，所公知的是，绝热层4中的气泡和外来物质直接地影主电镀层5。通常，介质的小凸块和凹坑被认为是光学性能的局部缺陷。在采用旋转涂覆方法形成绝热层的系统中，经常发生例如由材料所引起的少量气体形成和残余物以及由处理环境所引起的非均匀厚度。
采用离子溅射的表面粗加工优选地在形成导电薄膜3之前执行。不希望的结果是，如果条件变化，可能在树脂表面上形成称作WBL(不牢固边界层)的脆性层，并且在使用期间可能导致界面的分离。
如上所述，因为其不同材料的叠层结构，相关技术的绝热压模需要满足各种详细的约束条件。
相反，根据本发明，在过程中使用了电镀方法，并且该实施例的绝热压模不受这些约束需要的限制。此外，在缺陷问题上实现了显著的改善。
第二实施例：绝缘层形成的实例(PTFE和聚酰亚胺分散电镀)。
以下是在本实施例中所采用的电镀槽成分。
·氨基磺酸Ni溶液(1mol/L)，Ni氯化物溶液(0.2mol/L)，氟硼酸(0.5mol/L)。
·氨基磺酸Ni(280g/L)，Ni氯化物(45g/L)，氟硼酸(40g/L)：瓦特槽(Watt bath)。
颗粒直径为10-500nm(10-40g/L)的PTFE或聚酰亚胺微粒与弥散助剂一起加入并且搅拌，并且完成预电镀以对电解槽进行初始的配置。
槽流体的温度可以设定在55℃至室温，优选地到40℃的范围内。如果温度太高，在电镀薄膜中可能会发生开裂。
经历分离薄膜处理的主压模与Ni阳极相对，以使得Ni导电薄膜通过800溅射或无电电镀形成在主压模上。然后，带有Ni颗粒状物的阳极与阴极相对。
电铸在优选为500-1,000A/m2的载流强度下完成。如果电流强度太高，那么电镀薄膜中绝热微粒的含量变得太低。
电镀：由于PTFE(特氟纶(TM))和聚酰亚胺微粒不带表面电荷，所以微粒不需要由表面活化剂充电。由于电镀溶液中的金属离子是阳性的，所以弥散的微粒被充正电。在复合电镀中所采用的表面活化剂可以包括阳离子表面活化剂和在使用中在PH范围内变成阳离子的两性表面活化剂。
第三实施例3：简化整个过程的实例
图8示出了在专利文献5中所公开的工艺流程。
在工艺流程中，步骤“5.子压模生产：主电镀/聚合物层形成/传导处理<2>/次电镀层形成”涉及到相关技术的绝热子压模。
在该步骤所使用的各制造机器为电铸装置(清洗/烘干)、树脂搅拌机、旋涂器(树脂涂覆)、高温反应器(树脂固化)、浸蚀装置(表面粗糙化)、溅射装置(导电薄膜形成)，以及电铸装置。
另一方面，本发明仅仅使用了第一电铸装置1(Ni电镀槽)和第二电铸装置2(复合弥散电镀槽)。因此，能量消耗减小大约50％。
同样的方法可以运用到如图8所示的步骤“3.主压模生产”和“4.母压模生产”。
此外，由于本发明的绝热压模具有连续的机械强度，所以外部和内部形状可以通过压力冲切来处理，而不需要顾虑最终步骤“6.子压模修整：后侧研磨/内和外部形状处理/检验”。虽然相关技术的绝热压模通常在其边缘处不均匀和分离，但是在本发明中消除了这样问题的担忧。
第四实施例：以浓度梯度分散的微粒的实例。
图10A-12示出了本发明的改进实施例。
如图10B所示出的曲线图绘出了绝热压模的前表面(与模制树脂接触的表面)和后表面(与固定模具接触的表面)之间的微粒浓度梯度。根据第五实施例，微粒浓度在主电镀层正下方的区域较高，并且朝向后表面逐渐降低，以使得仅仅Ni存在在后表面上。该实施例得以改进，从而可以简化并且更加连续地实现工件在复合电镀工艺中在不同的电镀装置之间和不同的电镀槽之间的传送。
以下参考图11和12说明该实施例，该实施例包括商业上可得到的添加有新机构的复合电镀装置。
图11：三个容器T1、T2和T3连接在复合电镀槽T4上。氨基磺酸Ni电铸溶液储存在容器T1和T3中。耐热微粒以预定的浓度分散、搅拌并且混合在容器T2中。在图11中，工件电极由P12标示，而带有Ni颗粒状物的阳极罩电极由P1标示。电源S使电位梯度形成在相对的电极P12和P1之间。Ni离子和颗粒沿着电力线相继地沉积在工件的表面上。在复合薄膜上所吸收的颗粒量由电流强度来控制。
根据本实施例，4A/dm2的电流强度为最大值。电镀在电流强度为1A/dm2(步骤1)时开始，并且在10秒之后在4A/dm2时开始沉积(步骤2)。大约30分钟之后，电流强度增加到6A/dm2并且进一步增加到10A/dm2以形成厚的Ni电镀层(步骤3)。
以下参考图12说明在步骤1-3中的容器操作和电镀溶液的流动。
在步骤1，阀门V11、V12、V31和V32被打开，而阀门21和V22被关闭。氨基磺酸Ni电铸溶液从容器T1和T3导入，从而形成纯Ni薄膜。
在步骤2中，阀门V11、V12、V31和V32稍微关闭，而阀门21和V22打开。容器T4中电极P12和P1之间的区域填充有颗粒弥散液体以促进复合电镀。当获得所需的厚度和浓度时，喷射阀门V21关闭(步骤3)。接下来，增加排放阀门V22的流量以减小电极P12和P1之间区域的颗粒浓度。
如图12所示(装置的顶视图)，两个隔离壁(由虚线指示)设置在容器T4中。许多系列的极小的通孔形成在每个分隔壁上。各分隔壁允许Ni离子从其中穿过，但不允许直径为100nm或更大的微粒穿过，从而阻止了颗粒流入容器T1和T3。
容器T2设置有激光颗粒计数器以监测颗粒的浓度。容器T2根据颗粒的消耗供给高浓度的颗粒弥散液体，从而保持预定的颗粒浓度。
根据本发明的上述实施例，实现了以下的优点。
本发明申请人已经提交了大约10以上与上述相关技术的绝热压模相关的申请。根据这些申请，绝热层由简单的聚酰亚胺薄膜形成。在这些申请中所公开的所有绝热压模具有Ni/聚酰亚胺界面上表面能量不稳定的问题。在本发明中，例如Ni和聚酰亚胺的复合材料(通过电镀或无电电镀形成)用作绝缘层。这是具有新颖性的结构，因为没有形成非连续的界面。
根据本发明，由于制造过程的连续性和免除了复杂的工艺和相关联的问题(形成厚的聚合物层，由于厚度造成的缺陷和不完全的烘焙，，表面质量改善过程，树脂剂的按批次变动，温度和湿度的控制)，所以质量能够得以保证。还有，可以省略发货前的耐久性的检验。
制造过程的灵活性得以提高。更具体地说，通过改变绝缘层的厚度可以对模制过程进行调整。由于可以将主电镀层制造得更薄，所以缩短了制造时间。
此外，显著地减小了环境的负荷。例如，免除了烘焙、溅射和蚀刻过程，因此节省了热能。本发明的优点还在于，不会因为使用形成均匀薄膜的旋转涂覆方法而造成问题，该旋转涂覆方法浪费了80％以上的材料。
本发明基于2004年10月21日在日本专利局提交的申请号为No.2004-306272的日本优先申请，该在先申请的整体内容通过引用的方式并入本文。
工业适用性
具有热和机械连续结构的本发明的绝热压模可以通过简化的工艺和较少的制造能量来生产，并且例如可以用来制造光盘衬底。

Claims (12)

1、一种在其表面带有图案的用于模制光盘衬底的绝热压模，包括：
由金属材料制成的最上部分；
由与所述最上部分相同的材料制成的最下部分；以及
中间部分，该中间部分具有比所述最上部分的导热系数要低的导热系数，并且包括与所述最上部分和所述最下部分相同的金属材料和绝热部分。
2、如权利要求1所述的绝热压模，其中，所述绝热部分弥散在由所述中间部分中的金属材料形成的基体中。
3、如权利要求1或2所述的绝热压模，其中，所述绝热部分包括耐热物质，所述耐热物质弥散在包括在所述中间部分内的金属材料中。
4、如权利要求1或2所述的绝热压模，其中，所述绝热部分由存在于所述中间部分所包括的金属材料中的细小间隙形成。
5、如权利要求3所述的绝热压模，其中，所述中间部分以层的形式夹置在所述最上部分和所述最下部分之间，并且
所述耐热物质弥散在所述中间部分中，以使得所述耐热物质的浓度至少在所述层的深度方向上变化。
6、如权利要求1所述的绝热压模，其中，所述金属材料包括Ni。
7、如权利要求3所述的绝热压模，其中，所述耐热物质包括耐热树脂和耐热无机材料。
8、如权利要求7所述的绝热压模，其中，所述耐热树脂包括氟化树脂(PTFE：聚四氟乙烯，PFA：全氟烷氧基树脂，ETFE：乙烯-四氟乙烯共聚物(tetrafluoretilen)，PVDF：聚偏二氟乙烯)的颗粒，芳族聚酰亚胺颗粒，芬芳聚酰胺颗粒以及硅树脂颗粒。
9、如权利要求7所述的绝热压模，其中，所述耐热无机材料包括氧化锆系列、氧化铝系列、碳化硅系列以及氮化硅系列。
10、一种制造绝热压模的方法，该压模包括：由金属材料制成的最上部分；由与所述最上部分相同的材料制成的最下部分；以及中间部分，该中间部分具有比所述最上部分的导热系数要低的导热系数，并且包括与所述最上部分和所述最下部分相同的金属材料，所述方法包括：
采用电铸方法制造所述绝热压模的步骤。
11、如权利要求10所述的制造绝热压模的方法，其中，采用单个电铸装置对所述最下部分、所述中间部分以及所述最上部分进行电解沉积。
12、一种采用权利要求1的绝热压模所制造的光盘。
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