DE69722044T2 - Verfahren und Gerät zum Zusammenkleben von Scheibenelementen - Google Patents

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    • G11B7/26—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of record carriers

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenkleben zweier Scheibenelemente, insbesondere Substrate für digitale Audio-, Video- oder Computerscheiben, beispielsweise digitale Video CDs (DVDs).
  • Beim Herstellen gewisser Arten Datenspeicherscheiben mit einer oder mehreren Informationslagen, wie zum Beispiel sogenannter DVDs, werden normalerweise zwei Substratscheiben aus Polykarbonat mit einer Dicke von 0,6 mm zusammengeklebt, wobei die Informationslage(n) der die Scheiben verbindenden Klebstofflage benachbart ist (sind).
  • Bei einem vorgeschlagenen Klebeverfahren wird der Klebstoff mittels eines Druckverfahrens auf eine der Scheiben aufgebracht, beispielsweise mittels Siebdruck, wonach die Scheiben miteinander verbunden werden. Dieses Verfahren verschwendet keinen Klebstoff und das Aufbringen kann sehr schnell erfolgen. Es besteht jedoch beim Zusammenbringen der Scheiben ein gewisses Risiko von Lufteinschlüssen, und dass im Falle eines Siebdrucktuchrisses das Drucksystem ausfällt.
  • Es wurde ebenfalls ein Verfahren vorgeschlagen, das zum Verbinden der beiden Scheibenelemente Doppelklebeband einsetzt, aber dieses Verfahren verursacht Lufteinschlüsse und stellt eine Verbindung von unzuverlässiger Festigkeit und thermischer Stabilität bereit. Auch kann dieses Verfahren nicht für die DVDs des Typs "SD9" verwendet werden, d. h. wo beide der Scheibenelemente Informationslagen aufweisen und wo diese Lagen von Laserlicht zu lesen sind, das mit der richtigen Brechung durch die Verbindungslage zwischen den Scheibenelementen verlaufen muss.
  • JP-A-61 194662 und JP-A-05 020714 offenbaren eine Vorrichtung zur Herstellung eines Trägers durch Anordnen eines Substrats auf einem Stempel, bei dem aushärtbarer Klebstoff in einem Spalt zwischen dem Substrat und dem Stempel aufgebracht und durch Drehen des Stempels in ein und dieselbe Richtung verteilt wird.
  • EP-A-O 243 517 offenbart ein Verfahren zum Zusammenbringen zweier scheibenförmiger Substrate mittels einer dünnen Lage aushärtbaren Klebstoffs, der durch Zentrifugalkräfte zwischen den Substraten verteilt wird, die durch ihre Drehung in ein und dieselbe Richtung erzeugt werden.
  • WO-A-87 02934 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Scheibe, indem auf ein flaches Scheibensubstrat eine dünne, gleichmäßige Lage einer aushärtbaren Verbindung aufgebracht wird. Beim Drehen einer Düse relativ zum Substrat und zum Stempel oder umgekehrt, wird ein kreisförmiger Wulst der Verbindung in einen Spalt zwischen das Substrat und eine gegenüberliegende Urform (Stempel) gespritzt. Dann wird der Spalt geschlossen, um die Verbindung zu glätten und zwischen dem Substrat und dem Stempel radial nach innen und außen zu verteilen.
  • Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Klebeverfahren vorzuschlagen, das das Auftreten von Lufteinschlüssen in der Klebstofflage zwischen den Scheiben verhindert.
  • Zu diesem Zweck umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die in Anspruch 1 angegebenen Schritte.
  • Es wurde herausgefunden, dass ein gleichzeitiges oder im wesentlichen gleichzeitiges Benetzen der gegenüberliegenden Spaltflächen mittels eines leicht fließbaren Klebstoffs mit guten Kapillarfülleigenschaften eine wesentliche Voraussetzung ist, damit der aufgebrachte Klebstoff ausfließen und ohne Bilden von Lufteinschlüssen gleichmäßig über die gesamte Oberfläche zwischen den äußeren und inneren Randbegrenzungskanten der Scheibenelemente verteilt werden kann, da die Scheibenelemente nur mittels Schwerkraft aufeinander zu gebracht und durch die Kapillarkräfte des Klebstoffs "aneinander gesaugt" werden. Auf diese Weise kann eine sehr gleichmäßige, homogene Klebstofflage ohne Lufteinschlüsse erzielt werden, ohne die Scheiben unter Kraft zusammenzupressen.
  • Die Scheibenelemente sind während des Aufbringens von Klebstoff derart relativ zueinander gehalten, dass zwischen zumindest einem radial äußeren Bereich der Scheibenelemente ein radial nach außen divergierender Spalt gebildet wird.
  • Der divergierende Spalt wird erzielt, indem eines oder beide der Scheibenelemente konvex voneinander gekrümmt werden, bevorzugt durch Erzeugen eines unteratmosphärischen Drucks auf die vom Spalt abgewendete Seite des Scheibenelements.
  • Der Klebstoff wird bevorzugt mittels Einspritzen über eine während gleichzeitiger Drehung der Scheibenelemente in den Spalt einführbare Düse aufgebracht, wodurch in dem Spalt zwischen den Scheibenelementen ein kohärenter ringförmiger Klebstoffwulst ausgelegt werden kann.
  • Nach Aufbringen des Klebstoffstreifens wird die Düse zurückgezogen und die beiden Scheibenelemente werden einzeln in entgegengesetzter Richtungen gedreht, jedes um zumindest eine halbe Drehung, bevorzugt eine halbe bis eine Drehung, so dass jegliche Ungleichmäßigkeit in der Umfangsverteilung des Klebstoffstreifens durch die eine Scherwirkung in dem Klebstoff erzeugenden Scheibenelemente ausgeglichen werden kann. Das Ergebnis wird ein homogener und gleichmäßiger Klebstoffring sein, was eine wesentliche Voraussetzung für eine gleichmäßige Verteilung des Klebstoffs über die gesamte Scheibenfläche in einem nachfolgenden Schritt ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zum Zusammenkleben zweier Scheibenelemente obengenannter Art nach Anspruch 9.
  • Um zum Erleichtern des Einführens der Klebstoffaufbringeinrichtung zwischen die Scheibenelemente einen divergierenden Spalt zu erzeugen, gibt es einen Halter, der eine dem Scheibenelement zugewendete, im wesentlichen konvexe Oberfläche aufweisen kann. Diese konvexe Oberfläche dient dazu, zusammen mit dem Scheibenelement und Dichtelementen einen Raum zu definieren, der einem Vakuum ausgesetzt werden kann.
  • Die Einrichtung zum Aufbringen von Klebstoff kann eine Düse umfassen, die angeordnet ist, um entweder radial von außen oder von innen einen Klebstoffstrom derart in den Spalt zu richten, dass der Klebstoffstrom im wesentlichen gleichzeitig auf einander zu gewendete Oberflächen der Scheibenelemente trifft. Die Düse kann in den Spalt einführbar und aus ihm heraus ziehbar sein, so dass ihre Öffnung in einem Innenbereich des Spalts nah an die einander zugewendeten Spaltflächen kommt.
  • Um in dem Spalt einen kontinuierlichen, ringförmigen Klebstoffstreifen bereitzustellen, sind die Halter drehbar.
  • Für den Fall, bei dem nur einer der Halter angeordnet ist, um zum Erzeugen des Klebstoffeinführspalts ein zugeordnetes Scheibenelement zu krümmen, ist es zweckmäßig, den unteren Halter mit einer planen, scheibentragenden Oberfläche auszuführen.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen in weiteren Einzelheiten beschrieben werden, in denen:
  • 1 einen schematischen Querschnitt eines vergrößerten Ausschnitts einer sogenannten "SD9" DVD zeigt, um ihren Aufbau darzustellen;
  • 2 eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Zusammenkleben zweier DVD Substrate zeigt, bei der beide Scheibensubstrate gekrümmt werden, um einen Klebestoffeinführspalt zu bilden;
  • 3 die Vorrichtung in 2 in einem Schritt nach dem Einspritzen von Klebstoff zeigt, wenn die Scheibenelemente abgeflacht sind und die homogene Klebstofflage zwischen diesen gebildet wurde;
  • 4 eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, bei der zum Bilden eines Klebstoffeinführspalts nur ein Halter sein zugeordnetes Scheibenelement krümmt;
  • 5 die Vorrichtung in 4 zeigt, wenn die Scheibenelemente mittels Schwerkraft und die Kapillarkräfte des Klebstoffs miteinander verbunden wurden;
  • 6 eine zusätzliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, bei der die Scheibenelemente während des Klebstoffaufbringens in getrennter, planparalleler Beziehung gehalten werden, wodurch der Klebstoff mittels einer radial aus dem Inneren in den Spalt zwischen den Scheibenelementen einführbare Klebstoffeinführdüse eingebracht wird; und
  • 7 die Vorrichtung in 6 in einem Schritt nach dem Einbringen von Klebstoff zeigt, wenn das obere Scheibenelement nach dem Zusammenfügen mit dem unteren Scheibenelement von seinem Halter freigegeben wurde, um zwischen den Scheibenelementen eine homogene Klebstofflage zu bilden.
  • 1 zeigt schematisch eine digitale Datenspeicherscheibe im CD-Format, insbesondere eine sogenannte Digitalvideoscheibe 10 des sogenannten "SD9" Typs. Eine solche Scheibe 10 umfasst zwei Scheibensubstrate 12, 14, von denen jedes eine Dicke von 0,6 mm und einen Durchmesser von ca. 120 mm aufweist und aus einem transparenten Kunststoffmaterial wie beispielsweise Polykarbonat hergestellt ist. Jedes Scheibensubstrat 12, 14 weist entsprechend eine Informationslage 16, 18 jeweils auf einander zugewendeten Seiten auf, die kurze 20 und lange 22 Vertiefungen mit einer Tiefe von ungefähr 0,1 μm umfassen. Die Informationslage 16 auf dem unteren Scheibensubstrat 12 ist mit einer Lage aus beispielsweise Al, Au oder SiN beschichtet, die für Laserlicht halbreflektierend ist, wohingegen die Informationslage 18 auf dem oberen Scheibensubstrat 14 vollständig reflektierend gemacht ist. Die beiden Scheibensubstrate 12, 14 werden mittels einer dünnen Klebstofflage 24 (ca. 14–70 μm) miteinander verbunden, deren Brechungsindex komplementär zum Brechungsindex der Substrate (Polykarbonate) sein sollte, um jeglichen Brechungsfehler zu vermeiden, wenn Laserlicht die obere Informationslage 18 lesen soll. In 1 ist ein Lichtstrahl 26 gezeigt, der auf die untere, halbreflektierende Lage 16 fokussiert ist.
  • Für DVDs 10 mit Doppelinformationslagen, wie sie in 1 gezeigt ist, ist es von größter Wichtigkeit, dass die Klebstofflage 24 homogen und vollständig frei von Lufteinschlüssen ist, um ein ungestört fokussierendes Laserlicht auf die Informationslage 18 bereitzustellen. Dieses Problem ist jedoch bei einer Einzellagen-DVD("SD5") nicht kritisch, bei der das obere Scheibensubstrat eine nackte, informationsfreie Scheibe sein kann, d. h. wo nur eine einzige, untere, vollständig reflektierende Lage gelesen wird.
  • 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 28 gemäß der Erfindung, um zwei Scheibensubstrate 12, 14 zusammen zu kleben. Die Vorrichtung 28 umfasst einen unteren Substrathalter 30 und einen oberen Substrathalter 32, die um eine Zentralwelle 34 drehbar sind. Die Halter 30, 32, die im wesentlichen identisch sein können, weisen jeder einen äußeren und inneren Dichtring entsprechend 36 und 38 auf, und sind mit einem dickeren Nabenabschnitt 40 und einem dünneren Umfangsabschnitt 42 ausgebildet, um zwischen den Haltern 30, 32 einen radial nach außen divergierenden Raum 44 (3) zu erzeugen und es möglich zu machen, die Scheibensubstrate 12, 14 zum Aufbringen eines Klebstoffs in einem konvex gekrümmten Zustand zu halten, wie in 2 gezeigt ist.
  • Zum Zweck des sicheren Haltens der jeweiligen Scheibenelemente 12, 14 in einem konvex gekrümmten Zustand, um einen dazwischen liegenden, radial nach außen divergierenden Spalt 46 zum Einbringen von Klebstoff zu bilden, weist jeder der Halter 30, 32 einen Oberflächenbereich zwischen seinen äußeren und inneren Dichtringen 36, 38 auf, was zwischen diesen und mit einem Scheibenelement einen Raum 48 bildet, der in Verbindung mit einer (nicht gezeigten) Vakuumquelle steht. Nach dem Anordnen eines Scheibensubstrats 12, 14 auf jedem Halter 30, 32 und dem Anschließen einer (nicht gezeigten) Vakuumquelle können die Substrate dazu gebracht werden, sich in die in 2 gezeigte oder eine ähnliche Form zu krümmen, was es ermöglicht, in den äußeren, breitesten Bereich des Spalts 46 eine Klebstoffausgabedüse 50 einzuführen, um eine sorgfältig bemessene Menge eines fließfähigen Klebstoffs zu einem schmalen Bereich des Spalts derart auszugeben, dass der Klebstoff die einander zu gewendeten Oberflächen der Substrate im wesentlichen gleichzeitig berührt. Durch gleichzeitiges Drehen der beiden Halter 30, 32 um eine Drehung beim Einspritzen von Klebstoff wird rund um den Substratspalt ein ringförmiger Klebstoffstreifen 52 erzeugt. Nach Aufbringen des Klebstoffstreifens 52 wird die Düse 50 aus dem Spalt 46 zurückgezogen. Um jegliche Ungleichmäßigkeit in der Klebstoffverteilung in dem Klebstoffrandstreifen zu eliminieren, sind die beiden Halter ebenfalls relativ zueinander drehbar, so dass der Klebstoffstreifen einer Scherwirkung ausgesetzt und folglich gleichmäßiger gemacht werden kann, bevor die Scheibensubstrate zusammengebracht werden. Die Relativdrehung wird zweckmäßigerweise dadurch ausgeführt, dass die beiden Halter dazu gebracht werden, sich ungefähr eine halbe bis eine ganze Drehung in entgegengesetzter Richtungen zu drehen. Das Vakuum in dem Raum 48 wird dann ausgeglichen, so dass die Scheibensubstrate 12, 14 von ihren jeweiligen Haltern freigegeben werden und in einen normalen, flachen Zustand zurückfedern, wie in 3 gezeigt ist, woraufhin der Klebstoff in dem Streifen 52 aufgrund des Zusammenbringens der Scheibensubstrate und der Kapillarkräfte des Klebstoffs gleichmäßig in dem Spalt zwischen den Scheibensubstraten 12, 14 verteilt sein wird. Jegliche sich zwischen den Scheibensubstraten befindliche Luft wird folglich aus dem Zwischenraum ausgestoßen, sowohl radial nach innen als auch radial nach außen, so dass eine dünne, gleichmäßige Klebstofflage gebildet ist, die frei von Lufteinschlüssen ist.
  • 4 zeigt eine alternative, vereinfachte Ausführungsform einer Scheibenklebevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die sich von der zuvor beschriebenen Vorrichtung nur dahingehend unterscheidet, dass der untere Halter 30' flach ausgebildet ist und ihm eine Einrichtung zum Biegen des zugeordneten Scheibensubstrats fehlt. Statt dessen ist nur der obere Halter 32' angeordnet, um einen Klebstoffeinführspalt 46 zu erzielen und muss zu diesem Zweck sein zugeordnetes Scheibensubstrat 14 etwas mehr biegen, als in der Ausführungsform gemäß den 2 und 3, um das Einführen der Klebstoffaufbringdüse 50 zu ermöglichen.
  • 5 zeigt die Scheibenelemente 12, 14 in ihrem flachen Zustand nach dem Aufbringen von Klebstoff in der in 4 gezeigten Ausführungsform, nachdem der Klebstoff sich ausgebreitet und den Spalt zwischen den Scheibenelementen 12, 14 um das erforderliche Maß gefüllt hat.
  • Eine weitere, nicht erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den 6 und 7 gezeigt, wo die Scheibenelemente 12, 14 bei Klebstoffaufbringung mittels eines ebenen unteren Halters 30" und eines ebenen oberen Halters 32" in einem im wesentliche planparallelen, beabstandeten Zustand gehalten werden. Der Klebstoff wird in den Spalt 46 zwischen den Scheibenelementen mittels einer Klebstoffeinspritzdüse 50' eingebracht, die von innerhalb radial in den Spalt eingeführt werden kann. Nach dem Aufbringen eines kreisförmigen Streifens 52 aus Klebstoff, durch Drehen der Halter 30", 32" während des Ausgebens von Klebstoff um eine Drehung, wird die Düse 50' dann zurückgezogen, und nach einer Relativdrehung der Halter zum gleichmäßigen Verteilen des Klebstoffstreifens wird das obere Scheibenelement 14 von seinem Halter 32" freigegeben, wie in 7 gezeigt ist, und die beiden Scheibenelemente 12, 14 werden durch die Wirkung von Schwerkraft auf das obere Scheibenelement und die Wirkung von Kapillarkräften in dem Klebstoff zusammengebracht, die danach streben, die beiden Scheibenelemente 12, 14 aufeinander zuzuziehen, während sich der Klebstoff ausbreitet und unter Bilden einer gleichmäßigen Klebstofflage ohne Lufteinschlüsse den Raum zwischen den Scheibenelementen füllt.
  • In dem Umfang der Erfindung ist es ebenfalls denkbar, den Klebstoff durch sein Einspritzen in den Spalt über ein oder mehrere feste Düsen aufzubringen, die nicht in den Spalt eingeführt werden müssen. Es würde folglich ausreichen, eine solche feste Düse zu haben, die einen wohldefinierten Klebstoffstrom auf einen bevorzugt sich verjüngenden Abschnitt des Spalts 46 zu ausstößt, der die beiden zugewendeten Oberflächen der Substrate gleichzeitig berührt.
  • Es ist im Umfang der Erfindung ebenfalls denkbar, die Substrathalter derart herzustellen, dass sie nach dem Aufbringen von Klebstoff ebenfalls einen Druck auf die Scheibensubstrate 12, 14 ausüben, um das Ausfüllen des Spalts mit Klebstoff zu beschleunigen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Zusammenkleben zweier Scheibenelemente (12, 14), insbesondere Substrate für digitale Audio-, Video- oder Computerscheiben, beispielsweise DVDs, umfassend folgende Schritte: a) derartiges koaxiales Zusammenbringen der beiden Scheibenelemente (12, 14), dass zwischen den Scheibenelementen ein Spalt (46) verbleibt; b) derartiges Aufbringen eines Flüssigklebstoffs (52) in die Form eines Rings in einem Innenbereich des Spaltes (46), dass der Klebstoff im wesentlichen gleichzeitig mit einander zugewendeten Seiten der beiden Scheibenelemente (12, 14) in Berührung gerät; und c) Bringen der Scheibenelemente (12, 14) auf einander zu, um ein gutdefiniertes, gleichmäßiges Ausfüllen von Klebstoff zwischen den Scheibenelementen zu erzielen, gekennzeichnet durch das Halten von zumindest einem der Scheibenelemente (12, 14) in einer konvex gekrümmten Form relativ zum anderen Scheibenelement vor und während des Aufbringens des Flüssigklebstoffs, um einen zwischen zumindest einem radial äußeren Abschnitt der Scheibenelemente (12, 14) gebildeten, radial nach außen divergierenden Spalt (46) zu bilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scheibenelement oder die Scheibenelemente (12, 14) gegen einen jeweiligen profilierten Halter (30, 32; 30'; 32") gekrümmt wird bzw. werden, indem auf die dem Halter zugewendete Seite des Scheibenelements ein unteratmosphärischer Druck erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenelemente (12, 14) während Einspritzen des Klebstoffs gedreht werden.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Klebstoffeinspritzdüse (50) vor dem Aufbringen des Klebstoffs in den Spalt (46) eingeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (50) radial von außen in den Spalt (46) eingeführt wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff in einer Ringform (52) rund um die Scheibenelemente aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenelemente (12, 14) jedes zumindest eine halbe Umdrehung, bevorzugt eine halbe bis eine ganze Umdrehung in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenelemente (12, 14) nach dem Aufbringen von Klebstoff über Schwerkraft auf ein Scheibenelement (14) und die Kapillarkräfte des Klebstoffs auf einander zu gebracht werden.
  9. Vorrichtung zum Zusammenkleben zweier Scheibenelemente (12, 14), insbesondere Substrate für digitale Audio-, Video- oder Computerscheiben, beispielsweise DVDs, mit einem unteren Halter (30; 30'; 30") zum Tragen eines Scheibenelements (12); einem oberen Halter (32; 32'; 32") zum Stützen des anderen Scheibenelements (14) in einer koaxialen Beziehung zum unteren Scheibenelement, um zwischen den Scheibenelementen (12, 14) einen Spalt (46) zu bilden; und eine Einrichtung (50; 50') zum Aufbringen eines ringförmigen Wulstes eines Flüssigklebstoffs in einen Innenbereich des Spalts (46), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer (30, 32, 32") der Halter eine im Wesentlichen konvexe Oberfläche umfasst, die dem Scheibenelement (14) zugewendet ist und zusammen mit dem Scheibenelement ausgelegt ist, um einen Raum (46) zu begrenzen, der einem Vakuum aussetzbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Raum (46) auch durch Dichtelemente (36, 88) begrenzt ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Aufbringen von Klebstoff eine Düse (50; 50') umfasst, die angeordnet ist, um einen Klebstoffstrom derart in den Spalt (46) zu richten, dass der Klebstoffstrom auf einander zu gewendete Oberflächen der Scheibenelemente (12, 14) im Wesentlichen gleichzeitig auftrifft.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (50) radial von außen in den Spalt (46) einführbar und aus ihm zurückziehbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halter (30, 32; 30', 32'; 30", 32") in dieselbe Richtung drehbar sind, um einen ringförmigen Klebstoffstreifen (52) rund um die Scheibenelemente (12, 14) aufzubringen.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halter (30, 32; 30', 32'; 30", 32") nach dem Aufbringen des Klebstoffstreifens (52) relativ zueinander in entgegengesetzte Richtungen drehbar sind.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Halter (30'; 30") eine im Wesentlichen flache Scheibenstützfläche aufweist.
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