EP0799908B1 - Galvanische Abscheidungszelle mit Leitblende - Google Patents

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EP0799908B1
EP0799908B1 EP96105228A EP96105228A EP0799908B1 EP 0799908 B1 EP0799908 B1 EP 0799908B1 EP 96105228 A EP96105228 A EP 96105228A EP 96105228 A EP96105228 A EP 96105228A EP 0799908 B1 EP0799908 B1 EP 0799908B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
aperture
container
collar
anode
electrolyte
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96105228A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0799908A1 (de
Inventor
Michael Bock
Rudolf Opitz
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Sono Press Produktionsgesellschaft fur Ton- und Informationstrager Mbh
Original Assignee
Sono Press Produktionsgesellschaft fur Ton- und Informationstrager Mbh
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Publication date
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Priority to EP96105228A priority patent/EP0799908B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/10—Moulds; Masks; Masterforms

Definitions

  • the invention relates to a device for galvanic deposition a metal layer on a support, with a container for receiving the electrolyte, with one with anode material filled anode container, its essentially flat Exit surface for metal ions of the anode material permeable which is on the support surface facing the anode container of the carrier serving as the cathode be, the carrier surface approximately parallel and in Distance to the outlet surface of the anode container facing it is arranged, with a between the exit surface and the insulating surface arranged on the support surface with an opening for the defined formation of the electrical current distribution between anode and cathode in the opening, and with an injection nozzle for injection of the electrolyte in the cathode space between the baffle and Carrier surface.
  • Such a device is used, for example, for galvanoplastic Manufacture of pressing tools or molds, especially made of nickel.
  • These press tools will be in compression molding or injection molding of plates, for example of compact discs (so-called CD's), laser vision discs and other information-bearing plates.
  • CD's compact discs
  • the aforementioned forms, to which archetypes like the so-called "glass masters" as well as impressions from the glass master belong, are intermediate forms for the production of the pressing tools.
  • the shapes carry information in relief on their surfaces.
  • the surface structure is made by galvanoplastic Transfer the impression to the press tool.
  • the one in this Information contained in surface structure is provided by the use of the press tool in injection molding or compression molding embossed on the surface of a plastic material.
  • the optical disc which also includes the compact disc heard, the relief structure modulates the light of a laser beam, so that on the surface of the plastic body existing information can be read out.
  • a metal layer generally a nickel layer a carrier, either an insulating carrier with a thin electrically conductive layer, for example Glass, or a metallic support, for example made of Nikkel, deposited
  • the respective carrier surface has a relief-like structure that contains the information to be read contains.
  • the smallest unit of information, the so-called "Pit" has a local wavelength in the micrometer range, where the track spacing between adjacent information tracks is also in the micrometer range. Because the support surface contain several billion pieces of information can and the associated fine structures in the micrometer range are to be transferred to the metal layer, to the Metal deposition process made the highest demands.
  • the deposited metal layer should be very fine-grained and be stress-free; it is said to be a relatively large thickness of the deposited Layer can be reached, e.g. for making Compact discs are said to be those made by metal deposition Press tool have a thickness of 295 ⁇ m ⁇ 5 ⁇ m; Moreover the deposition process should run at high speed. Furthermore, the device for galvanic deposition have a small size and are easy to use. An important requirement in the manufacture of galvanoplastic Metal layers on a support is uniformity the layer thickness. It may cover the entire area of the Fluctuate only within small limits. Become if these limits are exceeded, the product quality suffers of the optical disks made with this metal layer.
  • a device of the type mentioned is from EP-A-0 058 649 known.
  • the anode container filled with anode material has an exit surface for metal ions.
  • an insulating baffle arranged with an opening Between this Exit surface and the cathodically connected carrier an insulating baffle arranged with an opening.
  • This baffle has the task of connecting the current between the anode and narrow the cathode to the area that is essentially predetermined by the carrier surface of the carrier is. This is intended to ensure a uniform precipitation of metal ions can be achieved on the carrier surface. It has however, shown in practice that on the support surface show adverse thickness fluctuations.
  • the Injector the electrolyte towards the center of the Carrier surface. Due to the rotation of the carrier, whose surface electrolyte liquid in the direction of rotation moving, is the one created by the deadweight effect Flow velocity in the center of the carrier is minimal. By injecting the electrolyte into this center in combination with the vortex-shaped flow an optimal Distribution of the fresh electrolyte over the entire Carrier surface reached.
  • the collar preferably has a recess into or into the vicinity of which projects or is arranged at the outlet end of the injection nozzle is, the upper edge of the outlet end is smaller or equal to the height of the collar.
  • the baffle from outside the container easily to be able to take it out, it is towards the opening of the Extended container and has an angled Handle section.
  • An operator can use this handle section grasp from the outside and the guide panel in relation to the Carrier surface or the exit surface of the anode container to adjust.
  • the creation is such that the Central axes of the carrier and the opening of the guide screen to match.
  • a movably mounted correction plate made of plastic, with a small section the opening can be covered.
  • This correction plate can target the streamline distribution within the Opening of the guide screen can be adjusted to make a fine adjustment the distribution of the ion current from the anode container to reach the carrier surface.
  • Figure 1 shows schematically the production of a compact disc for audio applications. Molds are used in the manufacturing process whose metal layer by galvanic deposition in a device according to the invention are generated. The quality this metal layer is crucial for quality of the finished product, i.e. for the playback quality of the on audio signals stored on the compact disc.
  • the manufacturing steps can be roughly divided into four groups A, Classify B, C, D, of which A is the production of the glass master, B the production of the pressing tool, C the pressing and D concern finishing.
  • Starting point for the Production of the glass master is the production of a master magnetic tape (Step 10) with audio information on a magnetic tape stored digitally with the highest precision.
  • production steps group A is a thin photoresist on a polished glass applied (steps 12 and 14).
  • step 16 the photoresist is exposed by a bundled laser beam, taking the laser beam through the digital information is modulated on the master magnetic tape.
  • Step 18 becomes the exposed areas of the photoresist removed - a relief-like photoresist structure remains back on the glass pane.
  • This structure contains the pits taken from the master magnetic tape digital information.
  • step 20 the relief-like surface structure with a thin electrically conductive layer, e.g. a nickel layer overdrawn.
  • the so-called intermediate is obtained Glass master for the compact disc.
  • step 22 a galvanic Device according to the invention as a metal mold so-called "father" made, being thin on the electrical conductive layer of the glass master a thick nickel layer, e.g. with a thickness of 500 ⁇ m, in a galvano process is deposited.
  • the father now carries one to the glass master complementary relief structure. The father can directly used as the tool for making compact discs become. Usually in another galvanoplastic Process from the father a form called “mother” Nickel creates.
  • the actual pressing tool is then subsequently in a further galvano process (step 26) as negative image derived from the mother.
  • the resulting one Form becomes "son” or matrix (English “stamper") called and serves as a press tool for mass production.
  • son or matrix (English “stamper”
  • the compact disc is included a transparent protective layer covering the reflective layer protects against damage and corrosion.
  • the relief-like pit structure on the reflection layer of the Compactdisc has extremely small dimensions, e.g. is the The width of a pit is about 0.5 ⁇ m, the depth is about 0.1 ⁇ m and the Length varies from 1 to 3 ⁇ m, with the track spacing about 1.6 ⁇ m is.
  • the width of a pit is about 0.5 ⁇ m
  • the depth is about 0.1 ⁇ m
  • the Length varies from 1 to 3 ⁇ m
  • the track spacing about 1.6 ⁇ m is.
  • FIG. 2 shows a view of an electroplating system 40, in which a deposition cell 42 is included.
  • this separation cell 42 the different forms, like fathers, Mothers and matrices (sons), by depositing nickel metal manufactured.
  • a cleaning system 44 for cleaning and filtering the Electrolytes.
  • the rectifiers to generate the required high DC are computer controlled.
  • Components in contact stand with the electrolyte are preferably off Polypropylene plastic or titanium.
  • a clean room filter 48 is arranged above the separation cell 42 .
  • the deposition cell 42 has one Container 50 with two outer walls, essentially are inclined at an angle to the vertical.
  • a drive device 54 is arranged, which will be described in more detail below.
  • a removable cover plate 51 is arranged inside the container 50.
  • an anode container 56 made of titanium, which when open Cover plate 51 accessible to an operator is.
  • Figure 3 shows a schematic view of the deposition cell 42 according to the invention.
  • the two outer walls 60, 62 under 45 ° to the vertical is parallel to the outer wall 62 the anode container 56 is arranged, the nickel material in the form of pieces, also called pellets or flats is.
  • the anode container 56 carries on its upper side a female connector 66 which is in electrical contact with a Anode line 68 has a circular cross section Has.
  • the female connector 66 can be easily removed from the anode lead 68 can be solved so that the anode container 56 of an operator can be removed from the container 50 can.
  • the lid 52 is connected to the by a swivel device 70 Base of the electroplating system 40 or an edge part of the container 50 connected.
  • the lid 52 can thus in the direction of the arrow 72 are raised to make the interior of the container 50 accessible close.
  • the shelf 78 carries the drive device 54, which is a motor 82 contains, which drives a drive shaft 84 via a gear, at the end of a clamping plate 86 is attached. On this clamping plate 86, the carrier 87 is clamped on the Nickel is deposited.
  • Adjustment device 74 By adjusting the screws of the Adjustment device 74 can the clamping plate 86 and thus the Carrier 87 parallel to the opposite plane exit surface 89 aligned for nickel ions of the anode container 56 or the distance between the carrier 87 and the anode container 56 can be finely regulated.
  • FIG. 4 shows a top view of the guide screen in the lower part 90; in the upper part is a cross section through the guide screen 90 shown along A-A.
  • Baffle 90 may e.g. be made of solid polypropylene. Another possible manufacture can be done so that a basis of Baffle 90 made of polypropylene flat material becomes. The collar-shaped part is then welded on subsequently.
  • the Baffle 90 a base 91 with a cylindrical opening 96 by a collar 98 in the form of a tube section is limited.
  • the collar 98 has a recess 100, into which the outlet end of an injection nozzle (in FIG. 4 not shown).
  • the top edge of the Exit end of the injector reaches the height of the Collar 98.
  • the edge 102 of the opening runs in this way 96 largely smooth from the inside.
  • the injector injects the cleaned electrolyte 58 toward the center of the wearer, i.e. to an intersection with an axis, which perpendicularly intersects the paper plane at point M.
  • a further recess 104 is also provided in the collar 98, which is a movably mounted correction plate (not shown) from plastic. Part of this correction plate can be pushed into the opening 96 of the guide plate 90 be so that the density curve of the streamlines through this Opening 96 can be influenced. That way is one Fine adjustment of the current density distribution through the opening 96 possible, whereby the layer thickness build-up on the carrier 87 can be finely controlled.
  • the base 91 is extended on the left in FIG and has an angled handle portion 106 with a hole 107. An operator can handle section 106 of outside of the container 50 easily grasp and Set the correction plate on the guide screen.
  • FIG. 5 shows two views of an embodiment of the Injector 92.
  • the injector 92 is made of one made of thin-walled plastic pipe, which has a Threaded section (not shown) with a corresponding Threaded portion in the feed pipe 94 is connected.
  • the Plastic pipe 108 is at the outlet end 110 for the Electrolyte 58 formed slot-like and has an im Cross-section of approximately rectangular outflow channel 112 front section 114 of plastic tube 108 is so bent that the axis of the outflow channel 112 in the direction of the center of the support surface of the support 87, so that the electrolyte 58 substantially in the direction of Center of the carrier 87 is injected.
  • Below the angled surface is a in this embodiment further opening 109 provided, primarily for this purpose contributes sufficient fresh electrolyte fluid to the Feed cathode compartment.
  • Figure 6 shows a further embodiment of the Injector 92, which is made of solid material by turning and Milling is made. Unlike for example after Figure 5 is the inner bore eccentric to the central axis M, whereby the upper edge 116 of the front portion of the Injector 92 does not protrude higher than the height of the collar 98. This enables the distance between the clamping plates 86 and collar 98 to be kept to a minimum (see FIG. 3), so that a high growth rate of the nickel layer on the Carrier 87 is achieved with a uniform thickness. Of the rectangular outlet channel 112 is through an incision realized in the solid material. The foot section 118 can also connected to the feed pipe 94 (see FIG. 3) become.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur galvanischen Abscheidung einer Metallschicht auf einem Träger, mit einem Behälter zur Aufnahme des Elektrolyten, mit einem mit Anodenmaterial gefüllten Anodenbehälter, dessen im wesentlichen plane Austrittsfläche für Metallionen des Anodenmaterials durchlässig ist, welche auf der dem Anodenbehälter zugewandten Trägeroberfläche des als Kathode dienenden Trägers abgeschieden werden, wobei die Trägeroberfläche annähernd parallel und im Abstand zu der ihr zugewandten Austrittsfläche des Anodenbehälters angeordnet ist, mit einer zwischen der Austrittsfläche und der Trägeroberfläche angeordneten isolierenden Leitblende mit einer Öffnung zum definierten Ausbilden der elektrischen Stromlinienverteilung zwischen Anode und Kathode in der Öffnung, und mit einer Einspritzdüse zum Einspritzen des Elektrolyten in den Kathodenraum zwischen Leitblende und Trägeroberfläche.
Eine derartige Einrichtung wird beispielsweise zum galvanoplastischen Herstellen von Preßwerkzeugen oder von Formen, insbesondere aus Nickel, verwendet. Diese Preßwerkzeuge werden beim Formpressen oder Spritzgießen von Platten, beispielsweise von Compactdiscplatten (sogenannten CD's), Laser-Vision-Platten und anderen informationstragenden Platten verwendet. Die vorgenannten Formen, zu denen Urformen wie der sogenannte "Glasmaster" sowie Abformungen vom Glasmaster gehören, sind Zwischenformen zum Herstellen der Preßwerkzeuge. Die Formen tragen auf ihren Oberflächen Informationen in Reliefform. Die Oberflächenstruktur wird durch galvanoplastische Abformung auf das Preßwerkzeug übertragen. Die in dieser Oberflächenstruktur enthaltenen Informationen werden durch den Einsatz des Preßwerkzeugs beim Spritzgießen oder Formpressen auf der Oberfläche eines Plastikwerkstoffs eingeprägt. Bei der optischen Platte, zu der auch die Compactdisc gehört, moduliert die Reliefstruktur das Licht eines Laserstrahls, so daß die auf der Oberfläche des Plastikkörpers vorhandenen Informationen ausgelesen werden können.
Bei der Herstellung der Preßwerkzeuge bzw. der Formen wird eine Metallschicht, im allgemeinen eine Nickelschicht, auf einem Träger, entweder einem isolierenden Träger mit einer dünnen elektrisch leitfähigen Schicht, beispielsweise aus Glas, oder einem metallischen Träger, beispielsweise aus Nikkel, abgeschieden, wobei die jeweilige Trägeroberfläche die reliefartige Struktur hat, welche die auszulesenden Informationen enthält. Die kleinste Informationseinheit, das sogenannte "Pit" hat eine Ortswellenlänge im Mikrometerbereich, wobei der Spurabstand zwischen benachbarten Informationsspuren ebenfalls im Mikrometerbereich liegt. Da die Trägeroberfläche mehrere Milliarden von Informationseinheiten enthalten kann und die zugehörigen feinen Strukturen im Mikrometerbereich auf die Metallschicht zu übertragen sind, werden an den Metallabscheidungsprozeß höchste Anforderungen gestellt. So soll die abgeschiedene Metallschicht sehr feinkörnig und spannungsfrei sein; es soll eine relativ große Dicke der abgeschiedenen Schicht erreicht werden, z.B. zum Herstellen von Compactdiscs soll das durch Metallabscheidung hergestellte Preßwerkzeug eine Dicke von 295 µm ± 5 µm haben; außerdem soll der Abscheidungsvorgang mit hoher Geschwindigkeit ablaufen. Weiterhin soll die Einrichtung zur galvanischen Abscheidung eine kleine Baugröße haben und leicht bedienbar sein. Ein wichtiges Erfordernis bei der Herstellung galvanoplastischer Metallschichten auf einem Träger ist die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke. Sie darf über die gesamte Fläche des Trägers nur innerhalb geringer Grenzen schwanken. Werden diese Grenzen überschritten, so leidet die Produktqualität der mit dieser Metallschicht hergestellten optischen Platten.
Eine Einrichtung eingangs genannter Art ist aus der EP-A-0 058 649 bekannt. Der mit Anodenmaterial gefüllte Anodenbehälter hat eine Austrittsfläche für Metallionen. Zwischen dieser Austrittsfläche und dem kathodisch geschalteten Träger ist eine isolierende Leitblende mit einer Öffnung angeordnet. Diese Leitblende hat die Aufgabe, den Strom zwischen der Anode und der Kathode auf den Bereich einzuengen, der im wesentlichen durch die Trägeroberfläche des Trägers vorgegeben ist. Dadurch soll ein gleichmäßiger Niederschlag von Metallionen auf der Trägeroberfläche erreicht werden. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß sich auf der Trägeroberfläche nachteilige Dickenschwankungen zeigen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur galvanischen Abscheidung einer Metallschicht anzugeben, deren Dickenschwankung über die Fläche des Trägers verringert ist.
Diese Aufgabe wird für die bekannte Einrichtung eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß die Leitblende am Rand ihrer Öffnung einen Kragen in Form eines Rohrabschnittes hat, und daß das Austrittsende der Einspritzdüse nahe dem Kragen außerhalb der Öffnung der Leitblende angeordnet ist und den Elektrolyten in Richtung der Trägeroberfläche mit hoher Strömungsgeschwindigkeit ausstößt.
Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Kragen in Form eines Rohrabschnittes wird erreicht, daß die Strompfade bzw. Stromlinien für den Ionenstrom im kritischen Bereich zwischen Trägeroberfläche und Leitblende kaum gestört werden. Auf diese Weise stellt sich ein weitgehend homogener Stromfluß im Bereich zwischen Leitblende und Kathodenoberfläche ein, was einen gleichmäßigen Niederschlag von Ionen auf dem Träger zur Folge hat. Das Austrittsende der Einspritzdüse ist gemäß der Erfindung nahe dem Kragen außerhalb der Öffnung der Leitblende angeordnet. Dadurch wird bewirkt, daß die Einspritzdüse das Stromlinienfeld im Bereich der Öffnung der Leitblende nicht stört. Dennoch kann eine zuverlässige Einspritzung des gereinigten Elektrolyten und so eine hohe Wachstumsgeschwindigkeit der Metallschicht erreicht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung spritzt die Einspritzdüse den Elektrolyten in Richtung des Zentrums der Trägeroberfläche ein. Aufgrund der Rotation des Trägers, dessen Oberfläche Elektrolytflüssigkeit in Drehrichtung mitbewegt, ist die durch den Mitnahmeeffekt erzeugte Strömungsgeschwindigkeit im Zentrum des Trägers minimal. Durch das Einspritzen des Elektrolyten in dieses Zentrum wird in Zusammenwirkung mit der wirbelförmigen Strömung eine optimale Verteilung des frischen Elektrolyten über die gesamte Oberfläche des Trägers erreicht.
Vorzugsweise hat der Kragen eine Ausnehmung, in die bzw. in deren Nähe das Austrittsende der Einspritzdüse ragt bzw. angeordnet ist, wobei die Oberkante des Austrittsendes kleiner oder gleich der Höhe des Kragens ist. Durch diese Maßnahmen bleibt die ringförmige Geometrie weitgehend erhalten, wodurch die Stromlinienverteilung in der Öffnung der Leitblende kaum gestört wird.
Um die Leitblende von außerhalb des Behälters leicht herausnehmen zu können, ist sie in Richtung der Öffnung des Behälters verlängert und hat einen abgewinkelten Griffabschnitt. Eine Bedienperson kann diesen Griffabschnitt von außen greifen und die Leitblende in bezug auf die Trägeroberfläche bzw. die Austrittsfläche des Anodenbehälters einstellen. Vorzugsweise erfolgt das Erstellen so, daß die Mittelachsen des Trägers und der Öffnung der Leitblende übereinstimmen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einem Ausschnitt des Kragens eine beweglich gelagerte Korrekturplatte aus Kunststoff vorgesehen, mit der ein kleiner Abschnitt der Öffnung abdeckbar ist. Durch diese Korrekturplatte kann gezielt auf die Stromlinienverteilung innerhalb der Öffnung der Leitblende eingewirkt werden, um so eine Feineinstellung der Verteilung des Ionenstroms von Anodenbehälter zur Trägeroberfläche zu erreichen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1
schematisch ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung, bei dem Formen und Preßwerkzeuge für die Compactdisc-Herstellung durch Metallabscheidung erzeugt werden,
Fig. 2
eine Ansicht einer Galvanikanlage, in welche eine Abscheidungszelle einbezogen ist,
Fig. 3
eine schematische Ansicht der Abscheidungszelle mit einem schwenkbaren und verschiebbaren Deckel,
Fig. 4
eine Draufsicht und eine geschnittene Ansicht der neuen Leitblende,
Fig. 5
zwei Ansichten einer ersten Ausführungsform der Einspritzdüse, und
Fig. 6
eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Einspritzdüse.
Figur 1 zeigt schematisch die Herstellung einer Compactdisc für Audioanwendungen. Beim Herstellprozeß werden Formen verwendet, deren Metallschicht durch galvanische Abscheidung in einer Einrichtung nach der Erfindung erzeugt werden. Die Qualität dieser Metallschicht ist entscheidend für die Qualität des Fertigproduktes, d.h. für die Wiedergabequalität der auf der Compactdisc gespeicherten Audiosignale.
Die Herstellungsschritte lassen sich grob in vier Gruppen A, B, C, D einteilen, von denen A die Herstellung des Glasmasters, B die Herstellung des Preßwerkzeuges, C das Pressen und D die Endbearbeitung betreffen. Ausgangspunkt für die Herstellung des Glasmasters ist das Erzeugen eines Master-Magnetbandes (Schritt 10), wobei auf einem Magnetband Audioinformationen mit höchster Präzision digital gespeichert werden. Zur Herstellung des Glasmasters (Herstellschritte Gruppe A) wird auf einer polierten Glasscheibe ein dünner Fotoresist aufgetragen (Schritte 12 und 14). Im nachfolgenden Schritt 16 wird der Fotoresist durch einen gebündelten Laserstrahl belichtet, wobei der Laserstrahl durch die digitalen Informationen auf dem Master-Magnetband moduliert wird. Im nachfolgenden Entwicklungsschritt 18 werden die belichteten Stellen des Fotoresists entfernt - es verbleibt eine reliefartige Fotoresiststruktur auf der Glasscheibe zurück. Diese Struktur enthält in Form von Pits die vom Master-Magnetband übernommenen digitalen Informationen. Im anschließenden Schritt 20 wird die reliefartige Oberflächenstruktur mit einer dünnen elektrisch leitfähigen Schicht, z.B. einer Nickelschicht überzogen. Als Zwischenprodukt erhält man den sogenannten Glasmaster für die Compactdisc.
Die nächste Gruppe B von Herstellschritten betrifft die Erzeugung des Preßwerkzeuges. In Schritt 22 wird in einer galvanischen Einrichtung nach der Erfindung als Metallform der sogenannte "Vater" hergestellt, wobei auf die dünne elektrisch leitende Schicht des Glasmasters eine dicke Nickelschicht, z.B. mit einer Dicke von 500 µm, in einem Galvanoprozeß abgeschieden wird. Der Vater trägt nun eine zum Glasmaster komplementäre Reliefstruktur. Der Vater kann direkt als das Werkzeug zum Herstellen von Compactdiscs verwendet werden. Normalerweise wird in einem weiteren galvanoplastischen Prozeß vom Vater eine als "Mutter" bezeichnete Form aus Nickel erzeugt. Das eigentliche Preßwerkzeug wird dann anschließend in einem weiteren Galvanoprozeß (Schritt 26) als negatives Abbild von der Mutter abgeleitet. Die hierbei entstehende Form wird "Sohn" oder Matrize (englisch "stamper") genannt und dient als Preßwerkzeug für die Massenproduktion. Zu erwähnen ist, daß selbstverständlich mehrere Mütter oder Söhne erzeugt werden können, um in verschiedenen Fabrikationsanlagen zur Compactdiscproduktion eingesetzt zu werden.
Beim nachfolgenden Pressen (Herstellschritte Gruppe C) wird in einem Spritzgießprozeß oder in einem Formpreßvorgang die auf dem Preßwerkzeug vorhandene Reliefstruktur auf Plastikmaterial übertragen (Schritt 28). Die ursprünglich auf dem Master-Magnetband (Schritt 10) enthaltenen digitalen Informationen sind nun auf dem scheibenförmigen Plastikmaterial als Reliefstruktur oder als sogenannte Pitstruktur enthalten, wobei ein Pit die kleinste Informationseinheit in Form einer Vertiefung in der Oberfläche des Plastikmaterials darstellt.
Bei der nachfolgenden Endbearbeitung (Herstellschritte Gruppe D) wird auf die Oberfläche des Plastikmaterials eine dünne Reflexionsschicht aus Aluminium in einem Sputterprozeß aufgetragen. Diese Reflexionsschicht ermöglicht, daß beim Auslesen der Informationen ein Laserabtaststrahl moduliert wird, aus dem die ursprünglichen Audio-Informationen gewonnen werden. Im abschließenden Herstellschritt 32 wird die Compactdisc mit einer transparenten Schutzschicht überzogen, die die Reflexionsschicht vor Beschädigung und Korrosion schützt.
Beim vorliegenden Beispiel wurden die Schritte zum Herstellen einer Audio-Compactdisc (Audio CD) beschrieben. Auf gleiche bzw. ähnliche Weise erfolgt auch die Herstellung von Daten-Compactdiscs, Laser-Vision-Platten sowie anderer optischer Platten mit in Pitstruktur aufgezeichneten Informationen.
Die reliefartige Pitstruktur auf der Reflexionsschicht der Compactdisc hat extrem kleine Dimensionen, z.B. beträgt die Breite eines Pits etwa 0,5 µm, die Tiefe etwa 0,1 µm und die Länge variiert von 1 bis 3 µm, wobei der Spurabstand etwa 1,6 µm beträgt. Bei diesen kleinen Strukturen ist es verständlich, daß höchste Anforderungen an die verschiedenen galvanotechnischen Schritte zum Herstellen der verschiedenen Formen gestellt werden, insbesondere auch an die Gleichmäßigkeit der Dicke der Metallschicht über die gesamte Fläche. Eine zu große Dickenschwankung in Verbindung mit dem Spritzprozeß bei der Herstellung der Compactdisc bewirkt eine verschlechterte Entformung und führt zu Problemen beim späteren Aufbringen des Schutzlackes. Außerdem führt eine große Dickenschwankung dazu, daß der optische Abtastsensor bei der schnellen Rotation der Compactdisc die sich auf der Compactdisc ergebenden Höhenschwankungen nicht mehr in einem ausreichenden Maße ausregelt und so ein Informationsverlust auftreten kann.
Figur 2 zeigt eine Ansicht einer Galvanikanlage 40, in welche eine Abscheidungszelle 42 einbezogen ist. In dieser Abscheidungszelle 42 werden die verschiedenen Formen, wie Väter, Mütter und Matrizen (Söhne), durch Abscheidung von Nickelmetall hergestellt. Im Fußteil der Galvanikanlage 40 befindet sich eine Reinigungsanlage 44 zum Reinigen und Filtern des Elektrolyten. Im Kopfteil 46 sind elektrische Steuer- und Leistungseinheiten zum Steuern des Galvanikprozesses untergebracht. Die Gleichrichter zum Erzeugen des erforderlichen hohen Gleichstroms sind rechnergesteuert. Bauteile, die in Berührung mit dem Elektrolyten stehen, sind vorzugsweise aus Polypropylen-Kunststoff oder Titan. Oberhalb der Abscheidungszelle 42 ist ein Reinraumfilter 48 angeordnet. Wie in der Figur 2 zu erkennen ist, hat die Abscheidungszelle 42 einen Behälter 50 mit zwei Außenwänden, die im wesentlichen schräg gegen die Vertikale geneigt sind. Die weiteren, nicht dargestellten Außenwände verlaufen vertikal. Auf einem Deckel 52 des Behälters 50 ist eine Antriebsvorrichtung 54 angeordnet, die weiter unten noch näher beschrieben wird. An den Deckel 52 schließt sich, getrennt durch eine Trennfuge 53, eine abnehmbare Abdeckplatte 51 an. Innerhalb des Behälters 50 befindet sich ein Anodenbehälter 56 aus Titan, der bei geöffneter Abdeckplatte 51 für eine Bedienperson zugänglich ist.
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht der Abscheidungszelle 42 nach der Erfindung. Innerhalb des mit Elektrolyten 58 gefüllten Behälters 50, dessen beide Außenwände 60, 62 unter 45° zur Vertikalen geneigt sind, ist parallel zur Außenwand 62 der Anodenbehälter 56 angeordnet, der mit Nickelmaterial in Form von Stückchen, auch Pellets oder Flats genannt, gefüllt ist. An seiner Oberseite trägt der Anodenbehälter 56 eine Federleiste 66, die in elektrischem Kontakt mit einer Anodenleitung 68 steht, welche einen kreisförmigen Querschnitt hat. Die Federleiste 66 kann leicht von der Anodenleitung 68 gelöst werden, so daß der Anodenbehälter 56 von einer Bedienperson aus dem Behälter 50 herausgenommen werden kann.
Der Deckel 52 ist durch eine Schwenkvorrichtung 70 mit der Basis der Galvanoanlage 40 oder einem Randteil des Behälters 50 verbunden. Der Deckel 52 kann somit in Richtung des Pfeils 72 angehoben werden, um das Innere des Behälters 50 zugänglich zu machen. Auf dem Deckel 52 ist eine Verstellvorrichtung 74 montiert, die eine Winkelplatte 76 und eine mit ihr durch Schrauben verbundene Stellplatte 78 hat. Die Stellplatte 78 trägt die Antriebsvorrichtung 54, die einen Motor 82 enthält, der über ein Getriebe eine Antriebswelle 84 antreibt, an deren Ende ein Spannteller 86 befestigt ist. Auf diesem Spannteller 86 ist der Träger 87 aufgespannt, auf dem Nickel abgeschieden wird. Durch Verstellen der Schrauben der Verstellvorrichtung 74 kann der Spannteller 86 und damit der Träger 87 parallel zur ihm gegenüberliegenden planen Austrittsfläche 89 für Nickelionen des Anodenbehälters 56 ausgerichtet bzw. der Abstand zwischen Träger 87 und Anodenbehälter 56 kann fein reguliert werden.
Zwischen dem Spannteller 86 und dem Anodenbehälter 56 ist eine ortsfest mit der Außenwand 60 des Behälters 50 verbundene Trennwand 88 mit einem Filterelement 85 angeordnet. Dieses Filterelement 85 verhindert den Eintritt von Teilchen oder Schlamm aus Anodenmaterial in die Öffnung einer ihr gegenüberliegenden Leitblende 90. Die Leitblende 90 hat einen Kragen 98 und ein Griffstück 106, das das Einsetzen erleichtert. Unterhalb der Leitblende 90 ist eine Einspritzdüse 92 angeordnet, die den gereinigten Elektrolyten 58 in den Raum zwischen Leitblende 90 und dem auf dem Spannteller 86 aufgespannten Träger 87 in Richtung auf dessen Zentrum einspritzt. Die Zuführung des Elektrolyten 58 erfolgt durch ein angedeutetes Zuführrohr 94. Die erforderliche Abführung des Elektrolyten 58 ist in Figur 3 aus Übersichtsgründen nicht dargestellt.
Figur 4 zeigt im unteren Teil eine Draufsicht auf die Leitblende 90; im oberen Teil ist ein Querschnitt durch die Leitblende 90 längs A-A dargestellt. Die Leitblende 90 kann z.B. aus Vollmaterial Polypropylen hergestellt sein. Eine andere mögliche Herstellung kann so erfolgen, daß eine Basis der Leitblende 90 aus Polypropylen-Flachmaterial hergestellt wird. Das kragenförmige Teil wird dann nachträglich angeschweißt.
Wie im Querschnitt zur Figur 4 gut zu erkennen ist, hat die Leitblende 90 eine Basis 91 mit einer zylinderförmigen Öffnung 96, die durch einen Kragen 98 in Form eines Rohrabschnitts begrenzt ist. Der Kragen 98 hat eine Ausnehmung 100, in welche das Austrittsende einer Einspritzdüse (in Figur 4 nicht dargestellt) hineinreicht. Die Oberkante des Austrittsendes der Einspritzdüse erreicht die Höhe des Kragens 98. Auf diese Weise verläuft der Rand 102 der Öffnung 96 von innen gesehen weitgehend glatt. Die Einspritzdüse spritzt den gereinigten Elektrolyten 58 in Richtung der Mitte des Trägers, d.h. auf einen Schnittpunkt mit einer Achse, welche senkrecht die Papierebene im Punkt M schneidet.
Im Kragen 98 ist ferner eine weitere Ausnehmung 104 vorgesehen, welche eine beweglich gelagerte Korrekturplatte (nicht dargestellt) aus Kunststoff aufnimmt. Ein Teil dieser Korrekturplatte kann in die Öffnung 96 der Leitblende 90 geschoben werden, so daß der Dichteverlauf der Stromlinien durch diese Öffnung 96 beeinflußt werden kann. Auf diese Weise ist eine Feineinstellung der Stromdichteverteilung durch die Öffnung 96 möglich, wodurch der Schichtdickenaufbau auf dem Träger 87 feingesteuert werden kann.
Die Basis 91 ist in Figur 4 auf der linken Seite verlängert und hat einen abgewinkelten Griffabschnitt 106 mit einem Loch 107. Eine Bedienperson kann diesen Griffabschnitt 106 von außerhalb des Behälters 50 leicht ergreifen und die Korrekturplatte auf der Leitblende einstellen.
Figur 5 zeigt zwei Ansichten einer Ausführungsform der Einspritzdüse 92. Die Einspritzdüse 92 ist aus einem dünnwandigen Kunststoffrohr hergestellt, welches über einen Gewindeabschnitt (nicht dargestellt) mit einem entsprechenden Gewindeabschnitt im Zuführrohr 94 verbunden ist. Das Kunststoffrohr 108 ist am Austrittsende 110 für den Elektrolyten 58 schlitzartig ausgebildet und hat einen im Querschnitt annähernd rechteckigen Ausströmkanal 112. Der vordere Abschnitt 114 des Kunststoffrohrs 108 ist so abgebogen, daß die Achse des Ausströmkanals 112 in Richtung des Zentrums der Trägeroberfläche des Trägers 87 zeigt, so daß der Elektrolyt 58 im wesentlichen in Richtung des Zentrums des Trägers 87 eingespritzt wird. Unterhalb der abgewinkelten Fläche ist bei dieser Ausführungsform eine weitere Öffnung 109 vorgesehen, die vornehmlich dazu beiträgt, ausreichend frische Elektrolytflüssigkeit dem Kathodenraum zuzuführen.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einspritzdüse 92, die aus Vollmaterial durch Drehen und Fräsen hergestellt ist. Im Unterschied zum Beispiel nach Figur 5 verläuft die Innenbohrung exzentrisch zur Mittelachse M, wodurch die Oberkante 116 des vorderen Abschnitts der Einspritzdüse 92 nicht höher ragt als die Höhe des Kragens 98. Dadurch ist es möglich, den Abstand zwischen Spannteller 86 und Kragen 98 minimal zu halten (vgl. Figur 3), so daß eine hohe Wachstumsgeschwindigkeit der Nickelschicht auf dem Träger 87 bei gleichmäßiger Dicke erreicht wird. Der rechteckförmige Ausströmkanal 112 wird durch einen Einschnitt in das Vollmaterial realisiert. Der Fußabschnitt 118 kann ebenfalls mit dem Zuführrohr 94 (vgl. Figur 3) verbunden werden.

Claims (10)

  1. Einrichtung zur galvanischen Abscheidung einer Metallschicht auf einem Träger,
    mit einem Behälter (50) zur Aufnahme des Elektrolyten (58),
    mit einem mit Anodenmaterial gefüllten Anodenbehälter (56), dessen im wesentlichen plane Austrittsfläche (89) für Metallionen des Anodenmaterials durchlässig ist, welche auf der dem Anodenbehälter (56) zugewandten Trägeroberfläche des als Kathode dienenden Trägers (87) abgeschieden werden,
    wobei die Trägeroberfläche annähernd parallel und im Abstand zu der ihr zugewandten Austrittsfläche (89) des Anodenbehälters (56) angeordnet ist,
    mit einer zwischen der Austrittsfläche (89) und der Trägeroberfläche angeordneten isolierenden Leitblende (90) mit einer Öffnung (96) zum definierten Ausbilden der elektrischen Stromlinienverteilung zwischen Anode und Kathode in der Öffnung,
    und mit einer Einspritzdüse (92) zum Einspritzen des Elektrolyten (58) in den Kathodenraum zwischen Leitblende (90) und Trägeroberfläche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Leitblende (90) am Rand ihrer Öffnung (96) einen Kragen (98) in Form eines Rohrabschnitts hat,
    und daß das Austrittsende (110) der Einspritzdüse (92) nahe dem Kragen (98) außerhalb der öffnung (96) der Leitblende (90) angeordnet ist und den Elektrolyten (58) in Richtung der Trägeroberfläche einspritzt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (92) den Elektrolyten (58) in Richtung des Zentrums der Trägeroberfläche einspritzt.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (92) aus einem dünnwandigen Kunststoffrohr (108) hergestellt ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsende (110) der Einspritzdüse (92) schlitzartig ausgebildet ist und einen im Querschnitt annähernd rechteckigen Ausströmkanal (112) hat, dessen Längsachse annähernd in Richtung des Zentrums der Trägeroberfläche verläuft.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich zwischen rohrförmigem Teil und Ausströmkanal (112) eine in Richtung des Kathodenraums zeigende Öffnung (109) vorgesehen ist.
  6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitblende (90) in Richtung der Öffnung des Behälters (50) verlängert ist und einen abgewinkelten Griffabschnitt (106) hat.
  7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (98) eine Ausnehmung (100) hat, in der das Austrittsende (110) der Einspritzdüse (92) angeordnet ist, und daß die Höhe des Austrittsendes (110) kleiner oder gleich der Höhe des Kragens (98) ist.
  8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Austrittsfläche (89) des Anodenbehälters (56) und Leitblende (90) eine Trennwand (88) angeordnet ist, welche den Eintritt von Teilchen oder Schlamm aus Anodenmaterial in die Öffnung (96) der Leitblende (90) verhindert.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (88) eine mit der Öffnung (96) der Leitblende (90) ausgerichtete Durchlaßöffnung hat, die mit einem für Metallionen durchlässigen Filter versehen ist.
  10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer weiteren Ausnehmung (104) des Kragens (98) eine beweglich gelagerte Korrekturplatte aus Kunststoff vorgesehen ist, mit der ein kleiner Abschnitt der Öffnung (96) abdeckbar ist.
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