SE529882C2

SE529882C2 - Apparatus and method for fixing a matrix plate during electroplating

Info

Publication number: SE529882C2
Application number: SE0600672A
Authority: SE
Inventors: Daniel Sundqvist
Original assignee: Swedish Electroforming Technol
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-12-18
Also published as: SE0600672L; EP1837419A1

Abstract

Device (10) for holding a disc-shaped element (12b, 12c) in an electroplating bath, such as a matrix disc for manufacturing press matrices for optically-readable discs. The device comprises a sealed cavity (24) delimited between a flat base plate (26b, 26c) and a backing piece (16), which cavity can be connected to a vacuum source via a connector (42) in the backing piece (16) and which cavity is in communication with holes (28, 28a) arranged around the periphery and in the centre of the base plate that connect the said cavity (24) to the side of the disc element (12a-c) that is not to be plated. The connector (42) is arranged in such a way that when it is disconnected from the vacuum source, it maintains a requisite negative pressure for holding the disc element (12b, 12c) against the flat base plate (26b, 26c) during the plating process.

Description

25 30 529 882 2 rat i komponenter som är nedsänkta i elektrolytbadet under pläteringsprocessen. In components immersed in the electrolyte bath during the plating process.

Detta medför problem i form av läckagerisker, där elektrolytvätska kan intränga i systemet och bli förorenad.This causes problems in the form of leakage risks, where electrolyte liquid can enter the system and become contaminated.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppﬁnning att undanröja dessa problem och föreslå ett arrangemang, där pläteringsutrustningen ej har en vakuumkälla som mås- te arbeta kontinuerligt och stå i ständig kommunikation med sugsidan för att däri under hela pläteringsprocessen upprätthålla ett nödvändigt undertryck i hållaren via ett läckagebenäget ledningssystem.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to eliminate these problems and propose an arrangement in which the plating equipment does not have a vacuum source which must operate continuously and be in constant communication with the suction side in order to maintain the necessary negative pressure throughout the plating process. via a leakage prone piping system.

För detta ändamål utmärker sig den inledningsvis beskrivna anordningen enligt upp- ﬁnningen av de särdrag som är angivna i patentkravet 1. Sålunda föreslås ett arran- gemang, som gör det möjligt att momentant ”ladda” ett utrymme i hållaren med ett undertryck, som är tillräckligt för att stadigt fasthålla skivelementet mot ett plant underlag i hållaren, varefter utrymmet i hållaren forseglas och bortkopplas från va- kuurnkällan innan pläteringsprocessen inleds. Härigenom erfordras inte någon kon- tinuerlig inkoppling av vakuumkällan med nämnda utrymme i hållaren under pläte- ringsprocessen och därmed undviks också användning av ett läckagebenäget led- ningssystem i själva pläteringsanläggningen.For this purpose, the device described in the introduction according to the invention is characterized by the features stated in claim 1. Thus, an arrangement is proposed which makes it possible to momentarily "charge" a space in the holder with a negative pressure which is sufficient. to firmly hold the disc element against a flat surface in the holder, after which the space in the holder is sealed and disconnected from the vacuum source before the plating process begins. This does not require a continuous connection of the vacuum source with said space in the holder during the plating process and thus also avoids the use of a leak-prone pipe system in the plating plant itself.

Enligt ett föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen är navet och an- slutningsdonet utformade att vid isättriing och fixering av ett skivelement, som skall pläteras, respektive vid uttagning av ett färdigpläterat skivelement vara docknings- bara med en extern ﬁxtur eller dockningsstation, i vilken navet kan positionera an- ordningen så, att anslutningsdonet är anslutbart till en med vakuurrrkällan kommuni- cerande nippel i ﬁxturen respektive anslutbart till atmosfären. Anordningen kan härvid lätt transporteras mellan ﬁxturen och pläteringsanläggningen med skivele- mentet fixerat i hållaren i ”undertrycksladdat” skick, utan att denna är inkopplad 10 15 20 25 30 529 882 3 med vakuumkällan. Enligt ett alternativt utförande kan anordningen vara utformad att vara fast förankrad på katodaxeln även under själva isättriingen av ett skivele- ment, som skall pläteras, respektive vid uttagningen av ett fardigpläterat skivele- ment ur anordningen, varvid anordningen ej behöver förflyttas mellan en extern ﬁxtur och katodaxeln hos pläteringsanläggningen. För att fixera ett skivelement i anordningen kan därvid ett lämpligt undertryck appliceras på skivelementets ena sida genom en tillfällig anslutning till en vakuumkälla, då katodaxeln är uppsvängd ur elektrolytbadet i pläteringsanläggningen.According to a preferred embodiment of the device according to the invention, the hub and the connector are designed that when inserting and fixing a disc element to be plated, or when removing a ready-plated disc element can be dockable with an external eller xture or docking station, in which the hub can position the device so that the connector is connectable to a nipple communicating with the vacuum source in the structure or connectable to the atmosphere. The device can in this case be easily transported between the equipment and the plating plant with the disc element fixed in the holder in a "vacuum-charged" condition, without this being connected to the vacuum source. According to an alternative embodiment, the device can be designed to be firmly anchored to the cathode shaft even during the actual insertion of a disc element, which is to be plated, or when removing a ready-plated disc element from the device, the device not having to be moved between an external the cathode axis of the plating plant. In order to fix a disk element in the device, a suitable negative pressure can then be applied to one side of the disk element through a temporary connection to a vacuum source, when the cathode shaft is swung up from the electrolyte bath in the plating plant.

Lämpliga utförandedetaljer hos anordningarna enligt uppﬁnningen är definierade i de osj älvständiga patentkraven 2-7 Alternativa förfarande enligt uppfinningen för genomförande av detta koncept är de- ﬁnierade i de efterföljande självständiga patentkraven 8 och 9.Suitable embodiments of the devices according to the invention are defined in the dependent claims 2-7. Alternative methods according to the invention for carrying out this concept are defined in the following independent claims 8 and 9.

Uppﬁnningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar en tvärsektionsvy av en anordning enligt uppﬁnningen för fasthållning av ett skivformigt element, som skall pläteras i en elektropläteringsanläggning, där anordningen är monterad i en extern ﬁxtur, och Fig. 2 a-c visar tre sprängvyer i perspektiv av beståndsdelar av anordningen för ge- nomförande av olika pläteringsfaser.Brief Description of the Drawings Fig. 1 shows a cross-sectional view of a device according to the invention for holding a disc-shaped element to be plated in an electroplating plant, where the device is mounted in an external structure, and Fig. 2 ac shows three exploded views in perspective of components of the device for carrying out different plating phases.

Detaljbeskrivning av utfóringsformer av uppfinningen I ﬁg. l betecknas generellt med 10 en anordning enligt uppﬁnningen för fasthållning av ett skivelement 12b; 12c (se även ﬁg. 2b-c) som skall elektropläteras, särskilt en 10 15 20 25 30 529 882 4 matrisskiva för tillverkning av pressmatriser för optiskt låsbara skivor, såsom CD- och DVD-skivor. Anordningen 10 innefattar ett hylsformigt nav 14, SOIII är UffOYmaf som en styrning för påsättning på en roterbar katodaxel i en icke visad elektropläte- ringsanläggning. Navet 14 är förbundet med ett bakstycke 16, i vilket är infäst en strömöverförande platta 18, som har en plan basyta 20 0011 GH llppåßkjuïaﬂde Yttre ringkant 22. I plattan 18 är upptagna ett ﬂertal genomgående urtag 24, som bildar utrymmen som kan evakueras ﬁån luft, såsom skall beskrivas närmare nedan. Bas- ytan 20 bildar en upplagsyta för en plan underlagsplatta 26b och c, som uppbär skivelementet 12b, c som skall pläteras, och som kan bestå av titan. Den strömöver- förande plattan 18 har vidare en med innergänga Försedd centrumdel 27 för påskruvning av hållaranordningen 10 på ett gängat, strömmatande nosstycke (icke visat) på katodaxeln.Detailed Description of Embodiments of the Invention I ﬁ g. 1 is generally denoted by a device according to the invention for holding a disc element 12b; 12c (see also ﬁ g. 2b-c) to be electroplated, in particular a matrix disc for the manufacture of press matrices for optically lockable discs, such as CDs and DVDs. The device 10 comprises a sleeve-shaped hub 14, SOIII is UffOYmaf as a guide for mounting on a rotatable cathode shaft in a electroplating plant (not shown). The hub 14 is connected to a back piece 16, in which is attached a current transmitting plate 18, which has a flat base surface 20 0011 GH , as will be described in more detail below. The base surface 20 forms a support surface for a flat base plate 26b and c, which supports the disc element 12b, c to be plated, and which may consist of titanium. The current transmitting plate 18 further has an internally threaded center portion 27 for screwing the holding device 10 onto a threaded, current supply nozzle (not shown) on the cathode shaft.

I ﬁg. 1, ﬁg. 2b och 2c utgöres skivelementet av en fader- respektive modermatris- skiva 12b resp. 12c, medan skivelementet 12a i ﬁg. 2a är en s.k. glasmasterskiva med en på en glasskiva uppburen fotoresist med ett metalliserat övre skikt. Under- lagsplattan 26b och c har ett ﬂertal runt periferin och centrumområdet fördelade ge- nomgångshål 28 (ﬁg. 1, 2b och 2c), vilka kommunicerar urtagen 24 med baksidan av skivelementet 12a-c, som skall pläteras. Underlagsplattan 26a för glasmastem i ﬁg. 2a kan ha ett enda centrumhål 28a för motta ett ofta förekommande centrumut- språng på glasskivans undersida.I ﬁ g. 1, ﬁ g. 2b and 2c, the disk element consists of a father and mother matrix disk 12b and 12b, respectively. 12c, while the disc element 12a in ﬁ g. 2a is a so-called glass master board with a photoresist supported on a glass board with a metallised upper layer. The base plate 26b and c have a number of through holes 28 distributed around the periphery and the center area (ﬁ g. 1, 2b and 2c), which communicate the recesses 24 with the back of the disc element 12a-c, which is to be plated. The base plate 26a for the glass mast in ﬁ g. 2a may have a single center hole 28a for receiving a common center projection on the underside of the glass sheet.

Såsom bäst framgår av ﬁg. 2a, som visar hållarkomponenterna för den första pläte- ringsfasen för framställning av en pressmatris, där en s.k. faderrnatris 12b (ﬁg. 2b) skall byggas upp ovanpå glasmatrisen 12a, är ett ringformigt strömöverförande ele- ment 30 anordnat att komma till anliggning dels mot ringkanten 22 hos den ström- överförande plattan 18, dels mot ytterperiferin av det metalliserade skiktet på glas- “ mastem 12a. En tillhållarring 32 är med hjälp av ett ﬂertal ﬁäderbelastade och vrid- bara klämmor 34 fixerbar på bakstycket 16, så att en inåtskjutande krage 36 hos ringen 32 kan pressa det ringforrniga strömövertörande elementet 30 mot det metal- 10 15 20 25 30 529 882 5 metalliserade skiktet hos glasmastern 12a för att ge detta en negativ laddning under pläteringen. Navet 14, bakstycket 16 och tillhållarringen 32 består samtliga av ett elektriskt isolerande material.As best shown by ﬁ g. 2a, which shows the holding components for the first plating phase for producing a press die, where a so-called faderrnatris 12b (ﬁ g. 2b) is to be built on top of the glass matrix 12a, an annular current-transmitting element 30 is arranged to come into contact partly against the annular edge 22 of the current-transmitting plate 18, and partly against the outer periphery of the metallized layer of glass. mastem 12a. A tumbler ring 32 is fixable on the rear piece 16 by means of a number of spring-loaded and rotatable clamps 34, so that an inwardly projecting collar 36 of the ring 32 can press the annular current-transmitting element 30 against the metallised metalized ring. the layer of the glass master 12a to give it a negative charge during plating. The hub 14, the back piece 16 and the tumbler ring 32 all consist of an electrically insulating material.

I ﬁg. 2b visas hållarkomponenterna for att i en andra pläteringsfas framställa en mo- dermatris l2c (ﬁg. 2c) ovanpå den i den första pläteringsfasen erhållna fadennatri- sen 12b. Härvid används underlagsplattan 26b, som har ett periferispår 38 för att in- rymma en normalt vid formningen av fadennatiisen 12b uppkommen pläterings- vulst. Fig. 2c visar slutligen hållarkomponenterna för att i en tredje pläteringsfas framställa en icke visad pressmatris (ﬁg. 2c) ovanpå den i den andra pläteringsfasen erhållna modennatrisen 12c, varvid en underlagsplatta 26c liknande plattan 26b an- vänds.I ﬁ g. 2b shows the holding components for producing in a second plating phase a mother matrix 12c (ﬁ g. 2c) on top of the fade matrix 12b obtained in the first plating phase. In this case, the base plate 26b, which has a peripheral groove 38, is used to accommodate a plating bead normally formed during the formation of the fadenous layer 12b. Fig. 2c finally shows the holding components for producing a press matrix (not shown) in a third plating phase on top of the mature matrix 12c obtained in the second plating phase, a base plate 26c similar to the plate 26b being used.

Såsom visas i ﬁg. 1, där skivmatrishållaren 10 med hjälp av navet 14 som styrele- ment är insatt i ett hål 39 i en utanför plåteringsanläggningen placerad ﬁxtur 40, är i bakstycket 16 anordnat ett don 42 för anslutning av utrymmet 24 till en icke visad, extern vakuumkälla för att i utrymmet 24 alstra ett for plan fasthållning av skivele- mentet 12a-c mot underlagsplattan 26a-c erforderligt undertryck, som via genomfö- ringshålen 28, 28a i underlagsplattan 26a-c kommunicerar med baksidan av skiv- elementet 12a-c som skall pläteras. Donet 42 innehåller ett manuellt eller automa- tiskt avstängningselement 44 eller ventil, exempelvis en backventil, och är i dock- ningslåget sammankopplat med en nippel 46, som står i förbindelse med vakuum- källan via en anslutning 48 i ﬁxturen 40. Efter iläggning av skivelementet 12a-c mot underlagsplattan 26a-c och fastspänningen av tillhållarringen 32 ansluts utrymmet 24 till vakuumkällan så att skivelementet 12a-c genom sugverkan pressas dikt an mot den plana underlagsplattan 26a-c. Därefter tillslutes utrymmet 24 medelst av- stängningselementet 44 fore eller i samband med (vid backventil) att matrishållaren 10 lyftes upp ur den som dockningsstation tjänade ﬁxturen 40 och skruvas fast på katodaxeln i pläteringsanläggningen. Under själva pläteringsprocessen år alltså ut- rymmet 24 i matrishållaren 10 ej anslutet till vakuumkällan. Efter varje pläteringsfas 10 15 200' 25 529 882 6 demonteras matrishållaren 10 från katodaxeln och sätts åter in i ﬁxturen 40, varvid utrymmet 24 ansluts till atmosfären genom att avstängningselernentet 44 i anslut- ningsdonet 42 öppnas. Matrishållaren 10 kan vara försedd med en undertrycksindi- kator 50 fór att optiskt visa om erforderligt undertryck råder i utrymmet 24.As shown in ﬁ g. 1, where the disc die holder 10 is inserted by means of the hub 14 as a guide element into a hole 39 in a structure 40 located outside the plating plant, a device 42 is arranged in the back piece 16 for connecting the space 24 to an external vacuum source (not shown) for in the space 24 generate a negative pressure required for flat holding of the disc element 12a-c against the base plate 26a-c, which communicates via the lead-through holes 28, 28a in the base plate 26a-c with the back of the disc element 12a-c to be plated. The device 42 contains a manual or automatic shut-off element 44 or valve, for example a non-return valve, and is connected in the docking position to a nipple 46, which is connected to the vacuum source via a connection 48 in the fixture 40. After loading the disc element 12a-c against the base plate 26a-c and the clamping of the tumbler ring 32 is connected to the space 24 to the vacuum source so that the disc element 12a-c is pressed tightly against the flat base plate 26a-c by suction action. Thereafter, the space 24 is closed by means of the shut-off element 44 before or in connection with (at non-return valve) that the matrix holder 10 is lifted out of the structure 40 serving as a docking station and screwed onto the cathode shaft in the plating plant. During the plating process itself, the space 24 in the matrix holder 10 is thus not connected to the vacuum source. After each plating phase 10, the die holder 10 is disassembled from the cathode shaft and reinserted into the fixture 40, connecting the space 24 to the atmosphere by opening the shut-off element 44 in the connector 42. The matrix holder 10 may be provided with a negative pressure indicator 50 for optically indicating whether the required negative pressure prevails in the space 24.

I ett alternativt utförande av anordningen enligt uppfinningen är det möjligt att und- vara ﬁxturen 40 och istället låta skivhållaranordningen 10 sitta kvar på änden katod- axeln under isättningen och uttagningen av ett skivelement. Isättningen och uttag- .ningen av skivelementet görs då hållaren 10 och katodaxeln är uppsvängd från sitt neddoppade läge i elektrolytbadet i pläteringsanläggningen. En temporär anslutning av utrymmet 24 i hållaren till vakuumkällan for att suga fast skivelementet mot det plana underlaget 26a-c kan då ske med hjälp av en icke visad ledning, som ej sträck- er sig ned i badet eller genom komponenter som är neddoppade i badet under pläte- ringsprocessen, vareﬁer utrymmet 24 förseglas och ledningen frånkopplas från hål- laren innan hållaren svänges ned i badet for påbörjande av pläteríngen av skivele- mentet. Efter avslutad pläteringsprocess och uppsvängning av hållaren 10 och ka- todaxeln kan det för undertryck utsatta utrymmet 24 anslutas till atmosfären genom öppning av en icke visad ventil, varefter tillhållaningen 32 kan borttagas och skiv- elementet tas ut.In an alternative embodiment of the device according to the invention, it is possible to dispense with the structure 40 and instead let the disc holder device 10 remain on the end of the cathode shaft during the insertion and removal of a disc element. The insertion and removal of the disc element is done when the holder 10 and the cathode shaft are swung up from their immersed position in the electrolyte bath in the plating plant. A temporary connection of the space 24 in the holder to the vacuum source for sucking the disc element against the flat substrate 26a-c can then take place by means of a wire (not shown) which does not extend down into the bath or through components which are immersed in the bath. during the plating process, the space 24 is sealed and the cable is disconnected from the holder before the holder is swung into the bath to begin plating the disc element. After the plating process has been completed and the holder 10 and the cathode shaft have been swung up, the space 24 exposed to pressure can be connected to the atmosphere by opening a valve (not shown), after which the retainer 32 can be removed and the disc element removed.

Enligt uppfinningen föreslås således en matrishållare 10, som för att hålla ett skiv- element plant mot ett underlag ej behöver hållas kontinuerligt kopplad till en vaku- umkälla under pläteringsprocessen, utan istället ”laddas” den med ett undertryck och törseglas i en extern ﬁxtur och bortkopplas från vakuunlkällan innan den monteras på katodaxeln och nedsänkes i pläteringsbadet. Alternativt kan hållaren 10, med un- dantag av tillhållarringen 32, sitta kvar på katodaxeln i uppsvängt läge under skivby- tesproceduren.According to the invention, a matrix holder 10 is thus proposed, which in order to keep a disc element flat against a substrate does not have to be kept continuously connected to a vacuum source during the plating process, but instead is "charged" with a negative pressure and dried in an external och xture and disconnected from the vacuum source before mounting on the cathode shaft and immersed in the plating bath. Alternatively, the holder 10, with the exception of the tumbler ring 32, may remain on the cathode shaft in the upturned position during the disc change procedure.

Claims

10 15 20 25 30 529 882 Patent claims

Device (10) for holding in a electroplating bath a disc-shaped element (12a-c), in particular a matrix disc for manufacturing press dies for optically readable discs, such as CDs and DVD discs, comprising: a hub (14) for pushing over a rotatable cathode shaft of an electroplating plant, a back piece (16) connected to the hub (14), a tumbler ring (32) releasably connected to a peripheral portion of the back piece (16) for clamping an annular electrical contact element (30) against a outer peripheral part of the disc element (12a-c), an element (18) for transmitting electric current between the cathode shaft and the electrical contact element (30), a center part (27) for anchoring the device to the cathode axis, a flat support plate (26a-c) for the disc element (12a-c), and a sealed space (24) limited between the base plate (26a-o) and the back piece (16), which is connectable to a vacuum source for holding the disc element (12a-c) against the base plate with negative pressure the surface (26a-c) during a plating process of one side of the disc member, characterized in that the base plate (26a-c) has a plurality of bushing holes (28) distributed around an outer peripheral area and at least one bushing hole (28, 28a) in a centeronirate row of the plate, which holes (28, 28a) connect said space (24) to the side of the disc element (12a-c) which is not to be plated, and that a connector (42) is integrated in the device (10), which communicates with said space (24 ) and is temporarily connectable to the vacuum source for generating a desired base in the space, the connector (42) being arranged to be disconnected from the vacuum source prior to the start of the plating process while closing the space (24) to maintain therein for holding a disc (12) ) against the base plate (26a-c) required negative pressure during the plating process. 10 15 20 25 30 529 882

Device according to claim 1, characterized in that a number of lead-through holes (28) are distributed around the center area of the plate.

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the hub (14) and the connector (42) are designed to be dockable with an external xt xture (40) when inserting a board element to be plated, or when removing a ready-plated board element. , in which the hub (14) can position the device so that the connector (42) is simultaneously connectable to a nipple (46) communicating with the vacuum source in the structure (40).

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that it is designed to be firmly anchored to the cathode shaft even when a disc element is to be inserted, which is to be plated, or when a pre-plated disc element is removed from the device.

Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the connector (42) is fixed in the rear piece (16).

Device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the connector (42) contains a non-return valve (44).

Device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that it is provided with a visually readable negative pressure indicator (50).

Method for fixing in a holder a disc element, in particular a matrix disc for manufacturing press dies for optically lockable discs, such as CDs and DVDs, which are to be plated on one side in an electroplating bath, characterized in that the holder (10) is placed in a structure (40), that a space (24) in the holder is connected to a vacuum source for pressing pointwise around the outer periphery and in a center portion to press the disc element (12a-c) against a flat surface (26a-c) in the holder by exercising a desired negative pressure on. the other side of the disc element via said space (24) in the holder, and that the space is ﬂconnected. from the vacuum source while closing the space in order to maintain the required disc-reducing negative pressure in the holder during transport of the holder between the structure (40) and the cladding installation.

Method for inserting into a holder a disc element, in particular a matrix disc for the manufacture of press dies for optically lockable discs, such as CDs and DVDs, to be plated on one side in an electroplating bath, there in a mounted position of the holder ( 10) on a cathode shaft a space (24) in the holder is connected to a vacuum source for pressing the disc element (12a-c) against a flat surface (26a-c) in the holder by exerting a desired negative pressure on the other side of the disc element via said space (24 ) in the holder, characterized in that the disc element (12a-c) is pressed pointwise against the flat surface (26a-c) around its outer periphery and at its center portion, and that before the plating process is started, the space (24) is disconnected from the vacuum source to close it maintain the required disk-increasing negative pressure in the holder during the plating process.