NL8503234A

NL8503234A - Matrijs.

Info

Publication number: NL8503234A
Application number: NL8503234A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-11-25
Filing date: 1985-11-25
Publication date: 1987-06-16
Also published as: EP0224312A1; EP0224312B1; DE3677337D1; JPS62144919A; US5149607A; JP2518828B2

Description

·*>τ*%* * * Cjro A

Z Π-» * i ,?Oj t.n.v. N.7. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

n*^. ί»v> 4 4·*« ;»a .

De uitvinding heeft betrekking op een matrijs die geschikt is voor toepassing in een spuitgietproces of spuitpersproces voor de vervaardiging van optisch uitleesbare informatiedragers die een optisch uitleesbaar informatiespoor bevatten.

5 De optisch uitleesbare informatiedragers rijn kunststof- platen of schijven vervaardigd uit bijvoorbeeld polymethylmethacrylaat iFMf'üA} of polycarbonaat. Het in het oppervlak van de schijf aangebrachte informatiespoor heeft een kanteelvormig profiel van afwisselend op hoger en lager niveau gelegen informatiegebiedjes. De gebiedjes hebben geringe 13 afmetingen bijvoorbeeld lengte-afmetingen variërend van 0,3 tot 3/um. Het hoogteverschil tussen de gebiedjes bedraagt 0,1-0,2/um. Dc schijf is aan de zijde van het informatiespoor afgedekt met een reflectiolaag zoals een laagje Ag of Al. Het spoor wordt met behulp van een laserlichtbundel in reflectie uitgelezen. De uitlezing is gebaseerd 15 op phaseverschilien in het gereflecteerde licht al naar gelang een gebiedje op hoger niveau dan wel op lager niveau wordt aangestraald.

De platen of schijven worden vervaardigd door toepassing van een spuitgiet- of spuitpersproces, waarbij een vloeibare kunststofsamenstelling onder druk in een mal wordt gespeten. Bij een 20 spuitgietproces wordt de vloeibare kunststof in een al gesloten mal gespoten; bij een spuitpersproces wordt de mal tijdens of vlak na de inspuiting gesloten. In de mal zijn één of twee matrijzen aangebracht. De matrijs heeft een informatiespoor dat het negatief is van het gewenste informatiespoor van het eindproduct.

25 De bekende, voor de vervaardiging van optisch uitleesbare informatiedragers toegepaste matrijs is een nikkel matrijs. Bij de vervaardiging ervan wordt uitgegaan van een oerplaat of master. De master is een glazen plaat die eenzijdig is voorzien van een fotorssistlaag waarin door belichting en ontwikkeling een 30 informatiespoor is aangebracht. Aan de zijde van de fotoresistlaag wordt de master voorzien van een electroless (stroomloos) aangebracht metaallaagje, zoals een Ag-laagje. Hierop wordt galvanisch een Ni-schil • — ·% -Ύ9 ..i , * _ * ΡΗΜ 11.563 2 gegroeid De master wordt verwijderd en van -de verkregen vaderplaat worden langs galvanische weg Ni-afdrukken gemaakt de zogenaamde moederplaten. Hiervan worden opnieuw Ni-afdrukken gemaakt,, de zogenaamde persmatrijzen of stampers die in het voornoemde spuitgietproces of 5 spuitpersproces worden gebruikt. De voornoemde methode heeft het bezwaar dat bij de vervaardiging van de vaderplaat, de master verloren gaat. Van de master kan dus slechts één Ni-vaderplaat worden vervaardigd. Dit is een ernstig nadeel gezien de hoge kostprijs, van de master. Ook is het bovenbeschreven proces voor de vervaardiging van een Ni-matrijs 1C tijdrovend en omvat een reeks van processtappen die ieder aanleiding geven tot het ontstaan van afwijkingen. Ook moet elke, langs galvanische weg vervaardigde Ni-schil worden gepolijst. Kwaliteitsverlies en/of oor. relatief hoog uitvalpercentage is het gevolg.

De uitvinding beoogt een matrijs te verschaffen die op 15 eenvoudige wijze vervaardigd kan worden. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding tot doel een matrijs te verschaffen die rechtstreeks, zonder tussenstappen, van een masterplaat is afgeleid. De masterplaat gaat hierbij niet verloren. Van één masterplaat kunnen verscheidene bijvoorbeeld 50 matrijzen volgens de uitvinding worden vervaardigd.

20 Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een matrijs van het in de aanhef genoemde type die hierdoor is gekenmerkt, dat de matrijs een metalen steunplaat bevat dia aan één zijde voorzien is van een laag van een door straling geharde kunststofsamenstelling die voorzien is van het negatief van het 25 informatiespoor.

De matrijs wordt vervaardigd door de masterplaat aan de zijde van de fotoresistlaag te voorzien van een dun metaailaagje. Het metaallaagje volgt het in de fotoresistlaag aanwezige informatiespoor.

De steunplaat voorzien van een laag van een vloeibare, nog niet geharde 30 kunststofsamenstelling wordt tegen het metaallaagje van de master gedrukt. De laag van de kunststofsamenstelling wordt door straling gehard en de steunplaat tezamen met de ermede verbonden gelurde kunststoflaag, waarin het informatiespoor van de master is gecopieerd, wordt van de master verwijderd. De master blijft intakt.

35 3ij een spuitgiet- of spuitpersproces speelt de warmtehuishouding in de mal een belangrijke rol. Dit geldt vooral indien produkten vervaardigd moeten worden dis een zeer fijne struktuur Λ *» i'i / 'V "J f? hit \J t PHN 11.553 2 besitt-sa zo dis de uiterst verfijnde structuur van een optisch uitleesbaar informatiespcor. De matrijs heeft een sterke invloed op de warmtehuishouding. Vooral van belang zijn de aard van het matrijsmatsriaal en de diktes van de samenstellende lagen. Goede 5 resultaten worden in het bijronder bereikt met een matrijs volgens de -irvindang waarvan ae stemp—aao as vervaardagd uat roestvrij staal, nikkel of een harde aluminium legering met een dikte van minimaal 200 »am. Een harde aluminium legering is bijvoorbeeld eer. legering van * 1 Λ»» «Vr Λ-w \»aa ki'jJ · 10 In een verdere gunstige uitvoeringsvorm wordt een steunplaat toegepast die vervaardagd is uit roestvrij staal en aan de zijde van de geharde kunststofsaaienstelling is voorzien van een laagje Al of Ni. Het Al- of Ni-laagje heeft een dikte van bijvoorbeeld enkele microns. Door toepassing van eer. zodanig laagje wordt de hechting tussen 15 de steunplaat en de kunststofsamenstelling verbeterd vooral als de roestvrij stalen steunplaat een zeer glad oppervlak heeft. Desgewenst kan tussen steunplaat en kunststofsamenstelling een hechtlaagje van bijvoorbeeld een silaan worden aangebracht. Een geschikt silaan is ^-methdcrylcxypropyl-trimethcxysilaan. Desa si'aanvcrbinding wordt 20 tezamen met de kunststofsamenstelling gehard.

3ij toepassing van de matrijs in eer. spuitgiet- of spuitpersproees komt de laag van geharde kunststofsamenstelling in kontakt met de hete ingespoten kunststof. 3ij polymethylmethacrylaat bijvoorbeeld is de spui tgiattemperafcuur 275°C. 3ij polycarbonaat 25 bedraagt deze 35C°C. Aan de kunststofsamcnstelling worden dus hoge eisen gesteld met betrekking tot hardheid in verband met de optredende hoge drukken, de vormvastheid en de temperatuurbestendigheid. Bovendien beïnvloedt het geharde kunststoflaagje de afkc<-Isnelheid in de mal.

Gunstige resultaten worden bereikt met een matrijs 20 waarvan de metalen steunplaat aan één zijde is voorzien van oen laag van een met U.7. licht geharde kunststofsamenstelling die 20-80 gew.1 urethaaa acrylaat bevat. De dikte van de geharde kunststofsamenstelling bedraagt bij voorkeur van 10-3Qyüm.

In een vccrkeursvorm van de matrijs volgens de uitvinding 35 is de metalen steunplaat aan één zijde voorzien van een met U.7.

licht geharde kunststofsamenstelling die 25-65 gew.a van een aromatisch urethaan acrylaat bevat, 5-15 g -w.1 van een alifatisch urethaan

vrz'ct n A

i. nil i t . J Q ^ ht acryiaat, 2-3 gsw.’i katalysator en 15-65 gew.°<. monomeren.

Een geschikt aromatisch urethaan acryiaat is onder de handelsnaam Ebecryl 220 bekend. Een geschikt alifatisch urethaan acrylaat is bekend onder de handelsnaam Ebecryl 230.

5 De katalysator is bijvoorbeeld een aromatische carbonylverbinding zoals benzoine-isobutylether of een ketal zoals benzildimethylketal. De met U.V. licht hardbare monomeer verbindingen zijn bij voorkeur .mono-, di- en/of trifunctionele verbindingen, die respectievelijk één, twee of drie vinylgroepen per molecuul 10 bevatten. Een voorbeeld van een monofunctionele verbinding is N-vinylpyrrolidon of een mono-acrylaat zoals hexylacrylaat.

Een voorbeeld van een difunctionele verbinding is een di-acrylaat zoals hexaan-dioldiacrylaat. Een geschikte trifunctionele verbinding is een tri-acrylaat zoals trimethylolpropaantriacryiaat.

15 Met de matrijs kunnen enkele duizenden informatiedragers worden vervaardigd. Bij toepassing van de matrijs volgens de uitvinding wordt in vergelijk met de bekende Ni-matrijs een betere kwaliteit van het informatie-spoor van de informatiedragers verkregen.

In nog een gunstige uitvoeringsvorm is de laag van de 20 geharde kunststofsamenstelling aan het vrije oppervlak voorzien van een metaallaagje met een dikte van 10-60 nm.

Een geschikt metaallaagje is een Cr of Al laagje dat door middel van een opdampproces of sputterproces op de gehorde kunststofsamenstelling wordt aangebracht.

25 De uitvinding wordt met het volgende uitvocringsvcorbe-'d d en de tekening nader toegelicht, waarbij figuur 1 een dwarsdoorsnede is van masterplaat en matrijs tijdens de fabricage van de matrijs, en figuur 2 een dwarsdoorsnede is van een matrijs volgens de 30 uitvinding.

Uitvoerinqsvoorbeeld

In figuur 1 is met het verwijzingscijfer 1 een masterplaat (oerplaat) weergegeven. De master bevat een glasplaat 2 met een diameter van ongeveer 30 cm en een dikte van 5 mm die aan één 35 zijde is voorzien van een laag 3 van een belichte en ontwikkelde positieve fotoresist welke een informatiespoor 4 bevat. Spoor 4 heeft een kanteelvormig profiel van afwisselend op hoger niveau gelagen ?ΗΝ ** 1.5ο3 5 informatiegsbiedjes 5 en op lager niveau gelegen informatiegebiedjos S. Het hoogteverschil tussen de gebiedjes bedraagt 0,1-0,2 ^um. De lengte-afmetingen variëren al naar gelang de opgeslagen informatie van circa 0,3-3/um. De laag 3 van fctoresist is afgedekt met een zeer dunne, t 5 niet weergegeven, me taallaag met een dikte van bijvoorbeeld 10-40 nn, —?ς UV'Ad'W k*«*»

Tegen de metaal laag var, aasterplaat 4 wordt een metalen steunplaat 7 gedrukt die aan de naar masterplaat 1 toegekeerde zijde is viorzier. van en laagje 3 van een vloeibare, met TJ.V. licht hardfcare 10 kunststofsamenstelling. De metalen steunplaat is bijvoorbeeld vervaardigd uit een Al/Mg legering en heeft een dikte van 300^um. De steunplaat kan ook vervaardigd zijn uit Ni of roestvrij staal. Indian een roestvrij stalen steunplaat wordt toegepast verdient het dc voorkeur het naar de kunststofsamenstelling toegekeerde oppervlak wat op te ruwen 15 of te voorzien van een dun laagje Al of Ni met een dikte van enkele microns. Het verdient eveneens de voorkeur om tussen de steunplaat en de kunststofsamenstelling een hechtlaagje van een silaan aan te brengen, in het bijzonder een monolaagje van / -methacryloxypropyltrimethoxy- ) silaan, welke onder invloed van bestraling mee polymeriseert. De dikte 20 van de laag 8 van de kunststofsamenstelling is 10-30 ^urn, in het sigzonder 20 ƒurn.

Enkele kaas tstofsamenstellingen alsmede de eigenschappen ervan zijn in onderstaande tabel vermeld, .... j ' r PHN 11.563 6

Tabel kunststof- kunststof- kunststof- samen- samen- samen- 5 stelling stelling stelling __i__π__m_

Ingrediënten in % in % in °j

Trimethylolpropaan- 10 triacrylaat 20 23,5 31,5 N-vinylpyrrolidon 10 19,0 10,5

Katalysator 5 4,3 5,3

Aromatisch urethaan acrylaat 55 33,2 42,2

Alifatisch urethaan acrylaat 10 9,5 10,3 15 ____.____

Eigenschappen

Halfwaarde-belichtingstijd (sec.) 7,2 7,3 6,4

Krimp (¾) ; 12,2 13,0 13,7 20 Indringhardheid (^um) 1,27 1,51 1,44

Viskositcit (mPa.s) 1994 994 354 i -_____--- --------------——--

De halfwaarde belichtingstijd is de tijd waarin 50eb van 25 de eindkrimp is bereikt.

De kunststofsamenstelling zoals bovenstaand is beschreven wordt via de masterplaat belicht met U,V. licht 9. De belichtingstijd is 15 seconden of meer. Als gevolg van de belichting wordt de 30 kunststofsamenstelling gehard (verknoopt). De eventuele hechtlaag van ^-methacryloxypropyl-trimethoxysilaan verknoopt ook tezamen met de kunststofsamenstelling. De metalen steunplaat tezamen met de ermede verbonden geharde kunststofsamenstelling waarin het informatiespoor van de master is gecopieerd, wordt van de master verwijderd. De master wordt 35 hierbij niet beschadigd en kan opnieuw gebruikt worden voor de vervaardiging van een matrijs als hierboven beschreven. In da praktijk is vastgesteld dat van έβιΐ .'lid o 'Cdï { Π Cf a* V O Ο 2Γ 50 matrijzen vervaardigd 'jm* nrtfcT Λ A Γ ** *> »ï ΡπΝ tï.vo- 7 kunnen worden. De verkregen matrijs 'figuur 2} is geschikt om als persmatrijs (stamper) tcegepast te werden in een spuitgiet- of spuitpersprocss. Hiertoe wordt de stamper in de gebruikelijke mal geplaatst en wordt vervolgens de vloeibare kunststof zoals 5 polymethylmethacrylaat of polycarbonaat bij verhoogde druk in de mal geperst volgens de gangbare techniek van en spuitgiet- of spuitpersprocss. Van één stamper kunnen op deze wijze minimaal 2500 kunststof replicas worden vervaardigd. De kwaliteit van het informatiespoor van de kunststof replicas is uitstekend en aanmerkelijk 10 heter dan bij gebruik van een geheel uit Ni vervaardigde matrijs. Het informatiespoor van de matrijs volgens de uitvinding wordt beter overgenomen in de kunststof replica. De signaal-ruisverhouding van het informatiespoor in de kunststof replica is met enkele dB's verbeterd. De matrijs kan ook, alvorens deze in een spuitgiet- of spuitpersprocss te “5 gebruiken, aan de zijde van de geharde kunststofsamenstelling voorzien worden van een metaallaagje 10 var* bijvoorbeeld Cr of Al met een dikte van 10-50 nm. "c-'n laagje kan door een opdampproces of sputterproces op de geharde kunststofsamenstelling worden aangebracht.

Claims

1. Matrijs geschikt voor toepassing in een spuitgietproces of spuitpersproces voor de vervaardiging van optische uitleesbars informatiedragers die een optisch uitleesbaar informatiespoor bevatten, met het kenmerk, dat de matrijs een metalen steunplaat bevat die aan 5 één zijde voorzien is van een laag van een door straling geharde kunststofsamenstelling die voorzien is van het negatief van het informatiespoor.

2. Matrijs volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de metalen steunplaat vervaardigd is uit roestvrij staal, nikkel of e-n "Ό harde aluminium legering en een dikte heeft van minimaal 200«nm.

3. Matrijs volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de steunplaat is vervaardigd uit roestvrij staal en aan de tijdo van de kunststofsamen-steilling is voorzien van een laagje Al of Ni.

4. Matrijs volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat do 15 metalen steunplaat aan één zijde voorzien is van een laag van met Ü.V. licht geharde kunststofsamenstelling die 30-80 gew.* urethaan acrylaat bevat.

5. Matrijs volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de metalen steunplaat aan één zijde is voorzien van een laag van met

20 U,V. licht geharde kunststofsamenstelling die 25-65 gew,°a van aromatisch urethaan acrylaat bevat, 5-15 gew.9a van alifatisch urethaan acrylaat, 2-8 gew.li katalysator en 15-65 gev/Λ moncmeren.

6. Matrijs volgens conclusie *, met het kenmerk, dat de laag van de geharde kunststofsamenstelling aan het vrije oppervlak ie 25 voorzien van een metaallaagje met een dikte van 10-60 nm. .3