Brevet FR2531902A1 — publié le 19840224

2531902- La présente invention concerne les matrices utilisées dans les opéra- tions de moulage des disques électroniques capacitifs, et elle vise plus parti- culièrement des matrices de ce type présentant une résistance améliorée au ternissement. On sait que les disques électroniques capacitifs sont des disques en matière plastique moulée, dans la surface desquels les informations d'un pro- gramme de télévision sont enregistrées Un tel disque capacitif, lorsqu'il est "lu" par un "lecteur" approprié du type électronique capacitif, délivre une information de signal télévision qui peut être utilisée pour reproduire les in- formations enregistrées sur le disque sur un récepteur de télévision du com- merce. Les disques électroniques capacitifs ont typiquement un diamètre de cm environ, et l'information du signal de télévision y est enregistrée sous la forme d'une piste d'information en spirale qui est ménagée dans la surface de lecture du disque Bien que les disques électroniques capacitifs sont sensi- blement identiques, dans leur configuration générale, aux disques audio- classiques de longuè durée, les disques capacitifs électroniques diffèrent de ces disques audio en ce qui concerne les caractéristiques spécifiques de l'en- registrement réalisé dans ces disques Par exemple, il existe environ 2000 pistes d'information par centimètre, dans un disque électronique capacitif, c'est-à-dire environ 40 fois plus que la densité des sillons d'un disque audio classique Par ailleurs, l'information du signal de télévision est enregistrée, sous la forme d'ondulations verticales, dans la base de la piste d'information. Les ondulations, dans un disque électronique capacitif, ont une amplitude en- viron 1500 fois plus petite, et une longueur d'ondes environ 15 fois plus faible que l'information de signal correspondante d'un disque audio classique. En raison des dimensions très faibles des éléments de signal enregis- trés dans les disques électroniques capacitifs, il faut prendre des précautions très grandes pour empêcher toute modification de la surface du disque, car ces modifications peuvent affecter de façon nuisible la qualité des signaux de télévision qui sont reproduits lors de la lecture des disques On a découvert, par exemple, que des défauts de quelques microns seulement, qui n'auraient pratiquement aucun effet lors de la lecture d'un disque audio classique, peuvent provoquer des problèmes majeurs, lors de la lecture d'un disque électronique capacitif, pouvant aller jusqu'à la perte complète du signal de télévision. 2 2531902 De petits défauts des disques électroniques capacitifs, dont la dimen- sion peut aller jusqu'à, par exemple, 5 microns, sont appelés "microdéfauts", afin de les distinguer des défauts importants, tels que: adents, rayures et similaires Les microdéfauts constituent l'un des motifs principaux de mise au rebut des disques électroniques capacitifs, et l'expérience montre qu'ils donnent lieu aux problèmes les plus difficiles à résoudre, dans une production commerciale Les microdéfauts d'un disque moulé, particulièrement si ces microdéfauts sont présents à forte concentration dans une zone donnée, sont, semble-t-il, l'une des causes principales du défaut couramment appelé "ter- nissement" Un disque affecté d'un tel défaut présente, lorsqu'il est examiné en lumière brillante, des zones ternes ou un aspect général flou, au lieu de présenter un aspect lustré brillant Pour un oeil non exercé, l'aspect du disque semble indiquer que celui-ci est terni,sur sa surface, par une substance étran- gère Cependant, un examen plus attentif montre souvent que la plus grande partie des zones qui apparaissent ternies sur la surface du disque n'est pas polluée par un matériau étranger, comme c'est le cas lorsqu'il s'agit d'un ter- nissement classique, mais que les zones ternies sont constituées par des im- pressions du moule formées dans la surface du disque Par ailleurs, les zones ternies sont souvent des zones qui contiennent une concentration élevée de micro- défauts, qui ont pour effet d'amortir la réflexion optique de la surface du disque. La plupart des problèmes que l'on rencontre, avec les microdéfauts et le ternissement en résultant, sont liés aux procédés de production qui sont mis en oeuvre dans la fabrication des disques Lors de la réalisation de disques électroniques capacitifs, l'étape initiale consiste à enregistrer l'information de signal de télévision désiré sur une bande magnétique Cette bande est ensuite utilisée pour actionner une tête de coupe, qui découpe l'information de signal désirée, sous la forme d'un sillon en spirale, dans un substrat d'enregistre- ment en cuivre Ce substrat est ensuite reproduit par un procédé électroly- tique, à l'aide de nickel, sur la surface enregistrée du substrat, afin de former une réplique négative, appelée "original" Ce dernier est alors reproduit, toujours par un procédé électrolytique, sur la surface de l'origina Lafin de for- mer une série de répliques positives appelées "moules" Ces moules sont ensuite reproduits par un procédé électrolytique à l'aide de nickel sur la surface de ces moulés de manière à ce que soit réalisée une série d'éléments ou de parties qui, dans la description qui suit, seront désignés "matrices". 3 2531902 Le bain électrolytique utilisé dans le procédé de reproduction est du type sulfamate de nickel modifié, contenant en plus du sulfamate de nickel, divers additifs, tels que des agents de brillance et similaires, pour s'assurer que les éléments obtenus par reproduction électrolytique sont aussi conformes que possible à la surface des éléments sur lesquels ils sont obtenus. Les matrices constituent les éléments qui sont actuellement utilisés pour presser des disques électroniques capacitifs Avant leur utilisation, les matrices sont examinées pour déterminer leurs défauts, notamment les indents, les microdéfauts et le ternissement Les matrices qui présentent un défaut important,ou un ternissement également important, ou tout défaut similaire, sont, soit réparées avant usage, soit mises au rebut Les matrices satisfai- santes sont ensuite montées sur les plateaux de moulage d'une presse de mou- lage de disque Pour mouler des disques électroniques capacitifs, on moule une composition plastique, électriquement conductrice, de formule spéciale, avec application de chaleur et de pression, entre une paire de matrices La piste d'informations qui se trouve sur la matrice est reproduite dans le disque moulé, selon son image réfléchie dans un miroir Cependant, outre l'informa- tion désirée qui est reproduite dans le disque moulé, tout défaut des matrices est reproduit de la même façon dans la surface du disque moulé. Après mise en place de la matrice dans la presse et passage d'un certain nombre de disques, on observe fréquemment qu'un ternissement im- portant commence à se produire sur les faces de la matrice, ce défaut étant alors reproduit dans le disque moulé formé sur les matrices ternies Le ter- nissement qui se produit ainsi peut être rangé en deux groupes: le ternisse- ment additif, et le ternissement corrosif Le ternissement additif est généra- lement provoqué par une substance étrangère, par exemple de l'eau, qui vient au contact de la surface dq la matrice et qui laisse un résidu après séchage, Ce type de ternissement peut être éliminé à l'aide de solvants et similaires. Cependant, le second type de ternissement, le plus sérieux, qui est observé, est le ternissement corrosif Celui-ci provoque une érosion de la surface de la matrice Cette dernière, quand on l'examine au microscope, peut présen- ter un nombre important de microdéfauts, dont les dimensions et la profon- deur tendent à augmenter au fur et à mesure du moulage de disques supplé- mentaires à partir des matrices Les effets résultant du ternissement cor- rosif ne peuvent pas être réparés, et, généralement, ils entraînent une mise au rebut des matrices. 4 2531902 Le problème du ternissement corrosif des matrices, lors du moulage, est particulièrement g 9 nant et difficile à résoudre, étant donné que toutes les matrices actuelles semblent sujettes à un certain degré de ternissement, cer- tains lots de matrices présentant une bonne résistance au ternissement, alors que d'autres lots commencent presque immédiatement à se ternir dès qu'on les utilise'pour mouler des disques = Il est donc très important de pouvoir disposer d'une matrice de disque électronique capacitif qui présente une résistance améliorée au ternissement corrosif lors du moulage, ainsi que d'un procédé pour produire des matrices présentant une résistance améliorée au ternissement. Selon l'invention, les matrices de nickel utilisées pour le moulage de disques électroniques capacitifs sont traitées, avant leur utilisation dans le procédé de moulage, en chauffant la matrice,en présence d'oxygène, à une température comprise entre environ 220 'C et 300 'C, pendant 2 à 5 heures, jusqu'à formation d'une couche d'oxyde protecteur continue, ayant une épais- seur de l'ordre de 40 A. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence au dessin annexé, qui en il- lustre un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif Sur le de S sin: la Figure 1 est une vue en plan d'une matrice de disque électronique capacitif; la Figure 2 est une microphotographie ( 650 X) d'une section d'une matrice correspondant à la zone 2 de la Figure 1, avant le traitement exécuté selon la présente invention; et, la Figure 3 est une microphotographie ( 650 X) d'une section d'une matrice, correspondant à la zone 3 de la Figure 1, après le traitement exécuté selon la présente invention. Dans la présente description, le terme "ternissement" se réfère plus particulièrement au ternissement corrosif, qui provoque une érosion de la surface de la matrice, plutôt qu'au ternissement qui résulte de la présence de résidus laissés sur la matrice, par exemple par des gouttes d'eau, des marques de doigts ou similaires. En effectuant une évaluation des problèmes de ternissement corrosif qui surgissent, lorsque les matrices sont utilisées pour le moulage de disques 22531902 capacitifs électroniques, on a découvert, comme indiqué ci-dessus, que certains lots de matrices présentaient une résistance bien meilleurs au ter- nissement que d'autres lots de matrices On a noté cependant que, même la résistance au ternissement des meilleurs lots de matrices n'était encore, au mieux, que marginale pour la production commerciale de disques capacitifs électronique s. Des matrices provenant de divers lots, qui présentaient des caracté- ristiques de ternissement différentes, ont été évaluées afin de déterminer quelles différences éventuelles pouvaient exister entre les matrices La com- position chimique élémentaire des matrices de nickel, à la surface de moulage, a été déterminée par analyse Auger On a découvert que les matrices qui avaient la résistance la plus faible au ternissement possédaient la plus grande quantité d'impuretés sous forme de traces, notamment de soufre et de carbone incorporés dans le nickel déposé Les provenances exactes des impuretés de soufre et de carbone ne peuvent pas être déterminées de façon certaine; ce- pendant, on pense que le soufre est incorporé dans le nickel pendant le proces- sus électrolytique, à partir du sulfamate de nickel, et que le carbone provient des additifs organiques utilisés dans le bain électrolytique L'analyse chimique de la surface des matrices a également confirmé la présence d'oxygène dans la surface extérieure de la matrice, ce qui indique la formation d'une couche d'oxyde de nickel sur la sîurface, en raison d'une exposition à l'air On a dé- couvert que la quantité d'oxygène, dans la surface des matrices, était directe- ment fonction de la résistance des matrices au ternissement, les matrices présentant la quantité la plus importante d'oxygène offrant la meilleure résis- tance au ternissement De même, étant donné que les matrices présentant les quantités les plus importantes de soufre et de carbone, dans les zones de la surface extérieure, possèdent la plus faible quantité d'oxygène, on pense que les impuretés de soufre et de carbone inhibent l'oxydation du nickel, dans des conditions ambiantes habituelles. Il est connu que, lorsque le nickel est exposé à l'air, sa surface s'oxyde rapidement, en formant une couche d'oxyde sur la surface d'objets en nickel. On a effectué des essais, afin de déterminer la qualité du revêtement d'oxyde de nickel qui se forme de façon inhérente sur la surface des matrices On a examiné de façon spécifique la qualité des revêtements, en ce qui concerne la présente de "trous d'épingles" et d'autres défauts Les matrices ont été immergées dans une solution de nitrate d'argent, 0, 02 N, pendant 60 secondes, 6 2531902 et elles ont été ensuite rincées dans de l'eau distillée En examinant les matrices,en utilisant un microscope optique avec un grossissement de 750, on a pu observer que la couche d'oxyde,formée de façon inhérente sur la sur- face de toutes les matrices, était discontinue Le nitrate d'argent se décom- pose et se dépose sous la forme d'argent brillant au contact du nickel nu, dé- couvert au travers des trous d'épingles et des autres défauts du revêtement d'oxyde On a encore découvert que la quantité de trous d'épingles était direc- tement fonction des propriétés anti-ternissement, les matrices présentant le moins de trous d'épingles et la plus faible densité de trous d'épingles ayant les meilleures propriétés anti-ternissement On a noté que l'épaisseur de la couche d'oxyde de nickel formée de façon inhérente sur la matrice était très mince, inférieure à 5 A La composition de moulage utilisée pour mouler les disques électro- niques capacitifs a également été évaluée, en tant que facteur possible de ternissement La composition de moulage utilisée pour la fabrication de disques présentait une formulation sensiblement différente de celles utilisées pour la réalisation de disques audio classiques La composition pour le disque capaci- tif électronique contient, en plus de la résiné vinylique, une quantité substan- tielle de qualités spéciales de noir de carbone, afin que le plastique moulé soit électriquement conducteur On a découvert que le noir de carbone utilisé à cet effet, de même que certains autres additifs, tels que des agents anti- statiques et des lubrifiants, contenaient également à la fois du soufre élémen- taire et du soufre combiné Afin de déterminer l'effet de la composition de moulage sur les matrices, on a mis en contact des sections de matrices vierges avec la composition de moulage utilisée pour mouler le disque, selon une ma- nière simulant le pressage d'un disque Après un pressage unique, on a décou- vert que la composition décolorait la matrice, dans la zone oỉ le nickel s'était déposé, au travers des trous d'épingle, dans la couche d*oxyde formée de façon inhérente sur la matrice, et que des parties du nickel étaient alors trans- mises à la pièce moulée On a noté que la réaction de la composition de mou- lage avec la surface de nickel exposée, et l'enlèvement d'une partie du nickel, se répétaient lors de chaque cycle de moulage suivant Ce phénomène est res- ponsable, en partie, du développement graduel, mais constant, du ternisse- ment, lorsque des matrices sont utilisées dans une production commerciale. 7 2531902 On a découvert qu'il était possible de réduire dans des proportions importantes, ou d'éliminer, le ternissement des matrices en chauffant ces dernières à une température élevée, en présence d'oxygène Des matrices qui présentaient une certaine résistance au ternissement, de même que celles qui se ternissaient facilement, ont présenté, après ce traitement thermique, une excellente résis- tance au ternissement On a découvert que les matrices traitées présentaient une résistance presque totale au ternissement, pendant leur durée de vie utile en tant que matrices. Le traitement thermique qui a été utilisé consistait à chauffer les ma- trices alors qu'elles étaient supportées sur une plaque appropriée, ou simi- laire, la surface de moulage étant soumise à une température comprise entre 260 'C et 300 'C environ, pendant une période de temps de 2 à 5 heures, en présence d'un gaz contenant de l'oxygène, par exemple de l'air filtré Après traitement, on a refait une évaluation des matrices, en ce qui concerne la composition chimique à la surface des matrices, et on a découvert que le ni- veau des impuretés, notamment la quantité de soufre et de carbone dans la surface de toutes les matrices, avait été réduit de façon importante, de ma- nière à devenir pratiquement nul Cependant, et cette constatation est plus importante, on a découvert que, lorsque le test au nitrate d'argent était répété, la couche d'oxyde, sur les zones de surface des matrices, était exempte, ou pratiquement exempte, de trous d'épingles On a recommencé l'essai de ter- nissement, avec à la fois une composition de moulage standard pour disques capacitifs électroniques et une composition de moulage qui a été modifiée par une addition de 1 qi en poids de soufre élémentaire supplémentaire Dans ces deux évaluations, les matrices traitées selon l'invention n'ont pas montré de terni ssement. L'épaisseur de la couche d'oxyde formée sur la surface de la matrice était de l'ordre de 10 à 40 A environ, en fonction des conditions du traitement. Lors des cycles de production, en utilisant les matrices, on a découvert que le revêtement d'oxyde présentait une épaisseur suffisante et adhérait de façon convenable à la surface, pour empêcher tout ternis sement pendant toute la production. Le test final utilisé pour évaluer le procédé selon l'invention a consisté à déterminer si la couche protectrice présentait des effets nuisibles sur la qualité de l'enregistrement ou de la production de l'information du programme 8 2531902 de télévision, lors de la lecture du disque moulé A cet effet, on a utilisé une série de matrices On a pressé des disques électroniques capacitifs sur des matrices vierges On a déterminé le niveau de défauts et le rapport signal- Druit, ainsi que la qualité d'ensemble du signal produit lors de la lecture du disque En même temps, on a également évalué des matrices provenant des mêmes lots, en effectuant d'abord un traitement thermique des matrices, puis en pressant des disques à l'aide de ces matrices On a découvert que les disques pressés avec les matrices traitées étaient équivalents aux disques pressés dans les matrices vierges non traitées, présentant un rapport signal- bruit et d'autres propriétés de lecture au moins équivalents. On a ensuite évalué diverses techniques et valeurs -de températures, en ce qui concerne le traitement de la matrice On a découvert qu'une tempéra- ture d'au moins 220 'C était nécessaire pour obtenir un revêtement exempt de trous d'épingle sur la surface du disque Des températures dépassant environ 3000 C n'étaient pas nécessaires, et on a remarqué que des températures excessives apportaient des effets nuisibles de recuit et de ramollissement des surfaces de la matrice On a aussi découvert qu'il existait une relation temps-température, en ce qui concerne la qualité et l'épaisseur du revête- ment -Un traitement thermique de l'ordre de 2 à 5 heures, entre 220 VC et 300 'C, dans de l'oxygène ou de l'air, a donné lieu à un revêtement continu exempt de trous d'épingle La durée du chauffage peut être augmentée, mais on atteint un point de rebroussement en ce qui concerne l'épaisseur relative du revêtement nécessaire et celle du revêtement obtenu L'épaisseur de la couche d'oxyde doit être au moins de 10 A, et de préférence de 40 A Plus la couche est épaisse, et plus elle est permanente et exempte de microdéfauts, une épaisseur de 40 A constituant une valeur optimale Le traitement peut également être mis en oeuvre dans une atmosphère d'oxygène pur ou une at- mosphère d'oxygène enrichi; cependant, on a remarqué que le traitement dans de l'air était parfaitement appropriés pour les buts de l'invention Il convient cependant de prendre certaines précautions pour s'assurer que l'air ou l'oxygène qui est utilisé est exempt d'impuretés, notamment de particules de poussières et de lubrifiants, étant donné que de telles impuretés peuvent se déposer sur la matrice et s'opposer à un traitement complet de la surface. On a découvert en outre que, si une certaine dose d'humidité était in- corporée dans l'air ou l'oxygène utilisé dans le traitement des matrices, on 9 2531902 pouvait obtenir une couche ayant une épaisseur de 10 % plus importante dans la même période de temps. Les exemples qui suivent, qui n'ont bien entendu aucun caractère limi- tatif, illustrent la mise en oeuvre du procédé selon cette invention. Exemple 1 Une matrice de nickel a été choisie dans un lot de matrices connu-pour présenter un ternissement profond, lors du pressage de disques électroniques capacitifs Toute la surface de la matrice vierge non traitée a été examinée au microscope, et on a découvert qu'elle présentait une distribution pratique- ment uniforme de trous d'épingles et autres microdéfauts, dans là zone enre- gistrée des matrices. Un certain nombre de sections ont été découpées à partir de la matrice, comme indiqué par les carrés 2 et 3 de la Figure 1, afin d'effectuer d'autres essais Chaque section a été examinée, et on a découvert qu'elles présentaient toutes un aspect pratiquement identique, en ce qui concerne la présence de microdéfauts et de trous d'épingles Sur la Figure 2, on a représenté une photomicrographie 650 X de la surface d'une section prélevée avant le traite- ment et qui a été ternie par dépôt d'argent, de façon à montrer plus clairement la présence de trous d'épingles et de défauts Les microdéfauts du revêtement sont représentés sous la forme de taches et de points sombres, sur la surface de la photomicrographie de la Figure 2. Les sections additionnelles ont été ensuite traitées à diverses tempéra- tures, pendant des durées variées et dans des conditions d'humidité variables. On a traité thermiquement les sections en les plaçant dans un four, la surface enregistrée étant exposée à un flux d'air filtré L'épaisseur des pellicules d'oxyde de nickel formées sur la surface de moulage des sections, dans di- verses conditions, a été mesurée et indiquée dans le tableau ci-après: Echantillon de contrôle Ji 1 (pas de traitement) 2-3 A Echantillon de contrôle J/ 2 (pas -de traitement) 25 A 2200 C, 2 heures, air sec 10-12 A 2600 C, 5 heures, air sec 40 A 2600 C, 5 heures, air humide 44 A 3000 C, 2 heures, air sec 17 À 300 'C, 16 heures, air sec 49 2531902 Après traitement, on a réexaminé les sections, et on les a photogra- phiées La Figure 3 est une photomicrographie 650 X d'une section traitée à 260 'C pendant 5 heures, dans de l'air sec La photomicrographie montre que tous les microdéfauts et les trous d'épingles de l'échantillon ont été éli- minés lors du traitement thermique. Exemple 2: On a recommencé le processus de l'exemple 1 en utilisant des matrices connues pour présenter une résistance relativement satisfaisante, en ce qui concerne le ternissement On a encore découvert que les surfaces de ces ma- trices étaient améliorées par le traitement thermique. Exemple 3: Afin de déterminer l'effet de traitement sur les performances des ma- trices et sur la qualité du disque électronique capacitif moulé sur ces matrices, on a effectué des essais comparatifs entre des jeux de matrices provenant de lots donnés, l'une des matrices étant laissée à l'état non traité, et l'autre étant soumise à un traitement thermique à 280 'C, pendant 5 heures, dans de l'air sec Le premier disque moulé sur la matrice non traitée a été utilisé comme matrice standard, pour la mesure de la qualité des disques moulés. Le disque produit sur les matrices traitées a présenté des rapports critiques Z O signal/bruit au moins équivalents à ceux obtenus sur le disque standard, formé sur une matrice non traitée Ensuite, on a pressé des disques additionnels sur les matrices traitées et non traitées On a découvert qu'au fur et à mesure du moulage, un ternissement détectable commençait à apparaître sur les ma- trices non traitées, après le pressage d'environ 40 à 50 disques sur les ma- trices, tandis qu'en même temps, et dans les mêmes conditions, les matrices traitées ne présentaient pas de ternissement et demeuraient exemptes de microdéfauts L'évaluation des disques réalisés sur la matrice non traitée et sur la matrice traitée, après le passage de plusieurs centaines de disques, a montré que les disques pressés sur des matrices non traitées présentaient un ternissement important, alors que les disques produits sur la matrice traitée ne présentaient aucune modification, en ce qui concerne le ternisse- ment. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation et de mise en oeuvre décrits ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. il 2531902 REVENDICATIONS 1 Procédé pour améliorer la résistance au ternissement de la surface de moulage d'une matrice de nickel utilisée pour le moulage de dis- ques électroniques capacitifs, caractérisé en ce qu'on chauffe la matrice, en exposant sa surface de moulage à un gaz contenant de l'oxygène, jusqu'à une température comprise entre 2200 C et 300 'C environ, et en maintenant la ma- trice à cette température jusqu'à formation d'une couche continue ou pratique- ment continue d'oxyde de nickel exempte de microdéfauts, sur la surface de moulage de la matrice. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage est poursuivi jusqu'à ce que l'épaisseur de la couche de nickel for- o mée sur la surface de la matrice est comprise entre 10 et 40 A. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage est poursuivi jusqu'à ce que l'épaisseur de la couche d'oxyde de nickel est de l'ordre de 40 A. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé -en ce que les matrices sont chauffées pendant 2 à 5 heures. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matrices sont chauffées en présence d'air, 6 Matrice perfectionnée pour le moulage d'un disque électronique capacitif, qui est constituée de nickel et qui comporte une piste contenant de l'information ménagée dans la surface de moulage Cette matrice étant carac- térisée en ce que la surface de moulage comporte une couche continue d'oxyde est de nickel qui se conforme à ladite surface et qui Vexempte, ou sensiblement exempte de microdéfauts et dont l'épaisseur est de l'ordre de 10 à 40 A. 7 Matrice selon la revendication 6, caractérisée en ce que la couche d'oxyde de nickel sur sa surface présente une épaisseur de l'ordre de A.