Brevet FR2630570A1 — publié le 19891027

La présente invention concerne une matrice pour la fabrication de disques optiques, ainsi qu'un'procédé de fabrication de cette matrice. L'un des procédés de fabrication des disques optiques comporte d'abord la fabrication des matrices, puis le pressage des disques. La fabrication des matrices se fait en plusieurs étapes. Tout d'abord, les données sont enregistrées sur une bande magnétique, cette bande fournissant la modulation du faisceau laser de gravure. La gravure est effectuée sur un support, en général un disque de verre préalablement poli et nettoyé, puis recouvert d'une couche photosensible. Le développement de la couche photosensible après gravure au laser fait apparattre sur la surface du disque de verre des microcuvettes, disposées en spirale correspondant aux informations S reproduire.La profondeur des microcuvettes est en général approximativement égale au quart de la longueur d'onde de la radiation laser de lecture, c'est-à-dire environ 0,13 rm. On obtient ainsi le disque originel constituant le substrat d'enregistrement La face du substrat d'enregistrement correspondant aux microcuvettes est ensuite revêtue d'une couche conductrice (couche d'argent), puis d'une couche de nickel déposée par électrolyse. En détachant cette couche de nickel du substrat d'enregistrement, on obtient une réplique négative du substrat d'enregistrement appelée "père". Sur une telle réplique négative "père", on effectue, après passivation de la surface, un nouveau dépôt électrolytique de nickel que l'on décolle lorsqu'il présente une épaisseur suffisante, et l'on obtient une réplique positive. dite "mere", qui servira de la même manière, a obtenir des répliques "fils" identiques a la réplique "père". Les bains électrolytiques utilisés pour les dépôts successifs de nickel sont des solutions.de sulfamate de nickel. Les répliques "pere" et L'fils", appelées matrices dans la suite, peuvent être utilisées pour réaliser des épreuves positives en matière synthétique, par exemple des disques en polycarbonate. L'un des problèmes posés par ces matrices réside dans leur grande fragilité. En effet, l'épaisseur de la matrice de nickel électrolytique est de l'ordre de 300 P et sa dureté est inférieure à 250 HV. Le résultat en est une durée de vie relativement courte et l'on peut réaliser en général environ 5000 empreintes seulement à l'aide d'une telle matrice. Lorsqu'un enregistrement doit être reproduit en très grande série, une matrice "père" qui est unique, ne peut suffire.Il faut alors réaliser des matrices "fils" par l'intermédiaire de "mères" à partir de la matrice "père". Or le dépat électrolytique de nickel sur la matrice "père" pour réaliser des "mères" a pour effet de provoquer très rapidement des microdéfauts sur la surface utile de la matrice "père" limitant ainsi le nombre de "mères", et par voie de conséquence, le nombre de matrices "fils". Compte-tenu de la dimension des microreliefs du "père" et des "fils" qui sont les répliques négatives des microcuvettes du substrat d'enregistrement, les microdéfauts précités deviennent rapidement rédhibitoires. Une solution pour améliorer la dureté des matrices, et donc leur longévité, consiste à en durcir la surface. L'addition d'une couche dure sur la surface du nickel électrolytique après électroformage a été proposée. Xais l'addition d'une telle couche dont l'épaisseur est supérieure à 50 nm a pour résultat une modification de la dimension des reliefs à reproduire et par voie de conséquence, une modification de l'information lors de la reproduction. D'autre part, une couche dure dont l'épaisseur serait inférieure à 50 nm appliquée sur une couche de nickel électrolytique dont la dureté est inférieure à 250 HV donne une structure fragile. Il a également été proposé de durcir la couche superficielle du nickel électrolytique en la transformant en oxyde de nickel. lais un tel procédé présente les inconvénients cités précédemment, en raison de l'épaisseur limitée de la couche d'oxyde qui peut être obtenue. La présente invention a pour objet de fournir une matrice ayant une bonne résistance mécanique et apte à servir à la réalisation d'un très grand nombre de disques. Elle a aussi pour objet un procédé pour la fabrication d'une telle matrice. La matrice pour la fabrication de disques optiques selon la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comporte 1) une couche support métallique constituée par un matériau A présentant: - une conductibilité thermique supérieure à environ 0,12 cal/cni/s/0C (50,226 W/m/OK); -une dureté supérieure à environ 200 HV; -un coefficient de dilatation compris entre environ 12.10-L et environ 13.10-OK ; 2) une couche dure métallique portant sur sa face externe les microreliefs correspondant å l'information à reproduire, constituée par un matériau B présentant: -une bonne adhérence avec le matériau A; -un coefficient de dilatation proche de celui du matériau A; c'est-à-dire compris entre environ 12.10- et environ 13.10'L/OK; -une dureté supérieure à celle du matériau A. On considère que la couche de matériau A et la couche de matériau B présentent une bonne adhérence entre elles lorsque les essais de poinçonnement et les essais de pliage à 1800 autour d'un mandrin, effectués selon la norme ASTX B571 ne produisent ni écaillage, ni soulèvement. Les microreliefs de la couche dure constituent un négatif parfait des microcuvettes du substrat d'enregistrement. Parmi les exemples de matériau A, on peut citer un nickel obtenu par dépit électrolytique à partir d'une solution contenant du sulfamate de nickel, ou du cuivre obtenu par dépôt électrolytique à partir d'une solution de sulfate de cuivre. La dureté du matériau B sera de préférence supérieure à 500 HV. Parmi les exemples de matériau B, on peut citer les alliages ni#ckel-phosphore contenant de 87 à 97% en poids de nickel et de 3 a 13% en poids de phosphore, et les alliages nickel-bore contenant de 95 à 97% en poids de nickel et de 3 à 5 % de bore, dont la dureté est comprise entre 900 et *250 HV Selon une variante préférée de l'invention, la matrice est constituée par une couche support de nickel électrolytique obtenu à partir d'une solution de sulfamate de nickel, portant une couche d'alliage nickel-bore, du type "nickel autocatalytique". Dans une telle matrice, la couche support a une épaisseur comprise entre 200 et 400 et la couche d'alliage a une épaisseur comprise entre 3 et 10 Selon une autre variante de la présente invention, la matrice comporte une couche support de nickel électrolytique mentionnée ci-dessus, et une couche d'un alliage nickel-phosphore ayant une épaisseur comprise entre 3 et 10 tm. La figure 1 représente une vue en coupe d'un élément d'une matrice selon l'invention après dépôt de la couche 3 de matériau dur B sur le substrat d'enregistrement 1 revêtu d'une couche photosensible 2 impressionee et développée. La figure 2 représente une vue en coupe d'un élément d'une matrice selon l'invention après dépôt de la couche 4 de matériau A. La figure 3 représente une vue en coupe d'un élément d'une matrice selon l'invention telle que retirée du substrat d'enregistrement. La couche 3 doit présenter une épaisseur suffisante pour que les microcuvettes présentes dans la couche photosensible 2 soient comblées. Une épaisseur de 3 à 10 /r/m conviendra en général à cet effet. La couche 4 doit avoir une épaisseur suffisante pour que les creux apparaissant a la surface de la couche 3 et correspondant à l'emplacement des microcuvettes sur le support d'enregistrement n'apparaissent plus. Une épaisseur de 200 a 400 gm conviendra en général. La matrice selon la présente invention peut être fabriquée par un procédé caractérisé en ce que 1) sur un substrat d'enregistrement constitué par un support plan en verre revêtu d'une couche photosensible sur laquelle des informations sont imprimées sous forme de microcuvettes, on dépose une couche conductrice, puis une couche de matériau B dont l'épaisseur est au moins telle que les microcuvettes du substrat d'enregistrement soient remplies 2) sur la couche de matériau B, on applique une couche de matériau A, l'épaisseur de cette couche étant telle que sa surface externe présente un aspect lisse 3) on détache du substrat d'enregistrement la pellicule constituée par la couche de matériau A et la couche de matériau B. La couche conductrice appliquée sur le support de verre portant la couche photosensible a pour but de permettre l'amorçage de la réaction chimique de dépôt. Comme exemple d'une telle couche conductrice, on peut citer une couche d'argent, dont l'épaisseur sera de l'ordre de 50 nm. Cette couche peut être appliquée par évaporation sous vide ou par pulvérisation cathodique. La couche de matériau B peut être appliquée sur le substrat d'enregistrement revêtu d'une couche conductrice par un procédé chimique Lorsque le matériau B est un alliage nickel-bore, le substrat est mis en contact avec une solution obtenue en mélangeant les coniposés suivants: sulfate de nickel (BIS04, 6H20) 18-22 g/l diméthylamine borane (BH3tCH3 > 2XH) 19-20 g/l acide lactique 11-12 g/l acide malique 12-13 g/l borate de sodium 4-6 g/l acétate de sodium 6-7 g/l glycérine (d=1,26) 5-6 ml/l ammoniaque (d=0,895) 12-14 ml/l thiourée 0,010-0,020 g/l eau déminéralisée pour compléter le volume à 1 1 Ce mélange est porté à une température comprise entre 600C et 75bu, son pH est ajusté à une valeur comprise entre 6,6 et 6,7.Le dépôt se forme à raison de 6 à 8,5 rm/heure. Le dépôt obtenu a une teneur en Si comprise entre 95 et 97 % en poids et une teneur en bore comprise entre 3 et 5% en poids La dureté du dépôt est comprise entre 650 HV et 750 HV. D'une manière analogue, on peut effectuer le dépôt d'une couche d'alliage Ni-P sur le substrat d'enregistrement à partir d'une solution contenant: sulfate de nickel (BiS04, 6H20) 24-28 g/l hypophosphite de sodium (NaPO2H2,6H20) 26-30 g/l acide lactique 11-13 g/l acide malique 10-14 g/l borate de sodium 4-6 g/l acétate de sodium 6-7 g/l glycérine (d=1,26) 5-6 ml/l ammoniaque thiourée 0,010-0,020 g/l eau déminéralisée pour compléter le volume à 1 1 Ce mélange est porté à une température comprise entre 750C et 890C, son pH est ajusté a une valeur comprise entre 4,5 et 4,9. Le dépôt se forme à raison de 12 à 18 / > m/heure. La couche de matériau A peut être appliquée par électrolyse. Lorsque le matériau A est du nickel, il est déposé par électrolyse selon un procédé bien connu de l'homme de métier a partir d'une solution aqueuse de sulfamate de nickel. De preférence, la solution de sulfamate contient de 400 a 700 g/l de sulfamate de nickel. Selon la concentration initiale en sulfamate, les dépôts de nickel obtenus présentent une dureté comprise entre environ 200 HV et environ 350 HV. Lorsque le matériau est du cuivre, il est déposé par électrolyse a partir d'une solution obtenue en mélangeant: sulfate de cuivre (CuS04,5H20) 90-110 g/l acide sulfurique (d=1,84) 200-220 g/l chlorure de sodium 0,06 g/l La température est maintenue à l'ambiante; la densité de courant cathodique est maintenue entre 3 et 4 A/dm2 et la densité|de courant anodique est maintenue a 1,5 A/dm2 La vitesse de dépôt.est de l'ordre de 35 à 40 plm/h. Dans un mode de réalisation préféré, la matrice obtenue après dépôt successif d'une couche d'alliage de nickel et d'une couche de nickel électrolytique ou de cuivre électrolytique, est soumise à un traitement thermique sous vide ou en atmosphère contrôlée pour augmenter la dureté de la couche de matériau B. Ainsi, la couche de nickel-bore, soumise à un traitment à 4000C pendant 1 heure, présente une dureté comprise entre 1 000 et 1200 HV. Son coefficient de dilatation est de 13 à 15.10- > K et sa conductibilité thermique est de 0,0105 à 0,0135 cal/cm/s/0C (4,3948 a 5,6504 W/m/0K). De même, un. traitement thermique effectué à une température comprise entre 2900C et 5000C permet de porter la dureté de l'alliage Ni-P a -950-1050 HV. La présente invention est illustrée de manière non limitative par les exemples de réalisation suivants EXEMPLE 1 Cet exemple illustre la fabrication d'une matrice dont la couche support est constituée par du nickel électrolytique et la couche dure portant les microreliefs est un alliage nickel-bore. Sur la face portant les informations d'un substrat d'enregistrement,. on a déposé une couche d'argent d'une épaisseur de 50 nm par évaporation sous vide. La face argentée du substrat d'enregistrement a ensuite été mise en contact avec une solution contenant sulfate de nickel (NiSO4, aH20) 20 g/l diméthylamine borane (BH3(CH3)2NH) 19,5 g/l acide lactique 11,6 g/l acide malique 12 g/l borate de sodium 4,9 g/l acétate de sodium 6,7 g/l glycérine (d=1,26) 5,5 ml/l ammoniaque (d=0,895) 13 ml/l thiourée 0,015 g/l eau déminéralisée pour compléter le volume à 1 1 Cette solution a été portée à 710C et son pH maintenu à 6,7. Une tension de 1,1 V a été appliquée. Un dépôt d'une épaisseur de 3 a été obtenu après 30 mn. Après un rinçage à l'eau déminéralisée, le disque a été mis en contact avec une solution aqueuse de sulfamate de nickel contenant 600 g/l de sulfamate de nickel tétrahydrate, 10 g/l de chlorure de nickel hexahydrate, 40 g/l d'acide borique et 592 ml/l de solution à 12% de nickel correspondant à 110 g/l de nickel métal. -Une tension a été appliquée de manière a obtenir un courant cathodique ayant une densité de 10 A/dm2. La température du bain a été' maintenue à 500C, et son pH à 4. La vitesse de dépôt était de 2 t mn. Après 3 heures, l'ensemble a été rincé à l'eau déminéralisée. Puis la matrice a été détachée du substrat d'enregistrement. Un décapage a été effectué à l'aide d'une solution aqueuse contenant 60 ml/l d'acide chlorhydriqe a 36 B et 20 g/l d'eau oxygénée à 110 vol. Puis la matrice a été rincée et séchée. Une température de 400 C a été appliquée pendant 1 heure. La matrice obtenue présentait les caractéristiques suivantes: -couche de Ni électrolytique épaisseur: 300 dureté: 200 HV coefficient de dilatation: l3.10#6 /0K conductibilité thermique: 0,14 cal/cm/s/oC (soit 58,597 W/m/OK) -couche d'alliage Fi-B épaisseur: 3 pin dureté: 1 150 HV coefficient de dilatation: 14.10#0K conductibilité thermique: 0,013 caî/cm/s/0C (soit 5,4412 W/m/0K) Un essai de pliage à 1800 sur mandrin et un essai de poinçonnage, effectués selon la norme ASTM B571 n'ont provoqué ni soulèvement, ni écaillage. EXEMPLE 2 Cet exemple illustre la fabrication# d'une matrice dont la couche support est constituée par. du nickel électrolytique et la couche dure portant les microreliefs est un alliage nlckel-phosphore. Sur la face portant les informations d'un substrat d'enregistrement, on a déposé une couche d'argent d'une épaisseur de 50 nm par évvporation sous vide. La face argentée du substrat d'enregistrement a ensuite été mise en contact avec une solution contenant: sulfate de nickel (NiSO4, 6H20) 26 g/l hypophosphite de sodium (aPO2H2,6H20) 28 g/l acide lactique 11,6 g/l acide malique 12 g/l borate de sodium 4,9 g/l acétate de sodium 6,7 g/l glycérine (d=1,26) 5,5 ml/l ammoniaque (d=O,895) 13 ml/l thiourée 0,015 g/l eau déminéralisée pour compléter le volume a 1 1 Cette solution a été portée à 850C et son pH maintenu à 4,8. Une tension de 1,1 V a été appliquée. Un dépôt d'une épaisseur de 3 rm a été obtenu après 12 mn. Après un rinçage à l'eau déminéralisée, le disque a été mis en contact avec une solution aqueuse de sulfamate de nickel contenant 600 g/l de sulfamate de nickel tétrahydrate, 10 g/l de chlorure de nickel hexahydrate, 40 g/l d'acide borique et 592 ml/l de solution à 12% de nickel correspondant à 110 g/l de nickel métal. Une tension a été appliquée de manière à obtenir un courant cathodique ayant une densité de 10 A/dm2..-La température du bain a été maintenue à 500C, et son pH à 4. La vitesse de dépôt était de 21um/mn. Après 3 heures, l'ensemble a été rincé a l'eau déminéralisée, puis la matrice a été séparée du substrat d'enregistrement. Ensuite, elle a été décapée par un bain identique à celui utilisé dans l'exemple 1, puis rincée à nouveau et séchée. Une température de 4000C a été appliquée pendant 1 heure, sous atmosphère contrôlée. La matrice obtenue présentait les caractéristiques suivantes: -couche de Ni électrolytique épaisseur: 300 pim dureté: 200 HV coefficient de dilatation: 13.10 ;/ K conductibilité thermique: 0,14 cal/cm/s (58,597 W/m/ K) -couche d'alliage #i-P épaisseur: 3 dureté: 950 HV coefficient de dilatation: 13.10-6/ K conductibilite thermique: 0,016 cal /cm/s Un essai de pliage à 1800 sur mandrin et un essai de poinçonnage, effectués selon la norme ASTM B571 n'ont provoqué ni soulèvement, ni écaillage. La matrice selon l'invention présente un double avantage du fait de sa grande qualité. 1) une matrice "père" selon la présente invention peut être utilisée directement pour presser les disques en matière synthétique. On peut ainsi obtenir un nombre de disques bien supérieur à celui que permettrait d'obtenir un "père" selon l'art antérieur. Pour le pressage de séries de disques peu importantes (moins de 100 000 disques), on peut donc se contenter de fabriquer une seule "mere" à partir du père à titre de sauvegarde. 2) pour les très grandes séries, on pourra fabriquer un nombre raisonnable de "mères" à partir d'un "père" selon l'invention, sans détériorer les microreliefs du "père" et par conséquent sans reproduire en les multipliant les défauts apparaissant sur un "père" classique après chaque fabrication de "mère". A partir de chacune des mères, on pourra fabriquer des "fils" classiques ou conformes A la présente invention, ce qui permettra de presser les séries de disques les plus grandes requises. REVENDICATIONS 1. Matrice pour la fabrication de disques optiques, caractérisée en ce qu'elle comporte: 1) une coude support métallique constituée par un matériau A présentant: - une conductibilité thermique supérieure à environ 0,12 cal/cm/s (50,226 W/m/0K); -une dureté supérieure à environ 200 HV; -un coefficient de dilatation compris entre environ 12.10-6 et environ 13.10-6/ K ; 2) une couche dure métallique portant sur sa face externe les microreliefs correspondant à l'information à reproduire, constituée par un matériau B présentant:: -une bonne adhérence avec le matériau A; -un coefficient de dilatation compris entre environ 12.10-6 et environ 13. 10 -une dureté supérieure a celle du matériau A. 2. Matrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau A est du nickel électrolytique ou du cuivre électrolytique. 3. Matrice selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau B est un alliage Fi-B contenant de 95 a 97% en poids de nickel et de 3 à 5% en poids de bore. 4. Patrice selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau B est un alliage Si-P contenant de 87 à 97% en poids de nickel et de 3 à 13% en poids de phosphore. 5. Matrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le matériau A est du nickel électrolytique dont la dureté est comprise entre 200 et 350 HV, et la couche dure est constituée par un alliage nickel-bore dont la dureté est comprise entre 1000 et 1200 HV. 6. Matrice selon l'une quelconque des revendications 1,2 et 4, caractérisée en ce que le matériau A est du nickel électolytique dont la dureté est comprise entre 200 et 350 HV, et la couche dure est constituée par un alliage nickel-phosphore dont la dureté est comprise entre 950 et 1050 HV. 7. Procédé de fabrication d'une matrice selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 1) sur un substrat d'enregistrement constitué par un support plan en verre revêtu d'une couche photosensible sur laquelle des informations sont imprimées sous forme de microcuvettes, on dépose une couche conductrice, puis une couche de matériau B dont l'épaisseur est au moins telle que les microcuvettes du substrat d'enregistrement soient remplies 2) sur la couche de matériau B, on dépose une couche de matériau A, ltépaisseur de cette couche étant telle que sa surface externe présente un aspect lisse} 3) on détache du substrat d'enregistrement la pellicule constituée par la couche de matériau A et la couche de matériau B. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche de matériau B est déposée par voie chimique à partir d'une solution contenant: sulfate de nickel (nit04, 6H20) 18-22 g/l diméthylamine borane (BH3(CH3)2NH) 19-20 g/i acide lactique 11-12 g/l acide malique 12-13 g/l borate de sodium 4-6 g/l acétate de sodium 6-7 g/l glycérine (d=1,26) 5-6 ml/l ammoniaque (d=0,895) 12-14 ml/l thiourée 0,010-0,020 g/l eau déminéralisée pour compléter le volume 1 1. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche de matériau B est déposée par voie chimique a partir d'une solution contenant: sulfate de nickel (BiS04, 6H20) 24-28 g/l hypophosphite de sodium (EaP02H2,6H20) 26-30 g/l acide lactique 11-13 g/î acide malique 10-14 g/l borate de sodium 4-6 g/l acétate de sodium 6-7 g/l glycérine (d=1,26) 5-6 ml/l ammoniaque (d=0,895) 12-14 ml/l thicurée 0,010-0,020 g/l eau déminéralisée pour compléter le volume à 1 l. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la couche de matériau A est déposée par électrolyse à partir d'un bain de sulfamate de nickel. 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'on fait subir un traitement thermique à la matrice après l'avoir détachée du substrat d'enregistrement.