具有基体支架的电镀沉积室 本发明涉及一种用来在基体上电镀沉积金属镀层的装置，带一个用来存放电解液的容器；一个充满阳极材料的阳极容器，它的大致是平面的流出表面允许阳极材料的金属离子通过，金属离子沉积在用作阴极的基体的轴向阳极容器的基体表面上；带一个基体支架，它包含一个沿基体表面法线方向分布的驱动轴，其中阴极电流通过设有外绝缘层的轴输入基体，基体通过紧定环在基体盘上它的外缘处与接触板相接触，接触板固定在基体盘的底板上，中间有一个套，它可以与轴相连接。
例如这种装置用来电镀制造特别是镍制的压制工具或模具。在压制或压铸盘，例如光盘(所谓的CD盘)、激光视盘和其他装载信息的盘时应用这种压制工具。上述模具(原型，如所谓的“玻璃主盘”以及玻璃主盘的复制品都属于这种模具)是制造压制工具的中间模型，这种模型在它的表面上带有浮雕形式的信息。这种表面结构通过电镀复制传递到压制工具上。在这种表面结构中所包含的信息通过采用压制工具在压铸或压制时压在塑料(盘)地表面上，在也包括CD盘的光学盘(板)时浮雕结构调制激光束的光，使得塑料件表面上保存的信息可以读出来。
在制造压制工具或模型时在基体上沉积一层金属层，通常是镍镀层，基体既可以是带有一薄层具有导电能力的镀层的绝缘基体，例如由玻璃制成，也可以是金属基体，例如由镍制成，其中各自的基体表面具有浮雕形结构，它包含着需要读出的信息。最小的信息单元，所谓的“刻痕”具有在微米范围内的局部波长，这里相信息刻痕之间的迹距同样也在微米范围内。因为基体表面可以含有几十亿个信息单元，同时在金属镀层上应该输入微米级的相应的细微结构，因此对金属沉积过程提出了非常高的要求，例如沉积金属层应该是颗粒非常细的和没有应力的；沉积层应该达到比较大的厚度，例如为了制造CD盘通过金属沉积制造的压制工具应该具有295±5μm的厚度；此外沉积过程应该以较高的速度进行。其次用来电镀沉积的装置应该具有小的结构尺寸，并且容易操作。在基体上制造电镀金属镀层时一个重要的要求是镀层厚度的均匀性。它在整个基体表面上只允许在较小的界限内波动。如果超过这个界限，就会损害用这种金属镀层制造的光盘的产品质量。
沉积金属层的厚度波动取决于连接在阳极和阴极之间的基体的电流线的分布。通常从阴极一侧通过基体支架的轴输入电流，基体支架把基体固定在基体盘上。轴带有外绝缘镀层，以使它相对于导电的电解液绝缘。从而使得金属离子仅仅沉积在基体表面上。为了可以镀不同的基体，基体盘必须可以从轴上卸下来。在通常使用的基体支架中轴和基体支架之间经常是不密封的。在这种情况下电解液可能到达与阴极电位导电连接的部位。在这种部位由于电镀过程会形成称作杂生物的金属残渣。这些杂生物一方面干扰阳极和阴极之间的流线分布，另一方面这些杂生物妨碍基体盘从轴上卸下来，并且也减小基体表面上的镀层厚度。
本发明的目的在于：指明一种电镀沉积金属层的装置，它在基体表面上的厚度波动很小，它的基体支架完全不存在杂生物并且可以方便地装拆。
对于开头所述这类装置这个任务这样来解决，在底板上绕轴套设置一个紧固段，在它里面密封地和可拆卸地装入一个管段，在轴上装一个可以沿它的轴线移动的中继环，它和管段可以可拆卸地连接，它以及轴是密封的以防止电解液渗入。
通过按本发明的结构排除了电解液进入轴套和轴之间的关键部位。因此装置工作时差不多排除了杂生物的形成。但基体盘和轴之间连接的脱开，例如为了装夹一个新的基体可以毫无问题地进行。因为所选择的结构带负电位的轴和带正电位的电解液之间存在足够的绝缘区，所以避免了通过电流、从而也避免了在基体支架上不希望的部位产生金属沉积。
按本发明的一个实施例紧固环包含两个通过连接装置可拆卸地相互连接的半碗形件。一个半碗形件最好与基体盘的底板固定连接，用这种方法半碗形件可以由操作者用橡胶手套安全地接触，并且几乎不可能遗失。
特别是如果按照一种实施例连接装置包括两个与底板固定相连的夹紧钩，其中夹紧钩嵌入可松开的半碗形件的销子或者凹坑内时，夹紧元件完全不会掉落。
正如前面所提到的，要求由一个其表面上压印了刻痕结构的玻璃主盘产生金属主盘，所谓的“父版”，按本发明的一种实施例在由绝缘材料，最好是玻璃制成的基体时，在接触板上装有绝缘的，最好是三个扇形的元件，它们通过螺钉，最好是每个扇形各一个螺钉与底板相连。这些扇形可以用简单的方法重新松开，使环形接触环可以脱开。用这种方法可以达到基体支架维护的低成本。
其次在玻璃主盘基体支架的一种实施例中接触板在它的圆周面上与接触环可拆卸地电气、机械连接，其中在接触环上放一个环形接触盘，它建立接触环和绝缘基体的薄金属层之间的电接触。在这种电接触控制时即使在高电流强度情况下也确保通向与阴极连接的基体表面的可靠通过电流。
下面参照附图对本发明的实施例作较详细的说明。其中表示：
图1示意表示本发明的重要应用领域，其中通过金属沉积生产制造CD盘的模型和压制工具；
图2包含沉积室的电镀设备的视图；
图3沉积室的示意图；
图4用来制造压制工具的基体盘和阴极轴与基体支架的基体盘连接部位的横截面；
图5在取下更换环时接触板的视图；
图6更换环的视图；
图7用于安装玻璃基体的基体盘的横截面。
图1示意表示用于音频技术的CD盘制造(过程)，在制造过程中应用一种模型，它的金属镀层通过在一种按本发明的装置中的电镀沉积产生。
金属镀层的质量对于最终产品的质量，也就是对于存贮在CD盘上的音频信号的播放质量是决定性的。
制造工序大致可以分为A、B、C、D四个组，其中A是玻璃主盘的制造，B是压制工具的制造，C是关于压制，D关于最终加工。玻璃主盘制造的出发点是制造一个原版磁带(工序10)，其中在磁带上以最高的精度数字化贮存音频信息。为了制造玻璃主盘(制造工序组A)在抛光的玻璃盘上涂一薄层光刻胶(工序12和14)。在后续工序16中通过激光束照射光刻胶，其中激光束通过原版磁带上的数字信息加以调制。在后续扩展工序18中去除光刻胶被激光照射过的部位，在玻璃盘上留下浮雕形的光刻胶结构。这个结构以刻痕的形式包含了从原版磁带上接受过来的数字信息。在紧接着的工序20中浮雕形的表面结构用一层薄薄的导电镀层，例如镀镍层覆盖。这样就得到用于CD盘的所谓玻璃主盘作为中间产品。
制造工序的下一组B涉及压制工具的制造。在工序22中在按本发明的电镀装置中制造作为金属模的所谓“父版”，其中在玻璃主盘的薄导电层上在电镀过程中沉积一厚层镍，例如具有500μm的厚度。现在起父版具有一个与玻璃主盘互补的浮雕结构。父版可以直接用来作为制造CD盘的工具。通常在另一个电镀过程中由父版制造一个称作“母版”的镍模。然后接着在另一个电镀过程(工序26)中引出作为母版翻转复制品的实际上的压制工具。这里所形成的模型称为“子版”或冲模，并用作成批大量生产的压制工具。应该指出，当然可以生产多个母版或子版，以便用于CD盘生产的不同工厂设备中。
在后续压制过程(制造工序组C)中在压铸或压制过程中保存在压制工具上的浮雕结构传递到塑料(盘)上(工序28)。原本在原版磁带(工序10)上包含的数字信息现在起作为浮雕结构或者所谓的刻痕结构保存在塑料盘上，其中一个刻痕表示塑料盘表面上凹坑形的最小信息单元。
在后续的最终加工(制造工序组D)中塑料盘表面上在喷溅过程中涂上一薄层铝质反射层。这个反射层使得在信息读出时可以调制激光束，由此获得原始的音频信息。在最后的制造工序32中CD盘覆盖一层透明的保护层，它防止反射层的损伤和锈蚀。
在所述实施例中叙述了制造音频CD盘的工序。用同样或者类似的方法也可以制造数据光盘、激光视盘以及其他的以刻痕表示信息的光学盘。
CD盘反射镀层上的浮雕形刻痕结构尺寸非常小，例如刻痕的宽度大约为0.5μm，深度约为0.1μm，其长度在1至3μm内变化，其中迹距为约1.6μm。可以理解，在结构这么小时对于制造不同的模型的不同电镀工序提出了非常高的要求，特别是对于整个表面上金属镀层厚度的均匀性提出了很高的要求。厚度不均匀性太大在制造CD盘的压铸(Spritzprozess)过程中会引起难以脱模，并在后续的涂保护染漆时出现问题。此外大的厚度不均匀性会导致光学扫描传感器在CD盘快速旋转时由于CD盘存在的高度波动不足以控制在一个足够的尺度内，从而出现信息丢失。
图2表示电镀装置40的视图，其中包括一个沉积室42。在这个沉积室42中通过沉积金属镍制造不同的模型，如父版，母版和冲模(子版)。在电镀装置40的底部有一个用来清理和过滤电解液的清理装置44。在顶部46装有用来控制电镀过程的电气控制和功率单元。用来产生所要求的大直流电的整流器是计算机控制的。与电解液相接触的构件最好由聚丙烯塑料或钛制成。在沉积室42的上方装有一个清理腔过滤器48。如在图2中可以看到，沉积室42具有一个带两个倾斜于垂直方向的外壁的容器50，其他没有画出来的外壁垂直分布。在容器50的盖子52上装有一个驱动装置54，在后面还要对此作详细的说明。盖子52上连着一块可以取下来的盖板51，中间用一块垫板53隔开。容器50内有一个钛制阳极容器56，在打开盖板51时操作者可以接近它。
图3表示按本发明的沉积室42的一个示意图。在盛满电解液58的容器50内平行于外壁62装有一个阳极容器56，容器50的两个外壁60、62与垂直方向成45°倾斜，阳极容器56内装有块状金属镍，也称为镍颗粒或扁块。阳极容器56在其上侧面带有一个弹簧条66，它与阳极导线68导电接触，阳极导线具有圆形横截面。弹簧条66可以方便地从阳极导线68上拆下来，使阳极容器56可以由操作者从容器50中取出来。
盖子52通过一个回转装置70与电镀设备40的基架或者容器50的边缘相连。因此盖子52可以沿箭头72的方向抬起，以便可以接触到容器50的内部。盖子52上装有一个调节装置74，它具有一个角形板76和一个与它螺钉连接的调整板78。调整板78支承驱动装置54，驱动装置与基体支架83相连。驱动装置包含一个电机82，它通过变速箱驱动传动轴84，基体盘86固定在传动轴的末端上。基体87夹紧在这个基体盘86上，金属镍沉积在基体上。通过调整调整装置74的螺钉基体盘86、从而还有基体87可以调整到平行于与它相对的阳极容器56的镍离子渗出表面89，也就是说基体87和阳极容器56之间的距离可以精确地调整。
在基体盘86和阳极容器56之间装有一个与容器50的外壁60固定连接的、带有过滤元件85的隔板88。这个过滤元件85防止来自于阳极材料的微粒或淤渣进入位于它对面的导向膜片90的开口内。在这个导向膜片90开口的下方装有一个喷嘴92，它将清洁的电解液58沿朝 向中心的方向喷入导向膜片90和夹在夹紧盘86上的基体87之间的空腔。电解液58的输入通过示意画出的输送管94进行。出于看得更清楚的原因电解液58必要的排出装置在图3中没有画出。
图4表示基体支架83局部的横截面。基体支架83用来制造镍制压制工具。这个基体支架83具有一个基本上呈圆形的基体盘86和一个用来连接基体支架86和传动轴84的连接装置100，传动轴从阴极一端输入电流。在图4上看不到这个传动轴；它以它的端部插入空腔84a，基体盘86有一个底板102，其中心有一个带内螺纹106的圆柱形孔104。
底板102内放入一个接触板108，它有一个凹槽110。接触板108由实心的金属钛制成，并具有一个更换环107，其边缘107a与一个装在槽107b内的密封圈107c相接触。接触板108和更换环107的结构在后面还要和图5和6一起作进一步的说明。接触板108借助于多个连接装置112(图4上只能看到一个)在其边缘与底板102相连。每个连接装置包含一个螺纹套114，它焊牢在接触板108上。在这个螺纹套114内拧入一个由聚丙烯制成的螺钉116，它通过一个O型圈118支承在底板102上。
由图4可见，接触板108以它的更换环107完全放入底板102内，并通过环形密封圈120密封。通过放入底板以及密封圈107c、120和118没有电解液能到达底板102和接触板108之间的边界层，使得在这个区域不可能形成金属杂生物。其次与接触板108同心地在它的圆周外面靠近它的地方装有一个环形筋片密封圈122。在工作时这个筋片密封圈122紧密地靠在基体87的底面上(图4中没有画出)完全防止电解液的渗入。筋片密封圈122自行固定地放在环形槽124内。基体87在它朝向阳极一侧的表面上通过固定环126固定，并以轻微的压力压向筋片密封圈122以及接触板108。在所述实施例中固定环126包含两个半碗形件，图4中表示了其中一个半碗形件128。半碗形件128具有一个向中心线M突起的边缘130，它靠在底板102环形凹处132的凸肩上。上边缘134倒成斜面，基体87(图4中未画出)的外圆靠在它的斜面上。半碗形件128与底板102固定相连。另一个(未画出)的半碗形件与固定的半碗形件128相连。
两个半碗形件借助于夹紧钩136(图4中仅画出一个夹紧钩136)相互连接。每个夹紧钩固定在固定的半碗形件128上，并嵌入相对半碗形件的相应销轴或凹坑内。每个半碗形件有一个筋片密封圈138，其中两个半碗形件的筋片密封圈138在闭合状态下相互吻合。用这种方法减少电解液向基体盘86内部的渗入。
下面对连接装置100作较详细的说明。在接触板108上焊接一个螺纹套142。螺纹套142有一个内螺纹144，轴84(未画出)的外螺纹拧入这个内螺纹内，这样建立起与接触板108牢固的机械和电接触。圆柱孔104和内螺纹106形成一个围绕螺纹套142的紧固段。带有外螺纹147的管段146嵌入内螺纹106内，并通过一个O型圈148支承在底板102上。管件146在它与接触板108相对的一端有一段外螺纹150，它与中继环152的内螺纹相连。中继环152可以沿轴线M在轴84上移动。管件146的端面156和中继环152的一个斜面158之间装有一个O型圈154。当管件146与中继环152拧紧时O型圈154压向轴84的表面，使得不可能有电解液进入管件146和轴84之间的空腔。还应该指出，轴84镀有一层绝缘层，以便能够满足它作为在电解液池内的绝缘的导电体的功能。
图5和6表示接触板108和更换环107的结构。螺纹套142和114是与接触板108焊接在一起的。接触板108具有一个用来齐平地安装环状更换环107的环形凹处108a。四个腰形孔108b用来固定更换环107。
图6表示更换环107的视图，它具有四个连接元件107d，它们在底部各自具有一个在轴颈107f上的头部107e。其次更换环107含有两个孔107g。为了将更换环107固定在接触板108(参见图5)上连接元件107d以它的头部107e穿过腰形孔108b。接着更换环107相对于接触板108转过一个角度，这里通过倾斜分布的斜坡(未画出)或者通过其他夹紧装置在腰形孔108b内建立摩擦连接，通过它更换环107与接触板108固定相连。为了松开更换环107通过一个工具插入孔107g内，使更换环107相对于接触板旋转，然后取出来。
通过应用更换环107连同接触板108总体上延长了接触板108的使用寿命，因为首先在更换环上形成杂生物，在摩损严重时可以换上一个新的更换环。
图7表示用来在其表面上具有刻痕结构的玻璃主盘上电镀沉积金属镍的基体支架83的另一种实施例的横剖面。如前所述，在这个表面上通过喷溅沉积一薄层金属层，以便建立对于电镀过程所必需的电极表面。在按图7的实施例中与按图4的实施例一致的元件用相同的符号表示，下面不再作解释。
接触板108上装有三个扇形绝缘元件160a、160b、160c，如图7左侧所示示意顶视图所见(在剖视图中只能看到元件160a和160b)。扇形件160a至160c各通过一个螺钉162与底板102相连。由此接触板108也与底板102固定在一起。接触板108在其圆周面上通过多个螺钉166与一个直立的接触环164可拆卸地电气和机械相连。在接触环164上放一个平的环形接触盘168，它建立接触环164和绝缘基体87，也就是玻璃主盘上薄金属层边缘之间的电接触。在所述实施例中将基体87固定在基体盘86上的紧固环126是一个封闭环，它通过连接装置170可拆卸地与底板102相连。连接装置170含有一个卡口环172，它的凸轮嵌入紧固环126相应的槽174中，并通过松开多个压花螺钉173和旋转卡口环172可以从这个槽174中重新松开，紧固环126具有一个环形内密封圈176，它贴合在接触盘168的上侧面上。其次紧固环126还有一个环形外密封圈178，它紧贴在一个从底板102向上凸起的边缘180的端面上。这个边缘高于玻璃主盘的上侧面。通过密封圈176和178的结构在装入玻璃主盘时不会有电解液到达基体盘86的内部。
其次基体盘86至少包含一个压出装置182。穿过扇形板160b、接触板108和底板102分布一个同心通孔184，在它里面装有一个聚丙烯套186。压出柱销188在套186内移动，这个压出柱销188可以向上压以顶出带有电镀层的玻璃主盘。O型圈190和192使套186相对于底板102以及压出柱销188密封。还应该指出，按图4的实施例也可以用于导电的基体。
由按图4和7的实施例可以看到，各个基体支架做得使它在工作时不会有电解液进入它的内部。由此避免了或者说在很大程度上减少了杂生物。为了装夹新的基体或者更换基体盘，用以驱动和输送电流的轴的连接可以迅速地脱开。基体盘在它的重要部位也得到保护以防止电解液进入，并且可以完全拆散，以更换零件或者清洗。