DE19860101A1 - Plattensubstratvorprodukt und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein nicht aus Aluminium bestehendes Vorprodukt eines Plattensubstrats, das zur Bereitstellung einer Textur unter Aufplattieren einer Ni-P-Schicht (Nickel-Phosphor-Schicht) ausgebildet wird, und genauer auf ein Vorprodukt eines Plattensubstrats und eines Herstellungsverfahrens dazu zur einfachen und kostengünstigen Herstellung eines anorganischen Material­ substrats wie etwa eines kristallisierten Glassubstrats, eines Glassubstrats usw., das für eine Festplatte verwendet wird.

Derzeitige für eine Festplatte verwendete Platten­ substrate umfassen ein Aluminiumsubstrat, das eine mit einer Ni-P-Schicht plattierte Aluminiumscheibe ist, sowie ein Glassubstrat aus kristallisiertem Glas oder aus Glas (einschließlich getempertem Glas), das durch direktes Aufspratzen einer Magnetschicht usw. ausgebildet wird. Als Substrat für eine große Festplatte mit einem Durch­ messer von 5,25 oder 3,5 Zoll (13,3 oder 8,9 cm) wird das Aluminiumsubstrat verwendet, während als Substrat für eine kleine Festplatte mit einem Durchmesser von 2,5 Zoll (6,4 cm) oder weniger das Glassubstrat verwendet wird.

Das Glassubstrat ist gegenüber dem Aluminiumsubstrat mit Hinsicht auf die für ein Festplattensubstrat verlangten Leistungskennwerte wie etwa Schlagfestigkeit (Härte) oder Steifigkeit (Elastizitätsmodul) überlegen und kann eine bessere Oberflächenrauhigkeit bereitstellen. Allerdings sind seine Herstellungskosten höher, da das Herstellungs­ verfahren eine längere Bearbeitungszeit erfordert. Da die Herstellungskosten tendenziell mit zunehmender Größe des Glassubstrats steigen, ist die Verwendung des Glas­ substrats darüber hinaus auf ein Substrat für eine kleine Festplatte mit einem Durchmesser von 2,5 Zoll (6,4 cm) oder weniger eingeschränkt, die üblicherweise in einen tragbaren Personalcomputer eingebaut wird, für den Schlagfestigkeit erforderlich ist.

Mit Bezug auf die Oberflächenkennwerte des für die Fest­ platte verwendeten Glassubstrats wird verlangt, daß das Substrat eine hohe Flachheit, Oberflächenrauhigkeit und keine Oberflächenfehler wie etwa Grübchen usw. aufweist. Um ein Glassubstrat herzustellen, das diese verlangten Kennwerte erfüllt, wird ein Glassubstratmaterial bislang geschliffen. Da das sich ergebende Vorprodukt eines Glassubstrats im allgemeinen in bezug auf die verlangten Kennwerte eine unzureichende Flachheit und Oberflächen­ rauhigkeit aufweist, kommt ein Verfahren zum Einsatz, bei dem das Vorprodukt des Glassubstrats weiter poliert wird.

Das als Endbearbeitungsschritt bei der Herstellung des Glassubstrats dienende Polieren umfaßt die Schritte Halten des Glassubstratvorprodukts zwischen den oberen und unteren Planscheiben, Aufbringen eines Schmiergel­ tuchs aus Polyurethan oder Velours auf einer Polierfläche der Planscheibe (auf der Berührungsfläche mit dem Glas­ substratvorprodukt) und Drehen der oberen und unteren Planscheiben in zueinander entgegengesetzten Richtungen, während eine Behandlungsflüssigkeit zugeführt wird, um die Oberfläche des Glassubstrats mit feinen Schleif­ körnern aus Cerdioxid (CeO₂) als freiem Schleifkorn zu polieren.

Das heißt, daß der Polierschritt als ein Schritt zur Korrektur von winzigen, bei dem vorherigen Schleifschritt erzeugten Unregelmäßigkeiten betrachtet werden kann, um eine glatte und gute Oberflächenrauhigkeit zu erhalten. Daher wird bei dem Polierschritt die bei dem vorherigen Schleifschritt erzielte Flachheit so übernommen, wie sie ist, so daß es (mit Hinblick auf die Fertigungseffizienz) praktisch unmöglich ist, beim Polierschritt die Flachheit zu korrigieren.

Ein mit Ni-P zu plattierendes Grundmaterial erfordert mäßig stark ausgeprägte Unregelmäßigkeiten. Da ein Aluminiumgrundmaterial ein Metall darstellt, werden beim Polieren mit einem Schwammschleifstein usw. lokal keine Grübchen (Kornmarken) erzeugt, wodurch ein Aluminium­ grundmaterial mit einer gewünschten Oberflächenrauhigkeit erhalten wird. Dagegen sind ein Glasgrundmaterial und ein kristallisiertes Glasgrundmaterial spröde Materialien, weswegen mit dem Schwammschleifstein oder durch das Läppen mit GC-Schleifkörnern zwar eine gewünschte Ober­ flächenrauhigkeit erzielt werden kann, jedoch lokal Grübchen erzeugt werden, wobei die Grübchen nach dem Plattieren mit Ni-P auf der polierten Oberfläche zurück­ bleiben und zu einer unzureichenden Glasplatte führen. Eine Umsetzung in die Praxis steht daher noch aus.

Als Verfahren zur Herstellung eines Plattensubstrat­ vorprodukts aus einem ein derartiges Glassubstrat­ vorprodukt einschließenden anorganischen Material beziehungsweise als Schleifverfahren für ein Platten­ substratmaterial sind derzeit zwei technologische Richtungen bekannt, wobei bei der einen sehr kleine Zerstörungen und bei der anderen sehr kleine Verformungen genutzt werden. Die erstgenannte Richtung findet mit Hinsicht auf eine stärkere Behandlungs- und Entfern­ wirkung Verwendung, wobei Läppen mit freiem Schleifkorn ein typisches Beispiel dafür ist. Demgegenüber findet die letztgenannte Richtung Verwendung, um die Oberfläche mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten, wobei ein typisches Verfahren das Schleifen mit einem ortsfesten Schleifstein umfaßt.

Das Läppen ist ein typisches Verfahren zum Schleifen eines Plattensubstratmaterials und wird häufig in einen primären Läppschritt (Grobläppen) und einen darauf folgenden sekundären Läppschritt (Feinläppen) unterteilt. In beiden Fällen wird ein Träger (eine typischerweise aus Harz bestehende Stelle zum Halten eines Plattensubstrat­ materials) mit einem eingepaßten Plattensubstratmaterial zwischen die aus Eisen bestehenden oberen und unteren Läppplanscheiben gesetzt. Das Plattensubstratmaterial wird an beiden Seiten in Pressung gehalten. Die oberen und unteren Planscheiben werden in zueinander entgegen­ gesetzten Richtungen gedreht, um beide Oberflächen des Plattensubstrats zu läppen, während zwischen ihnen freies Schleifkorn wie etwa GC (SiC) und eine Bearbeitungs­ flüssigkeit zugeführt werden und von der Oberfläche des Plattensubstratmaterials Späne und Splitter entfernt werden. Das Verfahren ist insofern vorteilhaft, als für eine hohe Flachheit, Bearbeitungsgenauigkeit und Bearbei­ tungseffizienz gesorgt ist.

Dabei verursacht das Läppen aufgrund eines Aufeinander­ treffens (Gleitens) zwischen dem Plattensubstratmaterial und dem Schleifkorn auf der Plattensubstratmaterialober­ fläche winzige Sprödbrüche, wodurch die Oberfläche eines Plattensubstratmaterials unter einem derartigen Bruch­ vorgang geschliffen wird. Auf der Oberfläche des sich ergebenden Plattensubstratvorprodukts wird durch die Sprödbrüche ein Bearbeitungsverzug herbeigeführt.

Wenn auf der Oberfläche des Plattensubstratvorprodukts der Bearbeitungsverzug in unterschiedlichem Ausmaß zurückbleibt, ist das Plattensubstratvorprodukt verbogen, so daß keine gute Flachheit mehr zu erzielen ist. Wenn jedoch beide Ebenen des Plattensubstratmaterials gleich­ zeitig bearbeitet werden, kann die auf dem Platten­ substratvorprodukt erzeugte Bearbeitungsverformung derart gestaltet werden, daß sie auf jeder Ebene gleichförmig und im wesentlichen im gleichen Ausmaß vorhanden ist. Weil durch das Läppen ein Plattensubstrat mit geringer Wölbung und hoher Flachheit zur Verfügung gestellt werden kann, findet es daher als ein Verfahren zur Herstellung eines Plattensubstratvorprodukts für eine Festplatte breite Verwendung.

Da das Läppen jedoch bei einer längeren Anwendung einen partiellen Abrieb verursachen kann, besteht die Möglich­ keit, daß auch auf der Läppoberfläche eine Abriebvorbe­ lastung hervorgerufen wird, wobei die vorstehend erwähnte gute Flachheit nicht mehr länger erzielbar ist, sofern die Läppoberfläche der Läppplanscheibe nicht mit Sorgfalt gehandhabt wird. Darüber hinaus bringt das Läppen den Nachteil mit sich, daß durch den Arbeitsablauf bedingt aufgrund des Sprödbruchvorgangs Grübchen gebildet werden, die Kornmarken genannt werden.

Diese Grübchen sind winzige Vertiefungen, von denen angenommen wird, daß sie dann gebildet werden, wenn während des Läppvorgangs ein verhältnismäßig großes Korn (Sekundärkorn) über die Oberfläche des Plattensubstrat­ materials rollt. Ein Grübchen ist typischerweise 20 bis 30 µm tief. Daher besteht die Notwendigkeit, diese Grüb­ chen in dem folgenden Poliervorgang zu entfernen, wobei dieser üblicherweise für 40 bis 60 Minuten erfolgen muß, um beide Oberflächen des Plattensubstratvorprodukts zu polieren. Die Bearbeitungsdauer ist etwa 8- bis 10-mal so lang wie die Polierdauer bei dem Herstellungsverfahren für ein Aluminiumsubstrat. Diese lange Bearbeitungsdauer stellt einen der Hauptgründe für die erhöhten Herstel­ lungskosten dar. Von daher ist es erforderlich, ein Vorprodukt des Plattensubstrats bereitzustellen, das über das Problem der langen Polierdauer hinaus mit Hinsicht auf die mit einer Texturierungsbearbeitung verbundenen Probleme der Kosten und Bearbeitungsgenauigkeit eine weniger kostenträchtige Texturierungsbearbeitung erlaubt.

Als ein Verfahren zur Unterdrückung eines partiellen Abriebs der Läppplanscheibe während des Läppens wurde eine Diamantpellet-Planscheibe entwickelt. Das Problem der Grübchenbildung ist jedoch noch nicht gelöst. Daher müssen beide Oberflächen des Plattensubstratvorprodukts um mindestens 30 bis 40 µm geschliffen werden, um die Grübchen bei dem folgenden Poliervorgang zu entfernen. Daher sind die Kosten im wesentlichen die gleichen wie bei dem das Läppen einsetzenden Verfahren.

Stellt die Schleifbearbeitung dagegen ein Bearbeitungs­ verfahren dar, bei dem die Oberfläche des Platten­ substratmaterials durch Drehen eines ortsfesten Schleif­ steins bei hoher Geschwindigkeit geschliffen wird, wobei der Schleifstein durch Fixieren eines Schleifkorns wie etwa Diamant, CBN oder GC mit Metall, Harz oder Glas ausgebildet wurde, werden bei dieser Schleifbearbeitung kaum Grübchen gebildet. Werden dennoch Grübchen erzeugt, weisen sie eine geringe Tiefe auf, so daß die Zeit erheblich verkürzt wird, um auf der Ebene des Platten­ substratvorprodukts verbliebene Unregelmäßigkeitsfehler bei dem Poliervorgang zu entfernen.

Bei fortgesetzter Schleifbearbeitung werden jedoch Schleifkornspitzen abgeschliffen, so daß eine weitere Durchführung des Schleifens nicht mehr möglich und deswegen von Zeit zu Zeit eine Aufbereitung notwendig ist. Da die Oberflächen des Plattensubstratmaterials zudem jeweils nacheinander bearbeitet werden müssen, ist es nicht möglich, für ein gleichmäßiges Ausmaß oder eine gleichförmige Verteilung der auf jeder Oberfläche des Plattensubstratmaterials erzeugten Bearbeitungsverformung zu sorgen, so daß bei dem Plattensubstratvorprodukt eine unregelmäßige Wölbung oder Verwindung hervorgerufen wird und die Flachheit verschlechtert ist.

Da diese Wölbung oder Verwindung, wie vorstehend erläutert wurde, bei der Polierbearbeitung nicht mehr entfernt oder korrigiert werden kann, hat eine derartige Schleifbearbeitung bislang keine Anwendung als Verfahren zur Herstellung eines Plattensubstratvorprodukts für eine Festplatte gefunden. Angesichts dessen stellte die Anmel­ derin der Erfindung ein Verfahren bereit, bei dem durch Verfestigen von Schleifkörnern eine Bearbeitungsplan­ scheibe ausgebildet wird, das Drehzentrum der Werkstück­ planscheibe an den Umfang der Bearbeitungsplanscheibe gesetzt wird und ein Schleifvorgang durchgeführt wird, indem die Bearbeitungsplanscheibe und die Werkstückplan­ scheibe derart in bezug zueinander gleiten gelassen werden, daß die geometrischen Orte der Kontaktabschnitte zwischen dem Plattensubstrat auf der Werkstückplanscheibe und der Bearbeitungsplanscheibe gleichmäßig sein können. Die Anmelderin der Erfindung erkannte, daß selbst bei einer Größe von mehr als 2,5 Zoll (6,4 cm) ein Platten­ substratvorprodukt für eine Festplatte mit einer gewünschten Flachheit verwirklicht werden kann und meldete daher die Erfindung am 9. Juli 1997 unter der Nummer JP-A-9-183681 zum Patent an. Allerdings führt die Umsetzung auf das Verfahren des Plattierens mit Ni-P, Polierens, Texturierens, Aufspratzens eines Magnetfilms usw. sowie auf käuflich erhältliche Substrate (Ra ≦ 10 Å) zu einer zu guten Oberflächenrauhigkeit und ruft infolge eines Haftungsproblems ein Abspanen des Films hervor. Es zeigte sich also, daß das ins Auge gefaßte Vorprodukt nicht verwirklicht werden konnte.

Falls der Filmabspanungseffekt nicht auftritt, kann die Texturierung mit Hilfe vorhandener Technologie unter Verwendung eines YAG-Lasers durchgeführt werden. Ferner übertreffen Träger, die durch Aufspratzen eines Magnet­ films auf einer Plattierung mit Ni-P erzielt werden, jene Träger, die durch direktes Aufspratzen eines Magnetfilms auf ein Glassubstrat erzielt werden, bezüglich der magne­ tischen Kennwerte.

Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme. Beim Versuch, die obengenannten Probleme zu lösen, gelangten die Erfinder zu der Erfindung, indem sie bei einem Verfahren zum Schleifen einer zu schleifenden Oberfläche eines Platten­ substratmaterials einen Sprödbruchvorgang und einen Vorgang plastischer Verformung sowie einen Ausfunkvorgang (Abflachungsvorgang) einbrachten, wobei der Sprödbruch­ vorgang im ersten Schritt und der Vorgang plastischer Verformung im zweiten Schritt erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verringe­ rung der Kosten ein Verfahren zur Herstellung des Vorprodukts des Plattensubstrats bereitzustellen, durch das bei dem Schleifvorgang die Erzeugung von winzigen Grübchen und einer unregelmäßigen Wölbung eines zu schleifenden Materials verhindert wird, bei dem durch Beibehalten eines konstanten Schleifwiderstands an der Oberfläche des Plattensubstratmaterials und gleich­ bleibender geometrischer Orte der fixierten Schleifkörner eine gute Flachheit des Plattensubstratmaterials aufrechterhalten wird und das zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit und -effizienz beiträgt.

Erfindungsgemäß ist ein Vorprodukt eines Plattensubstrats bereitgestellt, dessen beiden Oberflächen durch einen Schleifstein geschliffen sind, wobei die Flachheit auf jeder Ebene 10 µm oder weniger und die durch das Schleifen erzeugte Höhendifferenz der Unregelmäßigkeiten 0,05 bis 1,0 µm beträgt. Außerdem ist es vorzuziehen, daß die auf jeder Ebene des Plattensubstratvorprodukts ausge­ bildeten geometrischen Orte bzw. Spuren des Schleif­ vorgangs von der Mitte nach außen verlaufende Radial­ kurven darstellen.

Erfindungsgemäß ist darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats bereitgestellt, das die Schritte derartig aufeinander­ folgendes Schleifen beider nacheinander zu bearbeitenden Ebenen eines Plattensubstratmaterials umfaßt, daß im wesentlichen für das gleiche Ausmaß an auf jeder geschliffenen Ebene zurückbleibender Bearbeitungs­ verformung gesorgt ist, wodurch nach dem Schleifen eine Flachheit des Plattensubstratvorprodukts von 10 µm oder weniger aufrechterhalten wird und die durch das Schleifen erzeugte Höhendifferenz der Unregelmäßigkeiten in einem Bereich von 0,05 bis 1,0 µm liegt, was einer Oberflächen­ rauhigkeit entspricht, die zur Ausbildung einer Ni-P-Schicht durch Plattierung ausreicht.

Im Verlauf der Herstellung eines erfindungsgemäßen Plattensubstratvorprodukts ist es dabei vorzuziehen, jeweils derartige Bearbeitungsbedingungen einzustellen, daß wenn eine Ebene des Plattensubstratmaterials mittels eines sich drehenden Schleifstein geschliffen wird, bei dem ersten Schleifschritt, bei dem ein größerer Teil einer vorbestimmten Tiefe geschliffen wird, den Schleif­ stein bildende Schleifkörner aus dem Schleifstein heraus­ gebrochen werden oder dort herausfallen. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, daß der erste Schleifschritt die Schritte Befestigen des Plattensubstratmaterials auf einem Werkstücktisch und Drehen sowohl des Werkstück­ tischs als auch des Schleifsteins umfaßt, wobei die Drehzahl des Werkstücktischs in einem Bereich von 60 bis 80% beziehungsweise von 20 bis 40% von der des Schleif­ steins liegt.

Darüber hinaus sollte im Anschluß an den ersten Schleif­ schritt der zweite Schleifschritt durchgeführt werden, und zwar unter einer Bearbeitungsbedingung, bei der den Schleifstein bildende Schleifkörner im wesentlichen nicht herausgebrochen werden oder herausfallen. Für den Fall, daß die Flachheit jeder Ebene des Plattensubstrat­ materials 10 µm oder weniger beträgt, ist das erfindungs­ gemäße Herstellungsverfahren effektiver. Angesichts des dem Verfahren zugrundeliegenden Mechanismus ist das Plattensubstratmaterial ein anorganisches Material­ substrat und vorzugsweise ein Glassubstrat oder ein kristallisiertes Glassubstrat.

Erfindungsgemäß ist zudem eine Schleifmaschine zum Schleifen jeder Ebene eines Plattensubstratmaterials bereitgestellt, wobei das zu bearbeitende Platten­ substratmaterial an einer Werkstückplanscheibe angebracht und befestigt wird und ein Bearbeitungstopfschleifstein und die Werkstückplanscheibe in bezug zueinander gleiten gelassen werden, wobei der Topfschleifstein durch Verfestigen von Schleifkörnern ausgebildet wird und das Drehzentrum der Werkstückplanscheibe auf dem Umfang des Bearbeitungstopfschleifsteins gelegen ist, wobei die Maschine einen Gleitantriebssteuerungsmechanismus umfaßt, um den Topfschleifstein und die Werkstückplanscheibe in bezug zueinander geleiten zu lassen, so daß die geometri­ schen Orte der Kontaktabschnitte zwischen dem Platten­ substratmaterial auf der Werkstückplanscheibe und dem Bearbeitungstopfschleifstein gleichmäßig sind.

Das Plattensubstratmaterial für das erfindungsgemäße Vorprodukt eines Plattensubstrats ist vorzugsweise Glas oder kristallisiertes Glas, und das für den Schleifstein verwendete Schleifkorn ist vorzugsweise entweder Diamant, CBN oder ein glasartiges Korn, die eine bestimmte Korn­ größe aufweisen. Diamant ist besonders vorzuziehen.

Da das erfindungsgemäße Plattensubstratvorprodukt auf der Oberfläche eine gute Flachheit und geringe Höhendifferenz der Unregelmäßigkeiten aufweist, ist die Belastung bei einem Poliervorgang verglichen mit den herkömmlichen Glassubstraten klein und können die Herstellungskosten für das Plattensubstrat gesenkt werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Plattensubstratvorprodukts werden darüber hinaus auf dem Plattensubstratmaterial während des Schleifvorgangs keine Grübchen und keine unregelmäßige Wölbung erzeugt, wodurch bei dem zu schleifenden Material eine gute Flachheit aufrechterhalten werden kann, während das Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit und -effizienz und zur Verringerung der Kosten beitragen kann.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1, die eine schematische Schnittansicht eines Beispiels einer Schleifmaschine zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats zeigt, wird die Erfindung nachstehend ausführlich anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Das Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats umfaßt zunächst die Schritte Ausbilden eines Bearbeitungstopfschleifsteins durch Verfestigen von Schleifkörnern mit einer Korngröße von #600 bis #3000 und vorzugsweise von #800 bis #1200, derartiges Anordnen des Drehzentrums einer Werkstückplanscheibe, daß es auf dem Umfang des Bearbeitungstopfschleifsteins liegt, derarti­ ges Gleitenlassen des Bearbeitungstopfschleifsteins und der Werkstückplanscheibe in bezug zueinander, daß die geometrischen Orte der Kontaktbereiche zwischen dem Plattensubstratmaterial auf der Werkstückplanscheibe und dem Bearbeitungstopfschleifstein gleichmäßig sind, wobei aufeinanderfolgend und ohne Unterbrechung ein Schleif­ vorgang unter Sprödbruch und ein Schleifvorgang unter plastischer Verformung stattfinden, um bei der oberen und unteren Oberfläche des Plattensubstratvorprodukts- im wesentlichen den gleichen Bearbeitungsverzug herbei­ zuführen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Beispiels einer Schleifmaschine für ein Plattensubstrat­ material, die zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Vorprodukts eines Plattensubstrats geeignet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist bei der Schleifmaschine für das Plattensubstratmaterial 30 das Drehzentrum P einer scheibenförmigen Werkstückplanscheibe 6 derart angeord­ net, daß es sich auf dem Umfang eines scheibenförmigen Bearbeitungstopfschleifsteins 2 befindet.

Die Anzahl an Werkstückplanscheiben 6 ist nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt. In Anbetracht dessen, jeweilige Werkstückplanscheiben 6 zusammenschließen zu müssen, und in Anbetracht der Größe des zu schleifenden Plattensubstratmaterials 30 werden vorzugsweise mehrere Werkstückplanscheiben 6 gewählt. Darüber hinaus wird das Plattensubstratmaterial 30 auf der Werkstückplanscheibe 6 mit Wachs befestigt oder auf der Werkstückplanscheibe 6 mittels einer Unterdruck-Spannvorrichtung oder derglei­ chen angebracht, so daß das Drehzentrum P der Werkstück­ planscheibe 6 an dem Drehzentrum Q des Plattensubstrat­ materials 30 ausgerichtet ist.

Der Bearbeitungstopfschleifstein 2 wird über eine mit einem (nicht gezeigten) Motor verbundene Drehwelle 4 drehend angetrieben. Die Werkstückplanscheiben 6 werden durch Zusammenschluß der jeweiligen Drehwellen 8 mit einer (nicht gezeigten) von dem Motor ausgehenden Riemen­ spannrolle drehend angetrieben, wodurch der Bearbeitungs­ topfschleifstein 2 und die Werkstückplanscheibe 6 in bezug zueinander gleiten gelassen werden. Dabei werden der Abstand zwischen dem Bearbeitungstopfschleifstein 2 und der Werkstückplanscheibe 6 und die jeweilige Drehzahl des Bearbeitungstopfschleifsteins 2 und der Werkstück­ planscheibe 6 durch einen (nicht gezeigten) Gleit­ antriebssteuerungsmechanismus gesteuert, so daß die Schleiffläche 20, die einen Kontaktbereich des Platten­ substratmaterials 30 auf der Werkstückplanscheibe 6 mit dem Bearbeitungstopfschleifstein 2 darstellt, gleich­ bleibend den Verlauf von Radialkurven beschreibt, die unter Verwendung des Drehzentrums P auf der Werkstück­ planscheibe 6 als Achse von der Mitte zum Außenrand hin verlaufen.

Da dies erlaubt, die geometrischen Orte der Schleifebene des Bearbeitungstopfschleifsteins in bezug auf den Schleifwiderstand und das Plattensubstratmaterial 30 auf der Werkstückplanscheibe gleichmäßig zu halten, führt dies somit selbst dann, wenn das Plattensubstratmaterial von einer Oberfläche zu der anderen geschliffen wird, im Vergleich mit einem herkömmlichen, einen Topfschleifstein verwendenden Flachdrehschleifverfahren einer Umlauf­ bewegungsart dazu, daß infolge des Schleifmechanismus hauptsächlich Sprödbruch erfolgt. Dadurch kann der auf jeder Oberfläche des Plattensubstratmaterials 30 erzeugte Bearbeitungsverzug wie bei dem vorstehend beschriebenen Läppen im wesentlichen gleichmäßig gestaltet werden. Folglich wird bei dem sich ergebenden Vorprodukt des Plattensubstrats eine unregelmäßige Wölbung verhindert, so daß eine gute Flachheit aufrechterhalten werden kann.

Damit hauptsächlich diese Art von Sprödbruch erfolgt, müssen die Bearbeitungsbedingungen derart eingestellt werden, daß Schleifkörner, die den zum Schleifen verwen­ deten Schleifstein bilden, herausgebrochen werden oder herausfallen. Zu diesem Zweck wird das Schleifen erfindungsgemäß durchgeführt, indem sowohl die drehbare Werkstückplanscheibe 6 mit dem darauf befestigten Plattensubstratmaterial 30 als auch der Bearbeitungstopf­ schleifstein 2 mit den darin fixierten Schleifkörnern gedreht werden. Dabei liegt die Drehzahl der Werkstück­ planscheibe 6 vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 20 bis 40% beziehungsweise von 60 bis 80% von der des Bearbeitungstopfschleifsteins 2. Dies ermöglicht die Einstellung eines Schleifmechanismus, unter dem vor allem Sprödbruch erfolgt.

Als Bedingung, damit sich derartiger Sprödbruch einstellt, muß die Vorschubgeschwindigkeit des Bearbei­ tungstopfschleifsteins 2 zu dem Plattensubstratmaterial 30 hin berücksichtigt werden. Die Vorschubgeschwindigkeit kann leicht im Bereich der Drehzahl der Werkstückplan­ scheibe 6 festgesetzt werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Schleifverfahren kann, auch wenn das Plattensubstratmaterial 30 bei hoher Geschwindigkeit geschliffen wird, der Schleifwiderstand unter Unterdrückung einer Bildung von Schleifwärme verringert werden, da die Schleiffläche pro Einheitszeit klein ist. Obgleich bei der hauptsächlich unter Spröd­ bruch erfolgenden Schleifweise eine sehr hohe Flachheit erhalten werden kann, beträgt unter dem Sprödbruchvorgang die Höhendifferenz der Unregelmäßigkeiten auf der Schleifoberfläche nur etwa 8 µm. Zur weiteren Verringe­ rung der Höhendifferenz der Unregelmäßigkeiten sollte im Anschluß an den Sprödbruchvorgang ein Vorgang mit plasti­ scher Verformung hinzukommen.

Wird bei dem Schleifschritt eine plastische Verformung erzeugt, kann dabei der Bearbeitungsverzug manchmal deutlich ansteigen. Um das Entstehen dieses Bearbeitungs­ verzugs zu unterdrücken, ist es vorzuziehen, die Tiefe beim Schleifen unter plastischer Verformung auf höchstens 5 µm oder weniger zu beschränken. Als Vorgehensweise um zu verhindern, daß die Flachheit des Plattensubstrat­ materials 30 durch die plastische Verformung verschlech­ tert wird, sollte die auf der Schleifoberfläche des Plattensubstratvorprodukts hinterlassene Schleifspur eine sich von der Mitte zu dem Außenrand hin ausbreitende Radialkurve beschreiben.

Daß bei dem Schleifbearbeitungsschritt hauptsächlich plastische Verformung erzielt wird, kann dadurch erreicht werden, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Bearbeitungs­ topfschleifsteins 2 gesenkt wird. Durch Kombination des Sprödbruchvorgangs mit dem Vorgang der plastischen Verformung und durch Ausführung dieser Vorgänge als aufeinanderfolgender Ablauf kann die Flachheit erhöht und die Höhendifferenz der Unregelmäßigkeiten in einem Bereich von 0,05 µm bis 1 µm gehalten werden. Das bedeutet, daß bei dem Herstellungsverfahren für das Plattensubstratmaterial zunächst auf jeden Fall ein durch Sprödbruch gekennzeichneter Schleifvorgang erfolgt, wodurch ein Vollsetzen des Bearbeitungstopfschleifsteins 2 unterdrückt wird und die sich anschließende plastische Verformung effizient erfolgen kann.

Der (nicht gezeigte) Gleitantriebssteuerungsmechanismus der erfindungsgemäßen Schleifmaschine sollte vorzugsweise eine Regelung durchführen, bei der der Abstand zwischen dem Bearbeitungstopfschleifstein und der Werkstückplan­ scheibe, die Drehzahl des Bearbeitungstopfschleifsteins und der Werkstückplanscheibe oder dergleichen gemessen und das Ergebnis zu einer (nicht gezeigten) Gleit­ antriebseinheit rückgeführt wird.

Da der bei dem Plattensubstratvorprodukt verbleibende, vom Einspannzustand auf der Werkstückplanscheibe abhängige oder aufgrund der Schleifwärme entstandene Verzug die Bearbeitungsgenauigkeit erheblich beeinflußt, ist es zudem notwendig, der Kontrolle beim Einbau des Plattensubstratmaterials und der Vorgehensweise bei der Abführung der Schleifwärme ausreichende Aufmerksamkeit zu schenken, damit das Vorprodukt des Plattensubstrats mit einer gleichmäßigen Dicke und Wölbung und einer sehr genau eingestellten Flachheit erhalten wird.

Das Schleifen erfolgt üblicherweise auf nasse Weise, so daß Einrichtungen wie etwa eine Düse zur Zuführung von Schleifflüssigkeit zu einem Schleifbereich und eine Umwälzleitung oder dergleichen vorzusehen sind. Die Schleifflüssigkeit hängt von der Art des den Bearbei­ tungstopfschleifstein bildenden Schleifkorns ab. Für Diamant oder einen glasartigen Schleifstein ist eine wasserlösliche Schleifflüssigkeit mit gutem Kühlvermögen vorzuziehen, während für einen CBN-Schleifstein eine wasserunlösliche Schleifflüssigkeit vorzuziehen ist.

Dabei weist der bei der Erfindung verwendete Bearbei­ tungstopfschleifstein vorzugsweise eine hohe Steifigkeit auf, um ein Plattensubstratmaterial, das in Tangential­ richtung einen wesentlichen höheren Schleifwiderstand als in Normalenrichtung aufweist, mit hoher Genauigkeit zu schleifen. Daher bestehen die den Bearbeitungstopf­ schleifstein bildenden Schleifkörner vorzugsweise aus entweder Diamant-, CBN-, oder glasartigen Körnern. In der Praxis sind Diamantkörner eher vorzuziehen. Darüber hinaus stellt der bei der Erfindung verwendete Bearbei­ tungstopfschleifstein vorzugsweise entweder einen porösen, pelletartigen bzw. grob gepreßten oder segment­ artigen Schleifstein dar, um eine leichte Entfernung von Spänen und eine leichte Zuführung von Schleifflüssigkeit zu einem gerade geschliffenen Bereich zu erlauben.

Da das Vorprodukt des Plattensubstrats bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter einer auf seinen Ober­ flächen Radialkurven beschreibenden Schleifführung hergestellt wird und unter Verhinderung von Grübchen­ bildung auf der Schleifoberfläche eine Höhendifferenz der Unregelmäßigkeiten zwischen etwa 0,05 und 1,0 µm aufweist, kann die Schleiftiefe somit bei dem folgenden Polierschritt auf etwa 10 µm auf beiden Seiten beschränkt werden.

Da sich bei dem Polierschritt die Schleiftiefe verringern läßt, kann das Polieren daher kostengünstig durchgeführt werden, während die Flachheit des Plattensubstrat­ vorprodukts aufrechterhalten werden kann, ohne daß ein Abwalzen oder Abkratzen hervorgerufen wird. Folglich ist das Plattensubstratvorprodukt aus beispielsweise geschliffenem Glas oder kristallisiertem Glas als Vorläufer eines Plattensubstrats für eine Festplatte geeignet, das einen Durchmesser von 3 Zoll (7,6 cm) oder mehr aufweist.

Die Erfindung wird nun detaillierter anhand von konkreten Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben.

Das Schleifen erfolgte unter den in Tabelle 1 aufgeführ­ ten Schleifbedingungen unter Einsatz der nachstehend angegebenen Schleifkorngröße und unter Verwendung eines kristallisierten Glassubstratmaterials als das zu schleifende Plattensubstratmaterial, wobei das Glas­ substrat ringförmig war (Durchmesser: 65 mm, Dicke: 0,83 mm) und durch zweistündiges Erwärmen bei 750°C kristalli­ siert wurde. Um einen Vergleichswert zu erhalten, erfolgte ein Polieren unter Verwendung von Ceroxid.

[Tabelle 1]

Nachdem jeweils die Oberflächenrauhigkeit des Glas­ substratvorprodukts überprüft worden war, das durch Schleifen mit der jeweiligen Schleifkorngröße erhalten wurde, wurde die Oberfläche dann auf übliche Weise mit einer Ni-P-Schicht plattiert. Nach Durchführung einer Nachbehandlung erfolgte ein Texturausbildungsvorgang.

Dabei wurde die Haftung der Ni-P-Schicht überprüft. Tabelle 2 zeigt die Prüfergebnisse mit einer allgemeinen Beurteilung des Gesamtverfahrens. Außerdem zeigt Tabelle 2 die Meßergebnisse für das Schleifausmaß bei dem Schleifvorgang. Bei den Beurteilungsergebnissen bezeich­ net O keine Probleme bei der praktischen Verwendung; bezeichnet x ein konkretes Problem, d. h. ein nicht zufriedenstellendes Ergebnis; und bezeichnet Δ ein möglicherweise akzeptables Ergebnis, das jedoch nicht vollständig zufriedenstellend ist.

[Tabelle 2]

Zu beachten: Beispiele 1 und 8 beziehen sich auf Vergleichsbeispiele und Beispiele 2 bis 7 auf erfindungs­ gemäße Ausführungsbeispiele.

Aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen geht hervor, daß ein Glassubstratvorprodukt mit einer höheren Haftung der durch Plattierung ausgebildeten Ni-P-Schicht und einem kleineren Ausmaß an bei dem Schleifvorgang erzeug­ ten Bearbeitungsunterschieden erhalten werden kann, wenn eine der Schleifkorngrößen #600 bis #3000 verwendet wird. Durch das Polieren mit Ceroxid kann keine gute Haftung erzeugt werden.

Es wird daher angestrebt, mit Hinsicht auf ein großes und kostengünstiges Plattensubstrat ein mit einer Ni-P-Schicht plattiertes Vorprodukt eines Plattensubstrats mit kleinstmöglichem Polierumfang herauszubilden. Wie in der Tabelle 2 eindeutig gezeigt ist, stellt das erfindungs­ gemäße Verfahren ein hervorragendes Schleifverfahren dar, das sämtliche aufgeführten Erfordernisse erfüllt.

Wie vorstehend beschrieben ist, kann bei dem erfindungs­ gemäßen Vorprodukt eines Plattensubstrats der Polier­ umfang in dem anschließenden Schritt verringert und eine starke Haftung der aufplattierten Ni-P-Schicht erzielt werden. Die zum Polieren benötigte Zeit wird daher erheblich verkürzt und bei dem Texturierungsvorgang an Kosten gespart, wodurch für das Plattensubstrat insgesamt ein erheblicher Kostenvorteil entsteht. Darüber hinaus kann bei geringen Kosten ein Glassubstrat mit einer Größe von mehr als 2,5 Zoll (6,4 cm) bereitgestellt werden, das bislang nicht zur Verfügung stand. Da bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren zur Herstellung eines Plattensubstrat­ vorprodukts verhindert werden kann, daß sich während des Schleifens Grübchen und eine unregelmäßige Wölbung bilden, indem an einer Oberfläche eines Plattensubstrat­ materials oder des zu schleifenden Materials der Schleif­ widerstand und die geometrischen Orte der fixierten Schleifkörner gleichmäßig gehalten werden, kann bei dem Plattensubstratvorprodukt eine gute Flachheit aufrecht­ erhalten werden.

Dadurch, daß eine Bearbeitungsplanscheibe 2 durch Verfestigen von Schleifkörnern mit einer bestimmten Korngröße ausgebildet und auf eine derartige Weise ange­ ordnet wird, daß das Drehzentrum P der Werkstückplan­ scheibe 6 auf dem Umfang der Bearbeitungsplanscheibe 2 gelegen ist, und daß dann ein Schleifvorgang durchgeführt wird, indem die Bearbeitungsplanscheibe 2 und die Werk­ stückplanscheibe 6 in bezug zueinander gleiten gelassen werden, so daß die geometrischen Orte eines Kontakt­ bereichs 20 der Bearbeitungsplanscheibe 2 zu einem Plattensubstratmaterial 30 auf der Werkstückplanscheibe 6 gleichmäßig sind, wird also ein Vorprodukt eines Platten­ substrats, das die Herstellung eines ein anorganisches Material wie etwa Glas umfassenden Plattensubstrats ermöglicht, das eine sehr genau eingestellte Flachheit und Oberflächenrauhigkeit aufweist, frei von Oberflächen­ fehlern wie etwa Grübchen ist und zu geringen Kosten hergestellt werden kann, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitgestellt.

Claims (11)

1. Vorprodukt eines Plattensubstrats, dessen beiden Oberflächen durch einen Schleifstein geschliffen sind, wobei
die Flachheit jeder Ebene 10 µm oder weniger beträgt und
die Höhendifferenz von durch das Schleifen erzeugten Unregelmäßigkeiten in einem Bereich von 0,05 bis 1,0 µm liegt.

2. Vorprodukt eines Plattensubstrats nach Anspruch 1, wobei die auf jeder Ebene des Plattensubstratvorprodukts ausgebildeten Spuren des Schleifvorgangs von der Mitte aus nach außen verlaufende Radialkurven sind.

3. Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats, mit dem Schritt derartig aufeinander­ folgendes Schleifen beider nacheinander zu bearbeitenden Ebenen eines Plattensubstratmaterials, daß im wesent­ lichen für das gleiche Ausmaß an auf jeder geschliffenen Ebene zurückbleibender Bearbeitungsverformung gesorgt ist, wobei nach dem Schleifen eine Flachheit des Platten­ substratvorprodukts von 10 µm oder weniger aufrecht­ erhalten wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats nach Anspruch 3, wobei beim Schleifen einer Ebene des Plattensubstrat­ materials mittels eines sich drehenden Schleifsteins in einem ersten Schleifschritt, bei dem ein größerer Teil einer vorbestimmten Tiefe geschliffen wird, den Schleif­ stein bildende Schleifkörner vorzugsweise aus dem Schleifstein herausgebrochen werden oder dort heraus­ fallen.

5. Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats nach Anspruch 3 oder 4, wobei der erste Schleifschritt die Schritte Befestigen des Plattensubstratmaterials auf einem Werkstücktisch sowie Drehen sowohl des Werkstücktischs als auch das Schleif­ steins und Schleifen jeder Ebene des Plattensubstrat­ materials umfaßt, wobei die Drehzahl des Werkstücktischs in einem Bereich von 60 bis 80% beziehungsweise von 20 bis 40% der Drehzahl des Schleifsteins liegt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei auf den ersten Schleifschritt folgend ein zweiter Schleifschritt unter einer Bearbeitungsbedingung erfolgt, bei dem den Schleifstein bildende Schleifkörner im wesentlichen nicht herausgebrochen werden oder heraus­ fallen.

7. Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei
die Flachheit jeder Ebene des Plattensubstrat­ materials 10 µm oder weniger beträgt und
die Oberflächenrauhigkeit (Ry) 0,05 bis 1,0 µm beträgt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Plattensubstratmaterial ein anorganisches Materialsubstrat ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats nach Anspruch 8, wobei das anorganische Materialsubstrat ein Glassubstrat oder ein kristallisiertes Glassubstrat ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats nach Anspruch 8, wobei
das Vorprodukt eines Plattensubstrats mittels einer Plattensubstratmaterial-Schleifmaschine zum Schleifen jeder Ebene eines Plattensubstratmaterials hergestellt wird, die
eine Werkstückplanscheibe (6);
eine auf der Werkstückplanscheibe (6) bereit­ gestellte Einrichtung zum Anbringen und Befestigen des zu bearbeitenden Plattensubstratmaterials (30) auf der Werkstückplanscheibe (6); und
eine Einrichtung zum in bezug zueinander stehenden Gleitenlassen der Werkstückplanscheibe (6) und des Bearbeitungstopfschleifsteins (2) umfaßt, wobei
ein Drehzentrum (P) der Werkstückplanscheibe (6) auf einem Umfang des Bearbeitungstopfschleifsteins (2) gelegen ist;
die Einrichtung zum in bezug zueinander stehenden Gleitenlassen des Bearbeitungstopfschleifsteins (2) und der Werkstückplanscheibe (6) einen derartigen Antriebs­ steuerungsmechanismus umfaßt, daß die geometrischen Orte von Kontaktabschnitten (20) zwischen dem Plattensubstrat­ material (30) auf der Werkstückplanscheibe (6) und dem Bearbeitungstopfschleifstein (2) gleichmäßig sein können; und
die Schleifkörner einer Korngröße von #600 bis #3000 entsprechen.

11. Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts eines Plattensubstrats nach Anspruch 10, wobei die Schleifkörner Diamant-, CBN- oder glasartige Körner sind.