Производство компакт-дисков

Компакт-диск в драгоценном футляре .

Производство компакт-дисков — это процесс, при котором коммерческие компакт-диски (CD) тиражируются в массовых количествах с использованием мастер-версии, созданной на основе исходной записи. Это может быть либо в аудиоформе ( CD-DA ), либо в форме данных ( CD-ROM ). Этот процесс используется при мастеринге компакт-дисков, доступных только для чтения. В DVD и Blu-ray используются аналогичные методы (см. «Оптический диск § Производство оптических дисков» ).

Компакт-диск можно использовать для хранения аудио , видео и данных в различных стандартизированных форматах, определенных в Rainbow Books . Компакт-диски обычно производятся в чистом помещении класса 100 (ISO 5) или выше , чтобы избежать загрязнения, которое может привести к повреждению данных. Их можно изготовить со строгими производственными допусками всего за несколько центов США за диск.

Репликация отличается от дублирования (т.е. записи , используемой для компакт-дисков CD-R и CD-RW ), поскольку ямки и площадки реплицируемого компакт-диска формируются в заготовке компакт-диска, а не являются следами прожога в слое красителя (на компакт-дисках) или областях. с измененными физическими характеристиками (на CD-RW). Кроме того, устройства записи компакт-дисков записывают данные последовательно, в то время как установка для прессования компакт-дисков формирует весь диск за одну физическую операцию штамповки, аналогичную прессованию пластинки .

Премастеринг

Все компакт-диски записываются из источника цифровых данных, причем наиболее распространенными источниками являются компакт-диски CD-R с низким уровнем ошибок или файлы с подключенного компьютера, жесткого диска содержащие готовые данные (например, музыку или компьютерные данные). Некоторые системы прессования компакт-дисков могут использовать цифровые мастер- ленты в форматах Digital Audio Tape , Exabyte , Digital Linear Tape , Digital Audio Stationary Head или Umatic . Адаптер PCM используется для записи и извлечения цифровых аудиоданных в и из аналогового формата видеокассеты, такого как Umatic или Betamax . Однако такие источники подходят только для производства аудио компакт-дисков из-за проблем с обнаружением и исправлением ошибок. Если источником не является компакт-диск, содержание компакт -диска, который будет перепечатан, также должно быть подготовлено и сохранено на ленте или жестком диске. Во всех случаях, за исключением источников CD-R , лента должна быть загружена в систему мастеринга мультимедиа для создания TOC (оглавления) для компакт-диска. Творческая обработка смешанных аудиозаписей часто происходит во время обычных сессий предварительного мастеринга компакт-дисков. Для этого часто используется термин «мастеринг», но официальное название, как объяснено в книге Боба Каца, Мастеринг аудио , издание 1, стр. 18, является «предварительным мастерингом», потому что еще необходимо создать еще один диск, содержащий предварительно обработанный звук, который станет рабочей поверхностью, на которой будет гальванопластикой металлический мастер (штамп).

Мастеринг

Мастеринг стекла

Мастеринг стекла выполняется в чистой комнате класса 100 (ISO 5) или выше или в изолированной чистой среде внутри системы мастеринга. Загрязнения, попавшие на критические этапы производства (например, пыль , пыльца , волосы или дым ), могут вызвать серьезные ошибки, которые сделают мастер непригодным для использования. После успешного завершения мастер-диск будет менее восприимчив к воздействию этих загрязнений.

Во время мастеринга стекла стекло используется в качестве подложки для хранения мастер-образа компакт-диска во время его создания и обработки; отсюда и название. Стеклянные подложки, заметно крупнее компакт-диска, представляют собой круглые пластинки стекла диаметром примерно 240 мм и толщиной 6 мм. Они часто также имеют небольшую стальную ступицу с одной стороны для облегчения управления. Подложки созданы специально для мастеринга компакт-дисков, одна сторона полируется до чрезвычайно гладкой поверхности. Даже микроскопические царапины на стекле повлияют на качество компакт-дисков, спрессованных с мастер-изображения. Дополнительная площадь на подложке облегчает обращение со стеклянным мастером и снижает риск повреждения структуры ямки и площадки при удалении «отцовского» штампа со стеклянной подложки.

После очистки стеклянной подложки с использованием моющих средств и ультразвуковых ванн стекло помещается в центрифугу для нанесения покрытия . Устройство для центрифугирования промывает стеклянную заготовку растворителем , а затем наносит фоторезист или краситель-полимер в зависимости от процесса мастеринга. Вращение равномерно распределяет фоторезист или краско-полимерное покрытие по поверхности стекла. Подложка снимается и запекается для высыхания покрытия, и стеклянная подложка готова к мастерингу.

Как только стекло готово к мастерингу, его помещают в лазерный регистратор (ЛБР). Большинство LBR способны выполнять мастеринг со скоростью, превышающей 1x, но из-за веса стеклянной подложки и требований мастера компакт-дисков они обычно мастерируются со скоростью воспроизведения не выше 8x. LBR использует лазер для записи информации, при этом длина волны и конечная линза NA (числовая апертура) выбираются для получения необходимого размера ямки на мастер-заготовке. Например, питы DVD меньше, чем питы CD, поэтому для мастеринга DVD необходима более короткая длина волны или более высокая числовая апертура (или и то, и другое). LBR используют один из двух методов записи; фоторезистное и нефоторезистное мастеринг. Фоторезист также выпускается в двух вариантах; позитивный фоторезист и негативный фоторезист.

Мастеринг фоторезиста

При мастеринге фоторезиста используется светочувствительный материал ( фоторезист ) для создания ямок и площадок на мастер-заготовке компакт-диска. В лазерном записывающем устройстве используется темно-синий или ультрафиолетовый лазер . для записи мастера Под воздействием лазерного света фоторезист подвергается химической реакции, которая либо затвердевает (в случае негативного фоторезиста), либо, наоборот, делает его более растворимым (в случае позитивного фоторезиста).

После завершения мастеринга стеклянный мастер удаляется из LBR и подвергается химической «обработке». Затем экспонированную область пропитывают раствором проявителя, который удаляет экспонированный положительный фоторезист или неэкспонированный негативный фоторезист. После завершения проявки мастер-стекло металлизируют , образуя поверхность для формирования штампа. Затем его полируют смазкой и протирают.

Безфоторезистный или красочно-полимерный мастеринг

Когда лазер используется для записи на полимере красителя, используемом при мастеринге без фоторезиста (NPR), полимер красителя поглощает лазерную энергию, фокусируясь в определенном месте; он испаряется и образует ямку на поверхности полимера-красителя. Эту ямку можно сканировать красным лазерным лучом, следующим за режущим лучом, и качество записи можно непосредственно и немедленно оценить; например, записываемые аудиосигналы также можно воспроизводить прямо с мастера Glass Master в режиме реального времени. Геометрию ямы и качество воспроизведения можно регулировать во время мастеринга компакт-диска, поскольку синий пишущий лазер и красный считывающий лазер обычно соединяются через систему обратной связи для оптимизации записи. Это позволяет LBR с красителем-полимером образовывать очень однородные ямки, даже если в слое красителя-полимера имеются различия. Еще одним преимуществом этого метода является то, что изменение глубины ямки можно запрограммировать во время записи, чтобы компенсировать последующие характеристики локального производственного процесса (например, предельную производительность формования). При мастеринге фоторезиста этого сделать невозможно, так как глубина ямок задается толщиной ПР-покрытия, а ямки из красителя-полимера врезаются в покрытие большей толщины, чем намеченные ямки.

Этот тип мастеринга называется Direct Read After Write (DRAW) и является основным преимуществом некоторых систем записи без фоторезиста. Проблемы с качеством мастер-заготовки стекла, такие как царапины или неровное красочно-полимерное покрытие, можно обнаружить сразу. При необходимости мастеринг можно остановить, что экономит время и увеличивает производительность.

Постмастеринг

После мастеринга мастер-стекло подвергается обжигу, чтобы затвердеть материал развитой поверхности и подготовить его к металлизации. Металлизация является важным этапом перед электрогальваническим производством ( гальваника ).

Разработанный мастер стекла помещается в металлизатор парового осаждения , в котором используется комбинация механических вакуумных насосов и крионасосов для снижения общего давления пара внутри камеры до жесткого вакуума. Затем кусок никелевой проволоки нагревают в вольфрамовой лодочке до температуры добела, и пары никеля осаждаются на вращающийся стеклянный мастер. Стеклянный мастер покрывается парами никеля до типичной толщины около 400 нм.

Готовые мастера по стеклу проверяются на наличие пятен, дырок или неполного покрытия никелевым покрытием и передаются на следующий этап процесса мастеринга.

Электроформовка

Пример штампа, используемого в репликации компакт-диска процессе

Гальванопластика происходит в «Матрице», названии, которое используется для обозначения участка процесса гальванопластики на многих заводах; это также чистое помещение класса 100 (ISO 5) или выше . Данные (музыка, компьютерные данные и т. д.) на металлизированном стеклянном мастере чрезвычайно легко повредить, и их необходимо преобразовать в более прочную форму для использования в оборудовании для литья под давлением, которое фактически производит оптические диски конечного продукта.

Металлизированный мастер закрепляется в проводящей рамке для электроосаждения лицевой стороной наружу и опускается в ванну гальванопластики. Специально подготовленная и контролируемая вода в резервуарах содержит никеля раствор соли (обычно сульфамата никеля) в определенной концентрации, которую можно слегка регулировать на разных установках в зависимости от характеристик предыдущих этапов. Раствор тщательно буферизуется для поддержания его pH , а для достижения хороших результатов содержание органических загрязнителей должно быть ниже одной пятимиллионной. Ванна нагревается примерно до 50°C.

Стеклянный мастер вращается в баке гальванопластики, в то время как насос циркулирует раствор для гальванопластики по поверхности мастера. По мере продвижения гальванопластики никель не наносится гальваническим способом на поверхность стеклянного мастера, поскольку это препятствовало бы разделению. Гальваническое покрытие скорее избегают из-за пассивации и, прежде всего, потому, что стекло не является электропроводным. Вместо этого металлическое покрытие на стеклянном диске, фактически перевернутое , наносится на никель (а не на оправку), который подвергается гальваническому осаждению за счет притяжения электронов на катоде, который представляет собой хозяйку стекла с металлическим покрытием, или, премастер. оправка. С другой стороны, гальваника повлекла бы за собой электроосаждение непосредственно на оправку с намерением, чтобы она оставалась приклеенной. Это, а также более строгие требования к контролю температуры и чистоте воды в ванне, являются основными различиями между двумя дисциплинами электроосаждения. Металлический штамп, первым отчеканенный из стекла с металлическим покрытием, является мастером по металлу (и мы не должны делать мастер из другого мастера, поскольку это не будет соответствовать номенклатуре последовательности производства, которая соответствует гальванопластике). Это явно метод противоположно обычному гальваническому покрытию. Еще одно отличие от гальваники заключается в том, что внутреннее напряжение никеля необходимо тщательно контролировать, иначе штамп из никеля не будет плоским. Чистота раствора важна, но она достигается за счет непрерывной фильтрации и обычных систем анодного мешка. Еще одно большое отличие состоит в том, что толщину штампа необходимо контролировать в пределах ±2% от конечной толщины, чтобы он подходил для термопластавтоматов с очень высокими допусками газовых колец и центральных зажимов. Этот контроль толщины требует электронного контроля тока и перегородок в решении для контроля распределения. Ток должен начинаться с довольно низкого уровня, поскольку металлизированный слой слишком тонкий, чтобы выдерживать большие токи, и постепенно увеличивается. По мере увеличения толщины никеля на стекле «хозяйки» ток можно увеличивать. Полная плотность тока гальванопластики очень высока: на полную толщину 0,3 мм обычно уходит примерно один час. Деталь вынимают из резервуара и слой металла осторожно отделяют от стеклянной подложки. Если произошло гальваническое покрытие, процесс необходимо начинать заново, с этапа освоения стекла. Металлическая деталь, теперь называемая «отцом», имеет желаемые данные в виде ряда неровностей, а не ямок. Процесс литья под давлением работает лучше, если поток обтекает высокие точки, а не ямки на металлической поверхности. Отца промывают деионизированной водой и другими химикатами, такими как аммиачная перекись водорода, гидроксид натрия или ацетон, чтобы удалить все следы резиста или других загрязнений. Стеклянный мастер может быть отправлен на восстановление, очистку и проверку перед повторным использованием. При обнаружении дефектов изделие будет выброшено или повторно отполировано .

После очистки от любого рыхлого никеля и резиста поверхность отца промывают и пассивируют электрически или химически, что позволяет следующему слою покрытия отделиться от отца. Этот слой представляет собой атомный слой поглощенного кислорода, который не изменяет физическую поверхность. Отца снова помещают в раму и возвращают в гальванический резервуар. На этот раз выращенная металлическая часть является зеркальным отражением отца и называется «матерью»; поскольку теперь это ямы, их нельзя использовать для лепки.

Сэндвич «мать-отец» тщательно отделяют, а затем «мать» промывают, пассивируют и возвращают в гальванопластиковые ванны, где на нем создается зеркальное изображение, называемое «сыном». Большинство формованных компакт-дисков производятся сыновьями.

Матери могут перерасти из отцов, если они повреждены, или в очень длительной перспективе. При правильном обращении количество штамповок, которые можно вырастить от матери-одиночки, не ограничено, прежде чем качество штампов не снизится неприемлемо. Отцы могут использоваться напрямую в качестве штампа, если требуется очень быстрый оборот или если доходность составляет 100%, и в этом случае отец будет расточительно храниться. В конце пробега мать обязательно должна быть сохранена.

Отец, мать и коллекция штампов (иногда называемых «сыновьями») вместе называются «семьей». Отцы и матери имеют тот же размер, что и стеклянная подложка, обычно толщиной 300 мкм. Штампы не требуют дополнительного пространства вокруг программной области, и их перфорируют для удаления лишнего никеля снаружи и внутри информационной области, чтобы они соответствовали форме машины для литья под давлением (IMM). Физические размеры формы варьируются в зависимости от используемого инструмента для литья под давлением.

Репликация

См. также: Репликация (оптические носители).

Машины для формования компакт-дисков представляют собой специально разработанные высокотемпературные машины для литья поликарбоната под давлением . Их средняя производительность составляет 550-900 дисков в час на формовочную линию. Гранулы прозрачного поликарбоната сначала сушат при температуре около 130 градусов по Цельсию в течение трех часов (номинально; это зависит от того, какая смола оптического качества используется) и подаются посредством вакуумной транспортировки в один конец цилиндра машины для литья под давлением (т. е. в загрузочное отверстие) и перемещаются в камеру впрыска через большой винт внутри ствола. Ствол, обернутый нагревательными лентами при температуре от 210 до 320 градусов по Цельсию, плавит поликарбонат. Когда форма закрыта, винт движется вперед, впрыскивая расплавленный пластик в полость формы. Когда форма заполнена, холодная вода, протекающая через половинки формы за пределами полости, охлаждает пластик, поэтому он несколько затвердевает . Весь процесс от закрытия формы, впрыска и повторного открытия занимает примерно 3–5 секунд.

Отформованный «диск» (называемый «зеленым» диском, не прошедшим окончательной обработки) извлекается из формы с помощью вакуумной обработки; высокоскоростные роботизированные руки с вакуумными присосками. Их перемещают на подающий конвейер линии чистовой обработки или станцию ​​охлаждения для подготовки к металлизации. На этом этапе диски чисты и содержат всю необходимую цифровую информацию; однако в них нельзя играть из-за отсутствия отражающего слоя.

Диски по одному проходят в металлизатор, небольшую камеру примерно на 10°С. ⁻³ Торр (130 мПа ) вакуум. Этот процесс называется « напылением ». Металлизатор содержит металлическую «мишень» — почти всегда сплав (в основном) алюминия и небольшого количества других металлов. Имеется система блокировки загрузки (похожая на воздушный шлюз ), поэтому в технологической камере можно поддерживать высокий вакуум во время замены дисков. Когда диск поворачивается в положение обработки с помощью поворотного рычага в вакуумной камере, в технологическую камеру впрыскивается небольшая доза аргона, и электрический ток напряжением 700 В постоянного тока и мощностью до 20 кВт к мишени подается . При этом из мишени образуется плазма, и пары плазмы осаждаются на диск; это перенос анод-катод. Металл покрывает сторону диска с данными (верхнюю поверхность), закрывая ямку и приземления. Этот металлический слой представляет собой отражающую поверхность, которую можно увидеть на обратной стороне (без этикетки) компакт-диска. Этот тонкий слой металла подвержен коррозии из-за различных загрязнений и поэтому защищен тонким слоем лака.

Компакт-диски печатаются безводным офсетом.

После металлизации диски передаются на центрифугу, где УФ- на новый металлизированный слой наносится отверждаемый лак. При быстром вращении лак покрывает весь диск очень тонким слоем (приблизительно 5–10 мкм). ). После нанесения лака диски подвергаются воздействию ультрафиолетовой лампы высокой интенсивности, которая быстро отверждает лак. Лак также обеспечивает поверхность для этикетки, обычно напечатанной трафаретной или офсетной печатью . Печатные краски должны быть химически совместимы с используемым лаком. Маркеры, используемые потребителями для письма на чистых поверхностях, могут привести к разрыву защитного лакового слоя, что может привести к коррозии отражающего слоя и выходу из строя компакт-диска.

Тестирование

В целях контроля качества штамп и формованные диски проверяются перед запуском в производство. Образцы диска (тестовые прессования) отбираются во время длительных производственных циклов и проверяются на постоянство качества. Прессованные диски анализируются на машине анализа сигналов. Металлический штамп также можно проверить на специально адаптированной машине анализа сигналов (большего диаметра, более хрупкой и т. д.).

Машина просканирует диск или штамп и измерит различные физические и электрические параметры. Ошибки могут быть допущены на каждом этапе производства, но процесс формования наименее подвержен корректировке. Источники ошибок легче выявляются и компенсируются в процессе мастеринга. Если ошибки слишком серьезные, штамп отбраковывается и устанавливается новый. Опытный оператор станка может интерпретировать отчет системы анализа и оптимизировать процесс формования для изготовления диска, соответствующего требуемой спецификации Rainbow Book (например, Red Book for Audio из серии Rainbow Books ).

Если дефекты не обнаружены, печать компакт-диска продолжается, поэтому этикетку можно напечатать трафаретной или офсетной печатью на верхней поверхности диска. После этого диски подсчитываются, упаковываются и отправляются.

Производители

• Цинрам (ранее)
• Мозер Баер
• Ритек
• Сони ДАДК

См. также

• Издание компакт-дисков
• Авторинг оптических дисков

Внешние ссылки

• Как делаются компакт-диски. Объясняется непрофессионалом для непрофессионалов.
• Введение в копирование компакт-дисков