Produkcja płyt kompaktowych

Płyta kompaktowa w pudełku z biżuterią .

Produkcja płyt kompaktowych to proces masowego powielania komercyjnych płyt kompaktowych (CD) przy użyciu wersji wzorcowej utworzonej z nagrania źródłowego. Może to być w formie audio ( CD-DA ) lub w formie danych ( CD-ROM ). Ten proces jest używany do masteringu płyt kompaktowych tylko do odczytu. Płyty DVD i Blu-ray wykorzystują podobne metody (patrz Dysk optyczny § Produkcja dysków optycznych ).

Płyta CD może być używana do przechowywania audio , wideo i danych w różnych znormalizowanych formatach zdefiniowanych w Rainbow Books . Płyty CD są zwykle produkowane w pomieszczeniu czystym klasy 100 (ISO 5) lub lepszej , aby uniknąć zanieczyszczenia, które mogłoby spowodować uszkodzenie danych. Można je wytwarzać z zachowaniem ścisłych tolerancji produkcyjnych za zaledwie kilka centów amerykańskich za dysk.

Replikacja różni się od powielania (tj. wypalania stosowanego w przypadku płyt CD-R i CD-RW ) tym, że wgłębienia i obszary zreplikowanej płyty CD są formowane w pusty dysk CD, a nie są śladami wypalenia w warstwie barwnika (na płytach CD-R) lub obszarach o zmienionych właściwościach fizycznych (na płytach CD-RW). Ponadto nagrywarki CD zapisują dane sekwencyjnie, podczas gdy tłocznia płyt CD formuje cały dysk w jednej fizycznej operacji stemplowania, podobnie jak w przypadku tłoczenia płyt .

Premastering

Wszystkie płyty CD są tłoczone z cyfrowego źródła danych, przy czym najczęstszymi źródłami są płyty CD-R o niskim poziomie błędów lub pliki z podłączonego dysku twardego komputera zawierające gotowe dane (np. Muzyka lub dane komputerowe). Niektóre systemy tłoczenia płyt CD mogą wykorzystywać cyfrowe taśmy-matki w formacie Digital Audio Tape , Exabyte , Digital Linear Tape , Digital Audio Stacjonarna głowica lub Umatic . Adapter PCM służy do nagrywania i pobierania cyfrowych danych audio do iz formatu analogowej kasety wideo, takiego jak Umatic lub Betamax . Jednak takie źródła nadają się tylko do produkcji płyt audio CD ze względu na problemy z wykrywaniem i korekcją błędów. Jeśli źródłem nie jest płyta CD, spis treści płyty CD, który ma być wytłoczony i zapisać go na taśmie lub dysku twardym. We wszystkich przypadkach, z wyjątkiem CD-R , taśma musi zostać przesłana do systemu masteringu multimediów, aby utworzyć spis treści dla płyty CD. Twórcze przetwarzanie zmiksowanych nagrań audio często ma miejsce podczas konwencjonalnych sesji wstępnego masteringu płyt CD. Terminem często używanym w tym celu jest „mastering”, ale oficjalna nazwa, jak wyjaśniono w książce Boba Katza „ Mastering Audio” , wydanie 1, strona 18, to „premastering”, ponieważ wciąż musi powstać kolejna płyta zawierająca wstępnie zmasterowany materiał. dźwięk, który dostarcza powierzchnię roboczą, na której metalowa matryca (stempel) będzie elektroformowana.

Opanowanie

Opanowanie szkła

szkła odbywa się w pomieszczeniu czystym klasy 100 (ISO 5) lub lepszej lub w zamkniętym czystym środowisku w ramach systemu masteringu. Zanieczyszczenia wprowadzone podczas krytycznych etapów produkcji (np. kurz , pyłki , włosy lub dym ) mogą powodować błędy wystarczające do tego, aby wzorzec był bezużyteczny. Po pomyślnym zakończeniu master CD będzie mniej podatny na skutki tych zanieczyszczeń.

Podczas masteringu szkła szkło jest używane jako podłoże do przechowywania wzorcowego obrazu CD podczas jego tworzenia i przetwarzania; stąd nazwa. Szklane podłoża, zauważalnie większe niż płyta CD, to okrągłe tafle szkła o średnicy około 240 mm i grubości 6 mm. Często mają również małą, stalową piastę z jednej strony, aby ułatwić obsługę. Podłoża są tworzone specjalnie do masteringu płyt CD, a jedna strona jest polerowana, aż będzie wyjątkowo gładka. Nawet mikroskopijne rysy na szkle będą miały wpływ na jakość płyt CD wytłoczonych z obrazu wzorcowego. Dodatkowa powierzchnia na podłożu pozwala na łatwiejszą obsługę wzornika i zmniejsza ryzyko uszkodzenia struktury wgłębienia i gruntu, gdy stempel „ojca” jest usuwany ze szklanego podłoża.

Po oczyszczeniu podłoża szklanego za pomocą detergentów i kąpieli ultradźwiękowych szkło umieszcza się w powlekarce obrotowej . Powlekarka wirowa przemywa szklany półfabrykat rozpuszczalnikiem , a następnie nakłada fotorezyst lub polimer barwnikowy, w zależności od procesu masteringu. Obracanie powoduje równomierne rozprowadzenie fotorezystu lub powłoki barwnikowo-polimerowej na powierzchni szkła. Podłoże jest usuwane i wypalane w celu wysuszenia powłoki, a szklane podłoże jest gotowe do masteringu.

Gdy szkło jest gotowe do masteringu, umieszczane jest w rejestratorze wiązki laserowej (LBR). Większość płyt LBR jest zdolna do masteringu z prędkością większą niż 1x, ale ze względu na wagę szklanego podłoża i wymagania mastera CD są one zwykle masterowane z szybkością odtwarzania nie większą niż 8x. LBR używa lasera do zapisywania informacji, z długością fali i ostateczną soczewką NA (apertura numeryczna) wybraną w celu uzyskania wymaganego rozmiaru wgłębienia na blankiecie wzorcowym. Na przykład wgłębienia DVD są mniejsze niż wgłębienia CD, więc do masteringu DVD potrzebna jest krótsza długość fali lub wyższa NA (lub jedno i drugie). LBR wykorzystują jedną z dwóch technik nagrywania; mastering fotorezystu i niefotorezystu. Fotorezyst występuje również w dwóch wariantach; fotorezyst dodatni i fotorezyst negatywny.

Opanowanie fotorezystu

Mastering fotorezystu wykorzystuje światłoczuły materiał (fotorezyst ) do tworzenia wgłębień i lądowań na półfabrykacie płyty CD. Rejestrator wiązki laserowej wykorzystuje ciemnoniebieski lub ultrafioletowy laser do zapisu wzorca. Pod wpływem światła lasera fotorezyst przechodzi reakcję chemiczną, która albo twardnieje (w przypadku fotorezystu negatywowego), albo przeciwnie, czyni go bardziej rozpuszczalnym (w przypadku fotorezystu pozytywowego). Naświetlony obszar jest następnie moczony w roztworze wywoływacza, który usuwa naświetloną pozytywową fotorezyst lub nienaświetloną fotorezyst negatywową.

Po zakończeniu masteringu wzornik szklany jest usuwany z LBR i chemicznie „rozwijany”. Po zakończeniu wywoływania wzornik szklany jest metalizowany , aby zapewnić powierzchnię, na której ma zostać uformowany stempel. Następnie jest polerowany za pomocą smaru i wycierany.

Mastering bez fotorezystu lub polimeru barwnikowego

Kiedy laser jest używany do nagrywania na polimerze barwnikowym używanym w masteringu bez fotorezystu (NPR), polimer barwnikowy pochłania energię lasera skupioną w precyzyjnym miejscu; to odparowuje i tworzy wgłębienie na powierzchni barwnika-polimeru. Ten dół można skanować za pomocą czerwonej wiązki laserowej podążającej za wiązką tnącą, a jakość nagrania można bezpośrednio i natychmiast ocenić; na przykład nagrywane sygnały audio mogą być odtwarzane bezpośrednio z szklanego wzorca w czasie rzeczywistym. Geometria wgłębień i jakość odtwarzania można regulować podczas masteringu płyty CD, ponieważ niebieski laser piszący i czerwony laser czytający są zwykle połączone za pomocą systemu sprzężenia zwrotnego w celu optymalizacji nagrywania. Dzięki temu barwnik-polimer LBR może wytwarzać bardzo spójne wgłębienia, nawet jeśli występują różnice w warstwie barwnik-polimer. Inną zaletą tej metody jest to, że podczas rejestracji można zaprogramować zmienność głębokości wgłębienia, aby skompensować późniejsze charakterystyki lokalnego procesu produkcyjnego (np. wydajność formowania brzegowego). Nie można tego zrobić za pomocą masteringu fotorezystu, ponieważ głębokość wgłębień jest ustalana przez grubość powłoki PR, podczas gdy wgłębienia barwnikowo-polimerowe są wycinane w powłoce grubszej niż zamierzone wgłębienia.

Ten rodzaj masteringu nosi nazwę Direct Read After Write (DRAW) i jest główną zaletą niektórych systemów nagrywania bez fotorezystu. Problemy z jakością matrycy szklanej, takie jak zarysowania lub nierówna powłoka barwnikowo-polimerowa, mogą zostać natychmiast wykryte. W razie potrzeby mastering można zatrzymać, oszczędzając czas i zwiększając przepustowość.

Post-mastering

Po masteringu, glassmaster jest wypalany w celu utwardzenia opracowanego materiału powierzchniowego w celu przygotowania go do metalizacji. Metalizacja jest krytycznym etapem poprzedzającym produkcję galwaniczną ( galwanizacja ).

Opracowany wzornik szkła jest umieszczany w metalizatorze do osadzania z fazy gazowej , który wykorzystuje kombinację mechanicznych pomp próżniowych i pomp kriogenicznych w celu obniżenia całkowitego ciśnienia pary wewnątrz komory do twardej próżni. Kawałek niklowego jest następnie podgrzewany w wolframowej łódce do białej temperatury, a opary niklu osadzają się na obracającej się szklanej matrycy. Wzornik szkła jest powlekany parą niklu do typowej grubości około 400 nm.

Gotowe wzorniki szklane są sprawdzane pod kątem plam, dziurek lub niepełnego pokrycia powłoki niklowej i przekazywane do kolejnego etapu procesu masteringu.

Elektroformowanie

Przykład stempla stosowanego w procesie replikacji płyt kompaktowych

Galwanoplastyka występuje w „Matrix”, nazwie używanej dla obszaru procesu galwanoplastyki w wielu zakładach; jest to również pomieszczenie czyste klasy 100 (ISO 5) lub lepszej . Dane (muzyka, dane komputerowe itp.) na matrycy ze szkła metalizowanego są niezwykle łatwe do uszkodzenia i muszą zostać przeniesione do twardszej formy do wykorzystania w sprzęcie do formowania wtryskowego, który faktycznie wytwarza dyski optyczne produktu końcowego.

Metalizowana matryca jest mocowana w przewodzącej ramie do osadzania elektrolitycznego stroną z danymi skierowaną na zewnątrz i opuszczana do zbiornika do galwanoplastyki. Specjalnie przygotowana i kontrolowana woda w zbiorniku zawiera soli niklu (zwykle sulfaminian niklu) o określonym stężeniu, które można nieznacznie dostosować w różnych instalacjach, w zależności od charakterystyki poprzednich etapów. Roztwór jest ostrożnie buforowany, aby utrzymać jego pH , a zanieczyszczenia organiczne muszą być utrzymywane poniżej jednej części na pięć milionów, aby uzyskać dobre wyniki. Łaźnię ogrzewa się do około 50°C.

Szklana matryca jest obracana w zbiorniku do galwanoplastyki, podczas gdy pompa cyrkuluje roztwór do galwanoplastyki po powierzchni matrycy. W miarę postępu galwanoplastyki nikiel nie jest nakładany galwanicznie na powierzchnię wzornika szkła, ponieważ wykluczałoby to separację. Platerowania raczej unika się poprzez pasywację i początkowo dlatego, że szkło nie przewodzi prądu elektrycznego. Zamiast tego metalowa powłoka na szklanym dysku, w rzeczywistości odwraca -płytki na nikiel (nie na trzpień), który jest osadzany elektrolitycznie przez przyciąganie elektronów na katodzie, która przedstawia się jako pokryta metalem szklana kochanka lub, premaster kleszczak. Z drugiej strony galwanizacja wiązałaby się z osadzeniem elektrolitycznym bezpośrednio na trzpieniu z zamiarem jego przylegania. To oraz bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące kontroli temperatury i czystości wody do kąpieli są głównymi różnicami między dwiema dyscyplinami elektroosadzania. Metalowy stempel wycięty jako pierwszy z powlekanego metalem szkła jest wzorcem metalu (i nie powinniśmy robić wzorca z innego wzorca, ponieważ nie byłoby to zgodne z nomenklaturą sekwencji tworzenia, która jest istotna dla elektroformowania) Jest to z pewnością metoda w przeciwieństwie do zwykłego galwanizacji. Inną różnicą w stosunku do galwanizacji jest to, że wewnętrzne naprężenia niklu muszą być dokładnie kontrolowane, w przeciwnym razie stempel niklu nie będzie płaski. Czystość roztworu jest ważna, ale osiąga się ją poprzez ciągłą filtrację i zwykłe systemy worków anodowych. Inną dużą różnicą jest to, że grubość stempla musi być kontrolowana z dokładnością do ±2% grubości końcowej, tak aby pasowała do wtryskarek o bardzo wysokich tolerancjach pierścieni gazujących i zacisków środkowych. Ta kontrola grubości wymaga elektronicznej kontroli prądu i przegród w roztworze w celu kontrolowania dystrybucji. Prąd musi zaczynać się dość nisko, ponieważ metalizowana warstwa jest zbyt cienka, aby przyjąć duże prądy i jest stale zwiększana. Wraz ze wzrostem grubości niklu na szklanej „kochance” prąd można zwiększyć. Pełna gęstość prądu galwanoformowania jest bardzo wysoka, a pełna grubość, zwykle 0,3 mm, zajmuje około jednej godziny. Część jest wyjmowana ze zbiornika, a warstwa metalu ostrożnie oddzielana od szklanego podłoża. W przypadku galwanizacji proces należy rozpocząć od nowa, od fazy masteringu szkła. Metalowa część, nazywana teraz „ojcem”, ma pożądane dane w postaci serii wypukłości, a nie wgłębień. Proces formowania wtryskowego działa lepiej, przepływając wokół wysokich punktów, a nie do wgłębień na metalowej powierzchni. Ojciec jest myty wodą dejonizowaną i innymi chemikaliami, takimi jak amoniakalny nadtlenek wodoru, wodorotlenek sodu lub aceton , aby usunąć wszelkie ślady maski lub innych zanieczyszczeń. Szkło wzorcowe można wysłać do regeneracji, czyszczenia i sprawdzenia przed ponownym użyciem. W przypadku wykrycia defektów zostanie ona wyrzucona lub ponownie wypolerowana i poddana recyklingowi .

Po oczyszczeniu z luźnego niklu i rezystancji, powierzchnia ojca jest myta i pasywowana, elektrycznie lub chemicznie, co pozwala na oddzielenie kolejnej platerowanej warstwy od ojca. Warstwa ta jest atomową warstwą zaabsorbowanego tlenu, która nie zmienia fizycznej powierzchni. Ojciec jest ponownie mocowany do ramy i wraca do zbiornika galwanicznego. Tym razem wyhodowana metalowa część jest lustrzanym odbiciem ojca i nazywana jest „matką”; ponieważ jest to teraz doły, nie można go używać do formowania.

Kanapka matka-ojciec jest ostrożnie oddzielana, a następnie matka jest myta, pasywowana i ponownie umieszczana w kąpieli elektroformującej w celu uzyskania lustrzanego odbicia zwanego synem. Większość formowanych płyt CD jest produkowana z synów.

Matki mogą odrodzić się od ojców, jeśli ulegną uszkodzeniu lub bardzo długo. Przy prawidłowym postępowaniu nie ma ograniczeń co do liczby stempli, które można wyhodować z jednej matki, zanim jakość stempla spadnie do niedopuszczalnego poziomu. Ojców można użyć bezpośrednio jako stempla, jeśli wymagany jest bardzo szybki zwrot lub jeśli wydajność wynosi 100%, w którym to przypadku ojciec byłby niepotrzebnie przechowywany. Pod koniec biegu matka z pewnością ma być przechowywana.

Ojciec, matka i kolekcja stempli (czasami nazywani „synami”) są zbiorczo określani jako „rodzina”. Ojcowie i matki są tego samego rozmiaru co szklane podłoże, zwykle o grubości 300 μm. Stemple nie wymagają dodatkowej przestrzeni na zewnątrz obszaru programu i są dziurkowane w celu usunięcia nadmiaru niklu z zewnątrz i wewnątrz obszaru informacyjnego w celu dopasowania do formy wtryskarki (IMM). Fizyczne wymiary formy różnią się w zależności od używanego oprzyrządowania wtryskowego.

Replikacja

Maszyny do formowania płyt CD to specjalnie zaprojektowane wysokotemperaturowe maszyny do formowania wtryskowego poliwęglanu . Ich średnia przepustowość wynosi 550-900 krążków na godzinę na linię formierską. Przezroczyste granulki poliwęglanu są najpierw suszone w temperaturze około 130 stopni Celsjusza przez trzy godziny (wartość nominalna; zależy to od użytej żywicy optycznej) i podawane przez transport próżniowy do jednego końca tulei wtryskarki (tj. gardzieli zasilającej) i są przenoszone do komory wtryskowej za pomocą dużej śruby wewnątrz lufy. Beczka owinięta opaskami grzejnymi o temperaturze od około 210 do 320 stopni Celsjusza topi poliwęglan. Gdy forma jest zamknięta, śruba przesuwa się do przodu, aby wstrzyknąć stopione tworzywo sztuczne do wnęki formy. Gdy forma jest pełna, chłodna woda przepływająca przez połówki formy na zewnątrz wnęki chłodzi tworzywo sztuczne, powodując jego zestalenie . Cały proces od zamknięcia formy, wtrysku i ponownego otwarcia zajmuje około 3 do 5 sekund.

Uformowany „krążek” (określany jako „zielony” krążek, bez ostatecznej obróbki) jest usuwany z formy przez obróbkę próżniową ; ramiona robotów o dużej prędkości z przyssawkami próżniowymi. Są one przesuwane na przenośnik podający linii wykańczającej lub stację schładzania w ramach przygotowania do metalizacji. W tym momencie dyski są czyste i zawierają wszystkie pożądane informacje cyfrowe; nie można ich jednak odtwarzać, ponieważ nie ma warstwy odblaskowej.

Dyski przechodzą pojedynczo do metalizatora, małej komory, w której panuje próżnia około 10-3 Torr ( 130 mPa ). Proces ten nazywa się „ rozpylaniem ”. Metalizator zawiera metalowy „cel” – prawie zawsze stop (głównie) aluminium i niewielkie ilości innych metali. Istnieje system blokady ładunku (podobny do śluzy powietrznej ), dzięki czemu komora procesowa może być utrzymywana w wysokiej próżni podczas wymiany dysków. Gdy dysk jest obracany do pozycji roboczej za pomocą obrotowego ramienia w komorze próżniowej, niewielka dawka argonu jest wtryskiwana do komory procesowej, a do tarczy przykładany jest prąd elektryczny o napięciu 700 V i mocy do 20 kW . To wytwarza plazmę z celu, a opary plazmy osadzają się na dysku; jest to transfer anoda-katoda. Metal pokrywa stronę danych dysku (górną powierzchnię), zakrywając wgłębienie i obszary. Ta metalowa warstwa to odbijająca światło powierzchnia, którą można zobaczyć na odwrocie (strona bez etykiety) płyty CD. Ta cienka warstwa metalu jest narażona na korozję powodowaną przez różne zanieczyszczenia i dlatego jest chroniona cienką warstwą lakieru.

Płyty CD drukowane są techniką offsetową bezwodną

Po metalizacji krążki przechodzą do maszyny do powlekania obrotowego, gdzie lakier utwardzany promieniami UV jest nakładany na nowo metalizowaną warstwę. Dzięki szybkiemu wirowaniu lakier pokrywa cały krążek bardzo cienką warstwą (około 5 do 10 μm). Po nałożeniu lakieru krążki przechodzą pod lampę UV o dużej intensywności, która szybko utwardza ​​lakier. Lakier zapewnia również powierzchnię dla etykiety, zazwyczaj drukowanej sitodrukiem lub drukiem offsetowym . Farby drukarskie muszą być chemicznie kompatybilne z zastosowanym lakierem. Markery używane przez konsumentów do pisania na czystych powierzchniach mogą prowadzić do pęknięć warstwy lakieru ochronnego, co może prowadzić do korozji warstwy odblaskowej i uszkodzenia płyty CD.

Testowanie

W celu kontroli jakości zarówno stempel, jak i uformowane tarcze są testowane przed serią produkcyjną. Podczas długich serii produkcyjnych pobierane są próbki krążków (wytłoczki testowe) i testowane pod kątem spójności jakości. Wytłoczone płyty są analizowane na maszynie do analizy sygnału. Metalowy stempel można również przetestować na specjalnie przystosowanej maszynie do analizy sygnału (większa średnica, bardziej delikatna, ...). Maszyna „odtworzy” płytę lub stempel i zmierzy różne parametry fizyczne i elektryczne. Błędy można wprowadzać na każdym etapie produkcji, ale proces formowania jest najmniej podatny na poprawki. Źródła błędów są łatwiej identyfikowane i kompensowane podczas masteringu. Jeśli błędy są zbyt poważne, stempel jest odrzucany i instalowany jest zamiennik. Doświadczony operator maszyny może zinterpretować raport z systemu analitycznego i zoptymalizować proces formowania, aby uzyskać płytę spełniającą wymaganą specyfikację Rainbow Book (np. Red Book for Audio z serii Rainbow Books ) .

Jeśli nie zostaną znalezione żadne defekty, płyta CD będzie dalej drukowana, więc etykieta może zostać wydrukowana sitodrukiem lub offsetem na górnej powierzchni płyty. Następnie dyski są liczone, pakowane i wysyłane.

Producenci

Zobacz też

Linki zewnętrzne