Produksjon av CD-plater - Compact Disc manufacturing
Produksjon av CD- er er prosessen der kommersielle CD-er (CDer) replikeres i massemengder ved hjelp av en hovedversjon opprettet fra et kildeopptak. Dette kan enten være i lydform ( CD-Audio ) eller dataform ( CD-ROM ). Denne prosessen brukes i mestring av skrivebeskyttede CD-plater. DVDer og Blu-rays bruker lignende metoder (se Optisk plate § Produksjon av optiske plater ).
En CD kan brukes til å lagre lyd , video og data i forskjellige standardiserte formater definert i Rainbow Books . CD-er produseres vanligvis i klasse 100 (ISO 5) eller bedre renrom , for å unngå forurensning som kan føre til datakorrupsjon. De kan produseres til strenge produksjonstoleranser for bare noen få amerikanske cent per disk.
Replikering skiller seg fra duplisering (dvs. brenning brukt til CD-R og CD-RW ) da gropene og landene til en replikert CD er støpt inn i et CD-blankt, i stedet for å være brennmerker i et fargelag (i CD-R) eller områder med endrede fysiske egenskaper (i CD-RW-er). I tillegg skriver CD-brennere data sekvensielt, mens et CD-presseanlegg danner hele disken i en fysisk stemplingoperasjon, i likhet med platetrykk .
Premastering
Alle CDer er presset fra en digital datakilde, med de vanligste kildene være lav feilfrekvens CD-R eller filer fra en tilkoblet datamaskin harddisk som inneholder de ferdige data (e. G., Musikk eller datamaskinen data). Noen CD-pressesystemer kan bruke digitale masterbånd, enten i Digital Audio Tape , Exabyte , Digital Linear Tape , Digital Audio Stationary Head eller Umatic . En PCM-adapter brukes til å ta opp og hente digitale lyddata til og fra et analogt videokassettformat som Umatic eller Betamax . Imidlertid er slike kilder bare egnet for produksjon av lyd-CDer på grunn av feiloppdagelse og korrigering. Hvis kilden ikke er en CD, må innholdsfortegnelsen for CDen som skal trykkes også klargjøres og lagres på et bånd eller harddisk. I alle tilfeller unntatt CD-R- kilder, må båndet lastes opp til et mediemastringssystem for å lage TOC (Innholdsfortegnelse) for CDen. Kreativ behandling av blandede lydopptak skjer ofte i konvensjonelle CD-premaster-økter. Begrepet som ofte brukes om dette er "mastering", men det offisielle navnet, som forklart i Bob Katz-boken, Mastering Audio , utgave 1, side 18, er "premastering" fordi det fortsatt må være opprettelsen av en annen plate som bærer den forhåndsmastrede lyd som leverer arbeidsflaten som metallmasteren (stamperen) skal elektroformes på.
Mestring
Glassmestring
Glass mestring er utført i en klasse 100 (ISO 5) eller bedre rent rom eller et lukka rent miljø innenfor mestring systemet. Forurensninger som innføres i kritiske stadier av produksjonen (f.eks. Støv , pollen , hår eller røyk ) kan forårsake tilstrekkelige feil for å gjøre en mester ubrukelig. Når den er fullført, vil en CD-mester være mindre utsatt for effekten av disse forurensningene.
Under glassmastering brukes glass som underlag for å holde CD-hovedbildet mens det lages og behandles; derav navnet. Glassunderlag, merkbart større enn en CD, er runde glassplater med en diameter på ca. 240 mm og en tykkelse på 6 mm. De har ofte også en liten, stål nav på den ene side for å lette håndteringen. Underlagene er laget spesielt for CD-mastering og den ene siden er polert til den er ekstremt glatt. Selv mikroskopiske riper i glasset vil påvirke kvaliteten på CD-er som trykkes fra hovedbildet. Det ekstra området på underlaget muliggjør enklere håndtering av glassmasteren og reduserer risikoen for skade på gropen og landstrukturen når "far" -stemplet fjernes fra glassunderlaget.
Når glassunderlaget er renset ved bruk av vaskemidler og ultralydbad , plasseres glasset i en sentrifuger . Spinebeleggeren skyller glassemnet med et løsningsmiddel og bruker deretter enten fotoresist eller fargestoffpolymer, avhengig av mastringsprosessen. Rotasjon sprer fotoresist eller fargestoffpolymerbelegg jevnt over overflaten av glasset. Underlaget fjernes og bakes for å tørke belegget, og glassunderlaget er klart for mastering.
Når glasset er klart for mestring, plasseres det i en laserstråleregistrator (LBR). De fleste LBR-er er i stand til å mestre med større enn 1x hastighet, men på grunn av vekten til glassunderlaget og kravene til en CD-master, beherskes de vanligvis ikke med mer enn 8x avspillingshastighet. LBR bruker en laser til å skrive informasjonen, med en bølgelengde og endelig linse NA (numerisk blenderåpning) valgt for å produsere den nødvendige pitstørrelsen på masterblanket. For eksempel er DVD-pits mindre enn CD-pits, så det kreves en kortere bølgelengde eller høyere NA (eller begge deler) for DVD-mastering. LBR-er bruker en av to opptaksteknikker; fotoresist og ikke-fotoresist mastering. Fotoresist kommer også i to varianter; positiv fotoresist og negativ fotoresist.
Fotoresistmastring
Fotoresistmastring bruker et lysfølsomt materiale (en fotoresist ) for å lage groper og lander på CD-masterblanket. Laserstråleregistratoren bruker en dypblå eller ultrafiolett laser for å skrive mesteren. Når den utsettes for laserlyset, gjennomgår fotoresisten en kjemisk reaksjon som enten herder den (i tilfelle negativ fotoresist) eller tvert imot gjør den mer løselig (i tilfelle positiv fotoresist). Det eksponerte området blir deretter dynket i en fremkallingsløsning som fjerner den eksponerte positive fotoresisten eller den ikke-eksponerte negative fotoresisten.
Når mestringen er fullført, blir glassmasteren fjernet fra LBR og kjemisk 'utviklet'. Når utviklingen er ferdig, blir glassmasteren metallisert for å gi en overflate for stempelen som skal formes på. Deretter poleres den med smøring og tørkes ned.
Ikke-fotoresist eller fargestoff-polymer mastering
Når en laser brukes til å registrere på fargestoffpolymeren som brukes i mastering uten fotoresist (NPR), absorberer fargestoffpolymeren laserenergi som er fokusert på et presist sted; dette fordamper og danner en grop i fargestoffpolymerens overflate. Denne gropen kan skannes av en rød laserstråle som følger skjærestrålen, og kvaliteten på opptaket kan vurderes direkte og umiddelbart; for eksempel kan lydsignaler som spilles inn også spilles rett fra glassmasteren i sanntid. Pitgeometrien og kvaliteten på avspillingen kan justeres mens CD-en blir mestret, da den blå skrivelaseren og den røde leselaseren vanligvis er koblet til via et tilbakemeldingssystem for å optimalisere opptaket. Dette gjør at fargestoffpolymeren LBR kan produsere veldig konsistente groper selv om det er variasjoner i fargestoffpolymerlaget. En annen fordel med denne metoden er at variasjon i gropedybde kan programmeres under opptak for å kompensere for nedstrømsegenskapene til den lokale produksjonsprosessen (f.eks. Marginal støpeytelse). Dette kan ikke gjøres med fotoresistmastring fordi gropedybden er innstilt av PR-beleggtykkelsen, mens fargestoffpolymergroper kuttes til et belegg som er tykkere enn de tiltenkte gropene.
Denne typen mastering kalles Direct Read After Write (DRAW) og er den viktigste fordelen med noen ikke-fotoresistiske innspillingssystemer. Problemer med kvaliteten på glassemnemasteren, slik som riper, eller et ujevnt fargestoffpolymerbelegg, kan umiddelbart oppdages. Ved behov kan mestring stoppes, noe som sparer tid og øker gjennomstrømningen.
Etter mastering
Etter mestring blir glassmesteren bakt for å herde det utviklede overflatematerialet for å forberede det for metallisering. Metallisering er et kritisk trinn før elektrogalvanisk produksjon ( galvanisering ).
Den utviklede glassmasteren er plassert i en dampavsetningsmetallisator som bruker en kombinasjon av mekaniske vakuumpumper og kryopumper for å senke det totale damptrykket inne i et kammer til et hardt vakuum. Et stykke nikkeltråd blir deretter oppvarmet i en wolframbåt til hvitvarm temperatur, og nikkeldampen avsettes på den roterende glassmasteren. Glassmasteren er belagt med nikkeldamp opp til en typisk tykkelse på rundt 400 nm.
De ferdige glassmestrene blir inspisert for flekker, pinholes eller ufullstendig dekning av nikkelbelegget og overført til neste trinn i mestringsprosessen.
Elektroforming
Elektroforming forekommer i "Matrix", navnet som brukes for elektroformingsprosessområdet i mange anlegg; det er også klasse 100 (ISO 5) eller bedre renrom . Dataene (musikk, datamaskindata osv.) På den metalliserte glassmasteren er ekstremt enkle å skade og må overføres til en tøffere form for bruk i sprøytestøpeutstyret som faktisk produserer sluttproduktets optiske skiver.
Den metalliserte masteren er festet i en ledende elektrodeposisjonsramme med datasiden vendt utover og senket ned i en elektroformingstank. Spesielt forberedt og styrt tank vannet inneholder et nikkelsalt løsning (vanligvis nikkel sulfamat) ved en bestemt konsentrasjon som kan innstilles noe i forskjellige anlegg, avhengig av egenskapene ved de tidligere trinnene. Løsningen er nøye bufret for å opprettholde pH , og organiske forurensninger må holdes under en del på fem millioner for å få gode resultater. Badekaret varmes opp til ca. 50 ° C.
Glassmasteren roteres i elektroformingstanken mens en pumpe sirkulerer elektroformingsløsningen over overflaten til masteren. Når elektroformingen skrider frem, blir ikke nikkel galvanisert på overflaten av glassmasteren, siden det ville utelukke separasjon. Plating unngås heller ved passivering og i utgangspunktet fordi glasset ikke er elektroledende. I stedet Metallbelegget på glasskiven, faktisk motsatt -plater på nikkel (ikke doren) som blir elektrolytisk avsatt ved tiltrekning av elektronene på katoden, som fremstår som en metall-belagte glass mistress, eller, Premaster dorn. Elektroplettering, derimot, ville ha medført elektrodeponering direkte til doren sammen med intensjonen om at den skulle bli overholdt. Det, og de strengere kravene til temperaturkontroll og renhet til badevann, er de viktigste forskjellene mellom de to fagene elektrodeponering. Metallstemplet som først ble truffet fra det metallbelagte glasset, er metallmesteren (og vi bør ikke lage en mester fra en annen mester, da det ikke vil følge nomenklaturen til sekvensen for siring som er germane til elektroforming) Dette er helt klart en metode motsatt av normal galvanisering. En annen forskjell ved galvanisering er at nikkelens indre spenning må kontrolleres nøye, ellers vil ikke nikkelstempelet være flatt. Løsningen på løsningen er viktig, men oppnås ved kontinuerlig filtrering og vanlige anodesekkesystemer. En annen stor forskjell er at stempeltykkelsen må kontrolleres til ± 2% av den endelige tykkelsen, slik at den får plass på sprøytestøpemaskiner med svært høye toleranser for gasseringer og midtklemmer. Denne tykkelseskontrollen krever elektronisk strømstyring og ledeplater i løsningen for å kontrollere distribusjonen. Strømmen må starte ganske lavt ettersom det metalliserte laget er for tynt til å ta store strømmer, og økes jevnt. Når tykkelsen på nikkel på "elskerinnen" øker, kan strømmen økes. Den totale elektroformende strømtettheten er veldig høy, med full tykkelse på vanligvis 0,3 mm som tar omtrent en time. Delen fjernes fra tanken og metallaget skilles forsiktig fra glassubstratet. Hvis plettering skjer, må prosessen startes på nytt, fra glassmastringsfasen. Metaldelen, nå kalt "far", har de ønskede dataene som en serie støt i stedet for groper. Sprøytestøpeprosessen fungerer bedre ved å strømme rundt høye punkter i stedet for i groper på metalloverflaten. Faren blir vasket med avionisert vann og andre kjemikalier som ammoniumhydrogenperoksid, natriumhydroksid eller aceton for å fjerne alle spor av resist eller andre forurensninger. Glassmesteren kan sendes til gjenvinning, rengjøring og kontroll før gjenbruk. Hvis det oppdages mangler, vil det bli kastet eller polert på nytt .
Når renset for løst nikkel og motstå, vaskes faroverflaten og passiveres, enten elektrisk eller kjemisk, som gjør at det neste belagte laget kan skilles fra faren. Dette laget er et atomlag av absorbert oksygen som ikke endrer den fysiske overflaten. Faren klemmes tilbake i en ramme og returneres til pletteringstanken. Denne gangen er metalldelen som vokser speilbildet til faren og kalles en "mor"; ettersom dette nå er groper, kan det ikke brukes til støping.
Mor-far-sandwichen er nøye skilt, og moren blir deretter vasket, passivert og returnert til de elektroformende badene for å få et speilbilde produsert på det som kalles en sønn. De fleste støpte CDer er produsert av sønner.
Mødre kan regrows fra fedre hvis de blir skadet, eller et veldig langt løp. Hvis det håndteres riktig, er det ingen grense for antall stemplere som kan dyrkes fra en enslig mor før kvaliteten på stemplet reduseres uakseptabelt. Fedre kan brukes som stamper direkte, hvis det kreves en veldig rask snuoperasjon, eller hvis utbyttet er 100%, i hvilket tilfelle faren blir lagret bortkastet. På slutten av løpeturen skal moren absolutt lagres.
En far, mor og en samling stemplere (noen ganger kalt "sønner") er samlet kjent som en "familie". Fedre og mødre har samme størrelse som et glassunderlag, vanligvis 300 mikrometer i tykkelse. Stemplere krever ikke ekstra plass rundt utsiden av programområdet, og de blir stanset for å fjerne overflødig nikkel fra utsiden og innsiden av informasjonsområdet for å passe til formen til sprøytestøpermaskinen (IMM). Formens fysiske dimensjoner varierer avhengig av injeksjonsverktøyet som brukes.
Replikering
CD-støpemaskiner er spesialdesignede polykarbonatinjiseringsformer med høy temperatur . De har en gjennomsnittlig gjennomstrømning på 550-900 plater per time, per støpelinje. Klar polykarbonatpellets tørkes først ved rundt 130 grader Celsius i tre timer (nominelt; dette avhenger av hvilken optisk kvalitet harpiks som er i bruk) og mates via vakuumtransport til den ene enden av injeksjonsstøperens fat (dvs. tilførselshalsen) og blir flyttet til injeksjonskammeret via en stor skrue inni fatet. Tønnen, innpakket med varmebånd som varierer i temperatur fra ca 210 til 320 grader Celsius, smelter polykarbonatet. Når formen er lukket, beveger skruen seg fremover for å injisere smeltet plast i formhulen. Når formen er full, kjøler det ned kaldt vann gjennom formhalvdelene utenfor hulrommet, slik at det stivner noe . Hele prosessen fra formens lukking, injeksjon og åpning igjen tar omtrent 3 til 5 sekunder.
Den støpte "skiven" (referert til som en "grønn" plate, mangler sluttbehandling) fjernes fra formen ved vakuumhåndtering ; høyhastighets robotarmer med vakuum sugekapper. De flyttes på målebåndets innføringstransportør eller kjøleplass som forberedelse for metallisering. På dette tidspunktet er platene klare og inneholder all ønsket digital informasjon; de kan imidlertid ikke spilles fordi det ikke er noe reflekterende lag.
Skivene passerer, en om gangen, inn i metallisatoren, et lite kammer ved omtrent 10 −3 Torr (130 mPa ) vakuum. Prosessen kalles " sputtering ". Metallisatoren inneholder et "mål" av metall - nesten alltid en legering av (for det meste) aluminium og små mengder andre metaller. Det er et lastelåsesystem (ligner på en luftsluse ), slik at prosesskammeret kan holdes i høyt vakuum når skivene byttes ut. Når skiven roteres til prosesseringsposisjonen av en svingarm i vakuumkammeret, injiseres en liten dose argongass i prosesskammeret, og en 700 volt likestrøm på opptil 20 kW påføres målet. Dette produserer et plasma fra målet, og plasmadampen avsettes på platen; det er en anode-katodeoverføring. Metallet belegger datasiden på platen (øvre overflate), som dekker gropen og lander. Dette metallaget er den reflekterende overflaten som kan sees på baksiden av en CD. Dette tynne laget av metall er utsatt for korrosjon fra forskjellige forurensninger og er derfor beskyttet av et tynt lag med lakk.
Etter metallisering overføres skivene til en sentrifugeringsmateriale, der UV- herdbar lakk fordeles på det nylig metalliserte laget. Ved rask spinning belegger lakken hele skiven med et veldig tynt lag (ca. 5 til 10 mikrometer). Etter at lakken er påført passerer skivene under en UV-lampe med høy intensitet som herder lakken raskt. Lakken gir også en overflate for en etikett, vanligvis serigrafisk eller offsetrykt . Trykkfarge (r) må være kjemisk kompatible med lakken som brukes. Merkere som brukes av forbrukere til å skrive på blanke overflater, kan føre til brudd i det beskyttende lakklaget, noe som kan føre til korrosjon av det reflekterende laget og feil på CDen.
Testing
For kvalitetskontroll testes både stempelen og de støpte skivene før en produksjonskjøring. Prøver på platen (testpressing) tas under lange produksjonsløp og testes for kvalitetskonsistens. Pressede plater analyseres på en signalanalysemaskin. Metallstemplet kan også testes på en signalanalysemaskin som er spesialtilpasset (større diameter, mer skjør, ...). Maskinen vil "spille" platen eller stampe og måle forskjellige fysiske og elektriske parametere. Feil kan innføres i hvert trinn i produksjonen, men støpeprosessen er minst gjenstand for justering. Feilkilder blir lettere identifisert og kompensert for under mestring. Hvis feilene er for alvorlige, avvises stamperen og en erstatning installeres. En erfaren maskinoperatør kan tolke rapporten fra analysesystemet og optimalisere støpeprosessen for å lage en plate som oppfyller den nødvendige Rainbow Book-spesifikasjonen (f.eks. Red Book for Audio fra Rainbow Books- serien).
Hvis det ikke blir funnet feil, fortsetter CDen å skrive ut slik at en etikett kan skjermes eller forskyves på den øverste overflaten av platen. Deretter telles, pakkes og sendes plater.
Produsenter
- Cinram (tidligere)
- Moser Baer
- Ritek
- Sony DADC
- SYMCON Mastering