Výroba kompaktních disků - Compact Disc manufacturing
Výroba kompaktních disků je proces, při kterém se komerční kompaktní disky (CD) replikují v hromadných množstvích pomocí hlavní verze vytvořené ze zdrojového záznamu. Může to být ve zvukové podobě ( CD-Audio ) nebo v datové podobě ( CD-ROM ). Tento proces se používá při masteringu kompaktních disků jen pro čtení. DVD a Blu-ray používají podobné metody (viz Výroba optických disků § Výroba optických disků ).
CD lze použít k ukládání zvuku , videa a dat v různých standardizovaných formátech definovaných v Rainbow Books . CD se obvykle vyrábějí ve třídě 100 (ISO 5) nebo v lepších čistých prostorách , aby nedošlo ke kontaminaci, která by vedla k poškození dat. Mohou být vyrobeny s přísnými výrobními tolerancemi pouze za několik amerických centů na disk.
Replikace se liší od duplikace (tj. Vypalování používaného pro disky CD-R a CD-RW ), protože jámy a pozemky replikovaného CD jsou formovány do prázdného místa CD, místo aby byly vypalovacími značkami ve vrstvě barviva (na CD-R) nebo v oblastech se změněnými fyzikálními vlastnostmi (na CD-RW). Kromě toho vypalovačky disků CD zapisují data postupně, zatímco lisovací zařízení CD tvoří celý disk v jedné fyzické operaci ražení, podobně jako lisování záznamu .
Premastering
Všechna CD jsou lisována ze zdroje digitálních dat, přičemž nejběžnějšími zdroji jsou disky CD-R s nízkou chybovostí nebo soubory z připojeného pevného disku počítače, které obsahují hotová data (např. Hudba nebo počítačová data). Některé systémy pro lisování CD mohou používat digitální pásky, buď ve formátech Digital Audio Tape , Exabyte , Digital Linear Tape , Digital Audio Stationary Head nebo Umatic . PCM adaptér se používá pro záznam a načítání digitálních zvukových dat do a z analogového videocassette formátu, jako UMATIC nebo Betamax . Tyto zdroje jsou však vhodné pouze pro výrobu zvukových CD kvůli problémům s detekcí chyb a opravami. Pokud zdrojem není CD, musí být také připraven obsah lisovaného CD a uložen na pásku nebo pevném disku. Ve všech případech kromě zdrojů CD-R musí být páska nahrána do systému masteringu médií, aby se vytvořil obsah (TOC) pro CD. Kreativní zpracování smíšených zvukových nahrávek se často vyskytuje v konvenčních CD premasteringových relacích. Často používaný termín je „mastering“, ale oficiální název, jak je vysvětlen v knize Boba Katze, Mastering Audio , vydání 1, strana 18, je „premastering“, protože stále musí existovat vytvoření dalšího disku nesoucího premastered zvuk, který dodává pracovní plochu, na které bude kovový master (stamper) elektroformován.
Mastering
Skleněné mistrovství
Mastering skla se provádí ve třídě 100 (ISO 5) nebo lepší čisté místnosti nebo v uzavřeném čistém prostředí v rámci masteringového systému. Kontaminanty zavedené během kritických fází výroby (např. Prach , pyl , vlasy nebo kouř ) mohou způsobit dostatečné chyby, aby se hlavní jednotka stala nepoužitelnou. Po úspěšném dokončení bude CD master méně citlivý na účinky těchto kontaminantů.
Během masteringu skla se sklo používá jako podklad k držení hlavního obrazu CD, zatímco je vytvářen a zpracováván; odtud název. Skleněné podklady, znatelně větší než CD, jsou kulaté skleněné desky o průměru přibližně 240 mm a tloušťce 6 mm. Často mají na jedné straně také malý ocelový náboj, který usnadňuje manipulaci. Podklady jsou vytvořeny speciálně pro mastering CD a jedna strana je leštěna, dokud není extrémně hladká. Dokonce i mikroskopické škrábance ve skle ovlivní kvalitu CD lisovaných z hlavního obrazu. Extra plocha na substrátu umožňuje snadnější manipulaci se skleněnou matricí a snižuje riziko poškození jámy a struktury půdy, když je ze skleněného substrátu odstraněn otisk „otce“.
Jakmile je skleněný substrát vyčištěn pomocí saponátů a ultrazvukových lázní , je sklo umístěno do odstředivého potahovacího zařízení . Odstřeďovací potah propláchne skleněný polotovar rozpouštědlem a poté aplikuje buď fotorezist, nebo barvivový polymer v závislosti na procesu masteringu. Rotace rovnoměrně rozprostírá fotorezist nebo barvivo-polymerový povlak po povrchu skla. Substrát se odstraní a upeče, aby se povlak vysušil a skleněný substrát je připraven k masteringu.
Jakmile je sklo připraveno k masteringu, je umístěno do zapisovače laserového paprsku (LBR). Většina LBR je schopna mastering při rychlosti vyšší než 1 x, ale vzhledem k hmotnosti skleněného substrátu a požadavkům CD masteru se obvykle mastering provádí při maximálně 8násobné rychlosti přehrávání. LBR používá k zápisu informací laser, s vlnovou délkou a finální čočkou NA (numerická clona) zvolenou pro vytvoření požadované velikosti jámy na hlavním polotovaru. Například jamky DVD jsou menší než jamky CD, takže pro mastering DVD je zapotřebí kratší vlnová délka nebo vyšší NA (nebo obojí). LBR používají jednu ze dvou technik záznamu; mastering fotorezistů a nefotorezistů. Fotorezist také přichází ve dvou variantách; pozitivní fotorezist a negativní fotorezist.
Mastering fotorezistu
Mastering fotorezistů používá materiál citlivý na světlo ( fotorezist ) k vytvoření jam a přistání na blanku hlavního CD. Zapisovač laserového paprsku používá k zápisu matrice tmavomodrý nebo ultrafialový laser . Při vystavení laserovému světlu prochází fotorezist chemickou reakcí, která ji buď vytvrzuje (v případě negativního fotorezistu), nebo naopak zvyšuje jeho rozpustnost (v případě pozitivního fotorezistu). Exponovaná oblast je poté namočena ve vývojovém roztoku, který odstraní exponovaný pozitivní fotorezist nebo neexponovaný negativní fotorezist.
Po dokončení masteringu je skleněný master odstraněn z LBR a chemicky „vyvinut“. Jakmile je vývoj dokončen, sklářská matrice je pokovená, aby poskytla povrch pro formování pěchovadla. Poté se vyleští mazáním a otře se.
Mastering bez fotorezistu nebo barviva a polymeru
Když se pro záznam na barvivový polymer použitý při masteringu bez fotorezistu (NPR) použije laser, absorbuje barvivový polymer laserovou energii zaměřenou na přesné místo; toto se odpaří a vytvoří jámu na povrchu barvivového polymeru. Tuto jámu lze naskenovat červeným laserovým paprskem, který sleduje řezací paprsek, a kvalitu záznamu lze přímo a okamžitě vyhodnotit; například zaznamenávané zvukové signály lze také přehrávat přímo z předlohy skla v reálném čase. Geometrii jamky a kvalitu přehrávání lze upravit během zvládnutí CD, protože modrý psací laser a červený čtecí laser jsou obvykle spojeny prostřednictvím zpětnovazebního systému, aby se optimalizoval záznam. To umožňuje, aby barvivo-polymer LBR produkoval velmi konzistentní jámy, i když existují rozdíly ve vrstvě barviva-polymeru. Další výhodou této metody je, že během záznamu lze naprogramovat variaci hloubky jámy, aby se vyrovnaly následné vlastnosti místního výrobního procesu (např. Mezní výkonnost formování). To nelze provést masteringem fotorezistů, protože hloubka jámy je dána tloušťkou povlaku PR, zatímco jamky s barvivem a polymerem jsou řezány na vrstvu silnější než zamýšlené jamky.
Tento typ masteringu se nazývá Direct Read After Write (DRAW) a je hlavní výhodou některých nahrávacích systémů bez fotorezistu. Okamžitě lze zjistit problémy s kvalitou předlohy skleněného polotovaru, jako jsou škrábance nebo nerovnoměrný povlak barviva a polymeru. V případě potřeby lze mastering zastavit, což šetří čas a zvyšuje výkon.
Post-mastering
Po zvládnutí se sklářský mistr upeče, aby se rozvinutý povrchový materiál vytvrdil a připravil na metalizaci. Metalizace je kritickým krokem před elektrogalvanickou výrobou ( galvanickým pokovováním ).
Vyvinutý skleněný master je umístěn v metalizátoru s depozicí par, který používá kombinaci mechanických vakuových čerpadel a kryopump ke snížení celkového tlaku par v komoře na tvrdé vakuum. Kus niklového drátu se poté zahřeje ve wolframovém člunu na bílo-horkou teplotu a páry niklu se usadí na rotující skleněné předloze. Skleněná matrice je potažena parami niklu až do typické tloušťky kolem 400 nm.
Hotové skleněné předlohy jsou zkontrolovány, zda neobsahují skvrny, díry nebo neúplné pokrytí niklového povlaku, a jsou předány k dalšímu kroku procesu masteringu.
Elektroformování
K elektroformování dochází v „Matrixu“, názvu používaném pro oblast procesu elektroformování v mnoha závodech; je to také třída 100 (ISO 5) nebo lepší čistá místnost . Data (hudba, počítačová data atd.) Na matrici z metalizovaného skla se extrémně snadno poškodí a musí být přenesena do tvrdší formy pro použití ve vstřikovacím zařízení, které ve skutečnosti produkuje optické disky konečného produktu.
Pokovená matrice je upnuta do vodivého elektrodepozičního rámu s datovou stranou směrem ven a spuštěna do elektroformovací nádrže. Speciálně připravená a řízená voda z nádrže obsahuje roztok soli niklu (obvykle sulfamát nikelnatý) v určité koncentraci, kterou lze v různých zařízeních mírně upravit v závislosti na vlastnostech předchozích kroků. Roztok je pečlivě pufrován, aby se udrželo jeho pH , a pro dobré výsledky je nutné udržovat organické kontaminanty pod jednou částí na pět milionů. Lázeň se zahřeje na přibližně 50 ° C.
Skleněná matrice se otáčí v elektroformovací nádrži, zatímco čerpadlo cirkuluje roztok pro elektroformování po povrchu matrice. Jak postupuje elektroformování, nikl není galvanicky pokovován na povrch skleněné předlohy, protože by to vylučovalo oddělení. Pokovování se spíše vyhýbá pasivací a zpočátku proto, že sklo není elektricky vodivé. Místo toho, kovový povlak na skleněném disku, ve skutečnosti reverzní desky na nikl (ne trn), který je elektrodepozitivně přitahován elektrony na katodě, která se prezentuje jako kovem potažená skleněná milenka, nebo premaster trn. Galvanické pokovování by na druhé straně znamenalo elektrolytické nanášení přímo na trn spolu se záměrem, aby zůstalo dodržováno. To a přísnější požadavky na regulaci teploty a čistotu vody ve vaně jsou hlavní rozdíly mezi dvěma disciplínami elektrolytického nanášení. Kovový pěchovač nejprve zasažený z pokoveného skla je kovový mistr (a neměli bychom dělat mistra z jiného mistra, protože by to nesledovalo nomenklaturu posloupnosti otroctví, která je germane pro elektroformování) Toto je jasně metoda oproti běžnému galvanickému pokovování. Další rozdíl oproti galvanickému pokovování spočívá v tom, že vnitřní napětí niklu musí být kontrolováno pečlivě, jinak nebude niklový razník plochý. Čistota roztoku je důležitá, ale je dosahována kontinuální filtrací a obvyklými anodovými pytlovacími systémy. Dalším velkým rozdílem je, že tloušťka pěchovače musí být řízena na ± 2% konečné tloušťky, aby se vešla na vstřikovací stroje s velmi vysokými tolerancemi plynových kroužků a středových svorek. Toto řízení tloušťky vyžaduje elektronické řízení proudu a přepážky v řešení pro řízení distribuce. Proud musí začínat docela nízko, protože pokovená vrstva je příliš tenká, aby mohla brát velké proudy, a neustále se zvyšuje. Jak se zvyšuje tloušťka niklu na skleněné „milence“, lze proud zvyšovat. Plná hustota proudu pro elektroformování je velmi vysoká, přičemž celková tloušťka obvykle 0,3 mm trvá přibližně jednu hodinu. Část se vyjme z nádrže a kovová vrstva se opatrně oddělí od skleněného substrátu. Pokud dojde k pokovování, musí být proces zahájen znovu, od fáze masteringu skla. Kovová část, nyní nazývaná „otec“, má požadovaná data spíše jako hromádky než jako důlky. Proces vstřikování funguje lépe tím, že proudí kolem vysokých bodů, spíše než do jam na kovovém povrchu. Otec se promyje deionizovanou vodou a dalšími chemikáliemi, jako je amonný peroxid vodíku, hydroxid sodný nebo aceton, aby se odstranily veškeré stopy rezistence nebo jiných nečistot. Před opětovným použitím lze sklářskou matrici zaslat k rekultivaci, čištění a kontrole. Pokud budou zjištěny závady, budou zlikvidovány nebo znovu recyklovány .
Jakmile je očištěn od veškerého uvolněného niklu a odolává, povrch otce je omyt a pasivován, a to elektricky nebo chemicky, což umožňuje oddělit další pokovenou vrstvu od otce. Tato vrstva je atomová vrstva absorbovaného kyslíku, která nemění fyzický povrch. Otec je upnut zpět do rámu a vrácen do pokovovací nádrže. Tentokrát je pěstovaná kovová část zrcadlovým obrazem otce a nazývá se „matka“; protože toto je nyní jáma, nelze ji použít pro formování.
Sendvič matka a otce je pečlivě oddělen a matka je poté promyta, pasivována a vrácena do lázní pro elektroformování, aby na něm byl vytvořen zrcadlový obraz, který se nazývá syn. Většina formovaných CD se vyrábí od synů.
Matky mohou být znovu získány od otců, pokud se poškodí nebo velmi dlouho. Při správném zacházení neexistuje žádné omezení počtu razítek, které lze vypěstovat z osamělé matky, než se nepřijatelně sníží kvalita razítka. Otcové mohou být použity jako pěchovadlo, přímo, pokud je vyžadován velmi rychlý obrat, nebo pokud je výtěžek 100%, v takovém případě by byl otec zbytečně skladován. Na konci běhu bude matka určitě uložena.
Otec, matka a sbírka razítek (někdy nazývaných „synové“) jsou souhrnně označováni jako „rodina“. Otcové a matky mají stejnou velikost jako skleněný substrát, obvykle o tloušťce 300 μm. Razítka nevyžadují extra prostor kolem vnějšku programové oblasti a jsou vyraženy, aby odstranily přebytečný nikl z vnějšku a zevnitř informační oblasti, aby se vešly do formy vstřikovacího stroje (IMM). Fyzické rozměry formy se liší v závislosti na použitém vstřikovacím nástroji.
Replikace
CD formovací stroje jsou speciálně konstruované vysokoteplotní vstřikovací formy na polykarbonát . Mají průměrnou propustnost 550-900 disků za hodinu na formovací linku. Čiré polykarbonátové pelety se nejdříve suší při teplotě kolem 130 stupňů Celsia po dobu tří hodin (nominálně; záleží na tom, která optická pryskyřice se používá) a přivádějí se vakuovým transportem na jeden konec válce vstřikovací formy (tj. Plnící hrdlo) a jsou přesouvány do vstřikovací komory pomocí velkého šroubu uvnitř hlavně. Hlaveň obalená ohřívacími pásy o teplotě v rozmezí od 210 do 320 stupňů Celsia roztaví polykarbonát. Když je forma uzavřena, šroub se pohybuje vpřed a vstřikuje roztavený plast do dutiny formy. Když je forma plná, chladná voda protékající polovinami formy, mimo dutinu, ochladí plast, takže trochu ztuhne . Celý proces od uzavření formy, vstřikování a opětovného otevření trvá přibližně 3 až 5 sekund.
Lisovaný „disk“ (označovaný jako „zelený“ disk, který postrádá konečné zpracování) je odstraněn z formy vakuovou manipulací; vysokorychlostní robotická ramena s vakuovými sacími víčky. V rámci přípravy na metalizaci jsou přesunuty na přívodní dopravník cílové linky nebo chladicí stanici. V tomto okamžiku jsou disky čisté a obsahují všechny požadované digitální informace; nelze je však přehrát, protože zde není reflexní vrstva.
Disky procházejí jeden po druhém do metalizátoru, malé komory při vakuu přibližně 10 Tor Torr (130 mPa ). Proces se nazývá „ prskání “. Metalizátor obsahuje kovový „terč“ - téměř vždy slitinu (většinou) hliníku a malé množství jiných kovů. K dispozici je systém blokování zátěže (podobný vzduchové komoře ), takže lze při výměně disků udržovat procesní komoru pod vysokým vakuem. Když se disk otočí do zpracovávací polohy otočným ramenem ve vakuové komoře, vstřikuje se do procesní komory malá dávka argonového plynu a na cíl se aplikuje 700 voltový stejnosměrný elektrický proud až do 20 kW . Toto produkuje plazmu z cíle a plazmatické páry se ukládají na disk; je to přenos anoda-katoda. Kov pokrývá datovou stranu disku (horní povrch), zakrývá jámu a přistává. Tato kovová vrstva je reflexní povrch, který je vidět na zadní straně (strana bez štítku) CD. Tato tenká vrstva kovu je vystavena korozi z různých nečistot a je tak chráněna tenkou vrstvou laku.
Po metalizaci se disky dostanou do odstředivého potahovacího zařízení, kde se na nově pokovenou vrstvu nanáší UV vytvrditelný lak. Rychlým odstředěním lak pokryje celý disk velmi tenkou vrstvou (přibližně 5 až 10 μm). Po nanesení laku projdou disky pod UV lampou s vysokou intenzitou, která lak rychle vytvrzuje. Lak také poskytuje povrch pro štítek, obvykle sítotisk nebo ofset . Inkousty pro tisk musí být chemicky kompatibilní s použitým lakem. Značky, které spotřebitelé používají k psaní na prázdné povrchy, mohou vést k prasknutí vrstvy ochranného laku, což může vést ke korozi reflexní vrstvy a selhání CD.
Testování
Pro kontrolu kvality jsou před výrobním procesem testovány jak pěchovadlo, tak lisované disky. Během dlouhých výrobních cyklů jsou odebírány vzorky disku (testovací výlisky) a testovány na konzistenci kvality. Lisované disky jsou analyzovány na zařízení pro analýzu signálu. Kovové razítko lze také otestovat na zařízení pro analýzu signálu, které bylo speciálně upraveno (větší průměr, křehčí, ...). Stroj "přehraje" disk nebo pěchovadlo a změří různé fyzikální a elektrické parametry. Chyby mohou být zaváděny na každém kroku výroby, ale formovací proces je nejméně předmětem úpravy. Zdroje chyb jsou snadněji identifikovány a kompenzovány během masteringu. Pokud jsou chyby příliš závažné, pak je razítko odmítnuto a je nainstalována náhrada. Zkušený operátor stroje může interpretovat zprávu z analytického systému a optimalizovat proces formování tak, aby vytvořil disk, který splňuje požadovanou specifikaci Rainbow Book (např. Red Book for Audio ze série Rainbow Books ).
Pokud nejsou nalezeny žádné vady, disk CD pokračuje v tisku, takže štítek lze vytisknout sítotiskem nebo ofsetovým tiskem na horní povrch disku. Poté jsou disky spočítány, zabaleny a odeslány.
Výrobci
- Cinram (bývalý)
- Moser Baer
- Ritek
- Sony DADC
- SYMCON Mastering