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DVD印刷復制工藝中水紋產生的原因解析

高密度光盤與傳統的CD在母盤生產方面有許多不同,其不同點不僅僅在光路設計更加精細而且生產流程也略有不同。許多問題在CD產品中并不重要,但在DVD生產中就顯得非常重要。例如,坑型扭曲和復制過程的損耗,對于傳統的CD產品并不重要,但對DVD來說會造成信號失真和影響DVD的SYMMETRY值。DVD信息坑的斜度比CD的要陡,這樣可以得到好的JITTER和低的BLER。為了減少SYMME  TRY的損耗和獲取好的雙折射,工程師傾向于提高DVD模具的溫度。以復制DVD-RAM為例,為了精確的復制坑和槽,模具溫度要達到135C,這時水紋極易出現。其原因是:復制過程的高模溫不僅精確的復制了信息坑和槽,同時也復制了母盤表面的缺陷。
水紋產生的原因
水紋看起來好象是在光盤有缺陷的地方化了妝,這些缺陷是由母盤上的缺陷引起的,也可能是注塑過程產生的。信息坑損壞和盤面表面缺陷會引起光的折射或沿某一方向的反射,其結果使得盤面看起來很“臟”。當這種類型的水紋用裸眼都能看見的時候,說明盤片上多處的信息坑已經被損壞。
盤面上有水紋,其BLER和JITTER相應也會高一些。水紋通常不會造成CD播放困難,但是嚴重的水紋對DVD來說就顯得十分重要,因為它是DVD的一個嚴格的指標。下面是一些水紋產生的原因:
. 信息坑的斜度很陡
. 母盤上可見的缺陷
. 母盤表面殘留了光刻膠和化學品
. 不合理的背面拋光
. 復制材料的收縮率
. 不平行的脫模
1 信息坑斜度過陡產生水紋
影響信息坑和槽形狀的因素有很多,如刻錄激光的波長,光路校準狀態,光路設計,光刻膠的類型,嚗光功率和顯影時間。假設所有因素都很穩定,隨著顯影時間的增長信息坑的斜度也隨之變陡。當信息坑的斜度足夠陡時,水紋就會出現--斜度越陡水紋越嚴重。母盤最小的拔模角度(不會出現水紋)可以由以下公式定義:
MPA=CA-MRA-SC-SSC
MPA:最小的不會出現水紋的拔模角
CA 模具的臨界拔模角
MRA:基片模具的拔模角
SC:系統恒定常數
SSC:母盤的表面狀態
CA是信息坑的幾何尺寸和基片冷卻的復合函數,它隨著信息坑的高度、寬度以及冷卻時間的變化而變化,信息坑越窄、越淺,CA的值越高。SC與注塑機和模具設計有關,差的注塑機和模具設計,其SC要高一些。SC的值由經驗確定。SSC與母盤表面平整度、粗糙度有關。母盤的表面不平整,背面粗糙,SSC相應會高。
當每一個參數都固定以后,解決水紋問題的唯一方法是減少信息坑的斜度,也就是說增大拔模角。解決方法是減少顯影時間。但是生產母盤的工程師傾向于增加一點顯影時間,這樣可以獲得好的JITTER和HF信號。顯影不足的信息坑其JITTER值較差,HF信號低和SYMMETRY高。盡管信息坑的拔模角度較大易脫模,但是在高速ROM驅動器存在讀取困難。另外,BLER較普通情況要高。在減少顯影時間增大拔模斜度時,為了保證信號的質量,必須改變目鏡輸入光的寬度,改變聚焦延遲值,改變光刻膠的烘烤狀態和改變信號功率。
當每個參數都達到優化點時,問題就出在SYMMETRY上。改變EFM信號的頻寬比或調整調制器的偏離電壓不失為一個好方法。根據我們使用Nimbus UV LBR的經驗,控制刻錄功率,使得水紋的控制來得更加容易和有效。我們使用UV激光生產DVD和CD母盤,在控制水紋方面還沒有遇到特別困難的地方。通常來講不同類型的注塑機具有不同的特性。不同的復制系統,不同的信息坑斜度產生不同的水紋。根據我們的經驗,一些注塑系統其母盤信息坑斜度可達70度不產生水紋。但是有些注塑機只能接受斜度小于45度的信息坑。我們認為差別源于基片分離工序,注塑模具工藝設計,模具是否平行出模。高溫模具的分離工藝與低溫模具的分離工藝有很大的差別。
盡管可以通過改變注塑工藝來減少水紋,但我們不建議通過改變復制工藝來消除水紋。因為這樣將影響雙折射率,變形,折射率和基片的動平衡,還會進一步影響到子盤的信號質量。此外如果CD-ROM的動平衡差會損傷CD-ROM驅動器的馬達驅動軸,尤其在高速CD-ROM驅動器上播放時。36倍速驅動器的向心力是單倍速驅動器的1296倍。因此CD-ROM的注塑工藝較CD-AUDIO要嚴格。我們的觀點:復制工程師盡力保持基片質量良好,使設備的處在正常狀態。如果設備處在一個正常狀態,只需適當更改模具分離工藝參數。將水紋的問題留給母盤來解決。
有時,工程師可能發現隨著信息坑斜度的增大水紋消失了,其中的原因是盤片的每一部分都有水紋,這樣一來失去了參照物,無法看到水紋。但是如果用AFM或SEM來分析,信息坑損傷的情況就一目了然。使用高倍測量設備,增加信息坑的第一級折射,降低零級反射,水紋可以被放得足夠大。通常來說,信息坑的斜度大,寬度窄,平行脫模,基片脫模角度大,母盤表面平整,背面平滑,水紋少。
2 母盤表面缺陷
母盤表面的缺陷大多來自光刻膠噴涂工序,或使用化學方法沉積金屬工序。如果將水噴到母盤表面上,此類污點極易看到。表面缺陷或污點,顯現的形式有一定的差別。光刻膠有時會從玻璃母盤上剝落殘留在母盤表面,或者在電鑄過程中采用了不合適的工藝也會產生污點。避免光刻膠殘留在母盤表面可采用以下方法:
. 使用干凈且無缺陷的玻璃母盤
. 徹底清洗化學溶液的流動管道;使用正確的涂膜方式
. 修正噴嘴的位置
3 光刻膠或化學物質殘留在母盤表面產生的水紋
在標準的母盤生產工藝中,經過UV激光嚗光和氫氧化鈉清洗去除光刻膠。實踐證明用化學方法很難徹底清除光刻膠和殘留在母盤表面的化學物質。母盤上的殘留物通常情況下不可見,但是經過高溫模具復制,水紋就顯現出來。在使用濺射鍍鎳的系統中,光刻膠與鎳交聯后變得十分堅固,極易產生水紋。如果使用化學浸鍍方法的系統,相對問題很少。如果母盤表面殘留了光刻膠會造成PC或PMMA極難從母盤上分離,其結果也會產生水紋。有時工程師會采用一些化學品去清除母盤上的光刻膠或化學物質,如雙氧水,丙酮。但是此類方法僅能去除一部分,不能完全去除,當槽較淺時,用高溫模具復制,此時的水紋更嚴重。這里有幾個解決方案:
第一,等離子除塵法,在一個高真空環境下,氧離子與光刻膠或化學物質反應。這種方法在日本被廣泛采用。
第二種方法:減小信息坑的斜度,以CD母盤為例,最大的無水紋信息坑的傾角(MPA),如用濺射的方法沉積第一層金屬層較化學沉積鎳的方法減少5度。因為光刻膠只能在濕潤的狀態下才能去處。我們還使用了一種方法-在母盤表面上濺射一層鎳,也就是說在母盤表面再附著一層鎳。這一層鎳可以覆蓋殘留在母盤表面的光刻膠和化學物質,這樣一來可以使母盤表面更加均勻。通過使用不同的沉積速度、基片的溫度和沉積金屬薄層的類型,可以提高表面的光滑度,增加母盤的MPA。
從我們生產DVD產品的過程中,我們發現這個方法既可以保護信息坑的形狀又可以消除水紋。鍍不同厚度的金屬膜,可以降低基片與母盤之間的附著力。當MPA增加的時候,水紋會相應減少。對于高密度光盤而言這是非常重要的。因此針對高密度光盤,選擇最優的信息坑斜度比傳統的CD產品來得更重要。我們發現經過再次濺射以后的母盤的MPA要比只經過等離子清洗的MPA大。我們確信經過等離子清洗以后,再鍍上第二層金屬薄膜,可以減少PC與母盤之間的附著力,可以達到容易脫模的目的。這一點對將來的超密度光盤來說顯得更重要。
[來源: ] [作者:] [日期:2017-07-10 17:31:29] [熱度:]  

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