自动控制在光盘母盘生产线上的应用毕业设计_说明

1、 . . . 毕业论文(设计)题 目:自动控制在光盘母盘 生产线上的应用 Title Automatic Control in BD Motherboard Application ofProduction Line47 / 52摘 要 光盘作为信息的载体得到了广泛的应用和推广。它的容量也由700MB扩展到现在的50GB，由VCD发展为DVD，近来又制造出蓝光光盘，来满足人们对高清影视和大容量可移动设备的需求。光盘的最重要特点是可靠性高。其原因之一是由于光盘的数据刻录是利用聚焦激光光束在存储介质上烧蚀出凹坑，一旦记录完成，写入的数据就不容易在烧蚀的介质上消失；原因之二，光盘在存储数据时进行的光

2、学读写是非接触形式的，这是一种无损耗的读写，与传统的磁盘读写截然不同，就算读上数万次也丝毫不会减弱盘上的信号。日本柯达公司曾用现代科学方法去加速光盘的老化，测得只读型光盘的使用寿命约在209年。光盘的优势还在于他的存取速度快、保存管理方便等特点。日本TDK公司不久前成功地在可擦写蓝光光盘(BlurayDisc)上实现了216Mbit秒的刻录速度，相当于6倍速刻录，在保存特性方面，也已确认在温度为80度、湿度为85的环境下刻录150小时，其抖动值仍然保持在7左右。 综上所述光盘的优越性和广泛普与性，它的大批量生产也是必然的。而制造光盘的母盘也就成了不可替代的必须品，母盘的生产质量会直接影响到光盘

3、的质量。母盘对周围环境的洁净度、湿度、酸碱度、光照等都有着严格的要求，这就要求母盘的生产环境必须是严格密封的，自动化要求非常高，不能有人为的参与。所以制造和生产母盘的自动化设备成为我的研究课题。关键词： 光盘，母盘，抖动值AbstractCD as information carrier a wide range of applications and promotion. Its capacity by 700 MB also extended to the 50 GB now, The VCD development for DVD, Again recently made the Blu

4、-Ray Disc, To meet people to the hd video and large capacity is the demand of mobile devices.The most important characteristics of CD is high reliability. One of the reasons is because of the CD burning is to use data focused laser beam in on a storage medium ablation pits, Once completed record, wr

5、itten to the data is not easily in the ablation disappear on the medium; The second reason, and the CD in the store data for optical reading and writing are the contact form, this is a no loss, speaking, reading and writing, and traditional disk reading and writing are entirely different, even if re

6、ad up on tens of thousands of times also doesn't thousands weakened the signal on the plate.Japan with modern science has kodak way to accelerate the ageing of the CD, the service life of the disc read only type of about 209 years. CD's advantages are still lies in his access speed and conse

7、rvation management is convenient wait for a characteristic. Japan TDK company not long ago successfully on removable blu-ray disc (Blu-rayDisc) to 216 Mbit/Sec burn rate, about 6 times the speed burn, in the preservation characteristics, has also confirmed in the temperature of 80 degrees, humidity

8、is 85% under the environment of the burn 150 hours, the jitter values remain at around 7%.To sum up the superiority of the CD and wide popularity, with the mass production of the it is inevitable. And manufacturing the motherboard CD also became an irreplaceable must taste, the production quality mo

9、therboard will directly affect the quality of the CD. The surrounding environment of motherboard cleanliness, humidity, acidity, light and so on.All have the strict requirements, which requires the motherboard production environment must be strictly sealed, Automation require very high, not someone

10、for participation. So manufacture and produce the motherboard automation equipment to be my research subject.Key words: CD，Motherboard，JitterValues目 录摘要.IVAbstract .V1 绪论11.1 母盘的发展状况与其前景11.2 母盘生产流程11.3 母盘自动化研究的目的和意义12 母盘的设计与其工程环境32.1 预刻槽ATIP信息与其信息区数据和物理参数32.2 沟槽形状的设计以与专用信息和附加信息的确定42.3 母盘刻录系统的设计42.4

11、母盘的工程化环境83 母盘生产线的布局与设备配置103.1 母盘设备的建厂布局113.2 母盘生产线水、电、气方案124 母盘生产线的工艺和自动化控制154.1 母盘生产线的工艺控制154.2 母盘生产线的自动化控制185 全文总结225.1 结论225.2 本文的不足22致23附录24参考文献451 绪 论1.1 母盘的发展状况与其前景近年来，母盘制造技术得到了人们更多的关注，出现了许多新的亮点，新厂家进入了这个市场，不少老厂家在老设备上使用了新的技术和新的工艺。例如大多数母盘设备激光刻录部分采用了半导体激光技术，减小了设备体积，延长了激光器的使用寿命，简化了激光器的电路，使光路的调整更为简

12、单，许多母盘设备刻录速度达到CD 8倍速，DVD 3倍速，一些设备采用UV照射工艺去除电铸后压模表面的光刻胶。在感光材料选用方面，染料聚合物技术是刻录时写后直读，利用闭环反馈技术实时回放读取信息，根据反馈信号可优化调整激光刻录能量，并可以检查刻录错误和缺陷，以利于与时中断刻录，避免了材料和时间上的浪费。另一种广泛使用的光刻胶技术，工艺成熟，刻录的坑型规、清晰对DVD来说，能达到较好的抖晃参数，另外通过改进工艺，已经能够很好的控制云纹的产生。在金属化方面镍层溅镀技术与化学沉积技术并存，不同的工艺方法具有各自的特点。由于这些技术不断的创新和进步，促进了母盘技术的不断更新和发展。1.2 母盘生产流程

13、目前广泛使用的母盘自动化制造技术虽然不完全一样，但是都是以玻璃基盘为传递载体。制造工艺包括玻璃基片清洗、涂光刻材料、烘干、冷却、激光刻录、显影、形成金属镍导电层、电铸、压模与玻璃分离、压模表面化学处理和清洗、涂保护胶、烘干、抛光冲孔。然后检测电信号参数和物理参数。用过的玻璃需要进行清洗和化学处理，以利于循环利用，清洗后若挑选不当，重复使用玻璃基片上的缺陷会严重影响压模成品率的提高，而且玻璃的耗用量占成本的比例较大。1.3 母盘自动化研究的目的和意义目前有一种不需要玻璃基片的母盘制造技术已经商用化。只要将准备好的专用镍基毛坯盘放入设备，直接送到LBR去刻录，显影、溅镀工艺之后也不需要送去电铸，仅

14、仅冲中心孔就完成了母盘的制造。省去了电铸、清洗、背面抛光等复杂工序和设备，简化了工艺和操作，也使设备的前期投资大大降低。它的自动化程度同样决定了成本的大小，高集成的自动设备不但节省了人力，因为少了人为的干涉，减少了母盘基盘在各个工艺制作过程中的损坏，从而节约了成本。2 母盘的设计与其工程环境2.1 预刻槽ATIP信息与其信息区数据和物理参数按照“橙皮书”的规格，ATIP时间码以“分：秒：帧”的数据格式进行计算，1分=60秒，1秒=75帧。每个ATIP帧由42位组成，它的分布按循序从高到低是：同步占4位，分占8位，秒占8位，帧占8位，循环冗余码占14位。这些数字均由双向位调制的方式进行编码，即每

15、一位数字有两个通道位组成。其中“分”、“秒”、“帧”分别由两位二进制编码的十进制数字（00-99）组成。除了ATIP时间码，一些专用信息和附加信息也是光盘正确运行必不可少的重要数据。橙皮书规定，将占用信息区中一些ATIP时间码之中的“分”、“秒”、“帧”信息部分来存放专用信息和附加信息。因此，可通过检查M1、S1、和F1（这些数据可参照橙皮书）来区分“分”、“秒”、“帧”部分的信息类型。为了更好的理解母盘的物理参数，就先看一下光盘盘面沿半径方向由里向外依次划分为若干区域：0mm-7.5mm为中心孔区，13mm-16.5mm为夹持区，22.2mm-22.5mm为ATIP扩展区，22.5mm-23

16、mm为功率校验区、节目记忆区，23mm-25mm为导入区，25mm-58mm为可录节目区，58mm-59mm为导出区。有关母盘的数据设计就是要综合平衡存储时间、道间距、线速度、复制收缩率和物理半径之间的关系，计算和确定。-道间距和速度；-ATIP开始时间和ATIP的起始半径的位置；-ATIP结束时间和ATIP的结束半径的位置；-导入区开始时间（SLI）;-导出区开始时间或附加容量和导出区开始时间（SAL）；-附加容量和导出区的长度（LAL）；可记录节目区位于半径位置25mm-58mm之间，以80分钟存储时间为例，在这段半径位置之间要求有大约22000信息道，道间距约为1.5微米。同时由计算可得

17、相应的线速度为1.2m/s。设计原则是在一定存储时间的条件下，选取较大的先速度和道间距，以使写入数据获取较好的（抖晃Jitter和串扰XT等）性能。在光盘上，ATIP时间码贯穿了各个区域，其中某些区域还包括专用信息和附加信息等，由此组成了整个信息区。信息区由ATIP的发生而开始，并随着ATIP结束而终止。选择ATIP开始时间和ATIP结束时间使ATIP时间码覆盖整个信息区。同时确认他们的半径位置符合规定（22mm-59mm）,并将这些信息传递给母盘刻录系统。除了ATIP时间码，信息区中还包括了一些专用信息和附加信息。导入区开始时间是在公司获得光盘生产授权时所分配的，它代表了该公司的标识。导入区

18、开始的半径位置应在23mm附近。新版的橙皮书在导入区之前增加了一个ATIP的扩展区。导出区紧接在可记录节目区之后，因此可根据盘片的容量要求来确定导出区（或附加容量和导出区）的开始时间。橙皮书原版规定最大容量为80分钟（79：59：74），橙皮书新版将“导出区”扩大为“附加容量和导出区”来增加盘片的容量。2.2 沟槽形状的设计以与专用信息和附加信息的确定使用不同配方的有机染料与不同参数的旋涂工艺制造盘片，要求预刻槽具有不同的沟槽形状。因此，母盘沟槽形状的设计，即确定沟槽的深度、宽度、槽壁倾斜角与摆动幅度是母盘设计的重要容之一。部分专用信息和附加信息应由光盘系统（包括盘片制作、写入和读出设备制造）

19、的设计人员确定，另一部分信息是由母盘的设计人员来确定的。母盘所确定的专用信息他遵从光盘的版本。专用信息1，它的容为，D0：00：A0，最佳记录功率为6.5mW，一般是用在只读光盘上，最佳写入策略的围为B-。专用信息2，它的容为，97：96：00，这个专用信息为导入区的开始时间。专用信息3，它的容为，F9：D9：F4，这个那个信息为导出区开始时间。2.3 母盘刻录系统的设计母盘的刻录系统的基本组件主要由以下4部分组成：一、激光器，激光是受激发发射的光，是被其他辐射感应而发生的辐射。产生激光的条件是：1、在非平衡系统中找到跃迁能级，在那里能级离子寿命比较长离子数N2要大于下能级离子N1。就是要找到

20、具有实现能级离子数反转的工作物质。2、要建立一个谐振腔。当某一频率信号在腔谐振，在工作物质多次往返时有足够机会去感应处于离子数反转的工作物质，才能产生激光。被感应的辐射继续感应其他离子造成连锁反应，雪崩似的获得放大效果，因而产生强烈的激光。激光的主要特点是发散角小，能沿一条直线传播，相干性好，相干长度可达几十米甚至几百米。亮度高，功率密度特别大。由于激光的上述特点，使他在高密度光信息存储技术和其他领域得到了广泛的应用。激光器主要有：气体激光器（包括离子激光器和准分子激光器）、固体激光器、染料激光器和半导体激光器等。在母盘刻录系统中刻录光源有采用氩离子激光器（ODME母盘刻录系统）、氪离子激光器

21、（松下母盘刻录系统）、SHG（二次谐波发生器）固体激光器（先锋母盘刻录系统）和大功率半导体激光器等等。而激光器选择的主要指标有：1、激光波长，母盘刻录激光的波长必须考虑对刻录光斑尺寸的影响，同时又要对光刻胶曝光、显影敏感，因此必须选用短波长的蓝紫光波段或紫外光波段。当然蓝紫光是可见光，光路调整时比较容易。氩离子激光器的波长选用488nm，SHG激光器波长是由860nm倍频后获得的430nm，半导体激光器波长是405nm。母盘刻录激光的波长要求偏移小（线宽窄），而且稳定。2、功率，母盘刻录激光器的功率一般为毫瓦级。要求通过光路后最终达到光刻胶表面的光功率约为1mw左右（波长短则功率可小些）。氩离

22、子激光器的输出功率越为10mw，SHG激光器的输出功率约为7mw左右。半导体激光器的使用功率为5mw。当然输出功率要求长期稳定。氩离子激光器和SHG固体激光器一般要求开机一小时，等输出功率稳定后才能工作。因此往往在两次刻录之间，不关闭激光器，而是使它处于小功率输出状态。半导体激光器不需要预热，可以直接打开工作。3、激光束模式，要求横模，即TEM00模。因为该模式在光束截面上各点的位一样，有良好的空间相干性。并且光束的发散角最小，有利于聚焦成最小光斑。激光束模式可以用透镜放大光束，检查投射到屏上的光斑光强分布的均匀性来作简单的判断。4、偏振态，要求线偏振光。母盘刻录激光的偏振态应该是线偏振光，氩

23、离子激光器放电管的窗口与管轴成布儒斯特角（入射角为布儒斯特角时，反射光中没有震动面平行于入射面的光，即此种偏射状态的光能100%地射入另一介质，利用光的这种投射性可制备无损耗的激光器窗口。激光器的这种窗口也称为布氏窗），振动面垂直于入射面的光由于反射损失比较大，不能产生激光，因而氩离子激光器输出的光为很好的线偏振光。固体激光器和半导体激光器的偏振态不如气体激光器。5、噪声，要求低噪声。噪声分为振幅噪声和相位噪声，是衡量输出激光功率和频率稳定性的重要指标。母盘刻录用激光器要求尽可能低的噪声电平。在光路调试时，应注意不要使反射光进入激光器谐调腔，以免产生不必要的激光噪音。6、寿命，氩离子激光器和S

24、HG激光器在进行刻录工作前必须预热一段时间，如果不在刻录工作状态也必须以低功率常开，因此使用寿命受到影响。特别是气体激光器有基本固定的寿命，氩离子激光器和SHG激光器的平均寿命一般在3000-6000小时。而半导体激光器不需要预热就能直接打开进行刻录工作，不在刻录状态可关闭。因此半导体激光器的寿命等于直接使用的寿命。半导体激光器的平均寿命约为10000小时。从这三种激光器的比较来说，氩离子激光器光束质量比较好、输出波长最稳定，但是其体积太大，温度的变化会影响光束走向，因此要用水冷却系统，这会引起刻录系统振动、倍频固体激光器的体积比气体激光器小得多，但是输出效率和噪声性能比气体激光器差，需要用复

25、杂的光学系统来补偿输出的基本稳定性，另外倍频固体激光器价格昂贵而且表面易损伤和退化。半导体激光器的体积最小，能直接调制（不需要声光调制器），可以用波尔帖效应（当电流从一种金属流入另一种金属时，在节点处所发生的释放热或吸收热的现象）和温度伺服冷却，温度精度高。半导体激光器的使用寿命较长。半导体激光器的缺点是光束截面呈椭圆形，光束发散角大，需要整形滤波。二、光学原件，1、透镜：由中心在同一直线上的两个或两个以上的球面组成的系统成为共轴球面系统。诸中心所在的直线称为系统的光轴。共轴面系统是复杂光学系统的基本元件。由两个共轴的折射曲面构成的光学系统称为透镜。大多数实际应用的透镜的两个曲面都是球面的，称

26、为球面透镜。也有非球面的透镜。薄透镜是指透镜厚度同透镜焦距相比可以忽略的透镜。当平行于透镜光轴的平行光束通过薄透镜折射会聚成一点，称为焦点。位于焦点的点光源通过薄透镜折射会形成象点在无穷远的平行光束。2、两个薄透镜：焦距分别为f1和f2，若他们相距f1+f2，则其合成系统的焦距为无限大，并且主平面亦在无限远，这样的系统称为无焦系统。当细光束入射光学系统时，出射光束被扩展为较宽的激光束。3：棱镜，当光从光密介质向光疏介质折射，并且入射角超过临界角时，发生全发射。用光在棱镜中的全反射来改变光的行进方向比用平面反射镜优越，这时因为全反射能完全反射光能，而平面反射镜在反射表面有一定的光能吸收。反射棱镜

27、在光路中的作用是改变光的传播方向。异形棱镜的组合也能用来校正半导体激光光束的不对称，使它从椭圆光束整形成圆光束。4：偏振分光棱镜，它是由两个直角棱镜粘合而成的立方体。在他们的结合面上镀有偏振反射模，该偏振反射模对振动面垂直于入射面的光反射，而对振动面平行于入射面的光透射。5：半波片和四分之一波片，当入射光为一平面线偏振光时，在晶体被分解成o光和e光，他们的频率一样而振动方向相互垂直，o光和e光之间有固定的位相差，如果晶片之间的厚度使o光和e光之间的相位差为或者奇数倍，则该晶片称为半波片。线偏振光通过半波片其出射的合成光亦是线偏振光，不过振动方向相对入射光的振动方向转了2（为入射光的振动面和晶片

28、主截面夹角）。当=45度时出射光相对入射光的振动方向转了90度。线偏振光通过四分之一波片成椭圆偏振光或圆偏振光，反之椭圆偏振光或圆偏振光通过四分之一波片也能变成线偏振光。在母盘刻录光路中，我们使用半波片配合其他偏振元件（如偏振分光棱镜）作为光强衰减器。三、声光调制器，声光器件是由声光介质和换能器两部分组成。常用的声光介质有钼酸铅晶体、氧化碲晶体和熔石英等。换能器即超声波发生器，它是利用压电晶体使电压信号变为超声波，并向声光介质中发射的一种能量变换器。声光调制器的工作原理是，在声光介质中产生超声波，形成周期性的相位型衍射光栅，光栅常数等于超声波波长，当激光束入射到声光介质中时，产生衍射，衍射光的

29、强度与方向会随超声波的频率与强度变化，即声光效应。根据光干涉的加强条件，入射光和衍射光的方向满足布拉格方程。通过改变超声波的频率就可以改变偏转角，从而达到控制偏转激光束方向的目的。在母盘刻录系统中，声光调制器用作激光束高速开关，刻录激光是通过声光调制衍射的一级衍射光。因此在光路调试中，需要仔细调节激光束入射角，使它德语布拉格角，以产生最强的一级衍射光。调制信号控制压电晶体产生超声波，从而达到对一级衍射光的信号调制。调制信号的占空比变化也可以调节衍射光（刻录激光）的占空比变化，以微调刻录凹坑的长度。为了提高声光调制器的频率响应，光路中插入一聚透镜，使激光束聚焦到声光介质中。激光的长期照射会使晶体

30、表面损伤，可以上下移动声光调制器，改变入射到晶体表面的位置，延长使用寿命。在刻录光盘的摆动预刻槽时，声光偏转器改变超声频率，从而达到改变激光束偏转角的目的。四、显微镜物镜，母盘刻录系统的光学系统最终要在光刻胶玻璃母盘表面形成直径为微米级或亚微米级的聚焦光斑，显微物镜则是光学系统中最重要的元件之一。物镜聚焦的能力或分辨率本领取决于光的波长、孔径角和介质折射率，折射率和孔径角的正弦的乘积称为物镜的数值孔径。对给定波长的光，物镜的数值孔径愈大，则其分辨本领越高，在这里也就是聚焦光斑越小。Onh理论上说，聚焦光斑的直径（光强分布的半高度的全宽度）与光的波长成正比。数值孔径也可以近似表示为通过物镜的光束

31、直径除以物镜的焦距。这里还需要提到光学系统的相差。实际光学系统有一定的通光孔径和一定的视场角，或者发光点不靠近光轴，即使球面透镜的加工是完美无缺的，光束会聚后不在同一个焦点上，一般透镜边缘的光线比近轴的光线会聚焦的近些。这种轴上相点被一些弥散光斑所代替所形成的相差称为球差。如果光学系统中使用不同的波长的激光，如有的系统使用氦氖激光作聚焦伺服光路，由于介质折射率随光的不同波长的变化所引起的相差称为色差。在光学设计中，适当选用正负透镜的组合或采用专门设计的非球面透镜可以消除各类相差。物镜的数值孔径愈大，其相差亦愈大。为了获得衍射极限光斑，物镜会采用多个不同曲面的透镜以微米级定位精度装校来达到消相差

32、的目的。这种复杂的设计和装校使物镜变得十分贵重。因此，在调试光路时要注意保护物镜不受损坏。2.4 母盘的工程化环境光盘是开发出来的最成功的光存储产品之一。R型光盘是一次写入型可录光盘，一旦由刻录机写入数据后，已录信息就不能被擦除。其优点符合光盘系列的基本标准，直径为120mm，厚度为1.2mm，数据格式与光盘播放器的相互可以兼容。由于光盘的一次写入特性提高了数据保存的可靠性，价格低廉，市场巨大，所以光盘行业今年来已经发展成很大的产业。市场对光盘母盘的需求也就有所增加，再加之母盘制造工艺的成熟，价格低廉，母盘生产的产业链也在不断扩大。母盘制作是光盘技术中的关键技术。所有的可刻录光盘都是先将各种预

33、格式信息、节目目录、数据和软件刻录在母盘上，然后通过模压基片、生成记录层和溅射金属反射层而制成。母盘的制作就是按照一定的规则，将绝对时间信息和盘片应用信息以模拟调频和数字双相位调制的方式复制到基盘的摆动预刻槽。该摆动预刻槽为一螺旋线，摆动频率为22.05kHz，摆动幅度为25-43nm，摆动周期长度约为54-64微米。因此，要求在母盘上制作一条具有一样道间距的螺旋轨迹的（凸起）台，盘片预刻槽的深度和母盘台的深度基本一样，而母盘台要比基片预刻槽较宽一些。同时母盘台的摆动幅度也比基盘预刻槽的摆动幅度略大一些。由于母盘的台和槽是同一轨道（一样的道间距和深度）上两个互补的部分，所以习惯地把它们统称为母

34、盘的预刻槽。光盘使用有机染料作为存储介质，记录点是靠预刻槽中的染料吸收写入激光的能量，使染料分解并引起漂白和鼓泡，由此信息标记被记录在预刻槽的染料层中。因此，有机染料的不同配方与不同参数的旋涂工艺，要求不同的沟槽形状，即需要开发不同的母盘来适应不同的沟槽形状，即需要开发不同的母盘来适应不同的光盘制作线和制作工艺。由此可见，母盘的制作难度大于一般其他母盘的制作难度。国际橙皮书标准和国常规检测的行业标准对光盘未录光盘和已录光盘规定了测试指标，如未刻录光盘的径向对比度（RCb）、摆动载噪比（WCNR）、ATIP误码率（ATER）、ATIP突发误码长度（ABERL）、归一化摆动幅度（NWAb）等和已录

35、光盘的径向对比度（RCa）、高频幅度（I3/Itop）、对称性（SYM）、块误码率（BLER）、双字符可纠正误码（E22）、径向噪声（RN）和抖晃（Jitter 3T-11T）等。同时，数据写入速度是光盘的重要性能，而且是光盘的介质选用、制造工艺和母盘共同影响光盘的写入速度。因此，母盘的开发工作就是要考虑母盘如何配合有机染料的性能与其旋涂工艺，使能复制出符合国际和国标准的具有高倍速写入功能的光盘。现在国有很多企业（宏威数码机械、新汇时代光盘技术等）已经建立了一流开发母盘技术和产品的工程环境，采用主流的光刻胶显影法刻录预刻槽的技术线路和高品质的化学沉积金属化工艺，确保形状较好的预刻槽。掌握母盘设

36、计技术，精确控制母盘信号的发生过程。拥有原子力显微镜和椭圆偏振测试仪等多种先进检测设备，具有比较完整的测试能力，检查母盘预刻槽的形状，有利于母盘的开发与其质量控制。3 母盘生产线的布局与设备配置母盘企业的生产工艺布局与设备配置是关系企业能否顺利投产、保持长期正常生产、达到较高的生产效率。产品质量能否持续稳定是十分重要的前期技术准备工作。我国很多母盘企业由于技术力量薄弱，或者由于客观条件的限制，或者对投产前对前期准备工作不够重视，或者急于追求短期的利益，造成布局失当，设备配置欠妥，结果给长期的稳定、高效生产埋下了隐患。许多母盘厂都有类似的经验，由于系统配置不合理，造成压缩空气攻击不足，部分设备只

37、好暂停生产。天气热时由于冷却水的制冷设备散热不够导致水温降不下来而停产。由于纯净水质量与生产线的温度，湿度达不到要求而出现母盘制作中的质量问题。由于压缩空气含水、含油导致母盘的压模污染，直接影响母盘的质量。由于电力配置不合理或瞬间断电，造成设备损坏。由于氩气气管管路设置问题，导致无法溅镀等等。其中有些问题比较明确，找出症结比较快。如压缩空气压力不够，冷却水温度过高等。但是有些问题表现不明显，不能马上确定问题所在，有可能是其他工艺因素引发。如母盘生产中的质量问题，盘片上有黑斑，这可能是化学药品问题，或是灰尘，或是水质问题。又如溅镀问题产生的原因更多。再如盘片在生产过程中出现污点或瑕疵，找到问题产

38、生的源头就更加困难了。外围设备的合理设计、配置和规划是日后高产量、高质量母盘生产的必要条件。许多母盘生产企业在溅射初期往往只重视主要母盘生产设备的选型，有的因为资金紧在选用周边设备方面马马虎虎，还有要请一位既懂母盘生产工艺、又熟悉外围设备与系统设计，并有实践经验的技术人员专门从事整体规划有一定的困难。按照常规，母盘生产主设备供应商只提出设备的使用条件，设备对水、电、气的要求，外围设备的供应商也仅仅对他们所提供的设备负责，他们不一定了解这些设备为母盘生产主设备配套的技术要求。厂房设计、施工单位与超净装修公司也没有能力为母盘生产全面统筹安排。事实上，必须将这几方面统筹合理规划、协调才能最终达到理想

39、的满足母盘生产需要的周边环境。母盘生产是连续24小时不停机生产的，整个生产体系的任何一个环节都在不断的运行，任一环节出现问题都会造成局部甚至全部停产，带来重大的经济损失。因此，严谨、周密的总体设计就更为重要了。随着技术的发展，母盘设备的升级，对母盘生产的总体规划设计提出了更高的要求。合理进行生产企业总体规划、设计、反复论证工艺方案，工艺布局，使厂房的建设既符合当前生产的需要，又为企业将来的发展预留发展空间，这是母盘生产设备长期稳定运行的需要，也是母盘产业走向规化生产的需要。首先要确定工厂的生产能力，年产量、产品规格、类型（CD母盘、DVD母盘、蓝光母盘等）。一个工厂的生产能力直接影响厂房面积、

40、设备类型和数量的确定。初步确定生产量以后，可初选满足要求的设备，选出两三家做不同方案的比较。有时因为资金问题、项目审批问题，使得设计生产能力与实际可达到的生产能力有差距，这样在工艺设计时应考虑对今后的发展留有余地。这一原则应贯穿整个工艺设计过程中，以保证今后的发展不因厂房设计不合理而阻滞。工艺设计和工艺布局是根据生产能力要求的规格、年产量，按照母盘生产的工艺流程，参考母盘生产设备的规格尺寸，确定最佳工艺方案，画出工艺流程图和工艺布局图。虽然母盘生产工艺大体一样，但受到场地等自然条件的限制，设备类型和数量的不同，以与建筑设计的技术要求等因素的影响。具体的工艺布局要认真听取各方面的意见，反复论证，

41、直到最后确定方案。3.1 母盘设备的建厂布局一、确定工厂设计生产能力，1、规划产品类型（CD-R母盘、DVD-R母盘、蓝光母盘）、年产量。2、确定生产主设备的类型、数量。3、选择生产主设备，一般选择三家左右设备的供应商，要求提供单台设备的价格和技术数据，包括：型号、产能、成品率、开机率、功耗、占地面积、生产周期、与对水、电、气的要求等。根据设备的性价比进行综合的考虑，而且要对机器设备的可升级性、维修服务和配件供应情况等选择购买。4、根据生产主设备的要求，计算配套外围设备的种类、数量和技术要求，同样选择几家供应商要求提供设备价格和技术数据等，择优选购。二、根据生产设计能力做工艺设计与工艺布局，设

42、计原则。1、合理的工艺流程，保证从进料到产出成品工艺流向顺畅，尽可能缩短线路，尽可能减少折返率。2、外设备的联系应尽可能短距离，这样可减少工程用料，减少线路损耗，同时也为今后维修时查找线路故障提供方便。3、原材料、成品的进出要方便，要考虑到大型运输车辆的进出装卸。4、外围设备的位置应保证散热、通风、避开日光照射，北方地区还应该要防冻。5、环境保护与安全生产方面要考虑排污以与污染物的处理，个别产生污染气体或有异味的工序应单设房间做好排风。6、母盘仓库的设计应适合母盘生产材料的特性，要防潮、防火，个别化学药品须存储在避光、恒温条件（如光刻胶等），易燃品要按照规定距离单独建库存储。7、超净车间的洁净

43、条件应考虑生产的实际需要，母盘制作要最严格的，复制、检测次之，印刷再次之，所以生产人员和产品不能逆向流动，以免破坏环境洁净度。8、方便质量检验，按照母盘生产特点，每次抽检要有专门的检验口，由机器人送到此处，工作人员取的时候比较方便。9、车间附近应设几个隔间，用于备品备件库房、UV胶与其他化学品库房、MASK清洗间、母盘保护胶旋间等，这些工作间或库房可以设在洁净区之外，由传递窗与洁净区联系，有些工作间要做好上下水和排凤，既保证工作又防止污染。三、根据工艺布局图与其他设计要求进行厂房设计，建筑厂房设计是一专门学科，应由资质的建筑专业设计人员按照国家建筑的有关标准进行。要考虑采光、通风、采暖、制冷，

44、尽可能利用自然方式，减少人工方式的能耗。同时根据母盘生产的特点，要考虑设备的发热情况，既要保证冬天的保暖、防冻，又要照顾到夏季的散热、冷却。综上所述，工艺设计和工艺布局是厂房设计的依据和关键环节。有些母盘厂建厂前没有对工艺设计充分重视，导致日后生产中出现很多问题。例如，车间与车间之间相距太远，增加了中间的转运工序和人员，使得生产成本增高，有时还会影响到产品的质量，因为生产环节越多，出问题的机会就越大。有的工厂是逐步发展的，每个车间都装有压缩机、冷却系统等，这样存在超净等级不同，专业管理不足，不符合文明生产。现代化的文明生产应该是对人身健康充分重视，把有污染的工序分出隔间，做好防护、排风。如母盘

45、保护胶旋涂就应该这样处理。用于母盘生产的厂房应考虑远离振动源，以确保母盘质量。虽然一些母盘设备从设计上采取了抗振措施，但是对于激光刻录是振动越小越好。而且各厂家母盘设备预先设计好的抗震强度不同，若事先考虑不周，选择母盘生产设备的围就很小，不利于设备选型。外围设备的厂房除了要尽可能靠近母盘生产设备外，还要根据当地的气候、温度、水质情况，考虑厂房的通风方案、水处理方式。一般外围设备厂房应设置在无日晒和通风好的区域，或者在厂房设计上采用人工强制通风降温等方法。有的母盘厂就将外围设备厂房和库房放在日晒好足的区域，以至于在盛夏采用人工强制通风降温还不能满足要求。既浪费了能源，又没有充分合理利用自然资源。

46、3.2 母盘生产线水、电、气方案一、电力，一般母盘生产设备要求稳压，三相四线380-400V。如果是日本设备，采购时要确定送电规格与相应的解决办法。特别重要的设备应该配备不间断的供电电源。稳压电容要根据所带设备的容量配置和选择。下面介绍两种方案：方案1，一台稳压器带多台设备，优点是经济，集中管理方便，维修费用低。缺点是一旦停机维修所造成的损失比较大，所带的多台设备都不能正常工作。方案2，稳压器与所带设备一带一或一带三。优点是停机维修影响面积小，缺点是同容量设备成本高，增加了设备维修管理的工作量。二、水系统分两方面：冷却水和纯水，冷却水主要给溅镀机、模具、母盘电铸设备、AE电源等发热的设备。冷却

47、水系统主要考虑以下几点：1、系统中储水罐、管路的防腐，利于保持水的净化。2、管路设计上要设置旁路能调节进水的压力和流量，在系统的最低点设置排水口，方便更换冷却水和清洗管路。3、系统设置补水机构和水过滤器，以保证水质不污染母盘设备。4、为保持水质不结垢，冷却水系统最好使用处理后的纯水或蒸馏水。5、冷水机应能按使用设备要求的水温围调节。6、设置冷水机散热排风管道。7、机组风冷、水冷方案的选择应根据当地气温条件决定，我国北方地区考虑到冬季防冻方便，可优选风冷机组。纯水系统，主要供给母盘清洗使用，或兼为冷却水系统提供纯水。该系统主要水源取自当地自来水，应根据当地水质情况选择合理的水处理方案。母盘生产设

48、备配有水处理设备（这里指的是宏威数码的机器），水处理设备是根据当地的水质设计出来的，由于中国大陆各地区的水质不同，也可以在它的前面再加一套纯水预处理系统。这样虽然投资费用相对比较高，但是能稳定正常生产，保证出口水质，维修保养费用低。常用的水处理方案有：1、石英砂过滤；2、碳过滤；3、软化处理；4、10微米过滤器；5、反渗透；6、混床去离子（或电离处理）；7、紫外线照射；而国外提供的水处理设备一般没有石英砂过滤器，从自来水直接到10微米过滤器、软化、反渗透、混床去离子、紫外线照射，因此容易造成10微米过滤器的频繁更换，过滤器脏的非常快，甚至一周就要更换一个。既影响到了生产又增加了维修成本，同时又

49、对母盘的质量产生影响。三、压缩空气，压缩空气系统为母盘生产设备中的气动、真空机构提供气源。为保证气动机构运行可靠，压缩空气系统应保持洁净，输出稳定。系统设计要考虑检修方便并配置备用空压机。压缩空气站的位置应距离用气点较近，管路口径应选择合理，便于维修。下面的公式为压缩空气管路压降计算公式：dP=L×450×Qc1.85/d5×P，式中dP：压降，巴；L：管路长度，米；Qc：空压机产气量，升/秒；d：管径，毫米；P：入口工作压力，巴。从公式可见，压降与管路长度、管径相关，光路越长，管径越小，中间接口越多，压降会成倍的增加，这时能耗也增加，空压机的工作效率明显降低。如

50、果管路中有漏气，阻滞等故障时，管路较长，查找起来难度就越大。若管路短，查找简单判断容易，解决问题快。即使更换管路，工程成本也较低。有个别工厂由于用地的限制，空压机站与用气点较远，在压缩空气系统设置时，为保证用气，应在用气点附近加装小型储气罐，在分管路上装阀门，压力表，以备查找故障时灵活方便。压缩空气系统一般采用集中供气，优点是：总投资少，设备占用空间小，便于维护保养，耗能少。缺点是：一旦发生故障，停机维修损失较大，因此，一定要有备用的设备，以减少停产损失。对于一些工厂分期扩大生产规模，也可采用局部集中供气，例如，一个压缩空气系统供给十六条母盘线。这时可采用上面的方案。该方案的优点是：停机维修方

51、便，生产损失少，安装灵活，便于工厂的积累式滚动发展。缺点是：总体投资大，能耗高，设备占用空间大，维护成本较高。另外一点非常重要，是必须保证压缩空气的洁净。常用的方案如下：首先空压机必须设有自动排水阀，储气罐有冷凝水的排水阀门，保证每天排水。一般母盘设备的用气，在储气罐后设置冷干机、过滤器组，同时在每个用气设备入口也必须装有过滤器和压力表。如果希望系统更加洁净可靠，在冷干机之后加装吸附式干燥机。需要注意的是，空压机散热器处要做好排风管路，使散热气的热量迅速排出，保持室适合的工作温度，以保证空压机不会因为过热使得润滑油污染整个空气系统。一旦整个系统受到污染，恢复起来是非常麻烦的，可能会影响全部气动

52、元件和系统。整体系统的建立不可能有一个固定的模式。一个好的方案应该建立在对母盘生产设备与其工艺、外围设备的充分了解和熟悉，并结合不同地域环境情况的差别，按照不同工厂的具体状况和要求，灵活结合实际的系统设计。这里仅根据多年从事设计、工艺、设备维修保养经验，介绍母盘生产系统设计中应注意的各个环节，希望能对新厂的建设有一点的帮助。4 母盘生产线的工艺和自动化控制4.1 母盘生产线的工艺控制为了比较制造工艺过程，需要简述常规玻璃母盘的制造过程。首先将清洗后并经过挑选的可用玻璃基盘放入设备，再次用纯水清洗、甩干，旋涂规定厚度的光刻胶，烘干、冷却后进入激光刻录，接着显影、UV照射、溅镀；然后检查基盘上是否

53、有缺陷，如果正常经清洗可进入电铸工序，电铸后若无缺陷，清洗、UV照射去除残余光刻胶，旋涂保护胶、烘干；最后抛光、切边冲孔、检测。如果母盘使用了预制的专用镍基盘，常规玻璃母盘在刻录之前的玻璃清洗、旋涂光刻材料、烘烤、冷却工序就都不需要了。刻录完成之后，对于玻璃母盘需要立即显影（ODC母盘制造工艺不需要显影工序），而直接刻录母盘在显影之前需要增加两个工序。首先，将已刻录的镍基盘片以115度烘烤5分钟，使盘基片上已曝光部分的光刻胶发生聚合反应。接着，将镍盘片放在波长380nm的紫外线光下照射，使盘基片上的曝光部分与非曝光部分的分解速度差别明显，使非曝光的部分基本保持不变，让曝光部分在显影液中充分溶解

54、。在显影之后的工序里，直接刻录母盘与玻璃母盘完全不同。玻璃母盘在显影之后要进一步用波长380nm紫外线照射，目的是使电铸后分离的压模上残余的光刻胶易于清洗，也防止溅镀时光刻胶的交叉；然后溅镀一层镍。与其对照，直接刻录母盘显影后需要在波长250nm的紫外线光照射，然后以220度烘烤5分钟，使其表面硬化，再溅镀一层镍。最后涂保护胶和冲中心孔。简化了电铸、压模与玻璃分离、压模表面化学处理和清洗、压模背面抛光、切边等工序。母盘制造的主要工艺流程（指的是玻璃为基盘的母盘自动化生产）如图4-1所示，装载白玻璃基盘基盘清洗CAL液体旋涂Hard加热冷却PR液体旋涂PR加热去LBR刻录显影溅镀机镀膜完成卸盘图

55、4-1 母盘生产的工艺流程一、玻璃基盘上光刻胶的制备，1、选择适当性能的光刻胶，一般可取制作通用DVD盘片的光刻胶。2、选用适当的稀释剂，稀释后得到粘度合适的光刻胶。3、采用分步旋涂，确保光刻胶层厚度的分布均匀性（约20A）。4、调节旋转速度，以对光刻胶层不同厚度的要求进行控制。5、对光刻胶的坚膜过程进行时间、温度和均匀性的控制，以提高刻录和显影的效果。6、使用自动扫描椭圆偏振测试仪精确测定光刻。胶层的厚度与其均匀性，并用原子力显微镜合适母盘上预刻槽的深度。一般情况下，预刻槽的深度为180-250nm。二、刻录，将母盘设计得到的各项数据作为必要的指令参数，分别传递给信号发生系统和刻录控制系统。

56、其中包括将ATIP开始时间、ATIP结束时间、专用信息1/2/3和附加信息1/2/3传递给信号发生器，将道间距、线速度、ATIP的起始半径、ATIP的结束半径传递给刻录控制系统。刻录控制系统在ATIP的起始半径位置向母盘信号发生系统发出启动信号，该信号发生系统按照ATIP时间的递增、专用信息1/2/3和附加信息1/2/3产生以模拟调频和数字双相位调制的方式编码于具有径向摆动的正弦信号，以控制刻录系统中的AOM调制器，从而产生摆动的刻录激光。该刻录激光在光刻胶层产生一条被曝了光的轨迹方向上具有一个幅度为25-43nm的正弦摆动，其基本频率为22.05kHz，频率偏移为正负1kHz，即周期长度约为

57、54-64微米。预刻槽的宽度、槽壁倾斜角与摆动幅度的控制包括一下几个方面：1、调节激光刻录功率和显影程度以控制预刻槽的宽度，使用原子力显微镜检查槽的宽度。一般情况下，预刻槽的宽度为0.5-0.8微米。2、在一般情况下，使用458nm波长的激光进行刻录可是槽壁倾斜角在55度左右，使用351nm波长的激光进行刻录可使槽壁倾斜角为60度-65度，同时激光刻录功率的强弱和显影是否充分也在一定程度上影响槽壁倾斜角。3、调节正弦刻录信号的幅度（0-1V），以控制母盘预刻槽的摆动幅度，使得复制后得到的写入光盘的预写槽具有必要的摆动幅度。4、为了检测预刻槽对可写入光盘性能的影响可以制作多段不同槽宽的母盘进行实

58、验。5、原子力显微镜的探针很容易在使用中变钝或被沾污变脏，使测量产生较大的噪声和误差，因此，探针的使用次数是十分有限的，而且必须经常检测同一个样品以确认探针是否还可靠。采用统计的方法对所得到的图形进行计算并获得预刻槽的深度、宽度和槽壁倾斜角的可靠数据。三、显影，调节显影时间或显影电压以控制显影的程度是形成理想预刻槽形状的重要工艺之一。充分显影可得较大的槽壁倾斜角，但要求该光刻胶经得起充分的显影。四、金属化，可以采用化学法（NED）进行表面金属化，使镍均匀的无损伤地淀积到玻璃母盘表面，使玻璃母盘上的光刻胶沟槽形状和玻璃基盘表面保持完好，从而确保光盘母盘上理想的沟槽形状。五、溅镀镀膜，主要利用辉光放电（glow discharge）将氩气（Ar）离子撞击靶材（target）表面；靶材的原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜。同时用强力磁铁将电子呈螺旋状运动，加速靶材周围的氩气离子化，使得氩气离子对阴极靶材的撞击机率增加，形成