Fabricación de discos compactos

La fabricación de discos compactos es el proceso mediante el cual se replican discos compactos comerciales (CD) en grandes cantidades utilizando una versión maestra creada a partir de una grabación original. Esta puede ser en formato de audio ( CD-DA ) o en formato de datos ( CD-ROM ). Este proceso se utiliza para la masterización de discos compactos de solo lectura. Los DVD y Blu-ray utilizan métodos similares (véase Disco óptico §  Fabricación de discos ópticos ).

Un CD se puede usar para almacenar audio , video y datos en diversos formatos estandarizados definidos en los Libros Rainbow . Los CD generalmente se fabrican en una sala limpia de clase 100 (ISO 5) o superior , para evitar la contaminación que podría provocar la corrupción de datos. Se pueden fabricar con tolerancias de fabricación estrictas por tan solo unos centavos de dólar estadounidense por disco.

La replicación difiere de la duplicación (es decir, la grabación utilizada para CD-R y CD-RW ) en que las hendiduras y las zonas planas de un CD replicado se moldean en un CD virgen, en lugar de ser marcas de quemadura en una capa de tinte (en CD-R) o áreas con características físicas modificadas (en CD-RW). Además, las grabadoras de CD escriben los datos secuencialmente, mientras que una planta de prensado de CD forma el disco completo en una sola operación de estampado físico, similar al prensado de discos . ^{[ 1 ]}

Todos los CD se prensan a partir de una fuente de datos digitales , siendo las más comunes los CD-R de baja tasa de error o los archivos de un disco duro de ordenador conectado que contienen los datos finales (p. ej., música o datos informáticos). Algunos sistemas de prensado de CD pueden utilizar cintas maestras digitales , ya sea en formato DATA , Exabyte , DATA lineal , DATA estacionario o Umatic . Se utiliza un adaptador PCM para grabar y recuperar datos de audio digital en y desde un formato de videocasete analógico como Umatic o Betamax . Sin embargo, estas fuentes solo son adecuadas para la producción de CD de audio debido a problemas de detección y corrección de errores. Si la fuente no es un CD, también se debe preparar y almacenar la tabla de contenidos del CD que se va a prensar en una cinta o disco duro. En todos los casos, excepto en el caso de las fuentes CD-R , la cinta debe cargarse en un sistema de masterización de medios para crear la tabla de contenidos del CD. El procesamiento creativo de las grabaciones de audio mezcladas suele tener lugar en las sesiones de premasterización de CD convencionales. Aunque el término "masterización" se usa comúnmente entre la gente común para describir esta fase, la terminología oficial de la industria la denomina "premasterización", ya que precede a la creación del patrón de vidrio a partir del cual se electroforman las placas de estampado. ^{[ 2 ]} 

Tras el proceso de masterización, el modelo de vidrio se hornea para endurecer el material superficial desarrollado y prepararlo para la metalización. La metalización es un paso crítico previo a la fabricación electrogalvánica ( galvanoplastia ).

El molde de vidrio desarrollado se coloca en un metalizador de deposición de vapor que utiliza una combinación de bombas de vacío mecánicas y criobombas para reducir la presión total de vapor dentro de una cámara hasta alcanzar un vacío absoluto. A continuación, se calienta un trozo de alambre de níquel en una barquilla de tungsteno hasta alcanzar una temperatura incandescente, y el vapor de níquel se deposita sobre el molde de vidrio giratorio. El molde de vidrio se recubre con el vapor de níquel hasta alcanzar un espesor típico de unos 400  nm.

Las piezas maestras de vidrio terminadas se inspeccionan para detectar manchas, poros o una cobertura incompleta del recubrimiento de níquel y se pasan a la siguiente etapa del proceso de masterización.

La electroformación se realiza en "Matrix", nombre que recibe el área de proceso de electroformación en muchas plantas; además, se trata de una sala limpia de clase 100 (ISO 5) o superior . Los datos (música, datos informáticos, etc.) del máster de vidrio metalizado son extremadamente frágiles y deben transferirse a un soporte más resistente para su uso en el equipo de moldeo por inyección, que es el que produce los discos ópticos finales.

El molde metalizado se sujeta en un marco de electrodeposición conductor con la cara de datos hacia afuera y se introduce en un tanque de electroformado. El agua del tanque, especialmente preparada y controlada, contiene una solución de sal de níquel (generalmente sulfamato de níquel) a una concentración específica que puede ajustarse ligeramente en diferentes plantas según las características de los pasos previos. La solución se tampona cuidadosamente para mantener su pH , y los contaminantes orgánicos deben mantenerse por debajo de una parte en cinco millones para obtener buenos resultados. El baño se calienta a aproximadamente 50 °C. 

El molde de vidrio gira en el tanque de electroformado mientras una bomba hace circular la solución sobre su superficie. Durante el proceso de electroformado, no se deposita níquel sobre el molde, ya que esto impediría su separación. La deposición se evita mediante pasivación y, en un principio, porque el vidrio no es electroconductor. En cambio, el recubrimiento metálico del disco de vidrio se deposita inversamente sobre el níquel (no sobre el mandril), que se electrodeposita por la atracción de los electrones del cátodo, el cual actúa como el molde de vidrio recubierto de metal. La electrodeposición, por otro lado, implicaría la electrodeposición directa sobre el mandril, con la intención de que este permanezca adherido. Estas diferencias, junto con los requisitos más rigurosos de control de temperatura y pureza del agua de baño, constituyen las principales diferencias entre ambas técnicas de electrodeposición. El molde metálico que se obtiene primero del vidrio recubierto de metal es el patrón metálico (y no deberíamos crear un patrón a partir de otro, ya que eso no seguiría la nomenclatura de la secuencia de fabricación propia de la electroformación). Este método es claramente opuesto al de la galvanoplastia convencional. Otra diferencia con la galvanoplastia es que la tensión interna del níquel debe controlarse cuidadosamente, o el molde de níquel no será plano. La limpieza de la solución es importante, pero se logra mediante filtración continua y los sistemas habituales de embolsado de ánodos. Otra gran diferencia es que el espesor del molde debe controlarse con una tolerancia de ±2% del espesor final para que se ajuste a las máquinas de moldeo por inyección con tolerancias muy altas en los anillos de gasificación y las abrazaderas centrales. Este control de espesor requiere control electrónico de corriente y deflectores en la solución para controlar la distribución. La corriente debe comenzar siendo bastante baja, ya que la capa metalizada es demasiado delgada para soportar corrientes elevadas, y se aumenta gradualmente. A medida que aumenta el espesor del níquel en el patrón de vidrio, se puede aumentar la corriente. La densidad de corriente de electroformado completa es muy alta, y el espesor total, generalmente de 0,3  mm, tarda aproximadamente una hora. La pieza se retira del tanque y la capa metálica se separa cuidadosamente del sustrato de vidrio. Si se produce un recubrimiento, el proceso debe reiniciarse desde la fase de preparación del vidrio. La pieza metálica, ahora llamada "padre", presenta los datos deseados como una serie de protuberancias en lugar de cavidades. El proceso de moldeo por inyección funciona mejor fluyendo alrededor de los puntos altos en lugar de hacia las cavidades de la superficie metálica. El padre se lava con agua desionizada y otros productos químicos como peróxido de hidrógeno amoniacal, hidróxido de sodio o acetona.para eliminar cualquier rastro de resina o contaminantes. El vidrio maestro puede enviarse para su recuperación, limpieza y revisión antes de su reutilización. Si se detectan defectos, se desechará o se volverá a pulir para su reciclaje .

Una vez limpiada de cualquier resto de níquel y resina, la superficie del padre se lava y se pasiva, ya sea eléctrica o químicamente, lo que permite que la siguiente capa de recubrimiento se separe del padre. Esta capa es una capa atómica de oxígeno absorbido que no altera la superficie física. El padre se sujeta de nuevo en un marco y se devuelve al tanque de recubrimiento. En esta ocasión, la pieza metálica que se forma es la imagen especular del padre y se denomina "madre"; como ahora presenta poros, no se puede utilizar para moldeo.

El sándwich formado por la madre y el padre se separa cuidadosamente. La madre se lava, se pasiva y se vuelve a introducir en los baños de electroformado para producir una imagen especular sobre ella, denominada hijo. La mayoría de los CD moldeados se fabrican a partir de hijos.

Las plantas madre pueden regenerarse a partir de plantas padre si se dañan o tras un ciclo de producción muy largo. Si se manejan correctamente, no hay límite en la cantidad de plantas que se pueden obtener de una sola planta madre antes de que su calidad se reduzca de forma inaceptable. Las plantas padre pueden utilizarse directamente como plantas si se requiere una producción muy rápida o si el rendimiento es del 100%, en cuyo caso almacenar la planta padre sería un desperdicio. Al final de un ciclo de producción, la planta madre debe almacenarse.

Un padre, una madre y un conjunto de matrices (a veces llamadas "hijos") se conocen colectivamente como una "familia". Los padres y las madres tienen el mismo tamaño que un sustrato de vidrio, generalmente de 300  μm de espesor. Las matrices no requieren espacio adicional alrededor del área del programa y se perforan para eliminar el exceso de níquel tanto del exterior como del interior del área de información, con el fin de que encajen en el molde de la máquina de moldeo por inyección (MMI). Las dimensiones físicas del molde varían según la herramienta de inyección utilizada.

Las máquinas de moldeo de CD son moldeadoras de inyección de policarbonato de alta temperatura diseñadas específicamente . Tienen una producción promedio de 550 a 900 discos por hora, por línea de moldeo. Los gránulos de policarbonato transparente se secan primero a unos 130 grados Celsius durante tres horas (nominal; esto depende de la resina de grado óptico que se utilice) y se introducen mediante transporte por vacío en un extremo del cilindro de la moldeadora (es decir, la garganta de alimentación) y se mueven a la cámara de inyección mediante un tornillo grande dentro del cilindro. El cilindro, envuelto en bandas calefactoras con temperaturas que oscilan entre aproximadamente 210 y 320 grados Celsius, funde el policarbonato. Cuando el molde está cerrado, el tornillo avanza para inyectar el plástico fundido en la cavidad del molde. Cuando el molde está lleno, el agua fría que circula por las mitades del molde, fuera de la cavidad, enfría el plástico para que se solidifique parcialmente . Todo el proceso, desde el cierre del molde, la inyección y la nueva apertura, dura aproximadamente de 3 a 5 segundos.

El disco moldeado (conocido como disco "verde", ya que no ha recibido el procesamiento final) se extrae del molde mediante manipulación por vacío ; brazos robóticos de alta velocidad con ventosas de vacío. Se traslada a la cinta transportadora de entrada de la línea de acabado o a la estación de enfriamiento, para su posterior metalización. En este punto, los discos son transparentes y contienen toda la información digital deseada; sin embargo, no se pueden reproducir porque carecen de una capa reflectante.

Los discos pasan, uno a uno, al metalizador, una pequeña cámara con un vacío aproximado de 10⁻³ Torr (130 mPa). El proceso se denomina ^{pulverización} catódica . El metalizador contiene un blanco metálico, casi siempre una aleación de aluminio (principalmente) y pequeñas cantidades de otros metales. Existe un sistema de esclusa de carga (similar a una esclusa de aire ) que permite mantener la cámara de procesamiento a alto vacío durante el intercambio de discos. Cuando el disco gira hasta la posición de procesamiento mediante un brazo giratorio en la cámara de vacío, se inyecta una pequeña dosis de gas argón y se aplica una corriente eléctrica continua de 700 voltios y hasta 20 kW al blanco. Esto produce un plasma a partir del blanco, y el vapor de plasma se deposita sobre el disco; se trata de una transferencia ánodo-cátodo. El metal recubre la cara de datos del disco (superficie superior), cubriendo el surco y las zonas de contacto. Esta capa metálica es la superficie reflectante que se puede ver en el reverso (lado sin etiqueta) de un CD. Esta fina capa de metal es susceptible a la corrosión por diversos contaminantes, por lo que está protegida por una fina capa de laca.

Tras la metalización, los discos pasan a una máquina de recubrimiento por centrifugación, donde se aplica una laca curable con luz ultravioleta  sobre la capa metalizada. Mediante un giro rápido, la laca recubre todo el disco con una capa muy fina (aproximadamente de 5 a 10 μm ^{[ 4 ]} ). Una vez aplicada la laca, los discos pasan bajo una lámpara UV de alta intensidad que la cura rápidamente. La laca también proporciona una superficie para la etiqueta, generalmente impresa mediante serigrafía u offset . La(s) tinta(s) de impresión deben ser químicamente compatibles con la laca utilizada. Los rotuladores que usan los consumidores para escribir en superficies en blanco pueden provocar roturas en la capa protectora de laca, lo que puede causar corrosión de la capa reflectante y el fallo del CD.

Para el control de calidad , tanto el troquel como los discos moldeados se prueban antes de la producción. Durante las series de producción largas, se toman muestras del disco (pruebas de prensado) y se comprueba la uniformidad de la calidad. Los discos prensados ​​se analizan en un analizador de señales. El troquel metálico también puede probarse en un analizador de señales especialmente adaptado (de mayor diámetro, más frágil, etc.).

La máquina escanea el disco o matriz y mide diversos parámetros físicos y eléctricos. Si bien pueden producirse errores en cada etapa de la producción, el proceso de moldeo es el menos susceptible a ajustes. Las fuentes de error se identifican y compensan con mayor facilidad durante la masterización. Si los errores son demasiado graves, la matriz se desecha y se instala una nueva. Un operador experimentado puede interpretar el informe del sistema de análisis y optimizar el proceso de moldeo para crear un disco que cumpla con las especificaciones de Rainbow Book (por ejemplo, Red Book para audio de la serie Rainbow Books ).

Si no se detectan defectos, el CD continúa su proceso de impresión para que se pueda imprimir una etiqueta mediante serigrafía u offset en la superficie superior del disco. Posteriormente, los discos se cuentan, se empaquetan y se envían.

• Cinram (anterior)
• Moser Baer
• Ritek
• Sony DADC

• publicación de CD
• Creación de discos ópticos

• Cómo se fabrican los discos compactos: una explicación de un profano para profanos.
• Introducción a la duplicación de CD