光盘刻录原理

 

读盘原理
我们常说的CD实际上是Compactdiscs的缩写。不管其存储的是音乐（Audio）、数据（Data）还是其它多媒体视频文件（Video）等，所有数据都经过数字化处理变成"0"与"1"，其所对应的就是光盘上的Pits（凹点）和Lands（平面）。
所有的Pits都有着相同的深度与长度。一个Pits大约只有半微米宽，大概就是五百粒氢原子的长度。而一张CD光盘上大约有28亿个这样的Pits。当激光映射到盘片上时，如果是照在Lands上，那么就会有70％到80％激光被反射回；如果照在Pits上，就无法反射回激光。根据反射和无反射的情况，光盘驱动器就可以解读"0"或"1"的数字编码了。
光盘结构原理
我们常说的刻录盘则是指CD-R和CD-RW两种。CD-R是CD-Recorder或CD-Recordable的缩写，是一张光盘只可以让用户写一次的光盘驱动器，其数据格式与CD-ROM相同；CD-R规格书由飞利浦公司（philips）和索尼（sony）共同制定于1990年，雅马哈公司（yamaha）在同年推出了第一部2倍速CD-R驱动器。
CD－RW是CD-ReWritable的缩写，是允许用户在同一张可擦写光盘上反复进行数据擦写*作的光盘驱动器，由ricoh公司首先推出。CD－RW采用相变技术来存储信息。相变技术是指在盘片的记录层上，某些区域是处于低反射特性的非晶体状态；数据是通过一系列的由非晶体到晶体的变迁来表示。CD－RW 驱动器在进行记录时，通过改变激光强度来对记录层进行加热，从而导致从非晶体状态到晶体状态的变迁。
与CD－R驱动器相比，CD－RW具有明显的优势：CD－R驱动器所记录的资料是永久性的，刻成就无法改变。若刻录中途出错，则既浪费时间又浪费光盘；而CD－RW驱动器一旦遭遇刻录失败或须重写，可立即通过软件下达清除数据的指令，令CD－RW光盘重获"新生"，又等重新写入数据。
市场上的刻录盘片价格不等，质量也参差不齐，有些刻录盘片更是在硬件结构上做文章，我们都知道CD－R刻录盘的结构应该是从上到下共有五层：
1. 印刷层
2. 保护层
3. 反射层
4. 染料层
5. 底层
CD-RW刻录盘的结构应该有七层：
1. 印刷层
2. 保护胶层
3. 反射层
4. 介电层
5. 纪录层
6. 介电层
7. 底层
但是有些廉价的刻录盘片只是有基本的3.反射层4. 染料层5. 底层，省略了保护层和印刷层，这样只要盘片的背面稍有摩擦，整张的刻录盘就报废了。所以在购买刻录盘片的时候不要只考虑盘片的价格，要知道上面的数据才是真正的无价之宝啊。
虽然CD 和CD-R和CDRW只差了一两个字,但是在实现的技术上可是完完全全的两码事.一个是压制出信息坑,一个则是烧制出信息坑。
压制盘片的工作流程：
1、数据检测：
光盘的内容一般来自音像制作单位或软件开发商，这些单位在节目制作完毕后，会将内容刻录在一张CD-R光盘上或录制在母带上作为"源盘"交给复制生产商。复制生产商为了保证制作出的光盘不出现质量问题，通过先进的检测设备对源盘上的数据进行检测，这些检测设备的精度比我们使用的光驱或其它光盘播放设备精度高的多，并经常用标准盘进行校对以保证设备的精度。只有不存在数据问题的源盘才被转到母版制作工序。
2 、制作模片：
制作模片是一个复杂的过程，也是关系光盘质量的重要过程。
首先，为了保证光盘的普遍可读性，光盘复制厂商会对母带或CD-R上的数据进行格式化，以保证这些数据符合ISO9660 CD-ROM逻辑格式的国际标准，通过格式化的数据可以在PC、Mac、Unix等*作系统中使用。转换后，设备会对格式化的数据进行逐字节的核对，以保证数据的正确。
当然，如果您制作APPLE格式或UNIX格式的光盘，现有的设备也会对它作出相应的处理。 在玻璃基片上的感光树脂是用一个旋转涂膜系统按照(红客基地 www.HonkBase.com 推荐)螺旋轨道以1~8微米（比头发细460倍）的厚度涂上去的，接收到激光束记录仪发射出蓝色激光的感光树脂曝光，然后通过显影药水将曝光部分腐蚀掉，在未被腐蚀的部分和腐蚀掉部分之间就形成了凸起和凹下，这样就将信息留在基片上。
制作基片的过程是整个光盘制作过程最关键的一环，光盘质量再好也只能达到基片的质量，而且这些凸起和凹下仅相当于烟尘颗粒的大小，所以制作基片的车间空气中尘埃的数量是严格控制在一定数量内的，任何一个灰尘都可能造成严重的数据丢失。
经过显影的主片，在树脂表面上蒸镀一层银作为导电层，以便为以后的电铸工艺做准备。这个过程实际上是一个电镀的过程，但形成的厚度较电镀厚的多，所以被称为"电铸"，电铸制作出可以用于复制生产的金属模子，将基片放入含有镍离子（一般是磺胺基镍）的电解液中。
通电后，基片表面含银部分不断吸引镍离子，镍层不断增厚，最终形成一个0.3毫米的镍片。这个坚硬的镍片是同主片的凸凹正好相反，被称为"父片"。 制作成"父片"后，并不是马上用父片开始制作光盘，而是采用同样的方法来制作"母片"，再利用"母片"制作"模片"。
3、注塑生产：
注塑机是由一个模片和模具组成，模片就是我们在母版作工序中的最终产品，通过它可以在盘基上形成信息面。
模具则是一个光滑的表面（读取面），再加热筒中熔融的聚碳酸脂被传送到模具中，同时模片和模具闭合形成一个空腔，在空腔内注入聚碳酸脂的同时，加热筒的螺杆转动，推动模片向前移动，给聚碳酸脂一个压力，使其表面同两边的模具完全贴合，并开始强制冷却。
这个过程一般为3~5秒钟，一张光盘的质量好坏取决于模片的质量、加热的温度、螺杆的压力和冷却的时间。模片质量不好就无法保证数据的准确；加热温度和螺杆的压力与模片同聚碳酸脂的贴合度有直接关系，贴合度低就无法保证信息的正确。
4、溅射：
反射层下面的工序就是真空溅射反射层，溅射工艺也是在一体机里面完成的。
其原理是将高纯度的铝做成圆形的"铝靶"，上下通正负极，中间真空并充填惰性气体。当通电的时候，铝靶上的铝原子受电子冲击溅射到光盘的信息面上，从而形成一个反射层。铝靶同光盘之间的距离很短，并有一对铜制的比光盘稍小的圆环，防止铝溅射到光盘以外。
由于采用溅射的方法，每张光盘的反射层都很薄，仅有几个铝分子厚。 铝靶的内部同样要求高度的清洁，因为任何杂质都会使光盘反射层出现"针眼"，或者杂质碳化造成黑点。一般一个铝靶可以生产10万张光盘，但连续使用的铝靶能够生产更多的产品。
前面我们提到的金盘是用铜合金或者金做反射层，如果采用铜合金作为反射层就不能采用溅射的方法了，而是将金粉或铜合金粉采用类似"喷粉"的方法涂附在光盘的信息面上。除了铜合金本身价格高以外，这样的工艺不仅效率不高，而且损耗大，容易出现质量问题，所以这也是金盘价格高的另一个原因。
5、涂附保护漆
6、印刷盘片
烧制盘片基本过程
和压制盘片相比,烧制盘片的过程要求并没有那么的高,因为盘体和刻录机都是事先已经生产好的了,刻录数据到刻录盘上,其实只是相当于完成了压制盘片中的一个环节而已.但是就是刻录盘片和刻录机的出现,让那些不用大批量复制盘片的用户找到了自己烧录盘片最廉价最容易实现的途径。
刻录机要刻录盘片,刻录盘片肯定是和只读光盘的原里不一样了,那么可烧录盘片的秘密在那里呢?其实就是在刻录盘片的染料层上。
CD－R染料的读写原理
CD-R有机染料数字光存储中，写入信息时记录介质产生不可逆的物理化学变化，形成永久性的记录。写入时10mW左右的激光束在记录介质膜层上聚焦成直径约1mm的微光斑，能量密度达106W/cm2, 在不到1ms的时间内把光照微区内的膜层温度升高到数百度，使膜面性质发生改变或完全破坏，形成稳定的记录信息点。
只读光盘的巨大成功为写一次型光盘的崛起奠定了坚实的基础。同时，写一次型光盘以用户手中数以千万计的只读光盘机为基础，与只读光盘兼容（能被相应的只读光盘机读出）是其作为商品取得成功的前提。所以，CD－R染料读写机理应与只读类光盘相兼容。 写一次型光盘的记录是光热效应记录，即记录激光束的光能转化为热能对记录介质起作用，形成记录信息符。
一般认为，激光诱导型有机光盘染料介质的写入包括以下三个阶段：
1、 染料吸收激光光子，跃迁到各个激发态。
2、 在纳秒的时间内，吸收的光子能量通过辐射（荧光和磷光）转化为光能或通过内转换等非辐射途径转换为热能。由此可见，为使记录层具有较好的写入性能，一般要选择那些具有较高的非辐射跃迁效率以及极低的荧光和磷光量子产率的染料。一些热转换效率接近于1的染料常被用于光盘介质。
3、 吸收的热量使得记录层的温度在短时间内达到数百度（如250℃以上），由此引发了记录层染料的漂白和鼓泡或基片的熔化、流动、变形和烧蚀等过程。 在以上三个阶段之后，有关CD－R盘片变化原理尚没有统一认识。
一种看法是：
染料层在激光的作用下迅速熔化、变形、气化、分解，基片和反射层之间形成一个类似于CD的信号坑（约1mm）。由于信号的读出是根据凹坑处反射率降低来实现的，这种反射率的降低可以认为是由于凹坑处本身的反射率降低引起。

另一种解释认为被反射层和基片所密封的染料层中不可能出现具有空隙的凹坑，在激光照射处的染料层发生了流动，使得染料层渗透的PC基片中形成一个深度为80nm左右的凹坑，在金反射层表面也形成约7nm左右的鼓包，同时在该处的染料层被流回的聚碳酸酯所稀释。
2、染料的性质
早期称作WORM的写一次型光盘，记录介质采用的是无机材料。但无机材料对各种波长的光都有较强烈的吸收，不能满足在780nm处有高于70%的原始反射率的要求，从而不能与只读光盘兼容；其次，无机材料还有长时间受光照容易产生龟裂，以及易氧化等缺点，而有机染料则能避免这些缺点。此外，有机染料的还有一下突出优点：
1. 具有较低的熔点和软化温度，因而具有较高的灵敏度；
2. 具有较低的热导率，有利于形成较小的微坑；
3. 性能稳定，不易受到空气和湿度的腐蚀；
4. 可以用旋转涂布法制作光盘，制作成本较低；
5. 毒性一般比常用无机介质要小；
6. 有机染料的光学及热学性能可通过改变分子结构来调整，利于有机合成。
所以在目前CD－R盘片中普遍采用有机染料。CD－R光盘染料按其结构可将其分为花菁、酞菁、醌类、金属络合物、偶氮类化合物等。目前广泛用于CD-R的有机一次记录材料有花菁染料、酞菁和偶氮染料。工业生产上所用的大部分为花菁染料，制成的CD-R光盘呈绿色，称"绿盘"；也有一部分用酞菁染料，光盘呈淡绿的金色，称"金盘"；用偶氮染料制成的CD-R光盘为蓝褐色，称为"蓝盘"。
3、CD-R染料的配制和回收
CD－R染料溶液由染料、主溶剂、副溶剂组成。由于盘片性能主要由染料层厚度和染料在槽和岸上的分布(槽填充来决定), 而膜层厚度受到染料浓度和旋转程序设定的控制而槽填充受到副溶剂浓度的控制， 所以只要严格控制染料的浓度和第二种溶剂的含量，才能确保有一个比较稳定的工艺参数，能提高染料的循环次数。在生产中染料的浓度正比于染料的吸光度，染料吸光度的测量用分光光度计，而副溶剂的测量主要依靠气相色谱分析。
CD－R盘片染料的配制过程为：
1）染料和溶液的准备：主要是染料和主、副溶液的准备。
2）由粉末配制染料（未搀杂搅拌)：首先确定染料粉末的重量(通常为染料重量的2%-3%)并按相应比例计算出主溶剂和副溶剂所必须的相对体积。量出主溶剂的一半加入到合适尺寸的器皿中在搅拌时，要慢慢的向器皿中加入所有的染料和副溶剂，持续搅拌直到所有的染料溶解。量出剩余的主溶剂使最终溶液达到预期的重量，最后用过滤器过滤新配制的染料溶液。
3）染料测定：取一定量的过滤后的染料溶液样品，有主溶液稀释。使用分光光度计在500～900nm的区域内测出样品光谱并记录最大波长(～713nm)和在最大波长处的吸光度。最终的吸光度同标准样本作的比较作为接受性试验。
4）染料溶液浓度的检验：由于染料浓度正比于染料的吸光度(Beer-Lambert 法则：Log10I0/I (吸光度)＝ε.l.c 其中ε=衰减系数(extinction coeff)，l=光程长度(pathlength)，c=浓度)，通过分光光度计检验。
5）副溶剂浓度检验：由于副溶剂在～280nm处吸收在这个区域的响应完全被染料的吸光度覆盖了，分光光度计不适合用于它的检测，因此主要使用气相色谱分析对副溶剂浓度进行检测。
6）染料回收：在旋涂完成后，染料固体可以通过旋转式蒸发器从溶液中提取出来或将未沉积的染料溶液排入回流收集容器中。由于旋涂和排流过程中大量的主溶剂蒸发了，回流的染料溶液是高度浓缩的，通过分光光度计测量溶液中染料的浓度，加入相应主溶液，再通过气相色谱分析计算出所需副溶剂的量并加入其中，最后通过过滤器搅拌和过滤再次利用。 由于染料在CD－R盘片中的重要性，其配制过程应严格按照相应的规程执行。
4、CD-R染料的涂布和洗边
与只读型CD盘片相比，CD－R盘片的制造工艺中，主要不同的就是与染料有关的的步骤。即染料的涂布、洗边和烘干是CD－R盘片制造所特有的，其中染料的涂布和洗边是比较关键的两步，下面就这两步进行介绍。
CD－R盘片的通常的涂布方式采用 (Spin Coating) 旋转涂布。这种方法是注塑后的基片首先经过冷却，然后将配制的染料溶液滴到光盘基片表面，并将盘片高速旋转而形成很厚的一层并逐渐挥发减薄，进而在盘基上涂一层0.2um厚的染料层。染料层是CD-R基片工作的核心部分，控制的关键在于染料涂布的位置、厚度与均匀性，这两个参数均会在不同程度过上影响到CD-R反射率（Reflec-tivity）、推挽信号（Push-Pull）、径向对比（Radial Contrast）和不同速率刻录时CD-R的表现。
盘片的沟槽形貌，染料的配置控制染料涂布的厚度和均匀性。为了使染料能均匀涂布在盘基表面，其旋转速度应严格控制。
在CD－R产生之初，日本公司通常是采用8阶段甩涂方案，即通过8个不同转速的控制，来完成染料的涂布。经过改进目前普遍采用3步或4步法甩涂，主要过程是先通过慢转速，将染料涂布完全，之后逐步加快转速来完成薄化涂层和溶剂干燥等，整个过程大约10秒。
洗边的作用是把盘片最外圈约1.5mm的染料层用溶剂冲洗掉。这种处理主要是使反射层能完全覆盖盘片的边缘，使得染料完全与空气隔绝，以防止大气从边缘对染料薄膜起化学作用。如果洗边位置过小，银层不完全覆盖染料，容易引起盘片最外围性能不稳定，洗边太多，又破坏盘片的最大数据容量。
洗边的位置和圆整性是靠调节清边的终结位置，溶剂量以及时间转速来实现的。相比压制盘片而言,刻录盘的制作复杂程度有过之而无不及,但是这些工艺是在工厂里就完全搞定的了,普通用户自然不用为其*心,他们只用把注意力放在什么牌子上的刻录盘比较好用,比较耐用,价格又比较便宜就可以了。