1、 I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 of Production Line 院 系： 电气与电子工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： XXX 指导教师： XXX II2012 年 1 月 10 日摘 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
2、 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(Blu ra
3、yDisc)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 及 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 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
4、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IIIAbstractCD 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, Ag
5、ain recently made the Blu-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,
6、 Once completed record, written 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 enti
7、rely different, even if read up on tens of thousands of times also doesnt 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. CDs advantages are still lies in his acces
8、s speed and conservation 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 d
9、egrees, humidity 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 prod
10、uction quality motherboard 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 h
11、igh, not someone for participation. So manufacture and produce the motherboard automation equipment to be my research subject.Key words: CD， Motherboard， Jitter ValuesIVV目 录摘要.IVAbstract .V修改意见 .I1 绪 论 .11.1 母盘的发展状况及其前景 .11.2 母盘生产流程 .11.3 母盘自动化研究的目的和意义 .12 母盘的设计及其工程环境 .32.1 预刻槽 ATIP 信息及其信息区数据和物理参数 .
12、32.2 沟槽形状的设计以及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 母盘的工程化环境 .83 母盘生产线的布局及设备配置 .103.1 母盘设备的建厂布局 .113.2 母盘生产线水、电、气方案 .134 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 .235.1 结论 .235.2 本文的不足 .23致 谢 .24附 录 .25参考文献 .461 绪 论1.1 母盘的发展状况及其前景近年来，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
13、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，以利于及时中断刻录，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，刻录的坑型规范、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
14、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 母盘生产流程目前广泛使用的母盘自动化制造技术虽然不完全相同，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
15、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 母盘的设计及其工程环境2.1 预刻槽 ATIP 信息及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
16、 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
17、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-23mm 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
18、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
19、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
20、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 沟槽形状的设计以及专用信息和附加信息的确定使用不同配方的有机染料及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、槽壁倾斜角及摆动幅度是母盘设计的重要内容之一。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）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，它的内容为，D0 ：00：A0，最佳记录功率为6.5mW，一般是用在只读光盘上，最佳写入策略的范围为 B-。专用信息 2，它的内容
21、为，97：96：00，这个专用信息为导入区的开始时间。专用信息 3，它的内容为，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内谐振，在工作物质内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
22、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（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
23、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
24、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相同，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内，以免产生
