DVD光盘制造技术讲解
- 作者：田野
- 原载：电脑报 2005年第19期
- 版权：本文版权归田野及电脑报所有
众多的电脑玩家中，有不少人热衷于收藏电影。每当有新片推出，他们都会在第一时间里收入囊中，与家人、朋友一同欣赏，购买DVD影片成为这些人的一种爱好。随着DVD刻录技术的成熟，这些人也会变成刻录达人，热衷于将自己各种喜好的东西刻录成DVD珍藏。过些时日，当你们再次找出自己的DVD盘片时，却发现它们中的一部分已经无法读取，完全不是平日所了解的DVD盘可以保存100年的说法。这是为什么呢？本文就从DVD盘片的生产和制造角度出发，为大家讲解一些相关的技术和工艺。
DVD的分类
通常我们按照所存储的内容将DVD分成DVD-Video、DVD-Audio、DVD-ROM以及DVD-Recordable等四类。
- DVD-Video也就是我们平时所说的DVD影碟，是目前市面上数量、种类、内容最多的产品了，通常我们说的DVD影碟就是指的DVD-Video。
- DVD-Audio是指存储了音频数据的DVD盘片，最大特点就是音质好，拥有5.1或6.1独立的声道，环绕和保真效果好。目前该类产品在欧美一些国家更加常见一些，国内较少看见。
- DVD-ROM则是用来存储数据的盘片，当然也包括视频和音频。市面上销售的一些电视剧或MP3利用DVD-ROM作为载体，同时在DVD机里播放，但它们与DVD-Video/Audio有着本质的区别。
- DVD-Recordable是指可写型DVD盘片，按照不同的标准又细分为DVD-RAM、DVD-R/RW、DVD+R/RW等几种。我们使用DVD刻录机就可以将自己需要的文件、数据刻录到相应的盘片上。
DVD盘片制造流程和工艺
首先以最常见的DVD-Video为例，向大家介绍一下DVD盘片是如何制造的。DVD-Video的制造流程主要分为前期准备、母盘制作、盘片复制、测试包装几个步骤。
一．前期准备
前期的准备工作主要包括确定视频来源、视频的编码、菜单设计、内容编排和测试调制等工序。另外许多高品质的DVD-Video还要求加入其它特性，如多音轨、多视角、拍摄花絮等。因为这些前期的准备和开发工作将直接影响到产品质量，所以整个过程成本是制作DVD中花费最大的。
二．母盘制作
发行商都希望能够大量发行每一部电影的DVD版本，这也就要求制造商大量制作DVD-Video。为了加快效率、降低成本，通常需要制作一个母盘，然后按照母盘大批量地压制盘片。母盘的制作可分为以下三个步骤：
- R.M.P制程
母盘的主要材料为玻璃基板，一个合适尺寸的玻璃母盘盘基是必需的，盘基的直径大多为160mm。为了达到表面光洁，盘基用溶解性溶剂经过刷洗机刷洗，干后再在上面涂上一层很薄的黏合剂，为上胶做准备。上胶是在每分钟2200转的转速下旋转并给盘基涂上光刻胶层。光刻胶是一种感光材料，其涂层厚度大约为130皮米（1皮米为1纳米的千分之一）。最后将涂有光刻胶的盘基放在90摄氏度的温度下进行烘干。烘干后的盘片只有在表面分析过程中符合要求，这才算完成准备母盘盘基这一制程。
- L.B.R.制程
L.B.R.这过程又分为刻板、显影和金属化三项作业。
“刻板”是母盘制作中最重要的一个环节，它是将我们上面提到的前期准备工作中所准备的数字信号经MIS（讯号源接口系统）转换成高频讯号，送至刻板机读取器，并驱动紫外线激光器。因为光刻胶受到激光束照射后会发生化学反应，所以受到照射的部分就会留下一些小的痕迹用以标记。
这些带标记的盘基会被放到显影机上进行“显影”，即用显影液将受到曝光的点洗去。由于显影液是一种碱性化学溶液，所以它只能溶解发生化学反应后的光刻胶，而对光刻胶本身不起作用。显影处理后的母盘盘基就形成了一段凹坑。
光刻胶的质地不够坚硬，无法直接用来当作母盘进行压制DVD-Video。最后的“金属化”目的就在于进行完显影后玻璃基盘上将镀上一层金属层，使之成为可以导电的电极。这样才可以进行后面的电铸处理。
专业领域里把金属化这道工艺称之为“溅镀”。早期溅镀使用的金属是银，但是银的价格昂贵并且表面硬度不高，容易变形，目前都改用镍钒合金靶。工作时，镍钒合金靶被放入真空腔体中，并对靶材施加高负电能。然后将氩气注入真空腔体内，利用放电使氩气离子撞击镍钒合金靶块，致使镍钒合金以离子形式溅出，遇到较冷的物体表面而冷却下来，最后金属离子形成金属薄膜，附着于玻璃基盘上，其厚度约为150纳米。
- GAL制程
金属化后的玻璃基盘经过电铸处理，使150纳米的镍钒合金导电层增厚至约0.03毫米，这样才能符合模具的容纳规格。然后经过“抛光”，打磨光滑。最后将这块基盘冲压成我们所熟悉的盘片的样式、大小。
至此，整个母盘的制作才算告一段落。这种母盘的制作方法我们可以称之为“光刻胶”法，也是最常用的方法。另外，还一些母盘制作技术如电子束技术（E-Beam），已经在半导体工业中得到广泛应用，它可在晶片表面创建超小的、极精确的三维结构，从而达到类似凹坑的目的。
大家平日购买的DVD碟片上，可以发现有些碟片上面有水纹状的东西，水纹会导致DVD信号失真。这些水纹是在母盘制作过程中，由于凹坑斜度过陡产生的。影响凹坑的因素有很多，如刻录激光的波长、光路校准状态、光路设计、光刻胶的类型、曝光功率等等。假设所有因素都很稳定，随着显影时间的增长凹坑的斜度也会随之变陡，当凹坑的斜度足够陡时，水纹就会出现，斜度越陡水纹越严重。另外光刻胶或化学物质残留在母盘表面产生水纹，成品盘也会产生水纹。
三．盘片压制
母盘制作完成后，就到了批量生产DVD-Video的环节了。压模光盘要求有精密的机械设备、严格的工艺控制以及高度的可重复性。最终得到DVD碟片质量的好坏很大程度上取决于压模工艺的好坏。
用来模压DVD盘片的材料一般多为聚碳酸酯，也就是我们常说的工程塑料中的一种，具有光转移性高、偏转温度好、韧性与耐磨损性出众等优点，这些特性也决定它非常适合被用来制作光盘。复制光盘时，首先将聚碳酸酯加热到熔点，加压将其注入到模具腔中。聚碳酸脂与压模（母盘）相挤压，就在塑料基层上复制了数据坑。然后塑料盘片脱离压模，并在模腔内冷却。当聚碳酸酯充分硬化后，打开模具取出盘片。如此不断循环就可以批量制造出基盘了。
我们的DVD播放机或者DVD光驱都是依靠判断激光的反射信息来完成数据的读取，可是聚碳酸酯是一种透明的材料，激光是无法被有效地反射回来的。因此必须在盘片的一面（记住是存在凹坑的一面，很多人都以为是镀在另一面上）溅镀上一层铝反射膜。另外铝如果长期暴露在空气中会被氧化，就会造成读取困难，加上空气中的灰尘也可能会落入盘片的凹坑中，使得信息读取错误。我们必须为信号面再加上一层保护衣，即涂上一层保护胶。如果保护胶没有涂好或者涂得质量较差，一段时间后就会造成我们的碟片看上去不再有光彩，出现一些难看的痕迹，或者无法正常读取了。
保护胶的涂抹方法大家可能经常看到。为得到均匀的旋涂效果，预先将保护胶往内圈上涂上一圈，此时盘片转速很低，以确保滴加在盘片上的保护胶成均匀的带状分布。保护胶的固有粘性、涂抹温度和盘片转速都是要严格控制的。内圈涂好后，盘片即以2000rpm到6000rpm的速度高速旋转，在离心力的帮助下，保护胶非常均匀地散开至盘片的外边缘。因为在盘片的外边缘，存在着未溅镀的区域（该区域在镀反射层时被故意遮住），所以保护胶会直接黏附在基片上，封闭反射层，以保护空气对反射层的侵蚀。涂抹完后立即以紫外线照射使它硬化，即可达到保护铝膜的目的。
这里还要向大家介绍，DVD盘片按照容量还分为单面单层、单面双层和双面单层和双面双层4种，也就是我们常说的D5、D9、D10 、D18。所谓双面单层的比较好理解，制造也相对简单，只需要把两片基盘正反粘合起来就可以了。而对于单面双层或双面双层，制造上就稍微麻烦一点，它的凹坑要更小一些，密度更大，同时涉及到反射层之间的不同反射度、透光度，层与层之间的干扰等相关因素。
最后，制作好的DVD-Video再经过加密、标贴、印刷封装之后就算完成了。
可刻录盘片的生产制造
知道了DVD-Video的制造方法，对可刻录DVD盘片的制造技术就不难理解了。目前DVD刻录标准主要分为三种：DVD-RAM、DVD-R/RW、DVD+R/RW，这三种格式的盘片是不能兼容的，不过其盘片的制造方法大同小异。我们先来看看刻录光盘的基本结构，一般刻录光盘为5层结构：
- 第1层是盘基层，这一层较厚，一般由PC（polycarbonate）塑料制成。
- 第2层是染料层（dye），这也是直接影响盘片质量的一层。
- 第3层是反射层。
- 第4层是保护层（Lacquer）。
- 第5层是印刷层。
我们发现，DVD刻录盘片除了比普通的DVD光碟多出一个染料层之外，其结构再没有多大差别。因此DVD刻录碟在制造过程中就增添了一道染料涂层（DYE COATING）工序。我们知道，DVD刻录是利用激光头发出的激光在盘片上形成一道道的凹坑来完成刻录的，其效果有些类似于制造DVD-Video母盘时的激光刻板环节。因此就要求DVD刻录盘片的刻录面能在激光的作用下发生形态变化，这就要用到染料了。
染料是一种特殊的有机物，这种有机物具有光敏性质，并且只对特定波长的激光敏感。染料具有极强的光热转换能力，转换效率接近于1。另外它还具有很低的热导率，有利于形成凹坑。刻录时，被激光照射到的染料部分产生大量热能，这些热能促使染料自身产生变异，形成一个个凹坑，同未被照射到的染料层区分开来，激光中所附带的信息也随之保存在了染料层上，这就是刻录光盘记录数据的原理。
染料的涂抹方法与上保护胶类似，也是利用自旋机让盘片在高速旋转的过程中，完成上料的。光盘中的染料层的厚度大约是0.2微米左右，相当于光盘总厚度的1/6000，这六千分之一的厚度，决定了光盘90％的性能。由于用量少，染料的价格非常昂贵。早些年CD-R的染料价格远高于黄金价格，如今DVD-R染料的价格仍然是黄金价格的3倍左右。
大家平日购买DVD刻录盘时会注意到，根据颜色不同，盘片分为绿盘、蓝盘、金盘等，这都是因为光盘制造时所采用的有机染料的不同而形成的。目前主流的染料为PTC（酞菁）和AZO（偶氮）两种。酞菁染料制成的光盘就是大家俗称的白盘或金盘。酞菁是一种浅黄色的有机染料，使用金反射层的时候，光盘显示金黄色，就是俗称的“黄金盘”，使用银反射层的时候，就是现在所谓的“白金盘”。酞菁染料具有较高的稳定性，对室内和室外强光均不敏感，加上成本低廉的优势，因此它的市场占有率也最高。
而大家俗称的“蓝盘”，采用的是偶氮染料。它在记录精度和保存年限上有着明显的技术优势，但成本稍高一些。另外DVD刻录盘片还有速度的区别，速度越快，对盘基，特别对染料的要求都提出了更加苛刻的要求，这也是为什么现在高倍速的DVD刻录盘片没有跟上DVD刻录机发展速度的原因。不过随着技术的成熟和大批量的生产，盘片的价格终究会下降到一个较低的水平的。
到此，我们的DVD盘片制造之旅就告一段落了。DVD生产中含有许许多多设计艺术、制造工艺等各行各业的知识，包罗万千。如果大家对此感兴趣，或是想加入到DVD收藏家族中来，不妨自己再去琢磨研究，你会找到许多乐趣。
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