تصنيع الأقراص المدمجة

تصنيع الأقراص المدمجة هو عملية نسخ الأقراص المدمجة التجارية (CD) بكميات كبيرة باستخدام نسخة أصلية مُنشأة من تسجيل مصدري. قد يكون هذا التسجيل بصيغة صوتية ( CD-DA ) أو بصيغة بيانات ( CD-ROM ). تُستخدم هذه العملية في إنتاج الأقراص المدمجة للقراءة فقط. وتستخدم أقراص DVD و Blu-ray أساليب مماثلة (انظر القرص الضوئي §  تصنيع الأقراص الضوئية ).

يمكن استخدام القرص المضغوط لتخزين الصوت والفيديو والبيانات بتنسيقات قياسية متنوعة محددة في كتب رينبو . تُصنع الأقراص المضغوطة عادةً في غرف نظيفة من الفئة 100 (ISO 5) أو أفضل ، لتجنب التلوث الذي قد يؤدي إلى تلف البيانات. ويمكن تصنيعها وفقًا لمعايير تصنيع دقيقة بتكلفة زهيدة لا تتجاوز بضعة سنتات أمريكية للقرص الواحد.

تختلف عملية النسخ عن عملية التكرار (أي الحرق المستخدم في أقراص CD-R و CD-RW ) حيث تُدمج الحفر والوصلات في قرص CD المنسوخ، بدلاً من أن تكون علامات حرق في طبقة الصبغة (في أقراص CD-R) أو مناطق ذات خصائص فيزيائية متغيرة (في أقراص CD-RW). إضافةً إلى ذلك، تكتب ناسخات الأقراص المدمجة البيانات بشكل متسلسل، بينما يقوم مصنع ضغط الأقراص المدمجة بتشكيل القرص بأكمله في عملية ختم واحدة، على غرار ضغط الأسطوانات . ^{[ 1 ]}

تُطبع جميع الأقراص المدمجة من مصدر بيانات رقمي ، وأكثر المصادر شيوعًا هي أقراص CD-R منخفضة معدل الخطأ أو ملفات من قرص صلب متصل بجهاز كمبيوتر يحتوي على البيانات النهائية (مثل الموسيقى أو بيانات الكمبيوتر). يمكن لبعض أنظمة طباعة الأقراص المدمجة استخدام أشرطة رئيسية رقمية ، سواء بتنسيقات Digital Audio Tape أو Exabyte أو Digital Linear Tape أو Digital Audio Stationary Head أو Umatic . يُستخدم محول PCM لتسجيل واسترجاع بيانات الصوت الرقمية من وإلى تنسيق شريط فيديو تناظري مثل Umatic أو Betamax . مع ذلك، تُعد هذه المصادر مناسبة فقط لإنتاج الأقراص المدمجة الصوتية نظرًا لمشاكل اكتشاف الأخطاء وتصحيحها. إذا لم يكن المصدر قرصًا مدمجًا، فيجب أيضًا إعداد جدول محتويات القرص المدمج المراد طباعته وتخزينه على شريط أو قرص صلب. في جميع الحالات باستثناء مصادر CD-R ، يجب تحميل الشريط إلى نظام معالجة الوسائط لإنشاء جدول المحتويات للقرص المدمج. غالبًا ما تتم معالجة التسجيلات الصوتية المختلطة بشكل إبداعي في جلسات المعالجة المسبقة التقليدية للأقراص المدمجة. بينما يستخدم غير المتخصصين مصطلح "الإتقان" لوصف هذه المرحلة، فإن المصطلحات الرسمية في الصناعة تشير إليها باسم "الإتقان المسبق"، لأنها تسبق إنشاء النموذج الزجاجي الرئيسي الذي تُصنع منه ألواح الختم بالتشكيل الكهربائي. ^{[ 2 ]} 

بعد عملية الإتقان، يُخبز النموذج الزجاجي لتصلب المادة السطحية المُطوّرة، وذلك لتحضيرها لعملية التمعدن. تُعدّ عملية التمعدن خطوةً حاسمةً قبل التصنيع الكهروكيميائي ( الطلاء الكهربائي ).

يُوضع النموذج الزجاجي المُطوّر في جهاز ترسيب المعادن بالبخار ، والذي يستخدم مزيجًا من مضخات التفريغ الميكانيكية ومضخات التبريد لخفض ضغط البخار الكلي داخل حجرة إلى مستوى فراغ تام. ثم يُسخّن سلك من النيكل في وعاء من التنجستن حتى يصل إلى درجة حرارة عالية جدًا، ويُرسب بخار النيكل على النموذج الزجاجي الدوّار. يُغطى النموذج الزجاجي ببخار النيكل حتى سُمك نموذجي يبلغ حوالي 400  نانومتر.

يتم فحص النسخ الزجاجية النهائية بحثًا عن البقع أو الثقوب الدقيقة أو عدم اكتمال تغطية طبقة النيكل، ثم يتم تمريرها إلى الخطوة التالية في عملية الإتقان.

تتم عملية التشكيل الكهربائي في "المصفوفة"، وهو الاسم المستخدم لمنطقة عملية التشكيل الكهربائي في العديد من المصانع؛ وهي أيضاً غرفة نظيفة من الفئة 100 (ISO 5) أو أفضل . البيانات (الموسيقى، بيانات الحاسوب، إلخ) الموجودة على القالب الزجاجي المعدني قابلة للتلف بسهولة بالغة، ويجب نقلها إلى شكل أكثر متانة لاستخدامها في معدات قولبة الحقن التي تنتج فعلياً الأقراص الضوئية النهائية.

يُثبّت القالب المعدني الرئيسي في إطار ترسيب كهربائي موصل، مع توجيه جانب البيانات للخارج، ثم يُغمر في خزان التشكيل الكهربائي. يحتوي ماء الخزان المُعدّ والمُراقب خصيصًا على محلول ملح النيكل (عادةً سلفامات النيكل) بتركيز مُحدد، قد يختلف قليلاً بين المصانع تبعًا لخصائص الخطوات السابقة. يُضبط المحلول بعناية للحفاظ على درجة حموضته ، ويجب ألا تتجاوز نسبة الملوثات العضوية جزءًا واحدًا في خمسة ملايين للحصول على نتائج جيدة. يُسخّن الحمام إلى حوالي 50 درجة مئوية. 

يدور النموذج الزجاجي الرئيسي في حوض التشكيل الكهربائي بينما تقوم مضخة بتدوير محلول التشكيل الكهربائي فوق سطحه. أثناء عملية التشكيل، لا يتم طلاء سطح النموذج الزجاجي بالنيكل كهربائيًا، لأن ذلك سيمنع فصله. يُتجنب الطلاء في البداية عن طريق التخميل، ولأن الزجاج غير موصل للكهرباء. بدلًا من ذلك، يترسب الطلاء المعدني على القرص الزجاجي عكسيًا على النيكل (وليس على المندريل) الذي يتم ترسيبه كهربائيًا بفعل انجذاب الإلكترونات على المهبط، الذي يمثل نفسه النموذج الزجاجي المطلي بالمعدن، أو المندريل الأولي. من ناحية أخرى، كان الطلاء الكهربائي يستلزم الترسيب الكهربائي مباشرةً على المندريل مع الحرص على بقائه ملتصقًا. هذا، بالإضافة إلى المتطلبات الأكثر صرامة للتحكم في درجة الحرارة ونقاء ماء الحمام، هي الفروق الرئيسية بين تقنيتي الترسيب الكهربائي. القالب المعدني الأول الذي يُصنع من الزجاج المطلي بالمعدن هو القالب المعدني الرئيسي (ولا ينبغي صنع قالب رئيسي من قالب رئيسي آخر، لأن ذلك يخالف تسمية تسلسل عملية التشكيل الكهربائي). هذه طريقة معاكسة تمامًا للطلاء الكهربائي التقليدي. ومن الاختلافات الأخرى عن الطلاء الكهربائي ضرورة التحكم الدقيق في الإجهاد الداخلي للنيكل، وإلا فلن يكون قالب النيكل مستويًا. تُعد نظافة المحلول مهمة، ويتم تحقيقها من خلال الترشيح المستمر وأنظمة تغليف الأنود المعتادة. ومن الاختلافات الكبيرة الأخرى ضرورة التحكم في سُمك القالب بنسبة ±2% من السُمك النهائي ليتناسب مع آلات قولبة الحقن ذات التفاوتات العالية جدًا في حلقات التغويز والمشابك المركزية. يتطلب التحكم في السُمك هذا تحكمًا إلكترونيًا في التيار وحواجز في المحلول للتحكم في التوزيع. يجب أن يبدأ التيار منخفضًا جدًا لأن الطبقة المعدنية رقيقة جدًا بحيث لا تتحمل تيارات عالية، ثم يُزاد تدريجيًا. ومع زيادة سُمك النيكل على الزجاج، يمكن زيادة التيار. تكون كثافة تيار التشكيل الكهربائي عالية جدًا، ويستغرق تشكيل السماكة الكاملة، التي  تبلغ عادةً 0.3 مم، حوالي ساعة واحدة. تُخرج القطعة من الخزان، وتُفصل طبقة المعدن بعناية عن الركيزة الزجاجية. في حال حدوث ترسبات، يجب إعادة العملية من مرحلة تشكيل الزجاج. تُسمى القطعة المعدنية الآن "النموذج الأولي"، وتتميز بالبيانات المطلوبة على شكل نتوءات بدلًا من الحفر. تعمل عملية قولبة الحقن بشكل أفضل عند تدفق المعدن حول النقاط المرتفعة بدلًا من الحفر الموجودة على سطح المعدن. يُغسل النموذج الأولي بالماء منزوع الأيونات ومواد كيميائية أخرى مثل بيروكسيد الهيدروجين الأمونياكي، أو هيدروكسيد الصوديوم ، أو الأسيتون.لإزالة جميع آثار المادة المقاومة أو أي ملوثات أخرى. يمكن إرسال النموذج الزجاجي الرئيسي لإعادة تأهيله وتنظيفه وفحصه قبل إعادة استخدامه. في حال اكتشاف أي عيوب، سيتم التخلص منه أو إعادة تلميعه وإعادة تدويره .

بعد تنظيف السطح الأبوي من أي بقايا نيكل أو مادة مقاومة، يُغسل ويُخَمَّل، إما كهربائيًا أو كيميائيًا، مما يسمح بانفصال طبقة الطلاء التالية عنه. هذه الطبقة عبارة عن طبقة ذرية من الأكسجين الممتص لا تُغير من خصائص السطح الفيزيائية. يُثبَّت السطح الأبوي مرة أخرى في إطار ويُعاد إلى حوض الطلاء. هذه المرة، يكون الجزء المعدني الناتج صورة معكوسة للسطح الأبوي ويُسمى "الطبقة الأم"؛ ولأنه يحتوي الآن على حفر، فلا يمكن استخدامه في عملية التشكيل.

يتم فصل طبقتي الأم والأب بعناية، ثم تُغسل الأم وتُعالج بمادة حافظة، وتُعاد إلى أحواض التشكيل الكهربائي لإنتاج صورة معكوسة عليها تُسمى الابن. تُصنع معظم الأقراص المدمجة المصبوبة من أبناء.

يمكن إعادة إنتاج الأمهات من الآباء في حال تلفها، أو في حال استمرار الإنتاج لفترة طويلة جدًا. إذا تم التعامل معها بشكل صحيح، فلا يوجد حد لعدد الطعوم التي يمكن إنتاجها من أم واحدة قبل أن تنخفض جودة الطعم بشكل غير مقبول. يمكن استخدام الآباء كطعوم مباشرة، إذا كانت هناك حاجة إلى سرعة إنتاج عالية جدًا، أو إذا كان الإنتاج 100%، وفي هذه الحالة سيتم تخزين الأب بشكل غير مجدٍ. في نهاية دورة الإنتاج، يجب تخزين الأم بالتأكيد.

يُطلق على الأب والأم ومجموعة من القوالب (التي تُسمى أحيانًا "الأبناء") مجتمعةً اسم "العائلة". يكون حجم الأب والأم مساويًا لحجم الركيزة الزجاجية،  بسماكة 300 ميكرومتر عادةً. لا تتطلب القوالب مساحة إضافية حول منطقة البرنامج، ويتم ثقبها لإزالة النيكل الزائد من داخل وخارج منطقة المعلومات لتناسب قالب آلة التشكيل بالحقن. تختلف الأبعاد الفيزيائية للقالب باختلاف أدوات الحقن المستخدمة.

صُممت آلات قولبة الأقراص المدمجة خصيصًا لحقن البولي كربونات في درجات حرارة عالية . ويبلغ متوسط ​​إنتاجيتها من 550 إلى 900 قرص في الساعة لكل خط قولبة. تُجفف حبيبات البولي كربونات الشفافة أولًا عند حوالي 130 درجة مئوية لمدة ثلاث ساعات (تقريبًا، وتعتمد هذه المدة على نوع الراتنج المستخدم من حيث الجودة البصرية)، ثم تُغذى عبر نظام نقل فراغي إلى أحد طرفي أسطوانة آلة الحقن (أي فتحة التغذية)، وتُنقل إلى حجرة الحقن بواسطة برغي كبير داخل الأسطوانة. تعمل الأسطوانة، المُغطاة بأشرطة تسخين تتراوح درجة حرارتها بين 210 و320 درجة مئوية، على إذابة البولي كربونات. عند إغلاق القالب، يتحرك البرغي للأمام لحقن البلاستيك المنصهر في تجويف القالب. وعندما يمتلئ القالب، يتدفق الماء البارد عبر نصفي القالب، خارج التجويف، لتبريد البلاستيك وتصلبه جزئيًا . تستغرق العملية برمتها، من إغلاق القالب إلى الحقن ثم فتحه مرة أخرى، ما بين 3 إلى 5 ثوانٍ تقريبًا.

تُزال الأقراص المصبوبة (المعروفة بالقرص "الأخضر" لعدم خضوعها للمعالجة النهائية) من القالب باستخدام تقنية التفريغ الهوائي ؛ حيث تقوم أذرع روبوتية عالية السرعة مزودة بأغطية شفط فراغية. ثم تُنقل إلى خط التغذية النهائي، أو محطة التبريد، استعدادًا لعملية التغليف المعدني. في هذه المرحلة، تكون الأقراص شفافة وتحتوي على جميع المعلومات الرقمية المطلوبة؛ إلا أنها غير قابلة للتشغيل لعدم وجود طبقة عاكسة.

تمر الأقراص، واحدًا تلو الآخر، إلى حجرة التمعدن، وهي حجرة صغيرة تعمل تحت فراغ يبلغ حوالي 10⁻³ ^تور ( 130 ملي باسكال ). تُسمى هذه العملية " الترسيب بالرش ". تحتوي حجرة التمعدن على "هدف" معدني - غالبًا ما يكون سبيكة من الألومنيوم (في الغالب) وكميات ضئيلة من معادن أخرى. يوجد نظام قفل تحميل (مشابه لغرفة معادلة الضغط ) للحفاظ على حجرة المعالجة تحت فراغ عالٍ أثناء استبدال الأقراص. عند تدوير القرص إلى موضع المعالجة بواسطة ذراع دوار في حجرة الفراغ، تُحقن جرعة صغيرة من غاز الأرجون في حجرة المعالجة، ويُطبق تيار كهربائي مستمر بقوة 700 فولت وبقدرة تصل إلى 20 كيلو واط على الهدف. ينتج عن ذلك بلازما من الهدف، ويترسب بخار البلازما على القرص؛ وهي عملية نقل من المصعد إلى المهبط. يغطي المعدن جانب البيانات من القرص (السطح العلوي)، بما في ذلك الحفرة والوصلات. هذه الطبقة المعدنية هي السطح العاكس الذي يمكن رؤيته على الجهة الخلفية (الجهة غير المُلصقة) للقرص المضغوط. هذه الطبقة المعدنية الرقيقة عرضة للتآكل بفعل الملوثات المختلفة، ولذلك فهي محمية بطبقة رقيقة من الطلاء.

بعد عملية التغطية المعدنية، تُنقل الأقراص إلى جهاز طلاء بالدوران، حيث يُوزّع طلاءٌ معالجٌ بالأشعة فوق البنفسجية  على الطبقة المعدنية المُغطاة حديثًا. وبفضل الدوران السريع، يُغطي الطلاء القرص بالكامل بطبقة رقيقة جدًا (حوالي 5 إلى 10 ميكرومتر ^{[ 4 ]} ). بعد وضع الطلاء، تُمرر الأقراص تحت مصباح أشعة فوق بنفسجية عالي الكثافة، مما يُسرّع عملية معالجة الطلاء. كما يُوفر الطلاء سطحًا لوضع ملصق، يُطبع عادةً بتقنية الطباعة الحريرية أو الطباعة الأوفست . يجب أن يكون حبر الطباعة متوافقًا كيميائيًا مع الطلاء المستخدم. قد تؤدي أقلام التحديد التي يستخدمها المستهلكون للكتابة على الأسطح الفارغة إلى تشققات في طبقة الطلاء الواقية، مما قد يُؤدي إلى تآكل الطبقة العاكسة، وبالتالي تلف القرص المضغوط.

لضمان الجودة ، يتم اختبار كل من قالب التشكيل والأقراص المصبوبة قبل بدء الإنتاج. تُؤخذ عينات من الأقراص (عينات اختبارية) خلال عمليات الإنتاج الطويلة وتُختبر للتأكد من اتساق الجودة. تُحلل الأقراص المضغوطة باستخدام جهاز تحليل الإشارات. كما يمكن اختبار قالب التشكيل المعدني باستخدام جهاز تحليل إشارات مُعدّل خصيصًا (قطر أكبر، أكثر هشاشة، ...).

ستقوم الآلة بفحص القرص أو القالب وقياس مختلف المعايير الفيزيائية والكهربائية. قد تحدث أخطاء في كل مرحلة من مراحل الإنتاج، إلا أن عملية التشكيل هي الأقل عرضة للتعديل. يسهل تحديد مصادر الأخطاء ومعالجتها أثناء عملية الإتقان. في حال كانت الأخطاء جسيمة، يُرفض القالب ويُستبدل بآخر. يستطيع مشغل آلة خبير تفسير تقرير نظام التحليل وتحسين عملية التشكيل لإنتاج قرص يفي بمواصفات "كتاب قوس قزح" المطلوبة (مثل "الكتاب الأحمر للصوت" من سلسلة كتب قوس قزح ).

إذا لم يتم العثور على أي عيوب، تستمر عملية طباعة القرص المضغوط ليتم طباعة ملصق عليه بتقنية الطباعة الحريرية أو الطباعة الأوفست. بعد ذلك، يتم عد الأقراص وتغليفها وشحنها.

• سينرام (سابقاً)
• موسر باير
• ريتك
• سوني DADC

• نشر الأقراص المدمجة
• تأليف الأقراص الضوئية

• كيفية صنع الأقراص المدمجة - شرح مبسط من شخص عادي إلى شخص عادي
• مقدمة في نسخ الأقراص المدمجة