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光盤注塑件機(jī)器工藝程序及應(yīng)用
射鑄法(Injection Coining) 所謂射鑄法是在射料之后，先維持一段較低的鎖模力，然后再加大所模力。如表中所示，有三種注射法的比較。 7．成形(Molding) 注塑件模具溫度必須與料溫、射速與射壓一起考慮，而冷卻時(shí)間會(huì)影響到盤基品的厚度，進(jìn)而影響“循環(huán)時(shí)間”(Cycle Time)。 8．穿孔(Punching) 一般歐洲注塑件機(jī)在炮筒頂端有設(shè)計(jì)“針閥噴嘴”，當(dāng)注射、保壓結(jié)束之后，在冷卻期的初期，針閥將會(huì)關(guān)閉而噴嘴會(huì)后退，此時(shí)在冷卻期末段才施行沖頭穿孔作業(yè)，我們稱此方法為“硬切割”(Hard Cut)。 日本式注塑件機(jī)則不用此計(jì)閥噴嘴的設(shè)計(jì)而炮筒也不需要后退，因?yàn)樵诶鋮s期前段沖頭就已施行穿孔，因此塑料還尚未完全冷卻時(shí)，穿孔作業(yè)已完成，我們稱此方法為“軟切割”(Soft Cut)。軟切割的好處是： (1) 塑料可以穩(wěn)定的流動(dòng)，溫度穩(wěn)定性提高； (2) 在塑料仍很軟時(shí)穿孔，可避免硬切割在內(nèi)孔邊緣產(chǎn)生應(yīng)力(Stress)； (3) 此種方式在穿孔時(shí)不需要炮筒后退，因此減少機(jī)械的損耗。 一般壓模的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)孔直徑為34mm而在DVD生產(chǎn)的部份也有使用直徑22mm的壓模內(nèi)孔。 9．取出(Take-out) 以機(jī)械手臂(Robot Arm)將水日彈掉或夾出來再拋棄的兩種方式。 10．冷卻定形(Conditioning) 當(dāng)盤基自注塑件模具中取出后，溫度仍很高，這時(shí)若置放在不平衡的冷卻裝置上，冷卻不均勻?qū)?huì)導(dǎo)至翹曲的產(chǎn)生，不光是冷卻要有足夠的時(shí)間，在冷卻區(qū)域的落塵量也要考慮，因?yàn)榧仁故?，000級(jí)的凈化區(qū)域，當(dāng)盤基在其中停留幾十分鐘仍有被污染的機(jī)會(huì)，尤其是水平置放的冷卻方式，因此多半在高效率過濾網(wǎng)(HEPA)的沉流罩下仍要有“高壓靜電吹風(fēng)器”(De-ionized Blower)，其針尖處將流過的空氣帶電，以使空氣中的灰塵因帶電而附著在墻上而不會(huì)亂飛，而機(jī)器本身的接地工作也要落實(shí)，以免累積過量的電荷而產(chǎn)生放電火花。因此，最佳的冷卻裝置是將盤基直立的邊旋邊前進(jìn)的直條形冷卻機(jī)構(gòu)(Rotation Vertical Cooling Buffer) 四、操作與問題分析 實(shí)際操作上我們都希望能有較快的產(chǎn)速，亦即短“生產(chǎn)周期”(Cycle Time)，而降低生產(chǎn)周期的因素有：(a)雙折射；(b)翹曲；(c)溝槽的幾何形化 1．線內(nèi)光學(xué)測試機(jī)(In-Line Optical Scanner) (1)測試光源(Light Source) 線內(nèi)100％檢測機(jī)是由燈泡(Lamp)、固態(tài)激光(Laser Diode)或發(fā)光二極管(LED)等光源加上一些光學(xué)濾波片(Optical Filter)與光偵測數(shù)組(Photo Array)來做穿透與反射的光強(qiáng)度(Light Intensity)測量，我們可以得到盤基上如穿透率、反射率、翹曲與缺陷等的狀況。 (2)盤片著陸后的穩(wěn)定性(Vibration Stability) 一般線內(nèi)光學(xué)測試機(jī)需要在1～2秒內(nèi)將一片盤機(jī)做完檢測，故盤基落在檢測機(jī)的“承軸”(Chuck)上要能穩(wěn)定后再開始測量，這就是延遲時(shí)間的功用。 以往于1998年CD-R剛開始大量生產(chǎn)時(shí)候，可錄式光盤復(fù)制線上會(huì)配置有三臺(tái)線內(nèi)光學(xué)檢測機(jī)，分別對(duì)盤基、染料片(Dye Disc)與成品(Finish Disc)做質(zhì)檢，但現(xiàn)在的復(fù)制線多半已取消第一臺(tái)的配置，即不線上內(nèi)測盤基，而盤基的測試多半由線外光學(xué)檢測機(jī)來擔(dān)任。 2．線外光學(xué)測試機(jī)(off-Line optical Tester) 現(xiàn)外光學(xué)檢測機(jī)與線內(nèi)的相似，差別在于可以做更復(fù)雜的光學(xué)計(jì)測，加上一些空間的計(jì)量設(shè)置與偏光片(Polarizer)的組合，我們可以經(jīng)由計(jì)量不同角度上散射光的強(qiáng)度來估算溝槽的寬度與深度，但這估計(jì)值(相對(duì)值)需要與原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)所測出的絕對(duì)值做比對(duì)才能確認(rèn)其是否達(dá)到相當(dāng)?shù)木取?(1)光學(xué)讀取頭 值得一提的是一般市售光刻的“光學(xué)讀取頭”(Pick-Up Head, PUH)與光學(xué)測試機(jī)的光源照射方式是不一樣的，線內(nèi)線外的光學(xué)測試機(jī)是采用一毫米直徑平行光束與PUH中要聚焦(NA)是不同的。 (2)透明度(穿透率/反射率) 加溫過高會(huì)將塑料燒焦而產(chǎn)生黃化的問題，塑料干燥不全盤基也會(huì)有白斑的產(chǎn)生，一般正常操作下，保持適當(dāng)?shù)摹奥輻U旋進(jìn)速度”(Screw Circumferential Velocity)與“射速”(Injection Velocity)，塑料會(huì)保持良好的透明度。 (3)翹曲度(Tilt/Dishing) 翹曲的成因主要是兩半注塑件模具的溫度差異，其次是盤基在注塑件模具中的冷卻速率，以及冷卻時(shí)的模穴壓力與開模前的吹風(fēng)(Air Blow)，當(dāng)然在開模之后所取出的盤基仍然很熱，沒有適當(dāng)?shù)睦鋮s也會(huì)產(chǎn)生翹曲，而后續(xù)的染料盤基烘干、濺射、粘合、紫外光硬化保護(hù)膠層(UV Curing)與印刷等也會(huì)影響到翹曲的大小。一般所稱翹曲多半是是指軸向“翹曲”(Radial Tilt)，而也有“切線翹曲”(Tangential Tilt)。 (4)雙折射 光學(xué)上的“雙折射”(Birefringence)又稱“后推量”(Retardation)，這是指在材料本身結(jié)構(gòu)中各方向的折射率有所不同，造成不同方向上的“偏光分量”(Polarization Component)雖然穿過相同的塑料厚度僅會(huì)有相位(Phase)上的差異。當(dāng)盤基中有雙折射的變異時(shí)，光學(xué)頭讀取信號(hào)的激光經(jīng)過光盤反射后會(huì)在各偏光分量上的相位有所不同，此干涉干擾的強(qiáng)弱作用會(huì)進(jìn)而影響到信號(hào)強(qiáng)度的讀取，因此，我們要降低雙折射量，并維持內(nèi)外徑上的雙折射的一致性。 雙折射的成因有：(a)塑料分子在成形時(shí)的冷卻快慢，是否有應(yīng)力殘留；(b)沖頭切口的時(shí)間點(diǎn)是否會(huì)造成內(nèi)圈材料上的應(yīng)力；(c)注塑件方法的選擇是否會(huì)使溶化的塑料在注塑件模具中的流動(dòng)與收縮發(fā)生問題；(d)塑料的密度變異。 雙折射的影響為：(a)改變激光的極化偏振相位，使反回光學(xué)讀取頭的信號(hào)變異：(b)PUH循軌力量減弱；(c)容易產(chǎn)生散射(scattering)；(d)可錄式光盤成品的刻錄效果不佳，燒孔成形變異，自然對(duì)碟機(jī)的兼容性減弱。 雙折射的調(diào)整如圖所示，增加料溫或加大鎖模力會(huì)使內(nèi)外徑的雙折射一同降低，而其它參數(shù)(降低射速、降低模溫、延長冷卻時(shí)間、延后沖頭切口時(shí)間等)的調(diào)整可以促使內(nèi)外徑上的雙折射量達(dá)到一致。 (5)復(fù)制率 將模溫、炮筒溫度、注射速度或鎖模力提高皆會(huì)增加盤基溝槽的復(fù)制率，但鎖模力要達(dá)到某個(gè)值以上且維持時(shí)間足夠才能有較佳的復(fù)制率，但高鎖模力的維持時(shí)間又不可以過久，以避免因?yàn)椤八芰媳P基”(PC substrate)與“鎳質(zhì)壓?！?Nickel Stamper)的收縮率不同，造成外圈收縮率差異過高而成型不佳。 (6)對(duì)溝槽幾何形狀的要求 針對(duì)可錄式光盤的刻錄與注塑件條件比較，刻錄方面希望要有清楚的溝槽輪廓，但實(shí)際注塑件卻無法達(dá)到此理想值，為了解決水紋等問題，溝槽幾何誤差的容許率必須適度的放寬。 (7)穿透率 盤基的穿透率可直接線上外檢測機(jī)上測出，而有關(guān)盤基的缺陷也可以經(jīng)由直接濺射金屬層來觀察，要注意的是各種染料工藝所需的溝槽寬深會(huì)不同，因在一厘米直徑的平行光束照射之下會(huì)有不同的散射量，因此所測得的穿透率會(huì)不一樣，故以線外信號(hào)測試機(jī)(如CATS Pulstec等)來測真正有考慮到“數(shù)值孔徑”(NA)的反射率才正確。 (8)收縮率 對(duì)于收縮率的計(jì)算，我們必須借助如原子力顯微鏡的觀察，來計(jì)算內(nèi)外徑溝槽的幾何尺寸變化，基本上以垂直距離比來表示，但也有人加上水平上的資料，甚至以溝槽而積來計(jì)算。 一般塑料的收縮率約在95％到98％之間，不同的參數(shù)大小對(duì)收縮率的影響不同，請(qǐng)參考圖說。 3．問題分析 (1)機(jī)械特性(Mechanical Properties) A．水紋多云霧(Cloud /Release Mark) 水紋的產(chǎn)生多半發(fā)生在開模(Mold Opening)的瞬間，基本上是因?yàn)椤八降氖湛s差異”與“翹曲”的加成因素所造成的，在盤基的內(nèi)外徑上各處皆有發(fā)生的可能性，但出現(xiàn)在內(nèi)圈的機(jī)率偏高。 如同開新車一樣要照顧引擎的初期磨損狀況，建議每張壓模使用之初100～200片注塑件，應(yīng)先用較小的鎖模力與較長的注塑件周期，待生產(chǎn)平順后再開始加高鎖模力與加快產(chǎn)速做量產(chǎn)的工作。 B．重量與厚度(weight/Thickness) 保壓壓力愈大則盤基厚度愈厚，其它影響盤基厚度的因素有鎖模力、模溫與料溫?；靖拍钍钱?dāng)開機(jī)溫機(jī)之后開始注塑件約60片盤基后的才會(huì)趨于穩(wěn)定，而既使在量產(chǎn)中有任何的短暫停機(jī)，也會(huì)在覆機(jī)時(shí)約會(huì)有先期的5～20片盤基的厚度與尺寸不穩(wěn)定。 評(píng)鑒注塑件機(jī)的好壞與是否達(dá)到注塑件控制調(diào)整的最優(yōu)化，可由在量產(chǎn)時(shí)盤基重量變異最大值6δ)的大小來決定。 C．內(nèi)孔大小、偏心與平衡 壓模沖孔偏差與盤基沖孔偏差等會(huì)造成軌道讀取時(shí)的搖晃，尤其光盤在做52X高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，使得循軌(Tracking)不易。另外在注塑件盤基所造成密度的變異與各方向上不同厚度等問題，會(huì)使盤基的質(zhì)量中心偏移物理的尺寸中心，造成在旋轉(zhuǎn)時(shí)的“不平衡”(Unbalance)與“聚焦”(Focus)的問題，這常見于高速旋轉(zhuǎn)下光盤所產(chǎn)生的噪音。 (2)外觀缺陷(Cosmetic Defects) 在外觀的缺陷方面有包含拉絲(Threads)、盤基塑料內(nèi)的污染(潮濕、雜質(zhì)…)、刮傷(Scratches)、表面污染、成形不全、過度飽和與流痕等等?；旧衔覀円⒁鈮耗５膬?nèi)環(huán)碼位置，用來鑒定缺陷的發(fā)生方位與內(nèi)徑距，若是發(fā)生在相同位置，則多半是注塑件模具的問題，若發(fā)生位置不在同一方位，則有可能是材料、污染與周邊供應(yīng)的不穩(wěn)定所造成，依序做推理的作業(yè)直到找出原因，而一般塑料供貨商有提供一個(gè)問題解決的手冊(cè)做參考。 4．原子力顯微鏡與高線光學(xué)測試機(jī)的比對(duì) 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)的工作原理是以一個(gè)極細(xì)的探針(Probe)在溝軌中以原子間的斥力(凡得瓦力)而懸浮一小段距離，探針的微小上下起幅會(huì)使翹板背后所反射激光做很大振幅的擺動(dòng)，因此這微小的高低變化會(huì)反應(yīng)到光偵測數(shù)組中做記錄，當(dāng)探針針尖連續(xù)走過幾道溝槽后累積起來一個(gè)立體的影像，這直接測試的數(shù)值會(huì)比光學(xué)測試機(jī)用光學(xué)繞射測量來的準(zhǔn)確，但AFM只能針對(duì)小區(qū)域做測量，而繞射測試可以在幾秒內(nèi)做完整張溝身溝寬的測量，前者是絕對(duì)式后者是相對(duì)式，兩者間要做比對(duì)校正才有意義。 圖三十九、AFM圖像顯示DVD-R在平臺(tái)(Land)上也有信號(hào)坑五、Toyo注塑件機(jī)的演進(jìn) 目前東洋機(jī)械全電動(dòng)式注塑件機(jī)最流行的機(jī)型是ST50discPRO，現(xiàn)在己添名為S機(jī)型，代表“標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型(Standard)的意思。除了承襲以往的設(shè)計(jì)在注塑件頂端有凈化沉流罩外，注塑件機(jī)有附自己的注塑件模具凈化罩，噴嘴上也有屏蔽的設(shè)計(jì)，采取單一化的真空泵與額外的潤滑油泵。除了此等貼心的設(shè)計(jì)之外，最重要的是其有50頓的鎖模出力；最堅(jiān)固的鋼體機(jī)身；而在動(dòng)模中還有添加一片張力板，用來更均勻地將鎖模力導(dǎo)入注塑件模具中：沖頭的控制也是隨著一具伺服電機(jī)而獨(dú)力驅(qū)動(dòng)，如此可以達(dá)到軟切割作業(yè)上做到更完美的切口，保持內(nèi)孔的均一性。 隨著高質(zhì)量市場的發(fā)展所需，東洋有發(fā)展在ST50discPRO-S的四支拉桿末端上各加上一個(gè)伺服電機(jī)的注塑件機(jī)稱為“ST50discPRO－H”，此四具伺服電機(jī)加上在注塑件模具內(nèi)的高精密度四象限式壓力偵測器做循環(huán)控制，可以精確地單獨(dú)調(diào)校每個(gè)拉桿上的力量，使得鎖模力更均勻落在盤基的各放射方向上，徹底減少盤基的不平衡問題，非常適合高速(48X以上)可錄式光盤CD-R與DVD-R(4X以上)的盤基生產(chǎn)。 另外，Disc BOX直立式注塑件機(jī)有占地面積最小、能避免重力造成塑料的密度變異與直立施展鎖模力的簡易性優(yōu)點(diǎn)，而循環(huán)周期可以加快到2．8s/DVD。 DiscPRO-V注塑件機(jī)采用雙螺桿雙注塑件模具的設(shè)計(jì)，與其它工注塑件加工所設(shè)計(jì)的單螺桿雙注塑件模具不同，因?yàn)閱闻谕惨?fù)責(zé)兩個(gè)注塑件模具的注射，在“注道襯套”(Sprue Bush)不對(duì)稱的情況下，會(huì)有充填(Filling)不均勻的情況發(fā)生，很容易產(chǎn)生光盤的不平衡問題。因此只有雙螺桿雙注塑件模具才能做到中心對(duì)稱式的注塑件。
