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La fabrication des CD's et des DVD's

 

   

 

Étant donné que le CD et le DVD sont de la même famille, ils ont les deux la même structure. C'est pourquoi je vais traiter dans cette page de la structure de base des CD's et des DVD's, pour simplifier dans la suite du texte DVD sera remplacé par CD. Pour des infos plus détaillée sur le CD et ses dérivés ou le DVD voir dans leur page correspondante.

 

Composition d'un CD :

       

Son Épaisseur :

Un CD, c'est un sandwich de 1,2 mm d'épaisseur ( Figure 1 ) composé de plastique , d'aluminium ( ou autre matériaux réfléchissants ) et d'encre. Reprenons, le dessus du CD est composé successivement :

D'une couche d'encre de 5 µm d'épais( titre du CD, ect..).
   

D'une couche de plastique transparent servant de protection de 5 à 10  µm d'épais ( soit en poly carbonate ou autre substrat résistant).
     

D'une couche réfléchissante ( généralement une fine couche d'aluminium déposée par vaporisation afin d'obtenir un dépôt ne dépassant pas 0,1µm.
  

Une épaisseur de plastique ( poly carbonate ) servant de support aux données, cette couche représente l'essentiel de l'épaisseur du disque qui mesure une fois tout ces éléments réunis 1,2mm d'épais.

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Figure 1 ( structure d'un CD )

Son Diamètre :

Un CD mesure 120 mm de diamètre ( Figure 2 ), il est partagé en plusieurs zones, regardons plus précisément ces différentes zones en partant depuis le centre du CD :
   

Le trou du CD Mesure 15 mm.
   

Ensuite de 26 mm a 33 mm c'est une zone qui sert pour la fixation du disque dans le lecteur (Clamping Area).
   

Un peu plus loin il y a le stacking ring qui est une surépaisseur servant pour le stockage des CD's.
   

Puis de 44,7 mm à 46 mm il y a la zone PCA / PMA ( uniquement sur les CD-R et RW ) :

PCA : Power Calibration Area. C'est une zone qui est utilisée dans le cas de CD-R par le graveur pour effectuer des tests de puissance de gravage. Ceci est compréhensible étant donné  la multitude de fabricants de CD-R.
  

PMA : Program Memory Area. On retrouve l'état du CD si il à été finalisé ou non ( dans le cas de CD multisession ). Le graveur stock dans cette zone une sorte de table des matières provisoire du CD.
   

Ensuite on retrouve le Lead-in : c'est la table des matières du CD-Audio, le lecteur y retrouve toutes les informations nécessaire a son fonctionnement.
   

Voilà enfin la partie ou sont stockées les informations de votre CD.
   

Et en dernier on retrouve le Lead-out qui a la même utilité que le Lead-in cité plus haut.

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Figure 2 ( structure d'un CD )

Sa surface :

Si l'on regarde un CD avec un microscope on remarque que sa surface n'est autre qu'une suite de bosses ( pits ) et de creux ( sillon du CD ). Ces bosses et ces creux ne sont autres que les données codées sous forme binaire ( 0 où 1 ). Pour les détails liés au fonctionnement ce référer a la partie Fonctionnement.

La figure ci-dessous représente les sillons ( groove ) du CD avec les Pits.

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Figure 3 ( surface d'un CD )

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Figure 4 ( Représentation des Pits ( P ) et des interruptions ( Land ) vue de profil )

Le Procédé de Fabrication :

               

Le processus de reproduction en masse des disques est comparable à celui des microsillons (vinyles) et de l'imprimerie en général,  c'est a dire : création d'une matrice et exploitation d'un système de pressage. Les contraintes liées aux dimensions microscopiques des sillons des CD ont conduit à mettre au point une technologie en salle blanche relativement lourde afin d'éviter que les poussière ne viennent altérer le signal. En dehors de ces précautions le processus est assez simple et ce divise en plusieurs partie décrite ci-après.
    

Pour la fabrication d'un CD vierge de quelque sorte soit il, le procédé de fabrication est semblable à la seule différence qu'il n'y pas de Premastering et la matrice est " vierge " elle n'a qu'un sillon.

 

Premastering

La mission principale du Premastering est de préparer une bande U-Matic ( Bande magnétique où les informations sont codée en digitale ) ou un CD-R.

Dans le cas de l'utilisation de bande U-Matic en plus de la musique, des informations supplémentaires sont ajoutées au signal : Un code de temps, un sous code contenant le début et la fin de la musique, une table des matières, durée et temps de la musique et enfin les informations concernant le constructeur.
     

Dans le cas de l'utilisation d'un CD-R les problèmes cité précédemment n'ont pas lieu car le CD-R est une copie parfaite du futur CD.
    

Le Premastering s'applique aussi au niveau du CD-ROM, étant donné la diversité des formats actuels le prémastering couvre l'ensemble des "BOOKS" cité dans l'historique.

Mastering ( Création du Glassmaster )

La première " vraie " étape du processus de fabrication de CD, consiste à " transférer " les données issues du Premastering sur un disque de verre de 240 mm de diamètre et 6 mm d'épaisseur. Les étapes sont les suivantes :

Dans une première étape le disque de verre est introduit dans une machine appelée RMP ( Resist Master Préparation )  et il subit les opérations suivantes :

Lavage à l'eau pure et brossage.
    

Lavage avec un solvant organique.
    

Application, par centrifugation, d'une couche très fine d'un " adhésif " , qui servira de couche d'accrochage entre le verre et le photo résiste.
     

Application, par centrifugation, d'une couche de " photoresist " qui est un produit organique réagissant avec la lumière comme un film photo.
    

Ensuite le disque de verre est placé dans une étuve pour évaporer le solvant.
     

Par la suite le photoresist est exposé à la lumière Laser. Ce processus est réalisé par la machine LBR ( Laser Beam Recorder ). Suivant si l'on désire préparer le master d'un CD ou d'un DVD l'on utilisera un Laser de type différent ( à Argon pour les CD et à Crypton pour les DVD ). Le laser est focalisé sur la surface de photorésist, le support de verre tourne comme le futur CD et le laser illumine les endroits qui deviendront des Pits ; de cette manière le photoresist est exposé a cette lumière comme un film Photo. Les endroits exposé ont donc changé d'état chimiquement mais on ne peut pas encore voir le résultat ( au microscope ).
     
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La prochaine étape consiste à développer le photorésist. Pour ce faire on arrose la surface avec un produit nommé Développeur. Ce dernier réagit chimiquement et attaque les endroits qui ont été préalablement exposé au laser. Ainsi les Pits exposé se creusent chimiquement jusqu'à la surface du verre. Mais il est important de stopper le développement au bon moment pour ne pas détériorer la qualité des Pits par une trop longue exposition a la réaction chimique . Après cette opération les Pits sont donc présent physiquement sur la surface, mais le disque de verre n'est encore utilisable, passons donc a la dernière étape du Mastering.

Phasedevel.gif (7006 octets)
     

La dernière étape consiste a déposer sur la surface du Glassmaster une fine couche de métal. Cette couche devra être  :

Suffisante pour garantir un bon passage du courant électrique dans le bain galvanique (étape suivant le Mastering).
     

Pas trop épaisse pour garantir la fidélité de la hauteur des pits.

Electroforming :

Le Glassmaster est un objet très délicat et sa durée de vie ne dépasse pas 15 jours. De plus il n'est pas utilisable pour produire les CD car il nous faut un " négatif " du CD pour des raison expliqué plus loin.
Par le procédé de l'Electroforming ( ou de Galvanisation ) nous obtenons une copie ( en négatif ) du Glassmaster mécaniquement robuste et donc utilisable pour fabriquer des CD's.
La procédure de l'électroforming est la suivante :

Le Glassmaster est introduit dans un bain de nickelage gavanique où une couche de nickel est déposée sur la surface argentée. Cette couche épouse à la perfection la forme des pits.
Le procédé galvanique consiste à faire migrer des ions métalliques de nickel, se trouvant en solution dans le bain, ceci sous l'effet d'un champ électrique. Le Glassmaster se trouve sur sur la cathode ( - ) tandis que l'anode ( + ) est en nickel. L'anode de nickel ( billes de nickel ) se dissolve dans le bain et maintiennent une concentration en nickel constante.
En principe le dépôt de nickel est arrêté lorsque la couche de nickel atteint les 300 microns. Il est important que cette couche soit très précise.

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Ensuite cette couche de nickel est séparée manuellement du support en verre. Les résidu d'argent et de photoresist sont enlevé du support en verre par procédé chimique puis le support retourne au Mastering prêt pour une nouvelle utilisation. Cette pièce de métal s'appelle le " Père " ou " Père Stamper " suivant sont utilisation direct ou non dans la presse de production.
    

Dans la plupart des cas, et toujours par voie de galvanisation, du Père est obtenu une copie appelée Mère qui est un négatif du père et elle servira a la production de fils obtenu toujours par le même procédé qu'auparavant.
Pourquoi ne pas utilisé dicectement le Père ? Pour des raison de sécurité et d'économie. Un Père est une pièce unique ( le Glassmaster est détruit pendant la séparation, voir Mastering ) mais on peut obtenir plus de dix Mères d'un Père puis de chaque mère plus de dix Fils. Le coût d'un fils est bien inférieur au coût d'un Master sur verre.
    

Le père ou le Fils deviendront Stamper ( Presseur ), ceci après polissage de la face arrière pour une adaptation parfaite de ceux-ci sur la presse, le découpage d'un trou de centrage et le découpage du diamètre externe pour avoir les cotes exactes ( Diamètre )

Réplication :

La méthode classique de production des CD's se fait au moyen d'un moulage par injection plastique.

Le Stamper est placé à l'intérieur d'une cavité ( égale a la dimension du futur CD ). Du thermoplastique ( Polycarbonate ), fondu à environ 300 degrés centigrade, est injecté sous forte pression dans la cavité du moule. Il est immédiatement refroidi par contact avec les parois du moule relativement froide et se solidifie.

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Une fois la solidification totale du plastique, le moule s'ouvre et le bras d'un robot retire du moule la pièce injectée. Cette pièce a donc une face qui contient le négatif du Stamper ( se sont les futur données ) et une face lisse ( c'est la face qui est lue ).
     

Ensuite la surface de la " pièce " contenant les Pits ( données ) est métallisée avec de l'Aluminium, par un procédé de métallisation sous vide appelé Sputtering. C'est à cet instant précis que la " pièce " devient un CD lisible par un lecteur.

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Le CD à ce stade n'est pas utilisable durablement, car la couche d'aluminium est très fragile. Une protection est obligatoire. Elle est obtenue par un laquage avec une résine de longue durée de vie et résistante à la rayure.

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Finalement le CD est imprimé avec le titre, ceci sur la surface laquée. Divers procédé d'impression existe : Sérigraphie, Offset, Tampographie.
       

Tous les CD sont inspectés par un scanner de contrôle visuel. Il consiste d'inspecter la surface miroir et de trier ceux qui ont des défauts visuels hors normes.
Pour les autres éventuels défaut les contrôle sont effectues par échantillonnage ( 1 CD toute les 300 pièces ), le CD est analyser grâce a un appareil adéquat.

Animation du procédé de production :