¿Cómo se fabrica un CD, un DVD o un BD?

Ignacio Mártil

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

En un artículo previo, he descrito el procedimiento de lectura de la información almacenada en un CD, DVD o BD. En este, describiré como se fabrican esos soportes o lo que es lo mismo, como se graba la información (datos, audio o vídeo) que se reproducirá posteriormente en los equipos correspondientes. Dado que el proceso de fabricación es similar para los tres soportes, me centraré en el CD y al final, indicaré las diferencias esenciales respecto al DVD y al BD.

El entorno de fabricación del CD debe ser extraordinariamente limpio y libre de polvo, condiciones que cumplen las denominadas “salas limpias” entornos herméticos en los que el aire entra a través de unos filtros que retienen gran parte de las partículas que habitualmente se encuentran en suspensión en la atmósfera ordinaria. Además, los operarios de las sala deben vestirse con unas prendas especiales que impiden que los procesos naturales de descamación de la piel y la caída del cabello se produzcan durante la fabricación, lo que dañaría de modo irreversible el CD. Hay que tener en cuenta que el tamaño del polvo o de las células muertas de la piel es unas 100 veces mayor que el tamaño de los pits o lands, las micro protuberancias y las zonas planas de la superficie de un CD donde esta codificada la información guardada en él, por lo que si cae alguno de ellos sobre su superficie, lo inutilizaría.

1. Proceso de fabricación del CD

Un disco compacto es un dispositivo de apariencia engañosamente simple teniendo en cuenta la tecnología necesaria para hacerlo. Como vimos en el artículo anterior, un CD se compone de tres capas de materiales:

El soporte mecánico, de policarbonato plástico (1,2 mm), donde se realiza el proceso de formación de la información, mediante los pits y lands indicados anteriormente.

Una lámina delgada de aluminio (0,1 µm) que cubre la zona de pits y lands del CD.

Una capa acrílica de protección (6 µm) de la capa de aluminio.

Los datos originales que se desean grabar, como pueda ser una obra de música, se graban en primer lugar en una cinta de audio digital, que se utilizará para crear un disco maestro, una grabación que se realiza en un disco de plástico de características especiales. El procedimiento recuerda estrechamente al seguido para realizar las copias maestras de los discos de vinilo, que también describí en este otro texto. A continuación tiene lugar el proceso de obtención del CD, mediante una secuencia delicada constituida por diversos pasos que se recogen esquemáticamente en la siguiente figura y que explico con detalle en los siguientes párrafos:

Pasos detallados de la fabricación de un CD. Imagen adaptada de “CD-Based Optical Technology”; Flylib.com

i) Recubrimiento con fotorresina

El paso inicial consiste en pulir un vidrio maestro (glass) que actuará de soporte mecánico del proceso. El pulido deja el vidrio con una superficie especular, tras lo que se deposita una capa de 150 µm de una resina sensible a la luz, que se denomina fotorresina, (photoresist). El disco de vidrio tiene 240 milímetros de diámetro y 6 milímetros de grosor (por comparación, las sucesivas copias se harán sobre un CD, cuyas dimensiones son un diámetro de 120 mm. y un grosor de 1,2 mm.).

Se trabaja con un disco de vidrio de estas dimensiones, superiores a las del CD final, para facilitar su manipulación, reduciendo los riesgos de dañado a la estructura de pits y lands cuando la copia “padre” que se realiza a continuación se separe del vidrio, ya que si el vidrio tuviera algún defecto microscópico, la calidad del CD se vería comprometida drásticamente.

ii) Grabación con láser del plástico maestro

La grabación maestra y el disco plástico recubierto con la fotorresina se instalan en una máquina grabadora que utiliza un láser. Según suena la grabación original, el láser va transfiriendo la misma a la fotorresina, de manera que va definiendo zonas expuestas a la luz del láser en la fotorresina (laser exposed photoresist) que codifican la grabación original y generan el disco maestro. Es decir, el láser transfiere un código binario que contiene la información a grabar, a la capa de fotorresina que recubre el disco de plástico maestro.

iii) Revelado de la fotorresina

Las zonas de la fotorresina sensibilizadas por la luz láser son eliminadas (etched photoresist) con agentes químicos; esas grutas formaran con posterioridad los pits y lands de la superficie del CD.

iv) Electroformación de la copia maestra

Tras la eliminación de la fotorresina en las zonas iluminadas, el disco maestro se somete a un proceso denominado electroforming, mediante el que una capa de metal, habitualmente de plata o de níquel, se deposita sobre la superficie del disco donde se encuentra la grabación original (metal electroplated). El término “electro” se debe a que el metal se deposita tras sumergir el disco en una disolución electrolítica que contiene el metal diluido; se aplica una corriente eléctrica y el metal se deposita en el disco maestro. Este disco maestro contiene la pista espiral con los pits y lands que contendrá el CD una vez finalice su proceso de fabricación. Evidentemente, esta grabación se ha realizado en los 120 mm interiores del disco maestro. El resto de la superficie de este último hasta los 240 mm no contiene ningún dato, la superficie extra facilita la manipulación, como se ha dicho anteriormente.

v) Separación de la copia maestra

La capa metálica es separada del disco plástico maestro (glass master), que se desecha. La capa metálica así obtenida se denomina “padre” (metal master, father) y contiene una réplica exacta en forma de crestas de las grutas grabadas en la copia plástica maestro, es algo así como el negativo de la grabación original.

Con la copia padre hecha en metal, se realizan sucesivas copias madre (copias que contienen la grabación positiva original, es decir, los pits y lands) también en metal mediante sucesivos procesos de electrodeposición. De nuevo mediante electrodeposición, cada copia madre sirve para obtener una copia metálica, denominada “hijo” o estampador (idéntica a la primera copia padre metálica, es decir, el negativo de la grabación original). Estos hijos o estampadores se usaran para crear las copias en CD que se deseen. La razón de hacer varias copias “hijo”, es que en los procesos de estampado subsecuentes, la copia metálica se va degradando, con lo que solo admite un número limitado de procesos de estampación.

vi) Estampación del CD

La copia metálica hijo (metal stamper, son) se introduce en un troquel, una cavidad hueca que tiene la forma del futuro CD que se sitúa en el molde de inyección de una máquina de estampación en caliente. A continuación, se vierten en el troquel aproximadamente 18 gr. de un policarbonato plástico fundido (molten polycarbonate plastic) que impregna cada cavidad de la copia metálica hijo y se procede a realizar la estampación del plástico aplicando una presión de alrededor de 1300-1500 kg/cm² durante 2-3 segundos. Después, la mezcla se enfría, de manera que el plástico tendrá grabados los pits y lands que estaban en la copia metálica hijo, pero en positivo, de la grabación original (molded plastic disc base)

vii) Separación del CD

El CD de plástico se extrae del troquel, en esta etapa del proceso es transparente. A continuación, el disco se inspecciona para ver si contiene algún defecto tales como burbujas de agua, partículas de polvo o deformaciones. Si se encuentra un defecto, el CD se desecha.

viii) Metalización

Si el disco reúne los requisitos de calidad exigibles, se recubre con una capa muy fina (0,05-0,1 mm) de aluminio, que es un metal reflector de la luz, (reflective aluminun layer). Esta capa se aplica usando tecnologías de depósito en vacío, generalmente evaporación térmica del metal o una mediante una técnica denominada pulverización catódica de radio frecuencia [1].

ix) Capa de protección

Finalmente, se aplica en la superficie del CD una capa de material acrílico (acrylic protective coating) de 6-7 µm de grosor para proteger la capa de aluminio de su posible oxidación y de posibles daños como arañazos o rayados.

x) CD finalizado

Finalmente, se aplica una etiqueta de identificación del contenido del CD (printed label). En el CD ya finalizado, los pits individuales tienen 0,125 mm de profundidad y 0,6 mm de ancho. Tanto las protuberancias como el suelo varían en longitud desde aproximadamente 0,9 mm en su longitud más corta hasta aproximadamente 3,3 mm en su longitud máxima. La pista donde quedan grabados los datos es una espiral con una separación de 1,6 mm entre pistas adyacentes y si se desplegara en línea recta, tendría una longitud cercana a los 5 km. La figura lo muestra:

Izquierda: imagen de la superficie de un CD finalizado, obtenida a 5.000 aumentos. Imagen: “Permanent Storage for Digital Photos”. Barry M. Lunt, Douglas Hansen y Matthew R Linford. ISSN.2169-4672.2012.3.0.39. Derecha: Dimensiones características de “pits”, “lands” y geometría de la pista de un CD. Imagen: adaptada de “How CDs Works”

El tamaño microscópico de los datos no permite ningún error en el proceso de fabricación. Las partículas de polvo más pequeñas pueden hacer que el CD sea ilegible, razón por la que el control de las etapas críticas del proceso de fabricación es muy severo.

2. Proceso de fabricación de un DVD/BD

La tecnología de fabricación de un DVD/BD es muy similar a la descrita para el CD. Ambos utilizan discos de plástico de las mismas dimensiones (120 mm de diámetro, 1,2 mm de grosor y un agujero central de 15 mm), con pits y lands estampados en un disco de policarbonato plástico. No obstante, a diferencia de un CD, los DVD pueden tener dos capas de grabación en un lado de un DVD de doble capa o pueden ser de doble cara, con ambos lados conteniendo una capa de grabación. El proceso de fabricación es muy similar al descrito para el CD, pero en el DVD cada capa se fabrica por separado en trozos diferentes de policarbonato plástico; tras lo cual se pegan para formar el DVD de 1, 2 mm de grosor. La figura lo muestra:

Izquierda: sección transversal de un CD. Derecha: sección transversal de un DVD con una sola capa grabada. Se aprecia la situación de las pistas de datos en ambos soportes. Imagen: “Care and Handling of CDs and DVDs: A Guide for Librarians and Archivists”. Fred R. Byers, Octubre 2003 (Council on Library and Information Resources and National Institute of Standards and Technology)

 La diferencia esencial entre ambos es que la densidad de datos grabados en un DVD es mucho mayor que un CD (4,7 GB frente a 0,85 GB), lo que se debe a que la separación entre pistas consecutivas en un DVD es de 0,74 mm frente a 1,6 mm en el CD. Además, la longitud mínima de pits en el DVD también es inferior (0,4 µm frente a 0,83µm). La siguiente figura muestra la superficie de un CD y la de un DVD:

Comparación entra la superficie de un CD (izquierda) y la de un DVD (derecha). Imagen: Encyclopædia Britannica, Inc.

El láser de lectura del DVD es de una longitud de onda más corta que en el caso del CD, lo que permite tener un spot de lectura más reducido para poder leer la información grabada sin errores. Estos detalles los he descrito en el anterior artículo.

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[1] A modo de anécdota personal, yo realicé mi Tesis Doctoral con un equipo de pulverización catódica de radiofrecuencia. Hace muchos años de eso.