一、工艺程序

“可录式光盘（CD－R）与“高密度可录式光盘”（DVD＋R/DVD－R）的染料工艺是相类似的，唯有CD－R的激光波长在780nrn而DVDR的激光波长在635nrn～650nrn。而DVD－R与DVD＋R的工序差别仅在DVD－R需要多一道“预刻”（Prewrite）的作业。

染料制备工序：

进料验货—原材物料安全库存—配方计算表—配制混合液—标示染料瓶编号—搅拌过滤—保存样品—检测记录—上线使用—记录使用日期、生产线编号与使用状况。

染料回收工序：

决定回收染料是否要蒸干溶剂或水份—取样量测成份比—决定是否该瓶可以回收—计算添加量—配制混合液—标示染料瓶编号—搅拌—过滤—保存样品—检测记录—上线使用—记录使用日期、生产线编号与使用状况。

图一、染料调制、回收与光盘生产流程示意图

基于CD－R与DVDR染料调配过程相似，因此以介绍一种CD－R染料的工艺为主，佐以DVDR所需要附加的解说来叙述所有染料调配、回收与可录式光盘生产上的注意事项与要点。

二、溶剂介绍

采用Ciba公司所出品的Ultragreen染料来制作CD－R，所使用的溶剂系统有下面两种：

1．主溶剂“正丁醚”（ Dy-n-Butyl Ether, DBE）+ 辅溶剂“2,6二甲基界 4一庚酮”（2，6-Dimethyl-4 Heptanone，DMH）的旧溶剂系统。

2．主溶剂“乙基环已烷”（ EhtylCylcoHexane，ECH）+ 辅溶剂“叔丁基苯”（Tertiary ButylBenzene,TBB）的新溶剂系统。

以下是各种溶剂的规格：

（1）正丁醚(DBE）

99％的正丁醚（DBE），少于0．005％（50PPM的过氧化物）。DBE必须用一种合适的抗氧化使之成为稳定的DBE，以避免在使用过程形成过氧化物。

（2） 2，6-二甲基 4-康酮（DMH）净化工业级，稳定的 DMH（含5ppm的稳定剂），可用含有10％到15％的同分异购体（4，6一二甲基2-庚酮）的DMH。

（3）乙基环己烷（ECH）

99％的乙基环己烷（ECH）。

（4）叔丁基苯（TBB）

OIS（CD－R级）质量的叔丁基苯（TBB）。

（5）环戊醇

99％的环戊醇，做为气象色谱仪（Gas Chromatograph）分析中的内标样，用来测定工业级的DMH的含量。

（6）邻二甲苯

99％的邻二甲苯，做为气象色谱分析中的内 标样，用来测定TBB的含量。

三、染料调制和回收的实验室设备

基本染料调制室需要有两间为佳，一间为调制染料的黄光室，需要有化学工作台、排烟柜与防潮箱；另一小间则是置放染料蒸发仪，该房间会因蒸发水气而湿度较高，两个房间皆需要有排气的管道。

图三、排烟柜

图五、洗涤槽

1．染料调制与回收所需要的基本设备如下：

（1）双光束光分光光谱仪（Double Path Spectrophotometer）：带有5mm或10mm的方形石英质的光学比色皿（Square Quartz Cuvette）的光谱仪，波长分辨率在1mm为佳。光谱仪的用途在分辨各种染料溶液的成份，经由各吸收波峰的比值可以来推断各种染料的成份比。

图六、分光光谱仪与激光打印机

(2)气象色谱仪：带有数据处理器，火焰离子探测器（FID），1.5mm×3mm的不锈钢填充柱（填充体和载体分别为：80-100目的Chromasorb W和10％的Carbowax 20M）和计算器（PC）。另外，需要10微升的进样针，高纯度的氮气、氢气和压缩空气，气体干燥过滤器，玻璃棉，备用进样垫等。气象色谱仪的用途在区别染料混合剂中各种溶剂的比例，并能检验回收溶剂中的杂质，兹以断定该回收的溶液可否继续回收。

图七、气象色谱仪

（3）精密电子秤：容量为500公克，精度为0．001公克，含玻璃防风罩。

图八、精密电子秤

（4）电子秤（Electronic Balance）：容量为16～20公斤，精度为1～2公克。

（5）磁石抗搅拌器（Magnetic Stirrer）：带有 50～60mm长度的磁搅拌子，搅拌能力最好达15公升以上。

图九、磁石搅拌器

（6）加热式磁石搅拌器（选购、非必要）。

（7）旋转式蒸发仪（选购、非必要）：旋转瓶容量为20公升，带抗化学腐蚀的真空泵。

图十、旋转式蒸发仪

2．染料调制和回收的实验室玻璃与塑料器皿需求（以Ciba Ultragreen CD-R为例）如下：

（1）6～10升平底烧瓶：用于染料溶液的配制。

（2） 10～20升的玻璃龙头瓶：含有玻璃或塑料活塞，用于染料溶液的过滤。

（3）盒式过滤器： 0．2 urn PTFE的过滤介质，连接龙头瓶，用于染料溶液的过滤。

（4）烧杯：50ml，100ml，500ml；1liter；2liter。

（5）量筒：10ml，200ml，1lliter。

（6）容量瓶：10ml，50ml，100ml带相应的瓶塞。

（7）A级球型移液管：1．00ml，2．00ml，5．00ml。

图十一、移液管

（8）刻度移液管： 1．00ml； 5．00ml， 10．0 ml。

（9）移液管注入器：Merck Catalog 241/3983/03与241/3983/04

（10）聚丙烯漏斗：直径150~200mm。

（11）10升玻璃试剂瓶：带螺纹盖，用于存储染料溶液。

（12）聚乙烯洗瓶：500ml。

（13）表面皿。

（14）调和用小铲：用于染料称重和转移。

（15）塑料勺：用于大容量的染料称重和转移。

（16）拌于取出棒。长约60cm即可。

（17）8～10mm的抗溶剂管：长2米，用于连接龙头瓶和盒式过滤器。

（18）可调式管口夹：用于所紧管子与龙头瓶和盒式过滤器。

（19）一次性用3ml聚乙烯滴管：用于将溶液注入5mm的比色皿。

3．试验室用的健康和安全设备如下：

（1）一次性用乳胶手套

（2）护目镜

（3）防溶剂日罩

（4）防尘日罩

（5）卷筒纸

（6）医药箱

（7）安全存储柜

（8）紧急洗眼水瓶

图十二、紧急洗眼水瓶

实验室的溶剂桶要置放在安全与通风的地方，调制好的染料瓶可先置于传递箱（Pass Box）中等待生产线使用。

四、可录式光盘的染料制备工艺

1．使用Ciba Ultragreen染料配制 CD－R染料溶液的配方

Ciba Ultragreen染料溶液的浓度可以从 2．3％到3．0％（wt/vol），视染料旋涂站所用的温度和整体CD－R生产线的周期而定。一般来说，旋涂站所用温度越高，所需的染料浓度越低。整体CD－R生产线的周期越长，所需的染料浓度越低。也就是说：高温、高浓度，有利于减小CD－R生产线的周期，提高生产效率。

Ciba Irgaphor Ultragreen MX染料，以DBE为主溶剂与DMH为辅溶剂的染料混合液的标准配方如下：

主溶剂：正丁醚（DBE）

辅助溶剂：二甲基庚酮（DMH）

溶剂比例：93：7

染料浓度： 3％重量/容积（wt/vol）

λmax(溶液)：711．9～714．1nm

洗边溶剂：正丁醚（DBE）

2．CD－R染料溶液配制计算

CD－R染料溶液配制的方法有两种：一种是重量法，一种是容量法。

3．用重量法配制四公斤的Ultragreen染料溶液

此方法的设计是为了避免使用大容量的容积测量设备，减少因溶液体积测量中带来的误差。然而，此方法需要一台容量为16至20公斤，精度为正负1～2公克的电子秤和一台容量为500公克，精度为正负0．1公克的电子秤：

（1）将装有至少40mm长的磁搅拌子的6～10公升的干净平底圆烧瓶在电子秤上去零（Zeroing）：

（2）小心地先注入大约 3kg的 DBE（大约 70％的DBE），将其转移至磁力搅拌器上。调整搅拌速度，使之在溶液中央产生一个深深的漩涡；

（3） 用一个干净的500ml烧杯去零，称取289克的DMH。小心地倒入烧瓶中，用大约50ml的DBE将残余的DMH完全装移至烧瓶中；

（4）用一个干净的500ml烧杯去零，称取154克染料粉，精确至0．1克；

（5）将Ultragreen染料通过一个长颈漏斗，缓慢地加入并不停地搅拌；

（6）当所有的染料粉转移至烧瓶后，用DBE将残留在烧杯表面的染料冲洗进烧瓶中，再盖上盖子，以防溶剂挥发；

（7）继续保持搅拌，至少30分钟；

图十五、用磁石在玻璃瓶中搅拌

（8）调整染料溶液浓度，加入DBE溶剂到所需的总量4公斤，再搅拌，使之均匀：

（9）测量染料溶液的浓度（吸光度），如果吸光度与所希望的值误差小于±1．5％，按下一步过滤，否则，继续搅拌15分钟，重测吸光度；

（10）用0.2 um PTFE过滤器将溶液进行过滤；

（11）将过滤完的溶液，贴上标签，表明染料的批号，燃料溶液的批号，吸光度和配制日期。

4．染料溶液的浓度分析

根据Beer－Lambert定律，可以从染料溶液的吸收光谱来确定染料的浓度，为了准确的分析，我们将试样溶液稀释2，000倍。

图十六、稀释染料溶液

用0．5厘米的光谱分析仪的比色皿，我们推荐使用双光束的可见光光谱分析仪来作分析取lml的染料溶液，放在去零的100ml的容量瓶中，称重至小数点三位，用DBE稀释之校正刻度线，盖上瓶盖，摇10秒钟，再从中取5ml再稀释至100ml，将稀释的染料溶液和DBE分别放入5mm的比色皿，用分光光度仪测出最大吸收峰时的吸光度，用0．780g/ml的染料溶液密度来校正lml染料吸光度。

图十七、吸收光谱测量

相同的染料溶于不同的溶剂中会有不同的吸收光谱，而正确配制Ultragreen在DBE溶剂中的染料溶液的吸收光谱分析特性如下：

吸收峰波长λmax：711．9～714．1nm

吸收峰值： 0．98～ 1．18（15ppm的DBE）

波长Wavelength

图十八、 UltFagFeem吸收光谱（ DBE溶剂）

5．染料溶液回收使用的步骤

Ciba Ultragreen CD－R染料溶液返回到实验室用于再利用的溶液浓度通常是比使用前的染料溶液浓度高的多，因为有些DBE已经被挥发，因此，染料和溶剂的浓度必须被调整使它们恢复到最佳的组分（第一次使用时的配比）。来自相同用处的回收染料应该存储在干净的、预称重的玻璃或不锈钢容器中。染料回收按下列程序在进行：

（1）测量回收染料的重量或体积；

（2）用分光光度仪，测出所用溶液的吸光度，从而得出染料溶液的浓度；

（3）对照此溶液的吸光度和它是用前的初始吸光度，估算出恢复成初始的吸光度所需要加入的溶剂（DBE，DMH）的总量。这个量称作为（W2－ W1），参照计算步骤；

（4）用气象色谱仪，测出辅溶剂DMH的含度；

（5）对照此溶液的DMH含量与初始溶液7％的DHMH含量，估算出所需加入的DMH溶剂的量（Wd）；

（6）加入估算出所需DMH的量，使之恢复成初始的7％；

（7）加入所需的DBE，它将是所需加入的溶剂总量（W2－W1）和DMH的量Wd的差值；

（8）搅拌15分钟，使之溶液均匀。测量溶液的吸光度和DMH的含量，确定与初始；

（9）溶液的误差小于3％；

（10）上线使用前用0．2um的PTFE过滤器过滤。

6．染料溶液回收使用的计算方法

（1）估算恢复成初始溶液所需加入的溶剂总量

（W2－W1），因为W2=A1×W1/A2

A1＝所需调整溶液的吸光度

W1 ＝所需调整溶液的重量

A2= 调整后，最后所需的吸光度，它相当于3．0％ Wt/vol浓度的染料溶液在稀释2，000倍时所对应的吸光度。

W2=调整后，吸光度位A2时染料溶液的总重量

因此，所需加入的溶剂总量为（W2－W1）

（2）估算恢复成初始溶液所需加入的DMH 用气象色谱仪测出回收溶液中DMH的含量为Dr，所需加入的DMH体积为Vd=Dm×V2- Dm×V1儿转化的DMH的重量为Wd= （Dr×W2－ Dm ×W1）×d2/d1

Dr=回收溶液的DMH含量

Dm=初始溶液的DMH含量7％

d1=染料溶液的密度0．78

d2=辅溶剂 DMH的密度外引

（3）估算恢复成初始溶液所需加入的DBE所需加入DBE量Wdbe =W2－W1一Wd。

7．用气象色谱仪测定DMH的含量

（1）DM的浓度可通过气象色谱仪来测定；

（2）推荐使用的气象色谱仪应配备”火焰离子探测器”（FID）和1．5m ×3mm填充色谱柱（packed with 80~100mesh Chromasorb W, coated with 10% Carbowax 20M）；

（3）“毛细管色谱柱”（25m×0．25mm with a 14％ cyanopropylphenyl siloxane 0．3m mesh phase则也可以用；

（4）两种色谱柱都应配有预处理色谱柱；

（5）使用内标样的方法做校正，以确保结果的准准确性用正成醇（1-Penta nol）作为 99％纯度DMH的内标样，用环戊醇（ Cyclopentanol）作为混有异构体的DMH的内标样，当用毛细管色谱柱时，可使用醋酸戊酯（Amyl Acetate）作为内标样

（6）使用填充色谱柱时，建议使用下述条件：

炉温： 90℃

氮气（载流气流）流量：20ml/min．

进样器和火焰离子检侧器的加热器温度

设定：250℃

（7）使用毛细管色谱柱时，建议使用下述条件：

色谱柱温度70℃

检测器温度 250℃

进样器温度200℃

五、光盘的染料层旋涂工艺与技术

可录式光盘染料层旋涂的主要步骤分为三步，

第一步：下料，主要目的是将染料溶液分布在整个盘片上，使之覆盖整个盘片表面。

第二步：染料层厚度控制，用于控制染料层整体及内圈的厚度。

第三步：染料层干燥，用于减薄染料层和制外圈的厚度。

典型的旋涂程序如下：

与Ultragreen染料生产CD-R配套基片的最佳（Optimized）几何形状（AFM测量值）如下：

槽深门dsub）：200nrn

槽宽（wsub。）：665～685urn（FWHM）

槽半深度处的槽壁的倾斜度：60℃～65℃

双折射；-20～+40nm

径向偏差：－0．15o～＋0．5o

若能达到此最佳值，则可生产刻录速度到56X的CD－R盘片；而与Ultragreen染料生产CD－R配套基片几何形状（ AFM测量值）的容许误差如下：

槽深（dsub）：195～210urn

槽宽（wsub）：650~690urn（FWHM）

槽半深度处的槽壁的倾斜度：55o～70o

使用Ultragreen染料生产CD－R，染料层旋涂的工艺参数下：

旋涂环境温度：26士0．5℃

湿度：50士5％

每次染料下料量：0．1 ml（最少0．08ml）

染料沟槽涂布深度:(dabs）：113nm

染料层光密度（OD）：0．270－ 0．240

光学密度（Optical Density）以在Dr． Schenk MT－136（或Basler Reference）上来测量为准。