Processo produttivo dei dischi encoder
Come nasce un disco encoder in vetro: dal vetro al pezzo finito
Un disco encoder in vetro attraversa più di dieci fasi: pulizia, cromatura, stesura del resist, esposizione, sviluppo, incisione, rimozione del resist, taglio, molatura dei bordi, collaudo, imballaggio. L’articolo percorre l’intero flusso e spiega quale problema risolve ogni fase e quali rischi lascia nel disco se eseguita male.
Un disco encoder in vetro sembra solo un sottile vetro con un anello di righe nere stampato sopra. Ma quell’anello può contenere migliaia di righe, ciascuna larga poche decine di micrometri o perfino pochi micrometri, con bordi netti, completamente opache e concentriche al foro centrale. Un oggetto così non si «stampa» in un colpo: si realizza passo dopo passo con più di dieci fasi di lavorazione.
Tre stadi: film, disegno, contorno
Scomponendo il flusso, i compiti sono in realtà solo tre (figura 1):
- Realizzare il film: pulire il vetro e depositare uno strato di cromo.
- Realizzare il disegno: «copiare» le righe sul film di cromo con la fotolitografia e sciogliere il cromo in eccesso.
- Realizzare il contorno e spedire: tagliare diametro esterno e foro, molare i bordi, collaudare, pulire, imballare.
Di seguito le fasi in questo ordine.
Stadio 1: vetro pulito più uno strato di cromo
La pulizia è la prima fase ed è anche la più sottovalutata. Se sulla superficie del vetro resta anche solo un velo d’olio o una particella minuscola, il film di cromo lì aderisce male o lascia un pinhole.
La cromatura avviene sotto vuoto, di solito per sputtering o evaporazione. Lo spessore del film di cromo è in genere di circa 0,1 μm, alcune centinaia di volte più sottile di un capello, ma basta già a bloccare completamente la luce. Le parti «nere» del disco sono proprio questo strato di cromo.
Stadio 2: copiare il disegno con la fotolitografia
L’idea della fotolitografia è simile al nastro di mascheratura usato per verniciare: si copre con uno strato di fotoresist ciò che va conservato e si scioglie il cromo rimasto esposto.
- Stesura del resist: il fotoresist viene depositato al centro del substrato e, con rotazione ad alta velocità, steso in un film sottile e uniforme.
- Pre-cottura: il riscaldamento elimina il solvente dal resist e stabilizza il film.
- Esposizione: la luce UV attraversa la maschera e colpisce il resist. La maschera è il «negativo» del disegno del disco.
- Sviluppo: con il comune resist positivo, le parti esposte alla luce si sciolgono nello sviluppatore e il cromo sottostante viene scoperto.
- Incisione: la soluzione di attacco scioglie il cromo esposto; il cromo coperto dal resist rimane e forma le righe.
- Rimozione del resist: si toglie il resist residuo e le righe di cromo emergono complete.
La larghezza finale delle righe è determinata insieme da dose di esposizione, sviluppo e incisione: se una delle tre devia, devia anche la larghezza delle righe. La stessa maschera viene usata ripetutamente, e lotto dopo lotto tutti i dischi derivano dallo stesso «negativo»: per questo i dischi fotolitografici sono così uniformi.
Stadio 3: taglio del contorno, collaudo, spedizione
Il taglio laser ricava diametro esterno e foro prendendo come riferimento il centro del disegno. Se il taglio è spostato, l’anello di righe e il foro non sono concentrici e, una volta montato sull’albero, nasce un errore di eccentricità: a raggio di lettura 20 mm, un’eccentricità di 5 μm corrisponde a circa 52″ di errore angolare.
La molatura e smussatura dei bordi elimina microcricche e spigoli vivi sul taglio, riduce le scheggiature e rende il disco più resistente alle sollecitazioni di montaggio.
Il collaudo comprende di solito larghezza riga, eccentricità, densità ottica e difetti estetici, e si può eseguire con misura ottica e ispezione ottica automatica (AOI). Infine una nuova pulizia, separazione con interfogli e imballaggio antiumidità e antistatico per la spedizione.
Cosa garantisce ogni fase
| Fase | Scopo principale | Conseguenza tipica se eseguita male |
|---|---|---|
| Pulizia | Superficie priva di olio e particelle | Distacco del film, pinhole |
| Cromatura | Film opaco uniforme e compatto | Opacità insufficiente, pinhole |
| Stesura resist, pre-cottura | Film di resist uniforme | Larghezza riga non uniforme |
| Esposizione, sviluppo | Trasferire il disegno sul resist | Deviazione della larghezza riga, residui di resist |
| Incisione, rimozione resist | Trasferire il disegno sul cromo | Residui di cromo, righe interrotte, deviazione della larghezza riga |
| Taglio, molatura | Contorno concentrico, bordo integro | Eccentricità, scheggiature, cricche |
| Collaudo, imballaggio | Controllo e protezione | Pezzi difettosi al cliente, graffi da trasporto |
In sintesi
Le fasi di un disco encoder in vetro si raggruppano in tre stadi: film, disegno, contorno. La fotolitografia determina forma e larghezza delle righe, il taglio determina la concentricità tra righe e foro, mentre la pulizia e il controllo della contaminazione accompagnano l’intero processo. I prossimi articoli tratteranno ogni fase singolarmente e in dettaglio.
Traduzione dell’articolo originale cinese (0021). ENC7 – produttore di dischi encoder (richiesta) · Articoli tecnici · https://enc7.com
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