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1、丝网印刷与金属蚀刻技术金属蚀刻技术近年又被人们重视起来，但是它已不是旧式手 工方式的重复，而是在新材料、新设备的基础上的有了新的发展和提 高，如在不锈钢等材料上能蚀刻出0.05mm以下的精细线条，从而也 就进入高科技领域。本文对其基本生产过程进行论述，尤其强调丝网 印刷工艺在其中的作用。1、前言随着经济的发展、社会进步，金属蚀刻技术的应用越来越被 人们所重视。有人想开发旅游纪念品，有人要制作高档铭牌、奖牌， 有人要制作码盘，有人要制作屏幕电板，也有人要制作精细、零件. 所有这些，都离不开金属蚀刻技术。由此可见，它将会形成一门新兴 的产业。“蚀刻”，也有人叫“刻蚀”，本人以为前者较为准确。现代
2、汉语辞典解释“蚀刻”即“利用硝酸等化学药品的腐蚀作用来制造 铜版、锌版等印刷版的方法”说法虽然具体了一些，但意义还是表达 出来了。 金属蚀刻技术是一个既古老又新颖，既普通又尖端的技术，作为一种 重要的生产手段，近代工业生产和现代文明都离不了它。印刷电路板 生产、集成电路生产，都离不开蚀刻技术。这方面早有大量论著及成 熟工艺，本文篇幅有限，暂且不谈。 金属蚀刻加工根据其加工对象的要求不同，有人把它分为两类：对薄 板状金属蚀刻穿了叫化学冲裁(chemical blanking)对一定厚度金属只 蚀刻去一部分厚度而不刻穿，使刻去的底面与原面有一定的高度差， 这叫化学铣削(chemical milli
3、ng)。我们一般习惯于用双面蚀刻和单面 蚀刻来区别，双面的往往是蚀刻穿了的；单面往往是不刻穿的，但也 能刻穿。所以它们的分类法可能更明确些，而且它和金属切削加工的 概念联系起来了。对金属材料进行蚀刻，其关键问题是：1、保护需要的部分 不被蚀刻；2、蚀刻掉不需要的部分，从而获得需要的方字或图形。2、金属蚀刻工艺流程 金属蚀刻工艺随着被蚀刻的材料及工件要求不同而不同，总 的过程如下：一、制作保护层 板材表面清洁处理、化学或电化学清洗、丝网直接印刷图文 或网印后再曝光显影。二、蚀刻基材不同腐蚀液及工艺规范不同。 去除保护层一段用5%NaoH水溶液高温去除后处理，根据产品需要进行如：清洗出光， 电镀、
4、填漆、喷漆等及包装。( 1)、经过抛光或拉丝的铜板表面清洁处理(2)丝网 印刷图文(3)干燥(4)预蚀刻(5)水洗(6)检 查( 7)蚀刻(8)水洗( 9)浸酸处理(10)水洗 (11)去除丝印的保护层(12)热水洗(13)冷水洗（14）后处理（15）成品。不锈钢精细工艺品（1）板材表面清洁处理（2）网印液态光致抗蚀油墨 （3）干燥（4）加底片曝光（5）显影（6）水洗 （7）干燥（8）检查修板（9）坚膜（10）蚀刻（11） 去除保护层（12）水洗（13）后处理（14）干燥（15） 成品在以上的工艺过程中，原材料表面清洁非常重要，但在实践 中往往被忽视。明显的油污、氧化、斑化、斑痕，人们会将它去
5、除， 可是不太明显的，肉眼不能一下看出的，就容易被忽视，但就是这点 微不足道的疏忽却严重地影响施工过程和成品率。另外，有些装饰用 的不锈钢板表面镀有一层金黄色的钛合金膜，遇到这种情况，在坚膜 工序后正式蚀刻前，加上去钛多膜工序，方法是用氟化钠（NaF）水溶 液中加入少量盐酸（HCL）擦洗去除。3、丝网印刷在金属蚀刻中的作用 金属蚀刻的关键之一就是需要可靠的耐蚀保护层，这种保护 要能牢固地粘附在金属表面，而且还要能显示出精细美观的图文来。 一般加工方法、印刷方法都难以实现，吸、只有丝网印刷是最可靠、 最有效的方法。它是金属蚀刻工艺的关键。关于丝网印刷技术，本刊 发表过不少专业文章，专业书籍也不少
6、，本文不作介绍。丝网印刷在金属蚀刻中的应用分为两种情况：3.1 直接丝印图文印料使用与金属粘合牢固、耐酸（或耐碱）、耐电镀的油墨以往这些印料都是用户自配，例如酚醛 清 漆 20%醇酸 清 漆 15%沥青 漆30%配 方 1 ： 白 厚 漆 80% 汽油 适量配 方 2 ： 黑 厚 漆 80%120汽油5%左右配 方 3 ： 白 厚 漆 70%120汽油余量 这样的配方原料易得、价格便宜、抗蚀性好、透印力强、和金属结合牢固、去除方便。但图文精细度要求高，或大批量应用，自配往往达不到要求，甚至还带来意外的麻烦，所以就要选用专业厂生产的专用 抗蚀印料。近年来，随着印制事业的发展，这类抗蚀油墨很多，表
7、1 所列，仅是举几个例子而已。在上述印刷中，图文的精细度全靠网印来保证，它牵涉到网具选择、绷网、制印版、印刷工艺等多种因素，所以要求更高的就难 以保证，需要采用下面的办法。3.2 网印液态光致抗蚀油墨在金属表面涂布一层均匀的感光膜层，这种涂布方法，可用喷涂、刷涂、淋涂，但对尺寸不太大（A4左右）的平面，丝网印刷是最方便、可靠的方法。感光膜层面经曝光、显影形成图文。这种光致抗蚀油墨是由光聚合树脂，光交联剂，光引发剂等组成，它不同于 一般油墨，它有感光性能，要避光使用。 这种油墨丝印涂布都是满 板印刷，采用100 目200目丝网，也有用至300 目的，这时为了保 证印层均匀，不出现“白点，”往往印
8、刷两次。油墨对印刷环境要求 也比较高：（1）因为是感光材料，室内不能有强光或直射的阳光，一 般用黄色灯光及黄色窗帘；（2）室内清洁程度要求较高，为防止灰尘，最好是净化车间，在精细产品中，一粒灰尘往往就会造成几条断线；（3）在满足上述两个条件外，还要注意室内温湿度及通风 换气。印好后要烘干，一般温度在60C 100C范围，绝对不要高 温，否则将影响显影和蚀刻；时间在15 分钟左右，以膜干不粘手为 准。在这些过程中仍然要注意避光和防止灰尘。 光致抗蚀油墨国内外生产单位和品牌都很多，举例如表2 。表 1 ：几种耐蚀刻油墨序号油墨名称型号制造商线路板油墨8100系列无锡胡棣油墨厂2耐腐蚀油墨I、II无
9、锡市纸印厂3自干抗蚀印料锡山市春光油墨厂4线路板汞墨牡丹牌 8061上海油墨厂5热固抗腐蚀油墨DA264B380B262C290C上海日祥贸易公司代理6光固耐腐蚀图形油墨UE-9000B上海日祥贸易公司7防腐墨ER1-3杭州余杭星桥丝印油墨厂8耐酸（碱）抗蚀油墨RI-216B RI-220B杭州科旺特种油墨厂9UV 硬化型抗蚀刻油墨UV-1000雄震贸易有限公司代理10 碱溶性抗酸蚀油墨 蓝 99-956 墨 99-200K 新加坡友联油墨及用品有限公司表 2：几种耐蚀刻油墨 序号 油墨名称型号制造商1新型液态光致抗蚀剂DLN-1无锡德利科技有限公司2水溶性光致抗蚀油墨DH001无锡市东华精细
10、化工厂3液态感光抗蚀耐电镀油墨LPR-800G杭州科旺特种油墨厂4光成像液体抗蚀剂JL-RS1000北京佳隆泰科技有限发展公司5网印型光成像抗蚀抗电镀油墨LTD-P2108北京力拓达科技有限责任公司6液态抗蚀刻油墨77T-100T深圳普利斯登科技股份有限公司7显像型抗蚀刻油墨PER-15 SC1502台湾太阳油墨股份有限公司8液态照相抗酸蚀油墨99-240新加坡友联油墨及用品有限公司上述油墨一般都是耐酸不耐碱的，其性能和工艺不同，品种也有所差别，例如：(1)太阳油墨公司的PER-15系列油墨颜色 ：蓝色含固量： 30%wt70%wt粘度：1PS200保存期：4个月(20 C以下，暗处)固化温度
11、：70 C80C 10分钟15分钟曝光量：60100mj平方厘米显影： 1% Na2co3蚀刻： Fecl3 Cucl2脱膜： 3%5% NaOH 45C (2)德利科技公司的液态光致抗蚀剂 颜色：蓝绿色比重：1.21 g/立方厘米细度：W3um粘度： 4000CPS固化： 85C 30 分曝光： 80W/cm 30秒显影： 0.51.0% Na2co3 30C坚膜： 140 C 30 分或 180C 10 分脱膜 ： 5%NaOH 50C所以在使用中首先要熟悉该产品的说明书，对不同产品要区 别对待，尽管它们大同小异，对小异也不能忽视，有些问题要在实践 中积累经验。例如有些油墨介绍中没有“坚膜
12、”这道工序，但在双面 蚀刻精细线条时发现加紧坚膜工序比不坚膜好；又如脱膜一般都介绍 用35%NaOH水溶液40 C50C去除，实际上这样的温度偏低，脱 膜不净或脱不掉，大量生产中往往采用“碱煮”即用5%NaOH溶液 加热至接近沸腾，即90C左右，脱膜才能快速有效进行，当然这要 看工件的材料，如果某材料高温下要和碱液起作用，那就不能“碱煮” 了。4 蚀刻剂蚀刻剂即蚀刻时用的腐蚀药水。不同材料要选用不同的蚀刻 剂，其中三氯化铁溶液是用得最早、最普遍的蚀刻剂，但污染问题是 它的致命弱点，在能不用它的场合，人们尽量避免用它。例如印制电 路板行业20多年前用三氯化铁的厂家比比皆是，而现在早已不用了， 代
13、之而采用可再生或回收的氯化铜溶液，但在其它行业，三氯化铁溶 液仍然被看作是一个有效的通用蚀刻剂，只是对于不同基材、不同蚀 刻对象，它的工艺规范如浓度、温度等有所不同而已。作者以为用三 氯化铁作蚀刻剂的人，必须对其污染进行治理，否则它将因公害而被 禁止。多年来，作者边学习边实践，收集到一些蚀刻剂的配方，多数 是别人的介绍，本人并未一一验证，罗列出来，供同行们参考。5 蚀刻技术有了蚀刻剂不代表就能蚀刻出合格的产品来，它还和选用蚀 刻方式-蚀刻设备的关。5.1 手工蚀刻即将蚀刻液置于溶器中，保持一定温度，将被蚀刻的工件浸 入液中，不时搅动蚀刻或晃动式件，直至蚀刻完成。它的加工速度慢， 侧面腐蚀严重。
14、但用于测试腐蚀液的性能，或个别少量制作还是可以 的。5.2 卧式蚀刻机如图 1所示，转动的叶轮将蚀刻液打到工件上进行蚀刻，使 用方便。铭牌、平面压模等多用此法，适合单面使用，在刻到一半的 时候，需倒过头来继续蚀刻，这样做是为发蚀刻均匀。5.3 立式蚀刻机如图 2所示，这种蚀刻机下中央是一根高速旋转的硬塑管，圆周上分布若干小孔，使S大2nS小式中：S 大：硬塑管内径圆截面积S 小：硬塑管上小孔圆面积N:硬塑管上小孔个数硬塑管下端有内纹与一尼龙塞旋紧，塞的高度与直径相等。 尼龙塞四周有 810 条斜孔，其倾斜方向与硬管旋转方向相反，倾斜 角度一般在45C左右，这样当硬塑管旋转时，蚀刻液就被尼龙塞上
15、 斜孔导进硬塑管中，由于离心力的作用，又从小孔中甩出到工件表面， 进行蚀刻。塑管四周都可放置工件，所以它的空间利用率较卧式蚀刻 机高，其它情况和卧式差不多。5.4 喷淋式蚀刻机如图3所示，它是比较理想的蚀刻设备，即可双面蚀刻，也 可单面蚀刻。蚀刻比较均匀，侧腐蚀较小，蚀刻纯度较快，不易产生 过腐蚀。温度、传送速度、喷淋压力都可调节或自控，适合于大量生 产，但与目前蚀刻机相比其设备投资较大。5.5 电解蚀刻机如图 4所示，电解蚀刻机对铭牌一类的需化学铣削的工件特 别合适，其特点是：(1) 加工速度快，一般比单纯化学蚀刻快10 倍左右，例如对铝板约 0.51.0mm/min铜板 0.51.0mm/min不锈钢 0.10.15mm/min(2) 能用“蚂蚁啃骨头”方式加工较大的工件。(3) 被电解蚀刻的腐蚀面平整洁净。(4) 最大的优点是蚀刻液无污染，基本无腐蚀
