第二十二章　工业印刷

    在科学技术蓬勃发展的二十世纪，严格地讲，科学技术的应用领域是没有边界的。十九世纪 发明 的照相术，应用于印刷工业，产生了照相制版术；应用于电影拍片，就是电影摄影术。印刷 术不仅可以用于书报刊的图文印刷，用于有价证券印刷，广而 言之，凡是需要完成图文转印复制的地方，都有印刷术的用武之地。

    本章的＂工业印刷＂，是指在其他某些工业产品的生产中，应用了印 刷术的图文转印复制技术。这些工业一般说不属于印刷工业，它们生产出的的产品也不是印 刷产品， 但是它让人们看到，在更广阔的工业生产领域li1，印刷术一次又一次显示了它的勃勃生机。

第一节　电子印刷

    在电子产品中，早期的印刷线路板的制作，七十年代以来的集成电路板的生产，都用到了印 刷术中照相图文复制和晒版腐蚀技术。应该说，这是印刷术对现代文明的又一贡献。

一、印刷电路

    早期的收音机、电视机中各种元器件，如电阻、电容器、电子管等，都是先安装在基板或底 座上，再用导线焊接联接而成。这种生产加工方式不但生产效率低，产品性能差，产品体积 也大。为了提高电子产品的可靠性，缩小体积，从五十年代开始，人们把事先设计好的线路 图 ，用照相制版的方式做成照相原版，再用晒版的方式，把线路图晒制到覆有铜箔的绝缘板上 ，然后用化学腐蚀的方法，使需要有导线联接的地方，铜箔层被保留下来，不需要导电的部 位铜箔层被腐蚀掉，成为绝缘层。最后经过打孔、电镀、整饰加工，就成为印刷电路板。它 除了形成一定的导电线路外，还具有一定的厚度和强度，实际上起着两个作用：一是作为相 关的一些电子元器件的承载体；二是联接这些元器件的导电体。把它安装在电子产品中， 它只是整体电子产品的一个部件。

    由于印刷电路板的制作方法同印刷工业中的铜锌版制做方法基本相似，所以自六十年代以来 ， 北京、天津、沈阳、上海、广州等城市一些印刷厂或铜锌版制版厂除为印刷业制做铜锌版以 外，也承揽一些印刷电路板的加工制做任务。也有的是在生产电子产品的工厂设印刷电路板 制作车间。名字虽然叫＂印刷电路板＂，但它不是用印刷印出来的，而是用印刷术中照相制 版术的方法制作的，也可以说是印刷术同电子技术相结合的结果。

1.印刷电路的基板

    印刷电路的基板主要由两部分组成：绝缘层和导电层。绝缘层是将增强材料如布、纸、石棉 、尼龙纤维布或玻璃纤维布经过在粘结材料树脂溶液中浸渍烘干后层压而成。导电层则是将 铜箔压制在树脂层上而成。

    (1)增强材料。它是印刷电路板的骨架，一般用布、纸、石棉、尼龙纤维布或玻璃纤维布。初期用过棉布。但由于棉布的吸湿性强，机械强度不高，后来被其他纤维材料取代，用的比较多的有绝缘纸 和玻璃纤维布。

    (2)粘结材料。纤维增强材料经过浸渍粘结剂溶液以后，粘结剂的树脂高分子充满了纤维之间的空隙，经烘 干压制以后，就成为绝缘板，不仅增强了纤维的绝缘性能，也把纤维层粘结成为一个整体。早期的粘结材料一般用酚醛树脂。这种材料来源方便，价钱便宜，还具有较好的绝缘性能和 机械强度。进入八十年代以后，随着电子技术的发展，人们对印刷电路板的性能要求也日 益 提高。又开发出性能更好的环氧树脂作粘结材料。环氧树脂在电绝缘性、热稳定性、防潮防 渗性等方面均优于酚醛树脂，只是价格比前者要贵一些。

    (3)导电材料。印刷电路板的导电材料主要是用电镀方法生产的铜箔。从导电性要求，铜箔的纯度当然是越 纯越好，至少不低于99.5%。铜箔的厚度可根据印刷电路板的设计要求来选择。国内采用的 铜箔厚度一般为35～50微米，也有比这薄的如10微米、18微米；和比这厚的如70微米。

    (4)覆铜箔层压板。将增强纤维材料浸渍在粘结树脂材料溶液中，烘干后层叠，同导电铜箔一起在加热条件下经 一定时间压制即成为制做印刷电路(基)板的覆铜箔层压板。覆铜箔层压板有单面、双面覆铜箔之分，可根据电子产品的需要选用。

2.照相底片

    设计人员按照电子线路的要求设计出图纸。以图纸作原稿，在制版照相机上进行拍照，作出 照相底片。由于下一步蚀刻晒版感光胶性质的不同，照相底片可以是阳片，也可以是阴片。如果蚀刻晒版感光胶是负性的，像重铬酸盐明胶感光胶，照相底版用阴片；如果晒版感 光胶是正性的，则照相底版用阴片考贝阳片的方法，制做出阳片。印刷电路的设计图上一 般都是线条、符号、文字和实地块，没有连续阶调的变化。拍出的阴片和考贝出的阳片应该 是黑白分明，线条边缘整齐光滑，有足够的密度反差。这是制作印刷电路板品质好坏的关 键。

3.印刷电路板的制作

    制作印刷电路板有多种工艺方法，有腐蚀法，也有电镀法，自五十年代以来用的比较多的是 腐 蚀法。但自从八十年代以后，随着网版印刷技术的日益完善和在电子工业中的广泛应用，用 网版印刷绝缘层然后电镀的方法制作印刷电路板也很普遍。后者在下文另行叙述。这li1主要 讲腐蚀法。这是传统的印刷电路板制作方法，工艺过程大致如下：

    (1)在基板上涂布感光胶。早期晒制印刷电路板常用蛋白、明胶或虫胶加重铬酸盐配制成感光胶。七十年代以后 ，由于国产聚乙烯醇大量面市，遂改进应用聚乙烯醇重铬酸盐感光胶。首先在铜箔表面用木炭磨光，用稀盐酸清洗，涂布感光胶，烘干。

    (2)曝光、显影、修整、烘烤。这步操作同铜锌版制做方法基本像似。

    (3)腐蚀。制作印刷电路板应用比较多的是化学腐蚀法。七十年代以前主要用三氯化铁溶液在专用腐蚀 机 中进行腐蚀。由于三氯化铁腐蚀溶液回收比较困难，又污染环境，七十年代以后，有不少工 厂 逐渐改用酸性氯化铜溶液进行腐蚀。酸性氯化铜溶液是在CuCl◆2溶液中加进盐酸，在腐蚀 溶液与铜进行化学反应时，铜被腐蚀，生成氯化亚铜CuCl。当腐蚀溶液中CuCl◆2的含量降 低到一定程度时，溶液就失去了对铜的腐蚀能力。这时可往腐蚀溶液中通入具有强氧化能力 的氯气Cl◆2，把腐蚀溶液中大量积存的氯化亚铜再氧化成氯化铜，重新恢复溶液的腐蚀能 力。

    腐蚀完成以后的电路板，还不是成品。只是采用照相蚀刻法制做印刷电路板的印刷工艺加工 到此告一段落，后面还要经过机械加工，电镀加工等一系列加工完成后，才成为正式电子产 品。

二、集成电路的光刻技术

    本世纪后半世纪以来，是电子技术突飞猛进的年代，随着电子技术由晶体管时代进入集成电 路时代，印刷电路板的制作也更加精密化，从而产生了集成电路的光刻技术。它也是从印刷 技术中照相制版技术演变过来的。如果说它同前面叙述的印刷电路的制作有什么不同的话， 这就是光刻技术加工制作的是电子元器件尺寸更加小型化，线路排布更加密集化，加工设备 更加精密化了的集成电路制作技术。

1.液体光刻胶

    印刷技术与其他工业技术互相渗透、互相影响的实例莫过于电子工业的光刻技术了。集成电 路制作的光刻技术，是从照相制版的铜锌版制作技术演进而成的。而印刷技术中照相制版术 应用的合成感光树脂，则是在光刻技术的推动下，蓬勃发展起来的。

    由于重铬酸盐感光胶的感光性能和分辨力都不能满足光刻技术的要求，六十年代初国际上出 现了 人工合成的肉桂酸聚乙烯醇酯的感光树脂，并率先把它用在电子工业的光刻技术上。六十年 代 中期，本文作者当时在中国人民银行印制技术研究所工作，曾合成出肉桂酸聚乙烯醇酯感光 树脂，后因＂文化大革命＂的动乱，研究所被解散，致使这一成果不了了之。六十年代末中 国 科学院化学研究所终于也合成出这一感光树脂，从七十年代开始，在集成电路的制作上得到 应用。

    肉桂酸聚乙烯醇酯感光胶是负性感光胶，即感光部位的感光胶进一步交联成更高级的网状高 分子，因而失去水溶性；未感光部位的感光胶中因为含有聚乙烯醇分子，可以用水显影去 掉。曝光用的底片，在电子行业称掩模。因为感光树脂是负性，所以得用阴片掩模进行曝光 。经曝光、显影冲洗以后，设计的集成电路的图样就被复制到半导体器件上，

2.干膜感光胶

    肉桂酸聚乙烯醇感光胶，虽然其感光性等各方面都比传统的重铬酸盐感光胶优越，但它仍是 液体的，保存和使用多有不便。从七十年代末开始，一种更方便的感光物质在电子行业得到 应用，这就是干膜感光胶。

    利用聚脂薄膜片基作载体，在其上面涂布含有丙烯 基的聚合物。这层聚合物就是一种负性 感光胶膜。待胶膜干燥后，再覆盖聚乙烯薄膜作为保护层，使感光胶免受污染。称它为干膜 感光胶，是因为干膜感光胶可以预先加工制作，长期保存备用，用时只要将聚乙烯薄膜揭去 ，将感光胶膜面对向线路板基铜箔，在加热、加压条件下，使感光膜层粘贴附于铜箔上。国 产G11，G21，G31，G41，SXM干膜的贴膜温度大约在90～100℃

    干膜的曝光同前述的肉桂酸酯感光胶差不多，有效的波长范围在320～400纳米。

    曝光完成后，用1～2%的无水碳酸钠水溶液显影。

    为了使未曝光部位的感光胶彻底显影清除干净，显影硷水的温度以40℃为宜。显影完成 后的修整、腐蚀等加工方法同前述的肉桂酸酯感光胶差不多，不再赘述。

三、网版印刷制作电路板

    随着网版印刷技术日益精密化的发展，也由于网版印刷承印物多样化的特点，人们发现网版 印刷在印刷电路的制作中是可以大显身手的。自八十年代以来，在电子工业中用网版印刷的 方 法制作印刷电路板，成为一个重要的发展势头。归纳起来，网版印刷技术在电子产品生产中 ，有以下几方面应用：

    不过应用最多的还是用网版印刷形成抗蚀膜层，完全取代了感光胶的涂布、曝光、显影等操 作，从而简化了印刷电路的制作工艺，降低了成本。不过网版印刷的线条分辨力比起精密的 集 成电路来说，还显粗糙，所以网版印刷技术的应用主要限于一般的印刷电路。需要指出的是 ，这里的网版印刷技术，同一般的网版印刷原理上是相同的。设备主要是针对承印件尺寸的 大小有所不同。重要的区别是网版印刷的印墨。根据网版印刷在电子器件制做过程中的功能 来分，印墨有二种类型：

1.耐腐蚀印墨 印刷到铜箔上以后，能很好地粘附在铜箔表面上，在化学腐蚀过程中，能经受酸性腐蚀溶液 的冲击，保护铜箔层不被腐蚀。

    耐腐蚀印墨一般由沥青漆、胶印树脂油墨，酚醛清漆或醇酸清漆加一些填料组成。常用的填 料有锌钡白漆、滑石粉等。

2.耐电镀印墨 如果丝网印刷是为了使电子器件的印刷部位在电镀过程中成为绝缘层，不被镀上金属，那么 印刷 的图象对电镀形成的电路图来说，应是负性图象。即在非导线部位有印墨层覆盖。由于网版 印刷墨层能达到20～30微米的厚度，在电镀线条的两边形成两道凸起的高墙，可以有效防止 电镀过程电镀层的扩展增宽。

    耐电镀印墨一般由树脂油墨，沥青漆和滑石粉组成，除了上述两种印墨以外，为了防止焊接 ，印刷标记等，往往也需要应用网版印刷。显然，不同的印刷目的，选用不同的印墨，从而 显示出不同的网版印刷功能。

四、铭牌的制作

    铭牌的范围很广，像机器上的标牌，仪器仪表上的刻度盘，公司的招牌，店堂的匾牌以及家 用电器上的商标、面板、使用标志等。由于铭牌既具文字、图案的标示作用，又有艺术造型 的装饰效果，因此铭牌的制作在一定程度上反映着时代的气息和工艺技术水平。

    铭牌的制作要用到图文的照相腐蚀技术，喷漆、染色装饰技术以及八十年代以后又采用网版 印 刷、间接平印等印刷技术。一个小小的铭牌，实际上也是展示印刷技术的一个窗口。铭牌制 作工艺的进步，也反映了印刷技术的进步。

1.照相蚀刻铭牌

    六十年代以前，铭牌的应用范围还不十分广泛，制作铭牌的材料大多以铜、铝金属材料为主 ， 铭牌制作工艺以采用照相蚀刻方法为多。这是一种传统的铭牌加工方法，与凸版制版的铜 锌版制作比较接近。

    (1)图文照相。由于铭牌的使用场合和用途不同，有的铭牌的图文是凸起的(称阳文)，有的图文是凹下的( 称阴文)。凸起的图文晒制时要用阴片；凹下的图文晒制时要用阳片。所以图文照相是 制作阴片还是阳片，要由铭牌的制作工艺而定。

    (2)晒制感光板。金属板面经去污、除油、砂面清洗干净凉干以后，涂布感光胶(即成为感光板)。五十年代感 光 胶用明胶、重铬酸铵配制。六十年代改用聚乙烯醇取代明胶。八十年代以后各种合成树脂感 光胶 大量应市，除了用聚乙烯醇重铬酸铵感光胶以外，光交联型的聚乙烯醇肉桂酸酯感光树脂、 叠氮化合物酚醛树脂都已用作感光胶。只不过由于重铬酸盐感光胶价格便宜，所以一直在应 用着。

    前面已经说到，对于凸起的阳文铭牌，要用阴片晒制；对于凹下的阴文铭牌，则要使用阳片 晒制。这是对像重铬酸盐一类负性感光胶来说的，如果使用光分解或溶解型正性感光胶，则 图片的阴阳性正好与此相反。

    晒制后立即显影，使未感光部位的感光胶彻底被水溶解除去干净。然后在200℃左右高温中 烘烤使感光胶分子进一步脱水交联，形成网状结构，使其覆盖部位的金属在腐蚀过程中不被 腐蚀。

    (3)腐蚀。铜质铭牌的腐蚀与凸版制铜版腐蚀法相同，用三氯化铁溶液腐蚀。铝质铭牌的腐蚀方法有用 硫酸、硝酸腐蚀液，有用硫酸铜、三氯化铁腐蚀液，也有用硷性腐蚀液。

    (4)涂漆。阳文铭牌凸起的是图文，腐蚀凹下的是底面；阴文铭牌凹下的是腐蚀出来的图文，凸出的是 金属底面，涂漆就是要在腐蚀过的金属部位涂上一层漆膜，以形成图文与底色的强烈反差。

2.电解氧化染色铝质铭牌

    铜质铭牌以它特有的铜质本色，给人一种古朴庄重的视觉感。像公司商行的招牌、荣誉奖状 等一些大型的铭牌，多以铜质制作。自六十年代以后，铝质铭牌的用量和使用范围越来越多 。这不仅因为铝材价格便宜，还因为铝材的加工适应性能要比铜材好得多。例如利用铝板的电 解染色，可以把铝质铭牌装扮得熠熠生辉，光彩夺目。

    不能拿金属铝直接染色。染色前必须先对铝板进行阳极氧化处理，在铝板表面生成一层致密 、多孔、耐腐蚀和具有很强吸附能力的氧化膜层。有了这层多孔氧化膜后，染料分子就能牢 固地附着在上面，把铝板表面染上颜色。

    铝板阳极氧化处理的实质就在于，在酸性电解质溶液中，在正负两极电压作用下，铝板作阳 极，在被电解的同时，又被氧化，生成一层多孔的氧化膜。

    阳极氧化膜有很强的吸附活性，可在多种染料溶液中染上颜色，如表22-1。

3.印刷铭牌

    前述铭牌上的图文都是先在金属板上涂布感光胶，经过照相阴片或阳片晒制腐蚀、染色加工 而成的。这是传统的铭牌制作方法。自八十年代以来，铭牌的应用范围越来越广泛了，这就 要 求铭牌的制作方法也要多样化，以满足各种不同场合对铭牌的要求。印刷铭牌的制作与前述 不同，它的图文不是晒制上去的，而是印刷上去的。

表22-1 阳极氧化染色表

    从印刷方式来区分，有用网版印刷的，也有用平版间接印刷的；有直接在铝板上进行印刷的 ，也有用分散染料墨先把图文印在纸上，然后将印有图文的纸贴附在阳极氧化的铝板上通过 加热，染料升华后直接附着在铝板，使图文转印到铝板上，制作成铭牌。

    印刷铭牌适合大批量生产，不仅生产成本低，产量高，而且可以印制出各式各样的图案文字 ，五彩缤纷，形态各异，把科技与艺术完美地结合在一起。

4.触摸式开关面板

    八十年代后期，在一些家用电器像洗衣机上出现了触摸式开关面板。这是面板同触摸式开关 相结合的产物。它体现了家用电器上鲜明的时代气息。

    触摸式面板一般采用聚氯乙烯(PVC)或聚碳酸酯(PC)等透明薄膜作承印物，通过网版印刷或 平印将面板上的图文印到薄膜上。不过，图文不是印到薄膜的上面，而是反印在薄膜的里面 ，通过透明薄膜从正面观看，图文就是正的了。

    随着科学技术的进步和商品经济的发展，各种产品上的铭牌就像商标一样，它几乎是无处不 在，同人们的工作、生活已经是息息相关，因此铭牌的制作技术将是印刷技术在工业生产应 用中一个非常活跃的领域。