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。
印刷>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。
印刷电路>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90~10
