1.前言
具有悠久历史的丝网印刷,进入60年代时,精细度可印刷0.1 mm以下,70年代圆转丝网印刷及金属丝网印版得到迅速发展与普及,电子行业对丝网印刷的引进尤其显得活跃,印刷线路板、HIC、液晶显示板、太阳能电池等制造工业的大量应用更促进了发展速度。进入80年代,随着电子产品的小型轻量化趋势,线路更是迅速走向高密度化,这样丝网印刷在适应这一变化的同时,也必然大幅度地提高印刷技术。举最近的一例来看,①导体印刷的最小幅面仅0.12 mm,②导体之间的最小间隔为0.12 mm,③印刷误差在300×300 mm的幅面仅0.05 mm。
丝网印刷的诸多特长,使其印刷范围变得越来越广。丝网印版可采用各种油墨,而油墨墨层的可厚可薄,又能极大地用于电子线路板、电阻器、电容、HIC等等电子工业产品印刷。此外,又因其版面柔软而富弹性,亦可广泛应用于其他工业产品的印刷,不仅适合柔性承印物,也能在玻璃、金属、塑料等材料上进行印刷,进而还可在曲面以及形状特异的成形物上印刷,并已应用在杯、盘等工业产品印刷中。
2.制版材料
2.1丝网(纱)
a.合成纤维
①高张力低拉伸的聚酯
聚酯是合成纤维的主要使用材料。近来对于用这种聚酯材料绷成的版子的兴趣越来越大。张力提高后,丝网稳定性好,图像形成也更稳定,油墨转移的调整都更加容易,此外张力一提高,印刷速度也可相应提高,准备时间缩短,也不需要经常对印压加以调整。丝网张力大小,还直接影响墨层厚薄、位置精度、边缘精度、从而影响再现性。从理论上分析,丝网加上张力便会发生冷延伸,松驰时会有所好转。但若张力不稳,往往会造成图像错位。所以现在一些厂商在研究绷网方法的同时,致力开发张力高、拉伸度极小的丝网。
②共轭纤网
已问世的聚酯与聚酰胺的共轭纤维,是一种以聚酯为芯、聚酯胺为外套结构的纤维。高强力、高弹性的聚酯及表面为聚酰胺的组成与乳剂的结合性、油墨的透过性都相当好,而且由于这种纤维绝不带电,因此普通应用于艺术品印刷。
③经表面处理过的改良型丝网
对聚酯及聚酰胺表面经过处理后,丝网表层的亲水性和粘接性都能得到提高,并且涂布感光树脂(直接法)或粘贴感光膜(间接法)都很方便,还具有防晕影、出细微图纹的效果。表面处理是采用等离子照射方法。近来也有利用远紫外线照射而提高粘接力的方法。这两种方法相比较,由于等离子照射需要在真空中进行,所以远紫外照射的方式相对来说是比较简单且经济的。
④其他
有用压延机砑平纱物表面减少厚度的特殊丝网,防静电丝网,镀铬丝网等。作为高技术纤维,如碳化纤维、聚酰胺纤维,超高强度聚乙烯纤维等,无论是在强度或是弹性方面都比普通高强度纤维好得多,所以有很诱人的前景,不过至今还未进入实用阶段(图2)。
b.金属纤维
不锈钢金属网大多用于电子产品的印刷,通常用于尺寸精度较高以及墨层要求较厚时的印刷。
近来已有用各种金属材料制成的纤维,这些纤维的特性如表1所示。这种纤维今后利用于丝网印刷的可能性极大。
尤尼奇卡公司已使用非晶体合金生产20丝粗细的纤维,其制成的网强度比钢琴丝高20%,此外还有生产比钢琴丝及不锈钢丝强度更高高耐蚀性、耐疲劳性的超高强度细丝,并以开口率高而已实用于精细图像的厚膜印刷及微细网点的高速印刷中。缺点是绷网时应力集中,所以容易碎裂,此外还存在网眼不均等待解决课题。
C.电铸网:
这种网不属于织物,而是采用金属镍为基本材料电铸制成网孔,典型的有荷兰的Stokes公司的密网与大日本网屏公司的a网。此网的优点:片状材料,印刷尺寸精度好。密网与a网的不同之处在于网眼形状各异。密网呈六角特殊形状,a网则是方孔形。这两种网由于尺寸稳定性好,所以主要应用于精细产品的印刷。此外a网具有墨层薄的特点,可对应应用于HIC以及图像细腻而线数高的丝网印刷。
d.金属网罩
由于电子机械发展日趋轻型,从而高密度采用高性能电子产品。线路板接线端子的间距越来越窄,电子元件也越来越小,这样在实际安装时,焊接就变得更加困难。在这一细晶区(焊接)要求网罩如断面形状的孔部侧面腐蚀量尽可能地少,并且腐蚀截面应光法。侧边腐蚀量过大的网罩一经印刷焊油,焊锡就会残留于侧边腐蚀部,造成图形不正。为了防止这种故障的发生,千方百计制成各种版子(图3),出现了诸如金属复合板,薄膜层合板,铜系金属网罩以及在a网上厚涂抗蚀膜制成图像后再进行腐蚀的特殊网罩。
为了取得孔部形状稳定的金属网罩,又出现了代替腐蚀法而用电子成型法制取的网罩,一般都由金属镍作为电析金属,抗蚀膜图像能无损失地被转移,所以得到的网像非常精细,是腐蚀法办不到的。由于孔部的光洁度比腐蚀法更理想,孔部尺寸不均,腐蚀法为板厚的±15%,电子成型法仅为板厚的±5%。
种 类 密 度 线 径 张紧强度 弹性率 拉 伸 断裂收缩
(g/cm2) (km) (kgf/mm) (kgf/mm) (%) (%)
超细金属网 (铁`碳`硅`锰系) (Fe-C-Si-Mn系)
78 20 515 20000 3.9 47
7.8 30 475 20000 4.0 53
7.8 50 425 20000 4.2 57
7.8 100 400 20000 4.5 55
钢琴丝 (B2C) 7.8 100 310 20000 3.2 51
不锈钢丝 (SUS304) 7.8 50 270 18000 3.2 60
钛 丝 4.5 50 90 10800
非晶体丝 7.6 50 370 16000 4.0 5
钨 丝 19.4 50 320 40500
聚酰 1.4 12 300 7100 4.4 5
炭素纤维(T300) 1.8 8 350 23500 1.4 0
表1 各种纤维特性比较
加工材料 w-w1/t 腐蚀条件
S U S—3 0 4 0.060/0.10 38°铍,三氯化碳
镍 0.055/0.10 35±5℃
铁/镍 0.057/0.10 搅拌浸润1.5 cm
黄 铜 0.078/0.10 搅拌旋转数600rpm
铜 0.052/0.10 加工材料旋转3rpm
铜 镍 0.050/0.10 加工材料与液面
距离16 cm
铜 0.040~0.046/0.10 45~46°铍,三氯化铁
铁/镍 0.043~0.048/0.10 55~60℃
S U S—3 0 4 0.045~0.053/0.10 喷射方式
(2.5~3kg/cm2)
2.2框
目前应用的框架材料主要是铝,首先强度的高低是保障尺寸精度的关键,其次是框的形状及制作。
在保证印刷精度方面,调节框的紧度得以进一步提高。以美国为例,现已有全面使用调节框印刷大型图像的公司。当然,框的全面转换要化较大的投资,但其生产性能、印刷质量比固定框要优越得多。
2.3感光剂
丝网印刷板的图像一般都是水显影感光剂涂布物,其种类可以分成很多。
a.感光材料膜厚:100 km以下(主要1~40 km)
[感光液]
①PVA+醋酸乙烯乳剂+重氮树酯②PVA或水溶性聚合物+光聚合性丙烯酸酯
③PVA-SBQ+碳殊乳剂
其中也有再在①与③中组合光聚合性内烯酸酯而成为复合系的感光液。
[感光膜]
接近①与②的组成,
接近③与②的组成。
b.感光材料膜厚:100 km-1 mm
酒精可溶性尼龙或水溶性尼龙+光聚合性丙烯酸酯。
酒精与水溶化溶剂或可用水显影的溶剂,特别有利于厚膜制版。
如上所述种类相当多,但都各有所长,因此须视用途、功能选用,其中使用较广的是醋酸乙烯乳剂+重氮树脂一类。常制成版后再作固膜处理。部分是配以光聚合系丙烯酸酯,以使耐印力达到实用的程度,PVA-SBQ因其易用性而扩大了丝网印刷感光材料的设计范围,深受欢迎,将会更进一步加以利用。由于光聚合系不采用溶剂,因此其最大的特点就是耐印率高,耐有机溶剂性能好。不过在使用上不是太方便,多当作PS版用。这种PS版和SBQ一样可以长期保存,且解像力强,亦能制厚膜版。
对印刷物解像力的影响,众所周知因素相当多。如原稿负片、纱、版子、油墨、被印物表面加工状况等,其中与丝网印刷感光材料有关的因素是显影性和因暗反应引起的模糊现象。解像力好坏,往往取决于显影干燥时皮膜的膨胀与收缩程度。措施是提高交联密度,减少组成物中的显影液溶解物。解像力提高,耐水性也相应提高。不过要注意的是这也同时会降低耐溶剂性和感光度等。
与光化学相对,印刷时在丝网面上所形成的感光层与被印刷物之间接触面的平滑性,也是提高印刷时解像性的一个重要因素。感光层形成中有直接将感光材料涂布于丝网面的直接成形法,与将感光材料膜化后再贴到丝网面上去的间接法。不用说丝网上的感光材料采用间接法加工的表面较前者平滑,感光材料膜厚度也较之前者薄而且画面质量高,这种间接感光膜成形法与为了加工成一定的膜层厚度(感光材料的涂布`干燥)的直接法需要反复涂布三四次相比,其操作简便得多。
C.耐水性感光材料
丝网印刷感光材料由于水显影的关系,制版后的耐水性能往往不足。使用的油墨以前多为油溶性,但由于在欧美考虑到环境污染,越来越强烈谋求水性油墨或用水稀释的紫外线固化型耐水油墨,这一倾向将不断增强。
d.直描式激光感光剂
在预制的丝网印刷PS版上,用可见亚氩离子激光直接描画由CAD设计的电路图,经显影处理后制成版子的直描式无软片制版系统将大有发展前途。那时不再需要阳图片,从而大幅度压缩生产过程。氩离子激光记录感光材料是仅数km的薄膜,但却具有相当高的感光度。但作为丝网印刷版材,其膜厚至少需要10 km以上。最近经实用实验后发表了对可见氩离子激光扫描显示充分的感光度,在68 km总厚度的PS版上,具有100 km细线解像力。该感光材料以具备水显影性能的聚酰胺树脂以及聚合性丙烯系单体为基本组成成份。
3.制版技术
3.1感光材料的选择
一般都采用将感光性乳剂涂布在丝网上的直接法。如2.3中所述,感光材料的种类相当多。作为制版材料必须达(1)解像性、(2)显影性、(3)耐水性、(4)印刷性、(5)尺寸稳定性、(6)剥离性、(7)保存稳定性、(8)作业性等要求。根据所需的印刷图像,选择平衡良好的乳剂。
不过在高精度印刷中,平滑性好的间性法将成为主流。
3.2绷网
绷网方法有每一框裁剪后用与此相配的绷网机绷,或在长框中放入2—3只铝框绷网,后者虽在成本上占了优势,但张力难以全面平衡,而张力是否均匀将直接反映出图像的印刷质量。
3.3涂布
分直接与间接法。间接法将感光膜贴于丝网。所以操作工序少且膜厚均匀,可获得清晰的印刷品,现正被积极推广使用。
3.4曝光
版子精度要求越严,曝光物的尺寸管理也趋向高要求。曝光物为PET软片,所以会随环境温、湿度变化而变化。根据软片商的数据:
温度对尺寸精度影响 0.0018%/C°
湿度对尺寸精确度影响0