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、新设备的基础上又有了新的发展和提高，如在不锈钢等材料上能蚀刻出0.05mm以下的精细线条等等。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。

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”，笔者以为前者较为准确。《现代汉语辞典》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。

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的叫化学冲裁（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 milling）。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：保护需要的部分不被蚀刻；蚀刻掉不需要的部分，从而获得需要的方字或图形。

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：

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。

蚀刻

基材不同，腐蚀液及工艺规范不同。去除保护层一般用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、填漆、喷漆以及包装等。

经过抛光或拉丝的铜板表面清洁处理→丝网印刷图文→干燥→预蚀刻→水洗→检查→蚀刻→水洗→浸酸处理→水洗→去除丝印的保护层→热水洗→冷水洗→后处理→成品。

不锈钢精细工艺品

板材表面清洁处理→网印液态光致抗蚀油墨→干燥→加底片曝光→显影→水洗→干燥→检查修板→坚膜→蚀刻→去除保护层→水洗→后处理→干燥→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。

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，这种保护层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，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。

丝网印刷在金属蚀刻中的应用分为两种情况：

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，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。

在印刷中，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。

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”，往往印刷两次。油墨对印刷环境的要求也比较高：

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60℃～100℃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。

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”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3～5%NaOH水溶液40℃～50℃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90℃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。

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。笔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。

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、蚀刻设备有关。

手工蚀刻

即将蚀刻液置于容器中，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。但用于测试腐蚀液的性能，或个别少量制作还是可以的。

卧式蚀刻机

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，这样做是为了蚀刻均匀。

立式蚀刻机

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≥nS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8～10条斜孔，其倾斜方向与硬管旋转方向相反，倾斜角度一般在45℃左右，这样当硬塑管旋转时，蚀刻液就被尼龙塞上斜孔导进硬塑管中，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。

喷淋式蚀刻机

它是比较理想的蚀刻设备，既可双面蚀刻，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。

电解蚀刻机

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0.5～1.0mm/min；铜板0.5～1.0mm/min；不锈钢0.1～0.15mm/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，无毒害。

有关问题

侧腐蚀是蚀刻加工中不可避免的问题，人们研究这个问题，引入了腐蚀系数（etch factor）概念。

K =H/B，式中 ：

K：腐蚀系数

H：蚀刻深度

B：侧腐蚀宽度

蚀刻工艺的努力方向就是要尽量增加K值，减少侧腐蚀，一般K值大于1，才有正式生产价值。

影响侧腐蚀的因素很多，如：

1．蚀刻剂（腐蚀液）的选择；

2．蚀刻方式（设备）的选择；

3．工艺规范的选择；

4．缓冲剂的研究和应用，这里的缓冲剂应该理解为侧面保护或侧腐蚀防止剂。

蚀刻工件的后处理问题

蚀刻的保护膜去除之后，就显露出光泽金属本色，例如黄铜装饰件、铭牌、未腐蚀的凸处是光亮的，被蚀刻的部分则是亚光的，层次清晰，经漂洗后，表面罩上保护漆，即为成品，也有在被蚀刻的凹处填上色漆，形成彩色图文，再罩以保护漆。

高档的艺术品，脱膜后往往还要电镀，镀合金或填金，再填漆或直接罩光。也有局部电镀的，例如保护膜暂不去除，在被蚀刻部分镀上其它颜色（如银白色），然后去除保护膜，这样就是黄、白（金、银）二色的产品了，处理得好，效果高贵、华丽。

对于工业产品中使用的不锈钢材质的零件，一般去除保护膜，清洗干净就行了。

对于装饰件、工艺品，最终的表面处理，通常总是用有机涂层保护，如烘干型涂料，紫外光固化涂料（UV涂料），或电泳涂料。