絲網印刷與金屬蝕刻技術

金屬蝕刻技術近年又被人們重視起來，但是它已不是舊式手工方式的重復，而是在新材料、新設備的基礎上又有了新的發展和提高，如在不銹鋼等材料上能蝕刻出0.05mm以下的精細線條等等。本文對其基本生產過程進行論述，尤其強調絲網印刷工藝在其中的作用。

隨著經濟的發展、社會進步，金屬蝕刻技術的應用越來越被人們所重視。有人想開發旅游紀念品，有人要制作高檔銘牌、獎牌，有人要制作碼盤，有人要制作屏幕電板，也有人要制作精細零件……所有這些，都離不開金屬蝕刻技術。由此可見，它將會形成一門新興的產業。“蝕刻”，也有人叫“刻蝕”，筆者以為前者較為準確。《現代漢語辭典》解釋“蝕刻”，即“利用硝酸等化學藥品的腐蝕作用來制造銅版、鋅版等印刷版的方法”，說法雖然具體了一些，但意義還是表達出來了。

金屬蝕刻技術是一個既古老又新穎、既普通又尖端的技術，作為一種重要的生產手段，近代工業生產和現代文明都離不了它。印刷電路板生產、集成電路生產，都離不開蝕刻技術。

金屬蝕刻加工根據其加工對象的要求不同，有人把它分為兩類：對薄板狀金屬蝕刻穿了的叫化學沖裁（chemical blanking）；對一定厚度金屬只蝕刻去一部分厚度而不刻穿，使刻去的底面與原面有一定的高度差，這叫化學銑削（chemical milling）。我們一般習慣于用雙面蝕刻和單面蝕刻來區別，雙面的往往是蝕刻穿了的；單面往往是不刻穿的，但也能刻穿。所以它們的分類法可能更明確些，而且它和金屬切削加工的概念聯系起來了。

對金屬材料進行蝕刻，其關鍵問題是：保護需要的部分不被蝕刻；蝕刻掉不需要的部分，從而獲得需要的方字或圖形。

金屬蝕刻工藝流程

金屬蝕刻工藝隨著被蝕刻的材料及工件要求不同而不同，總的過程如下：

制作保護層

板材表面清潔處理、化學或電化學清洗、絲網直接印刷圖文或網印后再曝光顯影。

蝕刻

基材不同，腐蝕液及工藝規范不同。去除保護層一般用5%NaOH水溶液高溫去除后處理，根據產品需要進行如：清洗出光、電鍍、填漆、噴漆以及包裝等。

經過拋光或拉絲的銅板表面清潔處理→絲網印刷圖文→干燥→預蝕刻→水洗→檢查→蝕刻→水洗→浸酸處理→水洗→去除絲印的保護層→熱水洗→冷水洗→后處理→成品。

不銹鋼精細工藝品

板材表面清潔處理→網印液態光致抗蝕油墨→干燥→加底片曝光→顯影→水洗→干燥→檢查修板→堅膜→蝕刻→去除保護層→水洗→后處理→干燥→成品。

在以上的工藝過程中，原材料表面清潔非常重要，但在實踐中往往被忽視。明顯的油污、氧化、斑化、斑痕，人們會將它去除，可是不太明顯的、肉眼不能一下看出的，就容易被忽視，但就是這點微不足道的疏忽卻嚴重地影響施工過程和成品率。另外，有些裝飾用的不銹鋼板表面鍍有一層金黃色的鈦合金膜，遇到這種情況，在堅膜工序后、正式蝕刻前，加上去鈦多膜工序，方法是用氟化鈉（NaF）水溶液中加入少量鹽酸（HCL）擦洗去除。

絲網印刷在金屬蝕刻中的作用

金屬蝕刻的關鍵之一就是需要可靠的耐蝕保護層，這種保護層要能牢固地粘附在金屬表面，而且還要能顯示出精細美觀的圖文來。一般加工方法、印刷方法都難以實現，只有絲網印刷是最可靠、最有效的方法。它是金屬蝕刻工藝的關鍵。

絲網印刷在金屬蝕刻中的應用分為兩種情況：

直接絲印圖文

印料使用與金屬粘合牢固、耐酸（或耐堿）、耐電鍍的油墨，以往這些印料都是用戶自配，這樣的配方原料易得、價格便宜、抗蝕性好、透印力強、和金屬結合牢固、去除方便。但圖文精細度要求高，或大批量應用，自配往往達不到要求，甚至還帶來意外的麻煩，所以就要選用專業廠生產的專用抗蝕印料。

在印刷中，圖文的精細度全靠網印來保證，它牽涉到網具選擇、繃網、制印版、印刷工藝等多種因素，所以要求更高的就難以保證，需要采用下面的辦法。

網印液態光致抗蝕油墨

在金屬表面涂布一層均勻的感光膜層，這種涂布方法，可用噴涂、刷涂、淋涂，但對尺寸不太大（A4左右）的平面，絲網印刷是最方便、可靠的方法。感光膜層面經曝光、顯影形成圖文。這種光致抗蝕油墨是由光聚合樹脂、光交聯劑、光引發劑等組成，它不同于一般油墨，它有感光性能，要避光使用。這種油墨絲印涂布都是滿板印刷，采用100目～200目絲網，也有用至300目的，這時為了保證印層均勻，不出現“白點”，往往印刷兩次。油墨對印刷環境的要求也比較高：

1．因為是感光材料，室內不能有強光或直射的陽光，一般用黃色燈光及黃色窗簾；

2．室內清潔程度要求較高，為防止灰塵，最好是凈化車間，在精細產品中，一粒灰塵往往就會造成幾條斷線；

3．在滿足上述兩個條件外，還要注意室內溫濕度及通風換氣。

印好后要烘干，一般溫度在60℃～100℃范圍，絕對不要高溫，否則將影響顯影和蝕刻；時間在15分鐘左右，以膜干不粘手為準。在這些過程中仍然要注意避光和防止灰塵。

在使用中首先要熟悉該產品的說明書，對不同產品要區別對待，盡管它們大同小異，對小異也不能忽視，有些問題要在實踐中積累經驗。例如有些油墨介紹中沒有“堅膜”這道工序，但在雙面蝕刻精細線條時發現加緊堅膜工序比不堅膜好；又如脫膜一般都介紹用3～5%NaOH水溶液40℃～50℃去除，實際上這樣的溫度偏低，脫膜不凈或脫不掉，大量生產中往往采用“堿煮”，即用5%NaOH溶液加熱至接近沸騰，即90℃左右，脫膜才能快速有效進行，當然這要看工件的材料，如果某材料高溫下要和堿液起作用，那就不能“堿煮”了。

蝕刻劑

蝕刻劑即蝕刻時用的腐蝕藥水。不同材料要選用不同的蝕刻劑，其中三氯化鐵溶液是用得最早、最普遍的蝕刻劑，但污染問題是它的致命弱點，在能不用它的場合，人們盡量避免用它。例如，印制電路板行業20多年前用三氯化鐵的廠家比比皆是，而現在早已不用了，代之而采用可再生或回收的氯化銅溶液，但在其它行業，三氯化鐵溶液仍然被看作是一個有效的通用蝕刻劑，只是對于不同基材、不同蝕刻對象，它的工藝規范如濃度、溫度等有所不同而已。筆者以為用三氯化鐵作蝕刻劑的人，必須對其污染進行治理，否則它將因公害而被禁止。

蝕刻技術

有了蝕刻劑不代表就能蝕刻出合格的產品來，它還和選用蝕刻方式、蝕刻設備有關。

手工蝕刻

即將蝕刻液置于容器中，保持一定溫度，將被蝕刻的工件浸入液中，不時攪動蝕刻或晃動式件，直至蝕刻完成。它的加工速度慢，側面腐蝕嚴重。但用于測試腐蝕液的性能，或個別少量制作還是可以的。

臥式蝕刻機

轉動的葉輪將蝕刻液打到工件上進行蝕刻，使用方便。銘牌、平面壓模等多用此法，適合單面使用，在刻到一半的時候，需倒過頭來繼續蝕刻，這樣做是為了蝕刻均勻。

立式蝕刻機

這種蝕刻機下中央是一根高速旋轉的硬塑管，圓周上分布若干小孔，使S大≥nS小，式中：

S大：硬塑管內徑圓截面積

S小：硬塑管上小孔圓面積

n：硬塑管上小孔個數

硬塑管下端有內紋與一尼龍塞旋緊，塞的高度與直徑相等。尼龍塞四周有8～10條斜孔，其傾斜方向與硬管旋轉方向相反，傾斜角度一般在45℃左右，這樣當硬塑管旋轉時，蝕刻液就被尼龍塞上斜孔導進硬塑管中，由于離心力的作用，又從小孔中甩出到工件表面，進行蝕刻。塑管四周都可放置工件，所以它的空間利用率較臥式蝕刻機高，其它情況和臥式差不多。

噴淋式蝕刻機

它是比較理想的蝕刻設備，既可雙面蝕刻，也可單面蝕刻。蝕刻比較均勻、側腐蝕較小，蝕刻純度較快，不易產生過腐蝕。溫度、傳送速度、噴淋壓力都可調節或自控，適合于大量生產，但與目前蝕刻機相比其設備投資較大。

電解蝕刻機

電解蝕刻機對銘牌一類的需化學銑削的工件特別合適，其特點是：

1．加工速度快，一般比單純化學蝕刻快10倍左右，例如對鋁板約0.5～1.0mm/min；銅板0.5～1.0mm/min；不銹鋼0.1～0.15mm/min。

2．能用“螞蟻啃骨頭”方式加工較大的工件。

3．被電解蝕刻的腐蝕面平整潔凈。

4．最大的優點是蝕刻液無污染，基本無腐蝕，無毒害。

有關問題

側腐蝕是蝕刻加工中不可避免的問題，人們研究這個問題，引入了腐蝕系數（etch factor）概念。

K =H/B，式中 ：

K：腐蝕系數

H：蝕刻深度

B：側腐蝕寬度

蝕刻工藝的努力方向就是要盡量增加K值，減少側腐蝕，一般K值大于1，才有正式生產價值。

影響側腐蝕的因素很多，如：

1．蝕刻劑（腐蝕液）的選擇；

2．蝕刻方式（設備）的選擇；

3．工藝規范的選擇；

4．緩沖劑的研究和應用，這里的緩沖劑應該理解為側面保護或側腐蝕防止劑。

蝕刻工件的后處理問題

蝕刻的保護膜去除之后，就顯露出光澤金屬本色，例如黃銅裝飾件、銘牌、未腐蝕的凸處是光亮的，被蝕刻的部分則是亞光的，層次清晰，經漂洗后，表面罩上保護漆，即為成品，也有在被蝕刻的凹處填上色漆，形成彩色圖文，再罩以保護漆。

高檔的藝術品，脫膜后往往還要電鍍，鍍合金或填金，再填漆或直接罩光。也有局部電鍍的，例如保護膜暫不去除，在被蝕刻部分鍍上其它顏色（如銀白色），然后去除保護膜，這樣就是黃、白（金、銀）二色的產品了，處理得好，效果高貴、華麗。

對于工業產品中使用的不銹鋼材質的零件，一般去除保護膜，清洗干凈就行了。

對于裝飾件、工藝品，最終的表面處理，通常總是用有機涂層保護，如烘干型涂料，紫外光固化涂料（UV涂料），或電泳涂料。