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  • 感光抗蚀抗电镀油墨的应用与发展
    http://www.ic72.com 发布时间:2006/10/26 9:49:00
          最初感光抗蚀抗电镀油墨的引进:早在上世纪的80年代末,桂林的一家印刷电路板制造厂从日本引进了首个品牌的感光抗蚀抗电镀油墨(以下称湿膜或油墨),用来代替干膜加工电路板时制造图形掩膜来完成镀铜和镀铅锡。在当时,电路板制造商均使用干膜抗蚀剂作为图形电镀的掩膜。但是因为湿膜有着极优良的抗蚀刻及抗电镀的特性;而且它不仅具有抗击酸性蚀刻的能力,在一定的条件下(指pH值为8.3~8.8)还能耐碱性蚀刻,这样首先就给电路板制造商省去了一台(或一条生产线)的设备费用和相应的占地面积。在不添加任何专用设备(只需一般的网印设备)就可以顺利地应用此工艺,在应用技术上也无需专业培训,这些应用的优势很快被生产商所接受。另外,在应用中,因属直接接触曝光,能获得高分辨率的线宽和线间,可轻松地制出3 mil(1 mil=25 μ m)的线条图形,所以倍受电路板、装饰及精密加工行业的青睐。尽管在电路板行业中,对于湿膜的使用方法有争论,但是它的应用范围越来越广,发展速度之快已经成为不可争辩的事实。从近两年的情况看,无论是产量、品种还是应用领域都在不断地发展和扩大。 
    1、湿膜应用范围的扩大
          随着我国科学技术的进步和经济的飞速发展,原来用于电路板图形掩膜的湿膜再也不是一个行业的专用材料,而是逐步扩展到电子、航天、装饰旅游、轻工产品和精密加工,而这些都是通过网印方法涂覆在表面的。
          1.1 用于电路板图形电镀的掩膜和耐蚀刻的掩膜:初期只是用于单面及双面电路板(单面电路板为直接蚀刻;双面电路板则制成抗电镀的掩膜再电镀),由于它有良好的分辨率,现在已经大量用于多层板的内层,为适应生产的需要国内外均制造出专用的涂布设备——滚涂机,满足了自动涂布的要求,大大提高了生产效率。到目前为止,湿膜在电路板行业的应用同干膜相比约为6.5∶3.5,而且这个比例还在逐渐拉大。
          1.2 用于电子行业的大规模集成线路框架和S M T 的漏印模板:最早的大规模集成线路框架均为落料成型,因框架的形状复杂,加工难度较高,而且模具应用次数较少,这样加工成本将会增加很多。但是使用图形蚀刻法用湿膜做掩膜,成本会降低,产量增加,是当前最经济最理想的加工方法。另外一些阵列、梳形插件也都用湿膜做掩膜进行蚀刻来完成。用于SMT 漏印焊膏的模板,除精度要求较高的用激光雕刻加工外,一般的均用湿膜作掩膜蚀刻成镂空图形。
          1.3 用于制造栅网、滤网及精密仪器中所用的弹簧片或螺旋线:制出的栅网最细线可达0.0125 mm更为突出的是假如用模具冲压落料成型,外形的毛刺成为很大的难题,难点在于材料薄、图形复杂无法用机械的方法除去毛刺,所以,以上这些都是模具无法完成的。
          1.4 航天及无线电通讯中的雷达天线:面积大、尺寸要求严格,而湿膜感光后制出图形,很好地解决了这一技术难题,为国防工业建设节约了大笔开支。
          1.5 标牌、面板、装饰旅游产品:过去制作标牌、面板以及片(板)状的装饰旅游产品,在制作图形时均采用以重铬酸盐为光敏剂的骨胶作为抗蚀掩膜,这种感光胶在感光后,原胶液中的感光剂Cr6 +变为Cr3 + , 留在板面(即图形部分),而被显掉的(被水冲走的)仍为Cr6 +,Cr6 +是一非常严重的污染源和致癌物,对人体危害极大。但是,当使用湿膜后就完全杜绝了这种污染源的产生。如:现在最流行的金属纪念卡、小饰品和纪念品等均用湿膜制作图形。
          1.6 用于复杂模具的图形的加工:随着生活水平的不断提高,一些皮革、纺织品、塑料、人造革的辊花模具的生产也开始使用湿膜作掩膜,成本低,质量好,图形有较好的随意性。较之激光、电脑雕刻或机加工成本降低10~20倍不等。如:在加工餐巾纸的模具时根据用户的要求,图案和文字可实现个性化和图样的多样性。另外现在的模具大多用压辊模具,这时用湿膜制作抗蚀刻图形就更显示出它的优越性。
          1.7 精密零件的加工:在当今无线电产品向着短、小、轻、薄的方向发展的时候,其他零部件也在向着这个方向靠拢,因此一些机加工产品的精度也在不断提高,在一些领域无法加工的精密零件,用湿膜制成抗蚀图形进行蚀刻获得了极为满意的效果。如在0.5 mm × 0.5 mm 的铁镍合金板上(厚度0.2 mm )制出0.495 mm × 0.495 mm 的凸面体,更突出了湿膜的特点。
          1.8 艺术品的复制:最近有的湿膜生产商已经生产出装饰性强的彩色油墨,此种油墨用感光和网印相结合的方法可以复制出不同形式、风格的油画和工艺品。最近又有专家用单色和层次版制作人物的金属画取得了可喜的成绩,现已经开始推广。
    2、我国是湿膜的生产大国和销售大国
          2.1 湿膜经销、生产队伍的扩大:自日本第一个湿膜品牌进入我国后,国外不少厂商都看准我国的市场,先后有日本的其他品牌和英国、法国、意大利、瑞士、韩国、新加坡的品牌进入。随后我国港台地区的品牌也相继进入,再加上国产和民族品牌约有50多个。
          2.1.1 国产品牌的诞生:当多国品牌蜂拥而至的时候,国内并无坐视。早在上世纪80年代末,由电子工业部拨专款给当时的北京化工学院和部属的有关厂及研究所组成课题组专门研制湿膜。两年后进行了部级鉴定,随之形成了生产力,推出了具有知识产权的湿膜民族品牌,毫不示弱地进入市场,开始了同进口品牌的竞争,并且占有了一定的市场比例。不仅从性能和工艺上赶上了进口品牌,而且在环保及宽容度上还优于进口品牌。
          随着首个民族品牌的诞生,为了适应市场和生产的需要,在短短的几年内,北京、苏州、无锡、广东、湖南等地的油墨制造商和研究所也相继开发出具有知识产权的多个民族品牌,从此结束了进口品牌湿膜一统天下的局面。2.1.2 国产品牌:国产品牌应是以下列3种形式生产的产品,即中外合资企业生产的油墨品牌、应用国外先进技术生产的品牌、在国内购置油墨配方独立生产的品牌。应说明的是,在湿膜供小于求的时候,投资商看好市场,采取“拿来主义”,以最快的速度来赚取利润。此种方法很盛行,但实践表明,厂家并非拿到油墨配方就可以生产出合格的油墨产品,还需要严格的材料选择、严密的生产管理和利用先进的质量控制手段等多方面的因素才能生产出满足客户和生产需要的油墨产品。据悉,油墨配方成交后形成生产力的只有一小部分,有的束之高阁,有的造成经济或产权纠纷,走上法庭的事时有发生,这时,用户不得不随时改变采购方针了。
          2.1.3 进口品牌:指真正从海关进口的品牌油墨,或从外资企业的保税区直接进口的油墨。进口品牌从价格上较之民族品牌稍高,为10%~15%。这是因为:一方面与进口税(据悉近期取消)、运费和原材料的价格有关;另一方面因品牌效应(有的品牌在市场上已经有十几年的历史)硬撑着架子维持高价位。但是总端着架子就无人问津,如美国的一个品牌是所有进口品牌中最优秀的一个,但就是卖高价,最后被冷落得退出市场。从总的情况看大部分的进口品牌性能和质量较为稳定,当然,也有些品牌不近人意,主要表现在其宽容度和所使用的有毒溶剂等方面。尽管我国的技术水平同发达国家还有一段差距,据笔者所悉,国内的产品所使用的溶剂大部分为低毒。如有一个品牌在最早的进口包装上标有有毒标志,没有多久产品性能不变,可是包装上的有毒标记却不见了,但这些并未引起用户的注意。
          2.1.4 使用者的习惯和误区:在网印和标牌行业中,大都有这样的倾向:当使用进口品牌油墨遇到问题时,往往首先要检查自己的操作或工艺条件是否符合产品的使用要求,总认为进口品牌质量稳定,不会出现质量问题。而当遇到使用民族品牌时,态度就完全不同了,他们大都不检查自己的操作和工艺条件,而是一味地指责供应商。还有一些用户不熟读产品使用说明,所有的工艺条件都套用进口品牌,这时民族品牌的优点也就成为缺点。如有的民族品牌的湿膜的制造商为适应我国的国情特地将湿膜设计成低能量曝光(节约时间、节省能源),曝光时间只有进口品牌的3/4 或1/2,而显影时间也大大缩短。这时用户仍套用进口品牌的工艺条件,结果造成曝光过度显影困难,于是又将显影不佳的毛病纳入民族品牌,而这时显影时间短的优势也就变成劣势了。这是由于个别用户首先接触到进口品牌,认为从那里学来的技术最先进,而且总是一成不变的。这是一种习惯,一旦改变他们就不适应,但是在竞争激烈的今天,商家都以降低成本、降低能耗加快生产周期作为竞争的条件,显然这种习惯做法缺乏科学依据,要改变这种习惯做法虽需一个过程,但这个过程不能太久,太久了就无法走出误区。
    3、湿膜品牌的差距
        在诸多的进口品牌中,从技术指标、性能、工艺操作上讲,大部分进口品牌较之民族品牌、国产品牌优良。但是随着湿膜品牌的增加,性能和价格比是用户选用湿膜品牌的主要条件。
          3.1 应用及实用:湿膜的实用价值主要表现在它的抗蚀刻和抗电镀的性能上。因它属于应用中的辅助材料—当完成抗电镀和抗蚀刻的任务后还要将它去除,也有人称它为中间(亦称过程)材料,无其他装饰要求。这也造成了有些厂商在制造过程中对原材料选择不够重视从而使产品性能和质量远不及进口品牌,应把这些归属于人为因素。
          3.2 品牌差距的因素如下:原材料的配套性差,这其中有多种原因,如果购买进口材料,价格高,势必会提高成本,而国产和民族品牌的原材料往往出现批次不一的现象,这不仅害苦了制造商而且也直接影响到用户,所以对原材料须进行多方位的优选或再加工;再深一步讲,我国的基础材料技术同发达国家还有一定的差距,有些高端的产品材料发达国家或部分外商根本不向中国出售,这也影响着国内产品质量的提高;制造商的设备大都为国产的常规武器,无法加工出精细的高档产品;有的制造商一味追求产品的市场化,缺乏雕刻精品的信心。
          3.3 我国的湿膜市场提升了进口品牌的质量:在许多的进口品牌中也有一定数量的劣品,主要表现在:工艺条件的宽容度小,曝光、显影的宽容度小和显影后滞留时间短;耐贮存性较差和气味太大,这都是一些进口品牌最致命的弱点(国内的品牌也是这样)。但是大部分的进口品牌的不足通过用户的质量反馈进行改进、再反馈,再改进,多次反复而使其性能和工艺性有了很大的提高。更为突出的是这些进口品牌的湿膜更适应了我国的应用条件,正是通过我国的这个市场(用户),进口商们不仅赚了大钱而且也获得了大量的技术数据并积累了经验,一句话我们免费对他们进行了培训,提升了他们的质量。
    4、湿膜大战
          4.1 品牌战:自第一个国外的湿膜品牌进入我国后,来自美国、法国、韩国、意大利、英国等国家的品牌也陆续登陆,随后我国港台地区的品牌也随电路板厂的内迁而进入大陆。另外,外商在中国的独资公司、合资公司以及具有知识产权的民族品牌到2004 年12 月止(经本人统计)已达59个(不包括代理商和分销商的品牌),所推出的品牌之多实为惊人,可以说是油墨应用大国。虽然最初湿膜的应用大都是电路板生产商,但从最近几年的发展情况看,湿膜的应用再也不是电路板制造的专用品了,见图1。
          4.2 价格大战:综合上述,诸多品牌的经销商、代理商、销售点形成了前所未有的销售网络, 品牌之多、规模之大,地域之广实乃前所未有,这样便形成了买家市场,随着供大于求状况的出现,同其他行业一样,开始了自相残杀的价格大战。最初的进口品牌抱着“奇货可居”和“非我莫能为也”的心态把价格炒到370元/kg,但随着品牌的增加和民族品牌进入市场,几年下来也只能卖到百元 左右了。而国产和民族品牌最初也在250元/kg,同样几年之后也降至不足百元了(当然也只能在一次性订购百公斤以上才有这个价格)。随着品牌数量及产量的增加,价格战仍在继续,图2是几年来湿膜价格下降趋势,此图经本人几年的调查绘制仅供参考。
          到2 0 0 3 年底, 竟杀出了60 元/ kg 的湿膜,不少用户争相购买,头脑中只有降低成本的观念,但经过使用后才恍然大悟,超出一定范围和限度的低价,用户们开始警惕;然而有少数的高价进口品牌也只能束之高阁了。在价格大战中,大多数的厂商抱怨这个市场“烂”了,无法做了。但是所有的厂商谁也没有败下阵来,谁也没有彻底胜利,因此再多的抱怨也无法左右降价的风潮,在市场经济这个平台上都有公平竞争的权利,那些不正当的参与者只能宣告失败。超出一定范围的低价,现在不是也无人问津了吗?在湿膜大战中,商家虽受了一些损失,但是他们经受了考验,有的则更进一步拉近了用户和供应商的关系,即大战后又得到了实惠。
    5、湿膜的环保与未来
        除水性墨和UV 油墨属环保油墨外,其他网印油墨均含有有毒溶剂,只是有毒程度的区别而已。在湿膜中不论你如何操作,有毒溶剂的挥发总会对操作者造成伤害,对空气造成污染(尽管是低毒)。
          5.1 溶剂的添加:湿膜成像过程中,是采用UV感光的原理来制成掩膜图形的,但在曝光前必须将液体的油墨涂布后,使溶剂挥发才能成膜。在涂布和干燥过程中,有溶剂挥发就会形成污染。在湿膜的制造中,溶剂是其中的主要成分之一。随着环保的要求,所添加的溶剂应为低毒的,但有的油墨商仍大量采用含苯的碳氢化合物,这样不仅对环境而且对操作人员都会造成伤害。
          5.2 稀释剂的添加:虽然溶剂本身就构成对环境的污染,但在平时湿膜的涂布时,为追求成本而大量地加入稀释剂。其实当你购到湿膜时生产商已经将黏度调好,无需加入稀释剂,但是经过走访和调查约有98%的用户要添加不等比例的稀释剂,而这些稀释剂都是从市面上买来的毒性较大的用于油漆和涂料的稀释剂或代用品,从而加重了对环境的污染,更影响着操作人员的健康。调查表明,加稀释剂的原因有:网印时胶刮推拉困难;将油墨厚度变薄,使成本降低。有的加入稀释剂多达 35%,这样更严重地影响着图形掩膜的质量。
          5.3湿膜操作环境面面观:说起湿膜操作时大约有以下的三种情况:首先,在大中型的企业均有一整套的送风和排风系统,有较标准的10万级的超净室,对湿膜的使用有严格的规定,如温度、湿度,对于操作工人的防护也有规则。在这种条件下操作人员干起活来很舒服,但是他们没有想到所排出的有毒气体散布到大气中,浓度虽冲淡了,但严重地污染了大气,我们称之为“嫁祸于人”;其次,只有一般的排风设备,厂房设计不合理,不能使有毒气体排出,严重时采用开窗或开门的方法来减少有毒气体的吸入;还有,无任何的排风设备,操作工人均在密闭的工作间,所挥发的有毒气体一部分悬浮在室内的空气中,而大部分由操作者吸入体内(如果开窗或开门将影响产品质量)。这种环境对操作工人的危害最大,这种情况在小企业居多。
          5.4 湿膜溶剂和稀释剂的限制添加:发达国家早在上世纪就颁布法令限制某些溶剂和稀释剂的加入,这是因为人们在长时期的油墨(不仅是湿膜)使用中感受到溶剂和稀释剂对环境的污染和破坏,以及对操作者的影响。例如:对含苯的碳氢化合物不得多于5%,但是这些法令只是在发达国家实施。我国是油墨生产大国和销量大国,我国对溶剂和稀释剂的种类排放虽然没有明确的规定,但是使用低毒溶剂和稀释剂是所有油墨制造商的共识,这也是长期以来操作者的愿望。然而进口的湿膜(包括网印油墨)情况就不同了,因为我国对进口湿膜没有任何明确的规定,如最早有一个进口品牌的湿膜包装上除有安全警示外还印有骷髅的标志,这说明是巨毒,但是没过多久,品牌的型号不变,成分和含量不变,而骷髅的标志不见了。另外,一些进口的湿膜使用二元醇醚和二元醇酯的含量很大,所以,烘烤时工人最怕开烘箱。因为一打开烘箱 门就有一股毒气的热浪扑面而来,如不戴口罩和眼镜就得让你承受几秒钟窒息的威胁。而国产和民族品牌在劣质的产品中也有类似情况其程度远远不及。
          5.5 呼吁和建议:我国虽然是湿膜的制造大国和使用大国,但不是强国,同发达国家仍有较大的差距,这就需要全行业行动起来,从生产商开始就应对有毒溶剂进行控制使用,而操作者也应拒绝使用有毒的稀释剂,加强环保知识的学习,贯彻执行国家规定的生产卫生制度,建议如下:
        ● 国家政府部门制订有关政策,对所有湿膜的品牌实行准入政策,鼓励使用低毒和无毒溶剂;
        ● 加强海关部门的监督,将带有强毒溶剂的湿膜拒之国门之外;
        ● 加强培训湿膜采购人员的技术水平和环保意识,在采购中将环保内容列入采购中选择的主要条件之一。
          近几年已经有许多水性油墨问世,这为环保型的湿膜创造了有利条件,近几年还有一部分研究部门和生产商也推出了无毒溶剂;我们的《丝网印刷》杂志经常刊登的CPS 推出的可循环再生型环保溶剂,视为安全的、先进的、绿色溶剂,非常值得我们借鉴和学习。尽管无毒溶剂和稀释剂的制造、推广和应用需要有一个过程,如果这个过程时间太长,“黄花菜”就凉了。
          时间在前进,科学在发展,同其他行业一样,湿膜和油墨的制造水平和应用水平在不断提高和发展,而且速度很快,我们一定要跟上这个速度的节拍,相信1~2 年内一个无毒的更加环保的湿膜将展现在我们的面前。
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