Московский государственный университет печати

Под редакцией В.И. Шеберстова


         

Технология изготовления печатных форм

Учебник


Под редакцией В.И. Шеберстова
Технология изготовления печатных форм
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление
1.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОПИРОВАЛЬНОГО ПРОЦЕССА

1.1.

Общие сведения о копировальном процессе и копировальных слоях

1.2.

Диазосоединения. Диазосмолы

1.3.

Копировальные слои на основе о-нафтохинондиазидов

1.4.

Фотополимеризация. Копировальные слои на основе фотополимеризующихся композиций

1.5.

Определение сенситометрических характеристик копировальных слоев

2.

ФОРМЫ ОФСЕТНОЙ ПЛОСКОЙ ПЕЧАТИ

2.1.

Общие сведения

2.2.

Физико-химические закономерности смачивания пробельных и печатающих элементов форм плоской печати

2.3.

Параметры смачивания твердых поверхностей в офсетной плоской печати

2.4.

Формные основы

2.5.

Пластины для изготовления монометаллических печатных форм

2.5.1.

Подготовка поверхности алюминиевых пластин

2.5.2.

Подготовка поверхности пластин углеродистой стали

2.5.3.

Формные основы для изготовления монометаллических предварительно очувствленных пластин

2.6.

Изготовление копий

2.7.

Получение печатных форм - создание гидрофобных печатающих и гидрофильных пробельных элементов

2.7.1.

Монометаллические печатные формы

2.8.

Нанесение защитного покрытия - консервация печатной формы

2.9.

Формы для офсетной печати без увлажнения

2.10.

Изготовление офсетных печатных форм путем проекционного экспонирования

3.

Формы высокой печати

3.1.

Общие сведения о получении фотополимерных печатных форм

3.2.

Фотополимеризующиеся материалы

3.3.

Формирование печатающих элементов в фотополимеризующихся слоях

4.

Формы глубокой печати

4.1.

Подготовка формного цилиндра

5.

Получение печатных форм электронным гравированием и с помощью лазерного излучения

5.1.

Электронное гравирование форм глубокой печати

5.2.

Лазеры в полиграфии. Способы формирования изображения на формных материалах лазерным излучением

Указатели
48   указатель иллюстраций
Рис. 2.1. Cхема работы негативного (а) и похитивного (б) копировальных слоев на примере получения формы высокой печати Рис. 2.1. Cхема работы негативного (а) и похитивного (б) копировальных слоев на примере получения формы высокой печати (2.19) Рис. 2.4. Cпектральные кривые поглощения позитивного копировального слоя и его составных частей: 1 - копировальный слой; 2 - новолачная смола; 3 - о-нафтохинондиазид Схема 2.25 Схема 2.26 (2.29) (2.34) Схема 2.28 Характеристические кривые негативного 1 и позитивного 2 копировальных слоев Определение фотографической широты копировального слоя Зависимость разрешающей способности R копировального слоя от его толщины h Распределение освещенностей E среди группы штрихов и около одиночного штриха Cпектральные кривые поглощения позитивного копировального слоя и его составных частей: 1 - копировальный слой; 2 - новолачная смола; 3 - о-нафтохинондиазид

Процесс изготовления иллюстрационных печатных форм фотомеханическим способом слагается из двух последовательных этапов: получение

  1. фотоформы (фоторепродукционный процесс)
  2. и
  3. печатной формы (формный процесс).
В свою очередь, формный процесс проводится в две стадии:
  1. копирование фотоформы на светочувствительный копировальный слой, нанесенный на формный материал или на подложку, имеющую вспомогательное значение (например, пигментная бумага)
  2. , и
  3. химическая обработка поверхности формного материала через копию, полученную в копировальном процессе.
Копировальный процесс используется во всех основных видах печати. Характер этого использования в различных видах печати различен, но во всех случаях пленка копировального слоя, оставшаяся на формном материале после экспонирования и проявления, служит для защиты формного материала от воздействия тех или иных агрессивных сред. Эта пленка защищает металл от действия азотной кислоты при изготовлении форм высокой печати, от действия раствора хлорного железа в глубокой печати и также защищает печатающие элементы от действия увлажняющего раствора при получении монометаллических форм в плоской печати, она защищает металл от стравливания при изготовлении биметаллических форм.

Копировальный слой представляет собою тонкую полимерную пленку, растворимость которой в соответствующем растворителе либо снижается, либо возрастает в результате действия лучистой энергии. В соответствии с этим различают негативные а и позитивные б копировальные слои (рис. 2.1 Рис. 2.1. Cхема работы негативного (а) и похитивного (б) копировальных слоев на примере получения формы высокой печати); растворимость негативного слоя под действием лучистой энергии снижается, а растворимость позитивного слоя возрастает. Из рис. 2.1 Рис. 2.1. Cхема работы негативного (а) и похитивного (б) копировальных слоев на примере получения формы высокой печати видно, что при использовании негативного копировального слоя получается на оттиске негативное изображение оригинала, а при использовании позитивного слоя - позитивное изображение. Копировальный слой, нанесенный на металлическую (например, цинковую) пластину, экспонируют через штриховую или растровую фотоформу. После проявления копии (вымывания растворимых участков слоя) в случае негативного слоя обнажается поверхность металла под теми участками слоя, на которые свет не действовал, а в случае позитивного слоя, напротив, поверхность металла обнажается под участками, на которые действовал свет. Вслед за экспонированием и проявлением проводят травление металла раствором азотной кислоты и получают форму высокой печати - клише.

Копировальные слои находят применение не только в полиграфии. В микроэлектронике их используют при изготовлении печатных плат в процессах так называемой фотолитографии. В микроэлектронике копировальные слои известны под названием фоторезистов (от английского глагола to resist - сопротивляться, противостоять, защищать), они выполняют те же функции, что копировальные слои при получении форм высокой печати. Между копировальными слоями и фоторезистами нет принципиального различия. Одна и та же светочувствительная полимерная композиция может служить для образования защитной пленки как в полиграфии, так и в микроэлектронике. Поэтому основные требования к тем и другим одинаковы, лишь с небольшими частными различиями. Эти требования сводятся в основном к следующему:

  1. Способность соответствующей светочувствительной полимерной композиции при нанесении на подложку образовывать гомогенные, беспористые, тонкие полимерные пленки (1,5-6 мкм в полиграфии и 0,2-1,5 мкм в микроэлектронике).

  2. Хорошая адгезия пленки к подложке (подложка - металл, например, цинк и магний в полиграфии, металлы и полупроводники в микроэлектронике).

  3. Изменение растворимости пленки в соответствующем растворителе в результате действия УФ-излучения.

  4. Достаточная разрешающая способность слоя. Здесь требования к копировальным слоям и к фоторезистам существенно различны. Наиболее высокая, практически применяемая в полиграфии линиатура растра - 120<?xml version="1.0"?>
, т. е. частота растра R= 12<?xml version="1.0"?>
. Между тем в микроэлектронике размеры элементов 1-2 мкм (в настоящее время идет речь о субмикронных размерах элементов), т. е. R = 1000<?xml version="1.0"?>
. Впрочем, разрешающая способность практически применяемых слоев достаточна для тех и других целей,- малая толщина слоев в микроэлектронике способствует этому.

  5. Высокая избирательность проявления (отсутствие растворимости тех участков слоя, которые должны остаться на подложке).

  6. Защитная пленка должна хорошо защищать подложку от действия водных травящих растворов. Эта формулировка, однако, требует некоторого пояснения. При изготовлении форм глубокой печати травящий раствор <?xml version="1.0"?>
с разной скоростью проникает через различно задубленные участки пигментной копии (на этом основано получение градации изображения). Между тем при получении форм высокой печати, особенно в микроэлектронике, защитная пленка должна быть практически полностью непроницаема для водных растворов.

  7. Резко дифференцированная граница между участками, защищенными и не защищенными пленкой (ввиду малости элементов в фотолитографии, для нее - это требование особенно важно).

Перечисленные требования говорят о том, что все, удовлетворяющее микроэлектронику, должно с избытком удовлетворять и полиграфию.

В действительности же это не совсем так. Во-первых, очень важна экономичность процесса. Малые размеры площадей рабочих пластин и необходимость получения очень тонких деталей в фотолитографии делают вопрос о стоимости процесса второстепенным (тем более что общая стоимость продукции микроэлектроники определяется в основном не стоимостью процесса фотолитографии). В полиграфии такая высокая точность воспроизведения рисунка, как в микроэлектронике, не нужна, а погоня за избыточной точностью почти всегда экономически не оправдана.

Во-вторых (и это еще более важно), для проявления таких фоторезистов, как поливинилциннамат (ПВЦ) или слои на основе циклокаучуков с бисазидами, требуются органические растворители, такие как трихлорэтилен, толуол, уайт-спирит и т. п. Эти растворители легколетучи, ядовиты, легко воспламеняются, образуя с воздухом взрывоопасные смеси, и загрязняют окружающую среду. Малые площади плат и, следовательно, малые количества растворителей, а также вынужденная необходимость использования для получения идеально гидрофобных слоев оправдывают применение органических растворителей в фотолитографии. Но в полиграфии, где суммарные обрабатываемые площади формных материалов велики, применение легколетучих, легковоспламеняющихся и токсичных органических растворителей может быть оправдано лишь в исключительных случаях.

Недостатки хромированных полимеров (в первую очередь склонность к темновому дублению) побудили к поискам других, более совершенных копировальных слоев. Серьезные успехи в этом направлении были достигнуты при использовании в составе полимерных пленок ароматических светочувствительных диазосоединений. Изыскания вначале шли по пути замены бихроматов в гидрофильных полимерах на другие светочувствительные соединения, оказывающие на полимер при экспонировании аналогичное действие, но не вызывающие темнового дубления слоя. На этом пути были достигнуты существенные успехи с так называемыми диазосмолами - продуктами конденсации диазониевых солей с алифатическими альдегидами. Слои на основе диазосмол не склонны к темновому дублению, но поскольку слой состоит из гидрофильного полимера, они, подобно хромированным полимерам, в результате экспонирования не полностью утрачивают проницаемость для водных растворов. В этом отношении значительно больший интерес представляют копировальные слои на основе гидрофобных полимеров, очувствленные ортонафтохинондиазидами.

Ароматические диазосоединения в общем виде можно представить формулой

<?xml version="1.0"?>
(2.17)

где Ar - ароматический остаток (в простейшем случае <?xml version="1.0"?>
-, х - остаток большей частью неорганической кислоты (например, соляной). Следовательно, простейшее диазосоединение имеет строение <?xml version="1.0"?>
(и здесь и в дальнейшем, употребляя термин диазосоединение, мы подразумеваем ароматическое диазосоединение).

Диазосоединения существуют в двух изомерных формах, находящихся между собой в равновесии: соли диазония I и так называемые истинные диазосоединения II:

<?xml version="1.0"?>
(2.18)

Форма диазониевой соли (I) преобладает при растворении соединения в полярных растворителях, в первую очередь - в воде (или в присутствии воды), изомерная форма (II) - при растворении в неполярных или в малополярных растворителях, в частности в спиртах. В кислой среде равновесие (2.18) смещено практически полностью в сторону образования диазониевой соли, в щелочной среде - в сторону образования формы (II). Диазониевые соли (подобно аммонийным солям) хорошо растворимы в воде и в водном растворе полностью диссоциированы на ионы:

<?xml version="1.0"?>
(2.19)

Форма I, т. е. соли диазония (2.18), значительно более чувствительна, чем форма II. При действии актиничного излучения (ближняя УФ-область спектра) рвется химическая связь между Ar - и - <?xml version="1.0"?>
, отщепляется свободный азот, а катион <?xml version="1.0"?>
тотчас реагирует с водой, образуя уже не ионное, а молекулярное соединение <?xml version="1.0"?>
:

<?xml version="1.0"?>
(2.20)

Для соли <?xml version="1.0"?>
суммарное уравнение фотолиза будет иметь вид

<?xml version="1.0"?>
(2.21)

Величина энергии химической связи <?xml version="1.0"?>
- около 280-300 кДж/моль, что соответствует энергии одного моля фотонов при <?xml version="1.0"?>
нм. Это и есть длинноволновая граница светочувствительности диазониевой соли, максимум светочувствительности лежит обычно при <?xml version="1.0"?>
нм.

Типичным примером диазосмолы может служить продукт поликонденсации 1-диазо-4, 4-дифениламина с формальдегидом (см. 2.19(2.19)). Формальдегид образует метиленовые мостики между ароматическими ядрами, в результате чего получается высокомолекулярный смоловидный продукт (образование этого продукта аналогично образованию фенолформальдегидной смолы). Этот продукт, хотя он и высокомолекулярен, легко растворим в воде из-за присутствия гидрофильных ионных диазониевых групп <?xml version="1.0"?>
.

<?xml version="1.0"?>
(2.19)

При действии лучистой энергии протекает реакция, типичная для фотолиза

диазониевых солей по гетеролитическому механизму: <?xml version="1.0"?>

В результате этой реакции, в которой гидрофильные ионные группы исчезают, диазосмола теряет растворимость в воде.

Диазосмолы указанного типа обладают достаточно хорошей темновой сохраняемостью и относительно высокой светочувствительностью. Но они сами по себе не образуют достаточно прочных пленок, поэтому рекомендуется вводить эти смолы в гидрофильные полимеры (например, в ПВС) как замену бихроматов. В этом случае они достаточно эффективны в смысле понижения растворимости полимера под действием Уф-излучения. Механизм этого снижения растворимости полимера еще недостаточно ясен. По этому вопросу существуют два основных мнения. Согласно первому, диазосмола образует пространственную высокомолекулярную сетку, в которой механически задерживаются макромолекулы гидрофильного полимера. Согласно второму мнению, смола химически реагирует с функциональными группами (-ОН, -NH и т. п.) полимера, образуя единую пространственную сетку. В действительности, по-видимому, имеют значение оба фактора.

Копировальные слои на основе диазосмол находят широкое применение в полиграфии; они используются, в частности, в предварительно очувствленных пластинах для получения биметаллических форм офсетной печати.

Ортонафтохинондиазиды (ОНХД) находят широкое применение в составе копировальных слоев в полиграфии и фоторезистов, при изготовлении микросхем в микроэлектронике. Причина такой популярности заключается в их высоких достоинствах: отсутствии темнового дубления, достаточно высокой светочувствительности, высокой устойчивости к агрессивным воздействиям (защитная пленка практически непроницаема для кислых травящих растворов), высокой разрешающей способности (что особенно важно при получении печатных плат в микроэлектронике), хорошей адгезии к металлам. Этот комплекс ценных свойств позволяет выпускать в централизованном порядке предварительно очувствленные пластины (алюминиевые для получения монометаллических и медные - для биметаллических форм в офсетной печати).

Копировальные слои на основе ОНХД работают позитивно, т. е. воздействие лучистой энергии приводит к увеличению растворимости экспонированных участков слоя. В состав копировального слоя входят: пленкообразующий полимер, ОНХД и органический растворитель. Для проявления, т. е. для вымывания экспонированных участков слоя служат щелочные водные растворы (гидрофобная поверхность слоя под действием лучистой энергии становится гидрофильной). Полученный в результате проявления пленочный рельеф (копию) подвергают термообработке для повышения защитных свойств рельефа.

Ортонафтохинондиазиды могут существовать в двух изомерных формах: 1,2- нафтохинондиазид (I) и 2,1 -нафтохинондиазид (II).

<?xml version="1.0"?>
(2.20)

В копировальных слоях применяют 1,2-нафтохинондиазиды, так как они более светочувствительны, чем 2,1-нафтохинондиазиды (так, например, квантовый выход фотолиза соединения I при <?xml version="1.0"?>
нм - около 1,0, а соединения II при тех же условиях - около 0,6).

Ортонафтохинондиазиды, рекомендованные для копировальных слоев, большей частью представляют собой эфиры (III) или амиды IV сульфокислот (см. 2.21). От природы заместителя - OR или -NHR в значительной степени зависят такие свойства копировального слоя, как светочувствительность, проявляемость в водных щелочных растворах, адгезия к металлу, защитные свойства копии.

ОНХД даже относительно сложного строения не образуют полимерной пленки, поэтому их вводят в какой-либо полимер или химически сшивают с макромолекулами полимера.

<?xml version="1.0"?>
(2.21)

Выбор пленкообразующего полимера ограничивается тем, что он должен хорошо растворяться в водных щелочных растворах. Кроме того, он должен обладать хорошей растворимостью в растворителях для ОНХД, совместимостью с ОНХД в широком диапазоне концентраций, он должен легко удаляться с подложки вместе с продуктами фотолиза ОНХД при проявлении копии. Указанным условиям удовлетворяют фенолформальдегидные смолы - новолачные (V) и резольные (VI).

<?xml version="1.0"?>
(2.22)

В копировальных слоях широкое применение находит диазопродукт, получаемый в результате реакции нафтохинондиазидсульфохлорида с новолачной смолой. Звено полимера с молекулой ОНХД имеет строение (VII) (см. 2.23), где n = 2-5.

<?xml version="1.0"?>
(2.23)

Опыт показывает, что если в новолачной смоле все фенольные атомы водорода замещены на диазогруппу, то адгезия такого продукта к металлической подложке совершенно недостаточна. Поэтому практическое применение имеют продукты частичной этерификации новолачной смолы. Технологические свойства диазопродукта улучшаются при бромировании новолачной смолы.

Практически применяемые диазопродукты - олигомеры не образуют достаточно хороших прочных пленок. Поэтому в светочувствительную композицию вводят дополнительное количество новолачной или резольной смолы. Новолачную смолу надо вводить в количестве 1,5-1,7 вес. частей на 1 вес. часть диазопродукта. Если же вводят одновременно и новолачную, и резольную смолы, их общее содержание должно составлять 2 вес. части на 1 вес. часть диазопродукта. Вместо резольной смолы в копировальный слой могут быть введены эпоксифенольные и эпоксидные смолы.

Весьма важная составная часть светочувствительной композиции - растворитель (см. 2.22). В светочувствительных композициях на основе ОНХД используют в копировальных слоях смесь нескольких растворителей, например смесь диметилформамида с этилцеллозольвом и ацетоном (или этилацетатом), а в фоторезистах - диоксан.

Копировальные слои на основе ОНХД поглощают лучистую энергию в ближней Уф-области спектра. Кривая поглощения (рис.2.4 Рис. 2.4. Cпектральные кривые поглощения позитивного копировального слоя и его составных частей: 1 - копировальный слой; 2 - новолачная смола; 3 - о-нафтохинондиазид) слагается из поглощения новолачной смолы (максимум поглощения <?xml version="1.0"?>
мм) и поглощения диазопродукта (два максимума при <?xml version="1.0"?>
нм и 390-410 нм). Интегральная светочувствительность лежит на уровне <?xml version="1.0"?>
; разрешающая способность очень высока (около 400 <?xml version="1.0"?>
).

Ортонафтохинондиазиды существуют в виде двух равновесных структур, т.е. в виде молекулярной хиноидной структуры и в виде структуры диазониевой соли (Б).

<?xml version="1.0"?>
(2.24)

С увеличением полярности среды равновесие смещается в сторону ионной структуры (Б), в том же направлении действует увеличение кислотности среды. Мы уже видели, что энергия связи <?xml version="1.0"?>
в диазониевой соли - около 280-300 <?xml version="1.0"?>
; а энергия связи <?xml version="1.0"?>
в хиноидной структуре ОНХД - около 600 <?xml version="1.0"?>
. Из того, что длинноволновая граница светочувствительности копировальных слоев на основе ОНХД лежит при <?xml version="1.0"?>
нм, следует, что в процессе экспонирования фотолизу подвергается ионная форма (Б).

Фотолиз диазопродукта можно представить следующей схемой (опуская промежуточные стадии процесса):

<?xml version="1.0"?>
(2.25)

Как видно из схемы, в результате поглощения лучистой энергии от молекулы ОНХД отщепляется азот и образуется бирадикал (инденкарбен), который очень неустойчив и тотчас превращается в инденкетен. Но двойная связь <?xml version="1.0"?>
между атомами углерода в молекуле инденкетена легко раскрывается и при наличии влаги инденкетен превращается в инденкарбоновую кислоту:

<?xml version="1.0"?>
(2.26)

Часть молекул инденкарбоновой кислоты реагирует с неразложившимися молекулами диазопродукта, образуя азокраситель малинового цвета:

<?xml version="1.0"?>
(2.27)

С увеличением экспозиции выход красителя снижается.

В то время как диазопродукт и копировальный слой в целом гидро-фобны и не растворяются в воде, экспонированные участки слоя в результате образования инденкарбоновой кислоты приобретают способность к растворению в воде. Но в чистой воде или в нейтральных водных растворах (рН = 7) растворение идет очень медленно. Это объясняется тем, что инденкарбоновая кислота - очень слабый электролит и в нейтральной среде находится в основном в молекулярном, а не ионном состоянии. Понятно, что щелочная среда (<?xml version="1.0"?>
) водного раствора смещает равновесие электролитической диссоциации кислоты в сторону образования ионной формы, т. е. в сторону увеличения ее растворимости.

<?xml version="1.0"?>
(2.28)

Кроме того, проявитель (водно-щелочной раствор) растворяет на облученных участках новолачную смолу (новолачная смола, как и другие фенолформальдегидные смолы,- слабая кислота и диссоциация ее, а следовательно, и растворимость возрастают с увеличением щелочности раствора). Кроме непосредственного растворения новолачной смолы, водно-щелочной раствор снижает адгезию смолы к металлической подложке, и пленка на облученных участках отделяется от подложки. На неэкспонированных участках новолачная смола защищена молекулами диазопродукта и поэтому вымывается проявителем очень медленно.

Для проявления копий на основе ОНХД применяют обычно водно-щелочные растворы с рН от 12 до 13. Всего чаще используют 2-5%-ные растворы трехзамещенного фосфата натрия <?xml version="1.0"?>
или 0,2-0,5%-ные растворы едкой щелочи (обычно NaOH). В проявляющий раствор иногда добавляют глицерин для лучшего смачивания поверхности слоя. При проявлении офсетных форм используют 1-2%-ные растворы силиката натрия <?xml version="1.0"?>
. Проявление проводят при комнатной температуре.

Избирательность проявления W зависит от состава как проявляемого слоя, так и проявителя (табл. 2. 2).

Таблица 2.2. Избирательность проявления

Проявитель
Проявитель W
15 300 20
20 200 10
10 90 9

В табл. 2. 2. <?xml version="1.0"?>
- используемая продолжительность проявления, <?xml version="1.0"?>
- продолжительность проявления, при которой начинается разрушение неэкспонированных участков слоя.

Слои на основе ОНХД при комнатной температуре устойчивы, но при более высоких температурах в них начинаются процессы термолиза. Методами ИК-спектроскопии показано, что термолиз, как и фотолиз (уравнение 2. 25Схема 2.25), ведет к образованию инденкетена, который в присутствии влаги превращается в инденкарбоновую кислоту (2. 26Схема 2.26), а при отсутствии ее склонен к димеризации.

Скорость термолиза существенно зависит и от температуры, и от состава диазопродукта (для некоторых из них термолиз становится ощутимым уже при 50-60°С). Практически используемые слои устойчивы при температурах до 115°С. При более высоких температурах происходит термолиз с выделением азота. Получающийся инденкетен частично подвергается димеризации, а частично реагирует с новолачной смолой, образуя эфирные связи. Инденкарбоновые кислоты, полученные при фотолизе в присутствии небольшого количества влаги, декарбоксилируются, что также ведет к образованию сшитой структуры полимера. При температурах выше 130-150°С происходит сшивание полимера и образование пространственной структуры пленки копировального слоя, что приводит к существенному снижению его растворимости. При температурах выше 280°С полимер разлагается с выделением низкомолекулярных сублимирующихся продуктов.

Указанные отношения определяют температуры сушки и термообработки копий на основе ОНХД. При высушивании слоя должен испариться растворитель, но не должно происходить сшивания полимера, поэтому слой сушат при 70-100°С. Термообработка, напротив, должна укрепить защитные свойства пленки путем дальнейшего сшивания полимера, что достигается при умеренном термолизе, поэтому термообработку проводят обычно при 150-230°С.

Копировальные слои на основе ОНХД образуют на поверхности формного материала эффективные защитные пленки с весьма высокой кислотостойкостью. Они практически непроницаемы для кислых травящих растворов, но заметно проницаемы для щелочных растворов, так как фенолформальдегидные смолы, лежащие в основе полимерных пленок этих слоев, обладают кислотными свойствами.

В слоях данного типа под действием лучистой энергии протекают реакции фотополимеризации, приводящие к потере слоем растворимости в проявляющих растворах. Фотополимеризующиеся композиции широко применяют при изготовлении фотополимерных печатных форм ФПФ высокой печати. Ряд фотополимеризующихся композиций используется в составе копировальных слоев при изготовлении форм высокой, офсетной и трафаретной печати, а также для изготовления печатных плат.

Фотополимеризация - цепная химическая реакция, в результате которой молекулы мономера М или олигомера объединяются в крупные макромолекулы <?xml version="1.0"?>
полимера. Процесс фотополимеризации протекает в три стадии:

    1) фотохимическая реакция образования активного центра, при которой молекула мономера в результате поглощения кванта лучистой энергии переходит в возбужденное состояние (в большинстве случаев - свободнорадикальное состояние <?xml version="1.0"?>
);

    2) темновые реакции зарождения и роста цепи - мономер превращается в димер <?xml version="1.0"?>
в тример <?xml version="1.0"?>
и т. д., но энергия возбуждения при этом не рассеивается;

    3) обрыв цепи в результате потери энергии возбуждения и получение конечного продукта <?xml version="1.0"?>
.

Практически используемые мономеры или олигомеры поглощают лучистую энергию, как правило, в УФ-области при <?xml version="1.0"?>
нм. Но работать в этой области спектра чрезвычайно неудобно, так как стекло и полимерные материалы, используемые в копировальных процессах, непрозрачны при <?xml version="1.0"?>
нм. Поэтому для возбуждения реакции фотополимеризации используют так называемые фотоинициаторы Ф-молекулы некоторых органических соединений, возбуждаемые лучистой энергией ближней УФ-области (<?xml version="1.0"?>
). В соответствии с этим схема фотоинициированной радикальной полимеризации может быть представлена следующим образом:

<?xml version="1.0"?>

Процесс начинается с поглощения кванта лучистой энергии молекулой фотоинициатора Ф и перехода ее в возбужденное (свободнорадикальное) состояние <?xml version="1.0"?>
. Далее происходит передача энергии возбуждения молекуле мономера или олигомера по схеме спектрально-сенсибилизированной реакции <?xml version="1.0"?>
или в результате присоединения фотоинициатора к молекуле мономера (см. схему 2. 29(2.29)), после чего идет зарождение и развитие цепи.

Самые медленные (наименьшая вероятность, наибольшая энергия активации) из приведенных реакций - возбуждение фотоинициатора и образование активного центра. Рост цепи требует лишь малой энергии, идет с выделением тепла (экзотермическая реакция) и с большой скоростью. Длина реакционной цепи зависит от соотношения скоростей роста и обрыва цепи. Понятно, что чем больше это соотношение, тем больше молекулярная масса конечного продукта - полимера.

Свободнорадикальное состояние молекул мономера и продуктов полимеризации обусловлено в большинстве случаев раскрытием двойной связи между атомами углерода:

<?xml version="1.0"?>
(2.29)

где Q - энергия. Взяв в качестве мономера винильное производное общей формулы <?xml version="1.0"?>
, где X - водород, галоген или остаток органической молекулы (известны многие винильные полимеры, например ПВС, поливинилхлорид, поливинилацетат и др.), схему реакций полимеризации можно представить в следующем виде:

<?xml version="1.0"?>
(2.30)

и т. д., вплоть до обрыва цепи.

Обрыв цепи может протекать по разным механизмам, наиболее типичны случаи

    1) рекомбинация: <?xml version="1.0"?>
(2.31)

    2) диспропорционирование:<?xml version="1.0"?>
(2.32)

    3) передача (перехват) цепи: <?xml version="1.0"?>
(2.33)

Если радикал <?xml version="1.0"?>
активен, он начинает новую цепь <?xml version="1.0"?>
и т. д., но зачастую радикал малоактивен, новую цепь не начинает, а старая цепь обрывается; в этом случае вещество АВ - ингибитор.

В состав фотополимеризующихся композиций как непременные составные части входят: несветочувствительный полимер, сшивающий мономер или олигомер, фотоинициатор, ингибитор полимеризации, растворитель. После того как раствор этих ингредиентов нанесен на подложку, большая часть растворителя испаряется, образуя пленочный слой, а остаточное количество растворителя пластифицирует пленку. При экспонировании этого слоя в нем протекают реакции фотополимеризации; указанные составные части композиции выполняют следующие функции.

Несветочувствительный полимер образует пленку, в которой распределены все остальные составные части композиции. Его свойства определяют такие технологические характеристики светочувствительного слоя, как растворимость, эластичность, устойчивость к агрессивным средам, адгезия к подложке. Мономер (или олигомер) подвергается полимеризации по вышеприведенным схемам. Обычно используют мономеры (или олигомеры), содержащие в молекуле не менее двух этиленовых групп <?xml version="1.0"?>
. Такие соединения весьма склонны к полимеризации, в результате которой образуются нерастворимые пространственные сетки полимера. Несветочувствительный полимер теряет растворимость на облученных участках в результате механического включения его макромолекул в пространственную сетку заполимеризованного полимера и в результате химического взаимодействия с радикалами мономера. Фотоинициатор поглощает лучистую энергию и образует активный центр, начинающий полимеризационную цепь. От природы фотоинициатора зависит спектральная и интегральная светочувствительность полимеризующейся системы. Ингибитор обеспечивает стабильность полимерных пленок при хранении, так как он тормозит полимеризацию (при хранении неизбежно протекает с той или иной скоростью термический процесс полимеризации), а при экспонировании слоя ингибитор предотвращает полимеризацию неэкспонированных участков. Для предохранения слоя от термоокислительной деструкции полимеров в композицию добавляют обычно стабилизатор (органический восстановитель). Функции ингибитора и стабилизатора может выполнять одно и то же вещество (например, гидрохинон).

В качестве сшивающих мономеров или олигомеров применяют обычно соединения, содержащие не менее двух этиленовых групп. К таким соединениям относятся эфироакрилаты - ди-, три- и тетраметакрилаты или полиакрилаты многоатомных спиртов. Используемые для этих целей спирты являются олигомерами, их молекула состоит из 2-5 повторяющихся звеньев, например триэтиленгликоль <?xml version="1.0"?>
. Поэтому такие эфиракрилаты называют олигоэфиракрилатами.

Олигоэфиракрилаты, применяемые в фотополимеризующихся композициях, должны легко полимеризоваться с образованием трехмерной структуры, причем усадка слоя должна быть как можно меньше. Опыт показывает, что с увеличением расстояния между функциональными этиленовыми группами возрастает скорость полимеризации и уменьшается усадка. Этим объясняется то обстоятельство, что в качестве сшивающих мономеров (олигомеров) используют только олигоэфиракрилаты с относительно большим числом повторяющихся звеньев (не менее трех). Примерами таких соединений могут служить:

  1. триэтиленгликольдиметакрилат (эфир ТГМ-3)

    <?xml version="1.0"?>
(2.34)

  2. диметакрилат бис (диэтиленгликоль) фталат (эфир МДФ-2)

    <?xml version="1.0"?>
(2.35)

Поскольку олигоэфиракрилаты весьма склонны к полимеризации, их хранят совместно с ингибитором (гидрохиноном) и в таком виде вводят в композиции.

В качестве фотоинициаторов используют органические соединения, легко переходящие в свободнорадикальное состояние под действием лучистой энергии ближней УФ-области спектра. К таким соединениям относятся в первую очередь бензоин или его производные: метиловый эфир, бензофенон, антрахинон и др. Фотоинициатор вводят в количестве 0,1 -1 % массы мономера (олигомера). Скорость образования свободных радикалов пропорциональна интенсивности излучения и мало зависит от температуры (полимеризация идет при комнатной температуре).

<?xml version="1.0"?>
(2.36)

Ингибиторы вводят в светочувствительные композиции в количестве 0,1-1% массы мономера (олигомера). Их задача заключается в торможении термического процесса полимеризации. Сущность этого действия заключается в том, что ингибитор обрывает цепь полимеризации на ранних стадиях ее развития. Это может происходить по разным механизмам, в частности путем перехвата цепи (2.34(2.34)). Всего чаще ингибиторы - вещества, создающие в слое определенное окислительно-восстановительное равновесие (определенный редокспотенциал). Это могут быть окислители, например бензохинон, нитробензол, антрацен и др. Действие бензохинона, например, можно представить следующей схемой:

<?xml version="1.0"?>
(2.37)

В результате этой реакции исчезает активный радикал <?xml version="1.0"?>
и образуется другой свободный радикал - семихинон. Но семихинон вследствие эффекта сопряжения двойных связей - малоактивный радикал, он обрывает прежнюю, но не может начать новую цепь полимеризации.

В полимеризующиеся смеси хинон как таковой обычно не вводят, так как в ничтожных концентрациях он будет быстро израсходован, а в относительно больших концентрациях полностью остановит полимеризацию. Очевидно, требуется каким-то образом забуферить малую концентрацию хинона в слое. Это достигается путем введения в композицию веществ, которые при взаимодействии с кислородом воздуха образуют хиноны (гидрохинон, пирокатехин, диоксинафталин, антрацен и т. п.). Чаще всего используется гидрохинон.

<?xml version="1.0"?>
(2.38)

Кислород воздуха может быть как ингибитором, так и инициатором полимеризации, в зависимости от состава композиции и некоторых других условий. Кислород образует с мономерами перекиси, которые могут распадаться с образованием свободных перекисных радикалов (2.39).

<?xml version="1.0"?>
(2.39)

Такие радикалы могут образовываться и при взаимодействии кислорода со свободными радикалами полимеризующейся системы <?xml version="1.0"?>
. Если образовавшиеся радикалы малоактивны, кислород играет роль ингибитора (это наиболее частый случай). Если же радикалы высокоактивны, кислород служит инициированию полимеризации.

Несветочувствительные полимеры, применяемые в фотополимеризующихся композициях,- это могут быть:

  • смешанные полиамиды, растворимые в воде, и другие полимеры
  • сополимеры метакриловой кислоты с алкилметакрилатами.

Полиамиды - полимеры, содержащие в составе макромолекул повторяющиеся амидные группы <?xml version="1.0"?>
(полимеры с боковыми амидными группами - <?xml version="1.0"?>
). Например, полиакриламид к полиамидам обычно не относят.

Различают однородные и смешанные полиамиды. Если макромолекула полиамида построена из одинаковых звеньев, то такой полиамид называют однородным (или гомополиамидом), а если из разных звеньев, то смешанным. По сравнению с однородными смешанные полиамиды лучше растворяются, более эластичны, дают пленку более высокого качества. Для светочувствительных композиций используют только смешанные полиамиды.

Примером смешанного полиамида, растворимого в воде, может служить продукт совместной поликонденсации адипиновой кислоты <?xml version="1.0"?>
, гексаметилендиамина <?xml version="1.0"?>
, этилендигликолевой кислоты <?xml version="1.0"?>
и пиперазина <?xml version="1.0"?>
. Этот полиамид применяется в светочувствительных композициях в сочетании с <?xml version="1.0"?>
-метиленбисакриламидом - водорастворимым сшивающим мономером.

Представляют интерес также спирторастворимые смешанные полиамидные смолы, промышленно выпускаемые полиамиды № 54, 548, Сб, ПФЭ2/10 и другие, используемые в сочетании с полиэфиракрилатами. Такие композиции наносят на подложку их спиртоводного раствора, а для проявления используют 20%-ный раствор роданида аммония в 60%-ном растворе спирта.

Сополимеры метакриловой кислоты МАК и метилметакрилата ММА находят применение при получении копировальных слоев и фоторезистов. Свойства сополимера зависят от соотношения в нем МАК и ММА. Сополимер МАК обладает высокой устойчивостью к кислым травящим растворам. Поэтому с увеличением концентрации МАК в сополимере кислотостой-кость защитных пленок возрастает. Однако щелочность снижается, что сказывается на меньшей устойчивости заполимеризованного рельефа в проявителе. Адгезия к металлическим подложкам возрастает с увеличением содержания МАК. Оптимальным принято считать содержание 25-40% МАК. Сополимеры хорошо растворимы в кетонах, спиртах, эфирах, водно-щелочных растворах и хорошо совмещаются с олигоэфиракрилатами (например, с эфиром ТГМ-3). При воздействии на полимер раствора щелочей в полимере образуются ионные группы (по схеме <?xml version="1.0"?>
) аналогично воздействию щелочного раствора на инденкарбоновую кислоту (см. формулу 2.28Схема 2.28, в результате чего копии на таких композициях хорошо проявляются в щелочных водных растворах).

Примером отечественных фотополимеризующихся копировальных слоев могут служить слои на основе сополимера метакрил-254, разработанные в УНИИППе. Эти слои обладают относительно высокой светочувствительностью, высокой кислотостойкостью и тиражестойкостью (свыше 100 тыс. оттисков). Эти слои пригодны для централизованного изготовления предварительно очувствленных пластин как для высокой, так и для офсетной плоской печати. Следует отметить также слои ФПК-4 для предварительно очувствленных монометаллических офсетных формных пластин, разработанные во ВНИИ полиграфии. Эти слои изготавливаются из светочувствительной композиции, содержащей сополимер стирола с малеиновым ангидридом, сшивающие агенты (триакрилатпентаэритрит или триметиленпропан), фотоинициатор (бензофенон и кетон Михлера). Печатные формы, получаемые с использованием ФПК-4, характеризуются тиражестойкостью свыше 100 тыс. оттисков. Следует указать и слои, разработанные во ВНИИХимпроекте на основе сополимера стирола, малеинового ангидрида и метакриловой кислоты, с использованием полимеризационно способных олигомеров и изобутилового эфира бензоина в качестве фотоинициатора. Тиражестойкость слоев - до 300 тыс. оттисков. Для проявления всех перечисленных слоев используют слабощелочные водные растворы. Разрешающая способность этих слоев лежит на уровне 200-300 <?xml version="1.0"?>
.

Условия проведения копировального процесса в значительной степени определяются технологическими, в первую очередь сенситометрическими характеристиками копировальных слоев. Сенситометрические свойства любого светочувствительного слоя, предназначенного для регистрации оптической информации, могут быть выражены совокупностью следующих величин: интегральная светочувствительность S, коэффициент контрастности <?xml version="1.0"?>
, градиент g характеристической кривой, спектральная чувствительность <?xml version="1.0"?>
, разрешающая способность R или частотно-контрастная характеристика (ЧКХ). Если слои предназначены для воспроизведения штриховых или растровых изображений, то к этому перечню надо добавить еще и выделяющую способность.

Если различным участкам копировального слоя сообщить закономерно возрастающие экспозиции Н, а затем, после проявления и высушивания слоя, измерить толщины h этих участков, то результат можно представить графически, построив характеристическую кривую <?xml version="1.0"?>
. На рис. 2.5Характеристические кривые негативного 1 и позитивного 2 копировальных слоев в виде примера представлены типичные характеристические кривые негативного и позитивного 2 копировальных слоев, на рис. 2.6Определение фотографической  широты копировального слоя - способ определения фотографической широты L.

Если проявленный слой во всей своей массе содержит какой-то гомогенно-распределенный краситель, поглощение которого следует закону Бугера - Ламберта - Бэра, то, измерив оптические плотности D рельефа, можно построить характеристическую кривую в обычных, принятых в фотографии координатах <?xml version="1.0"?>
. Форма характеристической кривой при этом не изменится, так как оптическая плотность пропорциональна толщине слоя <?xml version="1.0"?>
. Измерение оптической плотности проще, чем измерение толщины слоя, но для практической работы имеют значение не оптические плотности, а толщины защитной пленки на поверхности формного материала. Кроме того, прокрашивание полимерного рельефа в ряде случаев может оказаться неравномерным и затруднительным, а переходный коэффициент k - величиной переменной. Поэтому более предпочтительно пользоваться кривой <?xml version="1.0"?>
, а не <?xml version="1.0"?>
.

Характеристическая кривая копировального слоя, как и в фотографии, дает возможность определить основные сенситометрические величины. Интегральная светочувствительность S может быть определена при любом заданном критерии чувствительности, т. е. при любой заданной (критериальной) толщине слоя. Светочувствительность S - величина, обратная экспозиции, при которой достигается заданная толщина слоя.

<?xml version="1.0"?>
(2.40)

где k - условно выбранный коэффициент пропорциональности (в простейшем случае k=1). Коэффициент контрастности y выражает прирост (для негативного слоя) или убыль (для позитивного слоя) толщины слоя с увеличением логарифма экспозиции в пределах прямолинейного участка кривой:

<?xml version="1.0"?>
(2.41)

градиент g характеризует крутизну кривой в любой заданной точке

<?xml version="1.0"?>
(2.42)

За критерий чувствительности всего естественнее, казалось бы, выбрать наименьшее изменение h под действием экспозиции. Соответствующая величина S выражает пороговую чувствительность слоя. Но, как и в фотографии, определение пороговой чувствительности не дает хорошо воспроизводимых результатов и лишь приблизительно указывает свойства слоя в практической работе. Поэтому за критерий чувствительности выбирают некоторую практически используемую, не слишком малую высоту рельефа.

При построении характеристической кривой существенное значение имеет способ выражения экспозиции Н и способ измерения высоты h рельефа.

В фотографии, где используемые слои чувствительны к видимой зоне спектра, правомерно и удобно выражать экспозицию в люкс-секундах; размерность светочувствительности в этом случае будет <?xml version="1.0"?>
. Но копировальные слои чувствительны в основном к УФ зоне спектра и выражать их светочувствительность в обратных люкс-секундах, по существу, неправомерно, поэтому получаемые величины S очень условны. В этом случае единственно правильный способ (справедливый и для слоев, чувствительных к видимой зоне спектра)- выражение экспозиции в энергетических единицах, т. е. количеством лучистой энергии, получаемой единицей поверхности слоя. Количество лучистой энергии выражают обычно в Джоулях, а за единицу поверхности берут 1 <?xml version="1.0"?>
или 1 <?xml version="1.0"?>
(<?xml version="1.0"?>
). Следовательно, размерность экспозиции <?xml version="1.0"?>
, а размерность светочувствительности

<?xml version="1.0"?>
(2.43)

(понятно, что<?xml version="1.0"?>
; в настоящем пособии светочувствительность выражена в единицах <?xml version="1.0"?>
).

Пересчет величин светочувствительности <?xml version="1.0"?>
, выраженной в энергетических единицах, в единицы ГОСТ <?xml version="1.0"?>
основан на следующих соотношениях.

Световой поток <?xml version="1.0"?>
в люменах связан с лучистым потоком <?xml version="1.0"?>
, выраженным в энергетических единицах, соотношением:

<?xml version="1.0"?>
(2.44)

где <?xml version="1.0"?>
- зависимость от <?xml version="1.0"?>
спектральной чувствительности глаза (кривая видности). Функция <?xml version="1.0"?>
, т. е. распределение энергии по длинам волн в лучистом потоке, зависит от цветовой температуры потока. При максимуме видности (<?xml version="1.0"?>
нм) <?xml version="1.0"?>
; для монохроматического света <?xml version="1.0"?>
, следовательно:

<?xml version="1.0"?>
(2.45)

Опытным путем найдено, что при этих условиях

<?xml version="1.0"?>
(2.46)

Следовательно:

<?xml version="1.0"?>
(2.47)

т. е. если на наш глаз действует желтый монохроматический свет при <?xml version="1.0"?>
нм такой интенсивности, что на 1 <?xml version="1.0"?>
каждую секунду приходится <?xml version="1.0"?>
, это эквивалентно освещенности, равной 1 лк. Следовательно, <?xml version="1.0"?>
. Обычно принимают округленно <?xml version="1.0"?>
.

Понятно, что такой перерасчет не имеет смысла, если слой используется при действии УФ-излучения (<?xml version="1.0"?>
нм), в этом случае <?xml version="1.0"?>
и, следовательно, <?xml version="1.0"?>
. Но и в том случае, когда слой чувствителен не только в УФ, но частично и к видимой зоне спектра и лучистый поток включает излучение видимой зоны, такой пересчет имеет очень условный характер, так как не принимается во внимание выражение (2.44). Но в практической работе освещенность слоя или стекла копировальной рамы выражают обычно в люксах, что допустимо в силу следующих обстоятельств.

Применяемые в копировальном процессе источники света (металлогалогенные, ксеноновые лампы и др.) излучают как УФ, так и видимый свет, причем на долю видимого излучения приходится определенная доля от общего излучения, зависящая от типа лампы и напряжения, подаваемого на лампу. Поэтому, работая с определенным типом лампы при постоянном напряжении, можно измерить освещенность в люксах и опытным путем подобрать оптимальную экспозицию. При изменении расстояния или других параметров (например, средней прозрачности фотоформы) в этих условиях указанная освещенность позволит надежно ориентироваться при выборе экспозиции. В практических условиях иногда бывает достаточно указать тип лампы и расстояние от нее до слоя.

Измерение энергетической освещенности в плоскости копировального слоя не представляет принципиальной трудности, для этой цели пригодны такие сравнительно простые и доступные приборы, как термостолбик.

Надежное определение толщины проявленного слоя, напротив, представляет серьезные трудности. Для этих целей были предложены многие методы (обзор этих методов см., например, в книге Н. Н. Полянского и 3. П. Гама-зиной). Наиболее надежные результаты (без разрушения слоя) дают: 1) измерение электрической емкости слоя (измерение возможно лишь при том условии, что слой нанесен на проводящую подложку, например на металл); 2) измерение высоты рельефа на профилограмме и 3) измерение при помощи интерференционного микроскопа Линника (точность измерения - около 0,03 мкм).

При определении сенситометрических характеристик экспонирование исследуемого слоя целесообразно проводить от того источника излучения, который будет использован в практической работе.

На практике для определения светочувствительности S копировального слоя его обычно экспонируют под ступенчатым оптическим клином (константа клина 0,15) под так называемой сенситометрической полутоновой шкалой СПШ и проявляют в условиях производственного режима. На копии находят поле, приобретшее или сохранившее рабочие свойства, и определяют, под какой оптической плотностью клина СПШ это поле находилось при экспонировании. Величину светочувствительности S вычисляют по формуле

<?xml version="1.0"?>
(2.48)

где к - коэффициент пропорциональности,<?xml version="1.0"?>
- экспозиция, полученная слоем под ступенью клина, оптическая плотность которой равна D, Е - освещенность слоя под этой ступенью, лк, t - продолжительность экспонирования, с.

При проведении испытания опытным путем (используя люксметр) находят освещенность <?xml version="1.0"?>
поверхности СПШ. Так как величины Е и <?xml version="1.0"?>
связаны формулой

<?xml version="1.0"?>
(2.49)

то формула (2.48) преобразуется в следующую:

<?xml version="1.0"?>
(2.50)

по которой и вычисляют величину S.

Странами СЭВ предложен проект единой методики определения свойств копировальных слоев. Согласно этой методике, испытуемый слой экспонируют под 12-польным ступенчатым клином (константа 0,15). В качестве источника излучения используют ртутную лампу RVC = 400. Освещенность стекла копировальной рамы составляет 20 тыс. лк, продолжительность экспонирования -5 мин. Проявление копии проводят в соответствии с технологической инструкцией по использованию испытуемого слоя. На проявленной копии определяют поле, которое находится посередине между полями с полностью проявленным слоем и слоем с рабочими свойствами. Величину S вычисляют по формуле (2.50), принимая <?xml version="1.0"?>
(такая большая величина к берется для того, чтобы числовое значение S не было ничтожно мало).

В практической работе большей частью копируют не тоновые, а штриховые или растровые фотоформы, т. е. имеющие всего лишь две оптические плотности - <?xml version="1.0"?>
и <?xml version="1.0"?>
. В этих случаях достаточно определить две экспозиции <?xml version="1.0"?>
и <?xml version="1.0"?>
, соответствующие этим двум оптическим плотностям. Обычно <?xml version="1.0"?>
называют эффективным контрастом копировального слоя, но на самом деле это - фотографическая широта L слоя, которая тем меньше, чем больше коэффициент контрастности. Фотографическая широта L должна быть равна или меньше <?xml version="1.0"?>
фотоформы.

Интегральная светочувствительность S копировальных слоев, как уже упомянуто (2.2), лежит на низком уровне - около <?xml version="1.0"?>
. Надо иметь в виду при этом, что светочувствительность S существенно зависит от толщины слоя: чем толще слой, тем меньше светочувствительность.

Это объясняется тем, что копировальный слой, нанесенный на формный материал, должен быть проэкспонирован до подложки, иначе негативный слой будет смыт с нее при проявлении, а позитивный слой, напротив, не будет смываться. Степень сшивания (задубливания) негативного слоя около подложки и всего слоя в целом может быть очень малой, но все же не меньше некоторой определенной величины, причем с увеличением толщины слоя необходимая величина общей задубленности быстро возрастает. Так, например, в одном из опытов былоath.76 показано, что в негативном копировальном слое (на основе поливинилциннамата) толщиной 0,1 мкм достаточно раскрыт всего лишь 0,02% наличных двойных связей (раскрытие двойных связей приводит к сшиванию макромолекул полимера), в то время как для слоя толщиной 1 мкм требуется раскрытие уже 15% двойных связей. Для раскрытия каждой двойной связи требуется по меньшей мере один фотон, следовательно, для слоя толщиной 1 мкм потребуется в 750 раз больше фотонов, и светочувствительность его будет в 750 раз ниже, чем у слоя толщиной 0,1 мкм.

Количественную связь между толщиной слоя h и светочувствительностью S легко найти. Поглощение излучения копировальным слоем, как правило, следует закону Бугера - Ламберта - Бэра:

<?xml version="1.0"?>
(2.51)

<?xml version="1.0"?>
(2.52)

где Н - экспозиция у подложки, m- экспозиция у поверхности слоя. Величина светочувствительности S обратна экспозиции <?xml version="1.0"?>
, которую мы даем на поверхность слоя, поэтому

<?xml version="1.0"?>
(2.53)

Формула (2.53) принципиально верна для всех случаев экспонирования копировальных слоев, но в практике могут быть осложняющие обстоятельства. Величина S может быть больше или меньше той, которая указана в этой формуле. Если излучение частично отражается от подложки (например, слой нанесен на металл), то это эквивалентно дополнительному засвечиванию слоя снизу, и найденная опытным путем величина S будет больше, чем следует из формулы. Напротив, если при прохождении излучения через слой в нем появляются какие-то светопоглощающие вещества, наблюдается фильтровой эффект и светочувствительность будет меньше.

Но толстые слои обладают не только меньшей светочувствительностью, по сравнению с тонкими, но и заметно меньшей разрешающей способностью R. На рис. 2.7Зависимость разрешающей способности R копировального слоя от его толщины h представлена найденная опытным путем зависимость R от толщины слоя h; снижение R с увеличением h объясняется увеличением рассеяния света в слое. Как уже было указано (2.1), разрешающая способность копировальных слоев для полиграфии не имеет столь большого значения, как для микроэлектроники, а повышенная толщина их обеспечивает лучшую защиту поверхности формного материала и, кроме того, (что не менее важно) лучшую равномерность толщины слоя на поверхности. Нанесение очень тонких слоев равномерной толщины на большие поверхности - очень трудная задача; в микроэлектронике применяются меньшие площади поверхности, чем в полиграфии, поэтому равномерное нанесение таких слоев в микроэлектронике легче, а высокие защитные свойства тонких слоев обеспечиваются тем, что используются такие высокорезистивные слои, как на основе ПВЦ и циклокаучуков с бисазидами.

В полиграфии кроме разрешающей способности используется понятие выделяющей способности. В то время как разрешающая способность оценивает передачу группы штрихов, выделяющая способность имеет дело с воспроизведением копировальным слоем одиночного штриха, в непосредственной близости от которого нет других штрихов или прочих мелких деталей (одиночный штрих на фотоформе может быть прозрачным на черном фоне или, наоборот, темным на светлом фоне). Выделяющая способность измеряется минимальной шириной скопированного штриха. Введение этого понятия (кроме разрешающей способности) имеет смысл потому, что одиночный штрих находится в других условиях репродуцирования, чем штрих в соседстве с другими штрихами. Это обстоятельство поясняет рис. 2.8Распределение освещенностей E среди группы штрихов и около одиночного штриха, где дана схема распределения освещенностей вблизи прозрачного одиночного штриха и среди группы прозрачных штрихов (очевидно, одиночный штрих в принципе может быть воспроизведен лучше, чем штрих в соседстве с другими штрихами). Между тем в полиграфии очень часто приходится иметь дело именно с одиночными штрихами (например, воспроизведение текста).

Спектральная чувствительность <?xml version="1.0"?>
копировальных слоев определяется их кривыми спектрального поглощения (см. рис. 2.3 и 2.4Cпектральные кривые поглощения позитивного копировального слоя и его составных частей: 1 - копировальный слой; 2 - новолачная смола; 3 - о-нафтохинондиазид). Как правило, максимум чувствительности лежит при 380-400 нм, а длинноволновая граница чувствительности простирается до 420-450 нм.

© Центр дистанционного образования МГУП