摘要 介绍现代印刷制版所用光刻胶，着重介绍正性光刻胶的感光机理，对负性光刻胶和免处理光刻胶的基础知识进行了扼要介绍。可作为高中化学阅读材料，供一线教师选用。 关键词 高中化学 阅读材料 光刻胶 感光机理 印刷制版 重氮萘醌 将一种材料均匀涂布在底板上，表面覆盖掩膜，经紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源的照射或辐射，曝光区与非曝光区的溶解性产生显著差异。曝过光的底片或相纸用药液处理显出影像（称为显影）后，底板表面呈现出与掩膜一致或相反的图形。这种材料就是光刻胶（又称光致抗蚀剂），这个过程称为制版。光刻胶可分为两类：一类是正性光刻胶，其曝光部分可溶，非曝光部分不溶，形成的图像与掩膜相同；另一类是负性光刻胶，其曝光部分不溶，非曝光部分可溶，形成的图像与掩膜相反。
1 正性光刻胶
正性光刻胶因其高反差、不溶胀和非有机溶剂显影等优点，被广泛应用于印刷、电子及精密加工等领域。典型正性光刻胶的有效成分是线性酚醛树脂、重氮萘醌类感光化合物。那么， 这些物质在曝光时发生了什么变化使得曝光区与非曝光区的溶解性产生了显著差异呢？对于这个问题，学者们有着不同的认识，这里我们介绍两种主流观点。
1.1 分子间氢键作用机理
早期的分子间氢键作用机理［1智能巡检终端，2］得到了较多人认可。该机理认为，感光前，酚醛树脂的羟基与重氮萘醌通过氢键作用（如图1所示），形成了稳定的6元环结构，因此不溶于碱水。
图1 重氮萘醌系正性光刻胶分子间氢键作用
曝光时，如图2所示，重氮萘醌先失去1分子氮，并迅速重排成烯酮，然后转变成茚羧酸，上述6元环结构被破坏。茚羧酸遇碱水生成茚羧酸盐而溶解，酚醛树脂本身就是可溶于碱水的，这样曝光部分都溶解了，留下与掩膜相同的图像。
图2 重氮萘醌的光分解过程示意图
1.2 新的酚醛树脂分子溶解模型
Reiser后来提出的这种机理认为［3,4］，重氮萘醌分子中的S=O键极性非常强，感光前它与临近酚醛树脂的苯酚羟基O—H发生较强的氢键作用（见图3）。氢键作用使该酚羟基的极性增强，使它的氧原子接受氢原子的能力变强，因此可以吸引临近的苯酚羟基中的氢原子，形成又1个氢键。这种效应可以延伸到更远的酚羟基上，形成苯酚串，阻止酚醛树脂和重氮萘醌溶于碱水。
图3 重氮萘醌与酚醛树脂间的氢键作用高压阻尼线
曝光时，重氮萘醌发生前述光解反应生成茚羧酸，因而可溶于碱水。此外，光解过程中的重排反应放出大量的热，使光解处的瞬时温度达到200℃以上［5］。高温破坏氢键，使苯酚串断开。产生的酚醛树脂也溶于碱水，所以曝光部分都溶于碱水，同样留下了与掩膜相同的图像。
2 负性光刻胶
负性胶的制版速度比正性胶快，耐溶剂性能好，对紫外固化油墨有较高的耐印性。目前负性胶在我国尚未得到广泛应用，主要原因是技术相对不成熟、产品价格较高。负性胶的有
效成分主要是感光树脂和成膜树脂。世界上使用相对较多的感光树脂是重氮树脂，成膜树脂则多选用
聚乙烯醇缩醛树脂。目前，这类光刻胶的感光机理仍在研究之中。有学者认为，重氮树脂和成膜树脂本是可溶于显影液的，在紫外光照射下，感光部分的重氮树脂发生分解，产生活泼的中间体。中间体与成膜树脂的羟基形成醚键，产生交联作用，变为不能溶于显影液，从而留下图像。其过程如图4所示［6］，其中X -一般为芳香族有机酸（例如对甲苯磺酸）的酸根。
图4 重氮系负性光刻胶感光机理示意图
3 免处理光刻胶
传统的光刻胶，不论是正性还是负性，在制版过程中均需要用化学试剂进行显影。为了避免化学显影，实现绿环保印刷，科学家开发出了新型的免处理光刻胶版材，曝光后不需要后处理即可得到模板。
化学变化型版材是近几年来免处理版材研究的热点之一，发展很迅速。这种版材采用平板
印刷，在印刷过程中使用油墨的同时使用润版液（常称为水分），其作用是在版材的亲水区形成水膜，降低亲水区吸收油墨的能力。如果曝光部分转变成亲水性，则油墨吸附在非曝光区，形成与掩膜一致的图像，称为阳图型，反之则为阴图型［7］。阳图版中用得最多的是磺酸酯类物质，这种版材是将磺酸酯、磺酸酰胺等亲油并能分解产生磺酸的物质（称为磺酸诱导体）导入高分子侧链。将这种高分子与光致产酸物质或热致产酸物质混合并涂布在版基上，曝光时，曝光部分的产酸物质产生的酸作为催化剂，使磺酸酯等物质分解而生成磺酸，变为亲水性，而未曝光部分则保持亲油性［8］，其感光机理如图5所示。
图5 磺酸酯的感光机理示意图
塑木生产线免处理版材清洁环保，并有利于提高印刷企业的综合效益。近年来各种类型的免处理版材不断涌现，还出现了可反复使用的免处理版材。但这类版材总体来说种类还很有限，模板的耐印力低，印刷品的清晰度也偏低。因此开发出性能优异、价格低廉的制版材料，是当前研究的主要方向。
参 考 文 献
［1］ 余尚先，顾江楠，童晓等．感光科学与光化学，1998陶粒砂过滤，16（1）：83-90
［2］ 余尚先，顾江楠，童晓．印刷杂志，1998，（9）：29-31
［3］ Reiser A，Yan Z L，二期恒载Han Y K et al ．J．Vac Sci Technol，B，2000，18（3）：1288-1293
［4］ Reiser A，Huang J P，He X et al ．Eur Polym J，2002，38：619-629
［5］ Shih H Y，Reiser A．Macromolecules，1996，29（6）：2082-2087
［6］ Cao S G，Zhao C，Cao W X．Polym Int，1998，45（2）：142-146
［7］ 施致雄，邹应全，余尚先．感光科学与光化学，2003，21（4）：303-315
［8］电视机转盘 Kawamura K，Sorori T，Yamasaki S et al ．EP patent，1075942A2．2001
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