成像的原理.doc

成 像 的 原 理前言黑白底片之使用早已多年從生活攝影印刷制版專業攝影（包括一般的商業攝影航空軍事攝影等）到印刷電路板用的圖形底片其用途之廣也是凡人皆知的事實但其感光及成像的原理及經過又有几人知道其中細節又有几人學過想必也是少之又少的即使外國的專業雜志也未見報導過然我等業者多年使用天天接触卻渾然不知連供應商也弄不清楚有了問題衹好以摸索的方式試行解決從正确的管理的觀念這當然是不對的務須有一通而后快的必要然此類資料看似簡單要真正找一套完整的系統卻又大大不易今年由柯達公司提供原文訓練資料經研讀整理而成本文特此感謝柯達公司誠意協助該原文資料是以淺顯易懂的圖片作為說理的重心使讀者容易進入情況而且印象深刻增強記憶在繁忙的現代社會以圖片傳達訊息的方式要比文字強烈而有效是人所共知的事但其間的构思卻更不容易所花的心血絕不亞于文字的整理及修飾若以后有類似的素材必优先介紹底片的組成黑白底片本身是由多元酯類或聚酯類（polyester）透明的片基（support,）及其表面均勻塗佈的乳膠層（emulsion）所构成而乳膠層中又分為有感光的滷化銀（silver halide）的鹽類結晶之微粒及作為載体用的有机乳膠部分等兩种不同的成份鹵化銀鹽在紅光源下制造之初是淡黃色或近乎無色的片狀結晶對白色光源非常敏感一旦感光之后會在其鹽類粒子中形成一种隱性的影像（latent image）,而乳膠載体部分則是用于將均勻分布的銀鹽粒子固定在片基的表面上此二者所构成的塗膜層厚度很薄僅僅微米而已但卻很容易吸水受到溫濕度的影響很大且濕度的效果比溫度更大經常造成精密圖形的走樣這就是一般工厂照相房必須要在222,及RH455（請見IPC-D-310A,2.5節）片基為聚酯類類似杜邦的產品Mylar,但事實上卻是柯達的商品,稱為ESTAR base此種商品化ESTAR片基的厚度有mil及mil兩種在全無乳膠葯膜時其片基受濕度的影響自然要比有葯膜著變化要小而片基較厚時其改變的程度也較小故建議一般電路板工厂應採用mil的黑白底片才對4mil是給一般印刷業制版用的（注RH表Relative Humidity,相對濕度是指在一個定量体積中在既定溫度下以其飽和水蒸氣之情況定為RH100%,其他各种情況對此做比較而得不同之“百分相對濕度”之謂也）葯膜中的鹵化銀鹽是指溴化銀Silver Bromide而言一般俗稱為Silver Halide,注意此字的正确發音是“黑賴”底片的制作完成的濕式制程共分為四大步驟即顯影（Developing）停止（Stop）定影（Fixing）清洗（Washing）現分述于后感光及成影的過程影及像非常近似原文皆為Image,一般瞭解的是取有“影”的底片去复制翻照成有“像”的像片或相片故“顯影”在電路片上可比擬底片工序而“顯像”則可比之為幹膜在版面上的“成像”工程原始存在于葯膜中未感光的鹵化銀是一种銀金屬的溴化物是一种完全不含金屬形態銀（metallic silver）的結晶鹽類受到光能量的刺激后銀鹽中局部發生還原作用而出現黑色的斑點（金屬銀）此即為曝光的祕密但這种晶粒上的小黑斑是不易被發覺的需再經顯影（Developing）過程使小黑點繼續經由此一已發起的還原反應而漸使整個銀鹽晶粒較為變成黑色金屬的粒子再由各密集的金屬銀粒子构成底片上大片局部黑色部分常用的顯像液中以苯二酚（Hydroquinone）C6H4(OH)作為顯影劑及另加的專密性的顯影劑共同負擔上述還原反應另含溴化鉀（Potassium Bromide KBr）當成抑制劑(Restrainer)及亞硫酸鈉(Sodium Sulfite Na2SO3)當成防護劑(Preservative)以及碳酸鈉(Soldium Carbonate Na2SO3)當成活化劑(Activator)其常見的配方如下Kodah Hydroquinone苯二酚 12.0g/lKodah Elon Developing Agent專密顯影劑 3.0g/lKodah Potassium Bromide溴化鉀 2.0g/lKodah Sodium Sulfite亞硫酸鈉 45.0g/lKodah Sodium Carbonate碳酸鈉 80.0g/lWater to make純水稀釋 1 L活化及防護上述配方中的兩种“顯影劑”在一般中性水溶液中對銀鹽的還原作用並不順利須改變成為鹼性水溶液才更能加快速及有效故于配方中加入鹼性活化劑使反應能快速及完整除了上述的碳酸鈉之外也可加入氫氧化鈉及硼酸鈉（Borax）,但此种有机物的顯影劑在鹼性環境及空气的共同影響下很容易裂解及氧化而變成棕色而漸失效了故需要再加亞硫酸鈉當成防護劑以防止顯像液的逐漸氧化抑制作用再者顯影劑的功用是將已感光發生黑斑的鹵化銀（gX）再繼續擴大為全黑的金屬銀（Ag）,但此顯影液也會對未感光區的gX進行工作使之成為霧狀現象（Fog）之反效果才能有良好品質的顯影工序于是在配方中加入溴化鉀（KBr）當成抑制劑停止反應當底片完成上述反應后要取出並進行水洗以沖掉多余附著的藥液以防止反應繼續進行否則的話未曝光區域也會漸漸變黑或霧化而失去了全暗或全明的良好解像品質然而在廣大面積的底片上帶有多量鹼液的情行下水洗是無法迅速有效的除去上述的鹼液以停止不應再有的反應最有效的方法是用酸去中和底片上所附著的鹼液最常用的是醋酸（Acetic Acid）.此种“停止液”除了停止底片上持續的顯影反應外另一項重要的功能是阻止將殘鹼液帶下一站的定影液中以防止定影液被污染而縮短其使用時間以保護此昂貴的定影液定影作用定影就是把未感光的鹵化銀洗掉其反應是用硫代硫酸鈉（Sodium Thiosulfat Na2S2O3）或俗稱為海波（Hypo）的東西將未感光未起變化的鹵化銀自底片上的葯膜中洗掉故海波可視為鹵化銀的溶劑一樣把底片上未感光鹵化物洗得清洁溜溜好像打了全壘打一樣之后已感光及還原成為黑色金屬部分將會永久保留在片基上若未感處葯膜中的鹵化銀未能清除時則其等仍有感光的本能存在使已經顯出影像的底片久置后仍會變暗成為一團糊涂難以分辨的全部黑藥面例如圖中之例放久了就把原有的人象給淹沒了定影液中除了主要能夠溶掉鹵化銀的全壘打主將“海波”外尚另需加入（一） 亞硫酸鈉當成的防護劑使在定影液中万一有硫元素膠體出現時（牛乳狀）此防護能將之再作用回去成為有用的“海波”也就防止定影液的變成乳白現象注意其作用及反應的原理與在前述的顯影液中並不相同在此定影處則猶如扮演一西部大俠的角色解救已經發生困難而形成膠体使之再回到良好可用的“海波”而在顯影液中則只是作為抗氧劑不使顯影液氧化成棕黃色而已（二） 要加入醋酸當成中和劑使能中和掉因底片未能洗凈而不小心帶入的活化性的鹼液此等鹼液會與“海波”作用生成混濁的硫元素膠体粒子雖可由上述之“亞硫酸鈉”大俠好漢予以解救但總是以不要發生才好（三） 要加入作為緩沖作用硼酸使定影液的ph維持在4左右使有最好的反應環境硼酸的功能猶如汽車的橡皮緩沖器一樣（四） 要加另一种硬化劑（Hardener）明礬PotassiumAlumAl2(SO4)3K2 SO424H2O,其學名是“硫酸鋁鉀Aluminum Potassium Sulfate”,有收斂作用因片基上藥面中的乳膠質（Galatin）,經上述顯影液作用后發生腫脹及軟化定影液中的明礬則能使之再收縮及硬化回到原來狀況使已有影像的黑色部分不致因太過松軟而在流程中受到傷害不過此種明礬硬化劑非常怕鹼性環境在ph高時會失去收縮及硬化作用故須在硼酸努力工作下使定影液維持ph4左右使硬化劑發揮功能至此已完成“沖片”的三大步驟了ph是指“氫離子濃度”的倒數再取“對數”而得的簡單常數用數學符號表示即為PHLog1H其目的在使一冗長的小數所表示的氫離子濃度如0.0000001(ph=7)可以用一個簡單數字表達使更容易体會圖中即為ph值及其代表的酸鹼性質定影液常見的配方為Kodak Sodium Thiosulfate硫代硫酸鈉 240g/LKodak Sodium Sulfite亞硫酸鈉 15g/LKodak Acetic Aci