Lithography là gì? Đây là một câu hỏi mà nhiều người quan tâm, đặc biệt trong lĩnh vực in ấn, nghệ thuật và công nghệ hiện đại. Kỹ thuật này không chỉ là nền tảng của ngành in ấn truyền thống mà còn là công nghệ cốt lõi trong sản xuất vi mạch điện tử và các thiết bị bán dẫn. 
 

1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản về lithography

1.1. Lithography là gì? 

Thuật ngữ này đề cập đến kỹ thuật in thạch bản (còn gọi là in litô hoặc in đá). Đây là phương pháp in ấn trên bề mặt nhẵn dựa trên nguyên lý dầu và nước không hòa tan lẫn nhau. Từ "lithography" xuất phát từ tiếng Hy Lạp, với "lithos" nghĩa là đá và "graphein" nghĩa là viết hoặc vẽ. Ban đầu, kỹ thuật này sử dụng đá vôi làm bề mặt in, nhưng ngày nay đã phát triển với các vật liệu hiện đại như kim loại hoặc nhựa.
 

Lithography khác biệt so với các phương pháp in ấn khác như in khắc nổi (relief printing) hay in lõm (intaglio), vì nó là phương pháp in phẳng (planographic), nơi phần in và không in nằm trên cùng một mặt phẳng. Điều này cho phép tạo ra các bản in chi tiết, mịn màng mà không cần khắc sâu vào bề mặt. Trong ngữ cảnh công nghệ, lithography thường đề cập đến photolithography – một biến thể sử dụng ánh sáng để tạo mẫu trên bề mặt silic, là bước quan trọng trong sản xuất chip máy tính.
 

Lithography không chỉ là kỹ thuật in mà còn là nghệ thuật. Nhiều nghệ sĩ nổi tiếng như Henri de Toulouse-Lautrec hay Pablo Picasso đã sử dụng lithography để tạo ra các tác phẩm in ấn độc đáo, kết hợp giữa hội họa và in ấn. Ngày nay, lithography vẫn được áp dụng trong in ấn thương mại, sản xuất bao bì và thậm chí trong lĩnh vực y tế, như in các mẫu mô hình sinh học.
 

1.2. Lịch sử phát triển của Lithography

Lịch sử lithography bắt đầu từ cuối thế kỷ 18. Năm 1796, Alois Senefelder, một nhà viết kịch người Đức sinh ra ở Bohemia (nay thuộc Cộng hòa Séc), đã phát minh ra kỹ thuật này khi tìm cách in các vở kịch của mình một cách tiết kiệm. Ban đầu, Senefelder sử dụng đá vôi Bavarian để vẽ hình ảnh bằng bút chì dầu, sau đó xử lý bề mặt để tạo sự phân biệt giữa phần hút mực và phần hút nước. Phát minh này được công nhận chính thức vào năm 1798 và nhanh chóng lan rộng khắp châu Âu.
 

Vào đầu thế kỷ 19, lithography được cải tiến để in màu, gọi là chromolithography, do Godefroy Engelmann phát triển năm 1837. Kỹ thuật này sử dụng nhiều tấm đá riêng biệt cho từng màu, cho phép tạo ra các áp phích rực rỡ, góp phần vào sự bùng nổ của quảng cáo và nghệ thuật đường phố. Ở Mỹ, lithography được áp dụng rộng rãi trong in bản đồ và sách, với các công ty như Currier & Ives sản xuất hàng ngàn bản in dân gian.
 

Thế kỷ 20 chứng kiến sự chuyển đổi từ lithography truyền thống sang hiện đại. Sự ra đời của offset lithography vào đầu những năm 1900, nơi mực được chuyển gián tiếp qua một trống cao su, đã cách mạng hóa ngành in ấn. Đồng thời, trong lĩnh vực công nghệ, photolithography được phát triển từ những năm 1950, trở thành công cụ thiết yếu cho ngành bán dẫn. Công ty ASML của Hà Lan hiện là nhà sản xuất máy lithography hàng đầu thế giới, với công nghệ EUV (Extreme Ultraviolet Lithography) cho phép tạo ra các transistor kích thước nanomet.
 

1.3. Nguyên lý của Lithography

Nguyên lý cốt lõi của lithography là lực đẩy giữa dầu và nước – hai chất không hòa tan lẫn nhau. Trong lithography truyền thống, bề mặt in (thường là đá vôi hoặc tấm kim loại) được xử lý để tạo hai vùng: vùng hút dầu (hydrophobic) và vùng hút nước (hydrophilic).
 

Quy trình bắt đầu bằng việc vẽ hình ảnh ngược lên bề mặt bằng vật liệu dầu mỡ, như bút chì dầu hoặc mực dầu. Sau đó, bề mặt được ngâm trong dung dịch axit yếu và gum arabic để làm cho phần không hình ảnh trở nên hydrophilic. Khi lăn nước qua bề mặt, nước chỉ dính vào phần không hình ảnh, trong khi phần hình ảnh đẩy nước và hút mực dầu. Mực được lăn lên, dính vào phần hình ảnh, và cuối cùng được ép lên giấy để tạo bản in xuôi.
 

Trong photolithography (quang khắc), nguyên lý tương tự nhưng sử dụng ánh sáng. Một lớp photoresist (chất cản quang) được phủ lên bề mặt silic. Ánh sáng chiếu qua mặt nạ (mask) để thay đổi tính chất của photoresist: phần tiếp xúc ánh sáng trở nên hòa tan (positive resist) hoặc không hòa tan (negative resist). Sau đó, dung dịch tráng rửa loại bỏ phần không cần thiết, tạo mẫu cho các bước etching hoặc doping.
 

Nguyên lý này đảm bảo độ chính xác cao, với độ phân giải xuống đến nanomet trong công nghệ hiện đại. Tuy nhiên, nó đòi hỏi môi trường sạch sẽ, vì bụi bẩn có thể làm hỏng bề mặt.
 

2. Các loại in thạch bản

In thạch bản là một kỹ thuật in đa năng, có thể thích ứng với nhiều loại vật liệu, phương pháp in và ứng dụng công nghiệp khác nhau. Theo thời gian, nhiều loại in thạch bản đã phát triển, mỗi loại phù hợp với từng mục đích cụ thể. Dưới đây là một số loại chính:
 

2.1. In thạch bản truyền thống (In đá)

Đây là hình thức in thạch bản đầu tiên, được phát minh vào năm 1796. Kỹ thuật này bao gồm việc vẽ hoặc tô màu hình ảnh trực tiếp lên bề mặt đá bằng một chất liệu dầu, chẳng hạn như bút chì dầu. Sau đó, đá được xử lý hóa học để mực chỉ bám vào các vùng đã vẽ, trong khi phần còn lại của bề mặt vẫn không thấm mực. Phương pháp này vẫn được sử dụng trong in ấn mỹ thuật ngày nay.
 

2.2. In thạch bản Offset

In thạch bản Offset là hình thức in ấn thương mại phổ biến nhất. Kỹ thuật này bao gồm việc chuyển hình ảnh đã được in mực từ bản thạch bản sang một tấm cao su, sau đó phủ lên bề mặt in, thường là giấy. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong in ấn số lượng lớn cho báo, tạp chí, tờ rơi và áp phích. Quy trình in offset cho phép tạo ra bản in sắc nét, chất lượng cao với chi phí tương đối thấp trên mỗi đơn vị sản phẩm.
 

2.3. Quang khắc

Quang khắc chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn. Kỹ thuật này sử dụng ánh sáng để chuyển các hoa văn lên vật liệu nhạy sáng, sau đó được tráng phủ bằng phương pháp hóa học. Quang khắc cho phép tạo ra các hoa văn cực kỳ chi tiết, cần thiết cho việc sản xuất vi mạch và các linh kiện điện tử khác. Nó đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất thiết bị điện tử hiện đại.
 

2.4. In thạch bản phẳng

In thạch bản phẳng là phương pháp in mà bề mặt in vẫn phẳng, thay vì được in nổi hoặc khắc. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để in hình ảnh chất lượng cao và tương tự như in thạch bản offset nhưng không cần lớp phủ cao su. Phương pháp này thường được sử dụng trong in ấn mỹ thuật và in ấn thương mại cao cấp.
 

Mỗi loại in thạch bản đều có mục đích sử dụng riêng. Trong khi in thạch bản truyền thống phổ biến trong nghệ thuật, in thạch bản offset lại vượt trội trong in ấn sản xuất hàng loạt. In thạch bản quang học rất quan trọng trong sản xuất thiết bị điện tử, và in thạch bản phẳng được ưa chuộng cho các bản in nghệ thuật chất lượng cao. Việc hiểu rõ các loại hình in này cho phép các doanh nghiệp và nghệ sĩ lựa chọn phương pháp tốt nhất cho nhu cầu cụ thể của mình.

Tham khảo thêm: In ống đồng là gì?
 

3. Chi tiết về quy trình in thạch bản

3.1. Quy trình in chuyên nghiệp

Quy trình in thạch bản là một kỹ thuật cực kỳ tinh vi, bao gồm nhiều công đoạn để tạo ra một bản in. Việc hiểu rõ từng bước giúp đánh giá mức độ chi tiết và độ chính xác cần thiết. Quy trình này thường được sử dụng cho các bản in chất lượng cao, chẳng hạn như catalogue, nơi hình ảnh sống động và bản sao rõ nét là điều cần thiết.
 

Sau đây là thông tin chi tiết từng bước của quy trình in thạch bản:
 

3.1.1 Chuẩn bị bản in

Bước đầu tiên trong quy trình in thạch bản bao gồm việc chuẩn bị một bề mặt phẳng, nhẵn, thường là tấm đá hoặc kim loại. Tấm này được phủ một lớp nhũ tương nhạy sáng. Sau đó, bản in được vẽ tay hoặc chụp ảnh cùng với hình ảnh cần in. Trong in thạch bản offset hiện đại, hình ảnh được chuyển sang một tấm kim loại.
 

3.1.2. Tạo hình ảnh

Hình ảnh được tạo ra bằng chất nhờn, chẳng hạn như bút sáp màu hoặc mực in thạch bản. Hình ảnh này sẽ hút mực, trong khi các vùng không phải hình ảnh sẽ đẩy mực ra. Giai đoạn này đặc biệt quan trọng khi in hình ảnh chi tiết như trong catalogue, nơi việc tái tạo chính xác sản phẩm hoặc tác phẩm nghệ thuật là rất quan trọng.
 

3.1.3. Xử lý hóa học

Sau khi hình ảnh được tạo ra, bản in sẽ được xử lý hóa học. Quá trình xử lý này đảm bảo các vùng không phải là một phần của hình ảnh vẫn chống thấm nước, trong khi các vùng hình ảnh vẫn tiếp nhận mực. Bước này rất quan trọng đối với quy trình in thạch bản và đảm bảo độ rõ nét cũng như chất lượng của bản in cuối cùng.
 

3.1.4. In mực lên bản in

Sau đó, bản được in mực bằng các con lăn đặc biệt áp dụng mực lên các khu vực hình ảnh. Hình ảnh đã in mực giờ sẵn sàng để chuyển. Mực được sử dụng trong in thạch bản thường là loại gốc dầu, giúp mực bám chặt vào các vùng nhờn trên tấm. Điều này đặc biệt quan trọng khi tạo ra các bản in chất lượng cao, chẳng hạn như in catalogue, đòi hỏi hình ảnh sắc nét, rõ ràng.
 

3.1.5. Chuyển hình ảnh

Bước cuối cùng bao gồm việc chuyển hình ảnh đã được in từ bản in sang bề mặt in (thường là giấy). Trong in thạch bản offset, hình ảnh trước tiên được chuyển sang một tấm cao su trước khi được áp lên giấy. Phương pháp này giúp giảm thiểu hao mòn trên bản in và cho phép chất lượng in cao hơn, điều này đặc biệt quan trọng đối với các dự án đòi hỏi sự tái tạo chi tiết, chẳng hạn như catalogue.
 

Quy trình in thạch bản tạo ra các bản in chất lượng cao, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho in catalogue và các ứng dụng thương mại khác đòi hỏi độ chi tiết và độ chính xác màu sắc cao. Khả năng tạo ra nhiều bản sao nhanh chóng và chất lượng đồng đều của in thạch bản đã khiến nó trở thành phương pháp được ưa chuộng cho các dự án in ấn quy mô lớn.
 

3.2. Quy trình kỹ thuật trong in offset và quang khắc

3.2.1. Trong offset lithography

1. Tạo bản in: Sử dụng phim ảnh hoặc laser để tạo bản kim loại.
2. Lắp bản vào máy: Bản được cuốn quanh trống in.
3. Chuyển mực: Mực từ bản sang trống cao su, rồi sang giấy. Quy trình này cho phép in tốc độ cao, lên đến hàng nghìn bản/giờ.

3.2.2. Trong photolithography cho bán dẫn (quang khắc)

1. Phủ photoresist: Quay ly tâm để tạo lớp mỏng.
2. Chiếu sáng: Sử dụng đèn UV qua mặt nạ.
3. Tráng rửa: Loại bỏ phần thừa.
4. Etching: Ăn mòn bề mặt để tạo cấu trúc.
5. Loại bỏ photoresist: Sử dụng dung dịch.

Quy trình này lặp lại nhiều lần để tạo lớp đa tầng trong chip.
 

4. Kỹ thuật in thạch bản hiện đại: Ứng dụng và ưu điểm

4.1. Ưu điểm của in thạch bản Lithography

Kỹ thuật in thạch bản hiện đại đã có những bước tiến dài kể từ khi được phát minh vào cuối thế kỷ 18. Ngày nay, đây là một trong những kỹ thuật in được sử dụng rộng rãi nhất, đặc biệt là trong in ấn thương mại số lượng lớn. Khả năng tạo ra các bản in đồng đều, chất lượng cao một cách nhanh chóng và hiệu quả của kỹ thuật in thạch bản đã biến nó thành phương pháp được ưa chuộng cho nhiều ứng dụng, bao gồm sách, tạp chí, báo, catalogue và tài liệu quảng cáo.
 

Một trong những ưu điểm chính của in thạch bản là tính linh hoạt. In thạch bản có thể được sử dụng để in trên nhiều loại vật liệu, bao gồm giấy, nhựa, kim loại và thậm chí cả vải dệt. Điều này làm cho nó trở nên lý tưởng cho nhiều ngành công nghiệp, từ xuất bản đến bao bì. Hơn nữa, kết quả chất lượng cao đạt được bằng in thạch bản vượt trội so với các phương pháp khác, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên để tạo ra hình ảnh sống động, văn bản sắc nét và chi tiết tinh tế.
 

Một lợi thế lớn khác của in thạch bản là tính hiệu quả về mặt chi phí khi in số lượng lớn. Khi các tấm thạch bản được tạo ra, chi phí cho mỗi đơn vị sản phẩm giảm đáng kể khi số lượng tăng lên, giúp sản xuất hàng loạt hiệu quả cao. Đây là lý do tại sao in thạch bản vẫn là lựa chọn phổ biến để in số lượng lớn các mặt hàng như catalogue, brochure, quảng cáo, và thậm chí cả lịch tùy chỉnh. Độ chính xác của in thạch bản đảm bảo mỗi trang lịch tùy chỉnh đều được in với màu sắc sống động và hình ảnh sắc nét, lý tưởng để tạo ra những cuốn lịch bắt mắt và chuyên nghiệp, phù hợp với nhu cầu cụ thể.
 

Sự ra đời của công nghệ in offset hiện đại đã cải thiện hơn nữa hiệu quả và độ chính xác của in thạch bản. In offset, sử dụng lớp cao su để truyền mực từ bản in lên bề mặt in, giúp tạo ra các bản in chất lượng cao với tốc độ nhanh hơn, độ chính xác màu sắc cao hơn và ít lãng phí mực hơn.
 

4.2. Phát triển hiện đại và tương lai của lithography

Ngày nay, kỹ thuật in thạch bản tiếp tục phát triển với sự tích hợp của công nghệ số. In thạch bản kỹ thuật số cho phép thời gian hoàn thành sản phẩm nhanh hơn và nhiều tùy chọn tùy chỉnh hơn. Lithography tích hợp công nghệ số, như CTP (Computer-to-Plate) cho phép in trực tiếp từ file kỹ thuật số. Trong bán dẫn, EUV lithography đẩy giới hạn xuống 2nm, hỗ trợ AI và 5G.
 

Khi công nghệ phát triển, kỹ thuật in thạch bản được kỳ vọng sẽ tiếp tục giữ vai trò chủ chốt trong thế giới in ấn, mang lại chất lượng, tốc độ và tính linh hoạt vượt trội cho cả ứng dụng thương mại và nghệ thuật. Tương lai, lithography có thể kết hợp với AI để tối ưu quy trình, hoặc phát triển soft lithography cho vật liệu linh hoạt. Tuy nhiên, thách thức là năng lượng và môi trường, đòi hỏi công nghệ xanh hơn.
 

Đọc thêm: Tram là gì trong in ấn?