Травление. Часть 4

Автор: Sobiratel_sxem
Опубликовано 21.11.2023
Создано при помощи КотоРед.

     Добрый день, уважаемые радиолюбители.
     В предыдущих частях данной статьи мы подробно уже рассмотрели множество различных рецептур для травления печатных плат. Сегодня мы рассмотрим ещё несколько рецептур, их плюсы и минусы, а также возможность использования в домашних условиях [1,2,3].

     1. Итак, первой рассмотренной на сегодня рецептурой будет рецептура на основе бихроматов. Такой раствор травления выглядит следующим образом:

• бихромат натрия (калия) – 20-25г;
• хлорид натрия – 5г;
• 30% раствор серной кислоты – 150 мл.

     Для приготовления раствора травления необходимо в тёплом растворе (40-50 градусов Цельсия) серной кислоты растворить 20-25г бихромата калия (натрия). После этого нужно добавить 5г хлорида натрия (поваренной соли) и тщательно перемешать до полного растворения. Полученный раствор будет иметь яркий красно-оранжевый цвет.
     Теперь можно опустить заготовку с нанесённым защитным рисунком в травильный раствор и дождаться окончания травления. При этом желательно обеспечить постоянную циркуляцию травильного раствора.
По мере стравливания меди травильный раствор будет окрашиваться в тёмный фиолетово-серый цвет. Окрашивание раствора обусловлено образованием в растворе сульфата хрома и сульфата меди.
     На ускоренном видео ниже [4] процесс травления показан вживую. Суммарно полное растворение опущенного в раствор кусочка меди заняло около 10 минут.

     Основными достоинствами данного состава травления являются:

• все используемые компоненты раствора доступны в продаже;
• отработанный раствор можно хранить и использовать несколько раз вплоть до полного истощения;
• скорость травления достаточно высока (особенно в подогретом до 40-50 градусов Цельсия растворе) и сравнима с рецептурами на основе перекиси водорода и серной (сульфаминовой, лимонной) кислоты.

     Основными недостатками данного состава травления являются:

• приготовление раствора требует навыков обращения с кислотами (даже 30% раствор серной кислоты способен оставлять ожоги, а также портить одежду из некоторых материалов. Особенно в подогретом виде);
• растворимые соли хрома(VI) относятся к веществам, чрезвычайно опасным для окружающей среды (высокотоксичны и канцерогенны) – их утилизация связана с рядом трудностей. Сливать подобные растворы в канализацию строго запрещено;
• при работе необходимо использовать полный комплект СИЗ: противоаэрозольный респиратор, защитные очки, перчатки.

     Рецептуры на основе бихроматов долгое время использовались в производстве для травления печатных плат. После внесения растворимых солей хрома(VI) в список чрезвычайно опасных для окружающей среды веществ их применение максимально сократилось – везде, где была возможность, от таких рецептур отказались, заменив на более безопасные.
     Таким образом хотелось бы предостеречь радиолюбителей от использования подобных рецептур (несмотря на то, что их описание в литературе время от времени встречается) в домашних условиях. Как минимум это не безопасно!

     2. Второй рассмотренной рецептурой будет рецептура на основе хлорида меди. Такой раствор травления выглядит следующим образом [6,7]:

• хлорид меди(II) – 20-25г;
• хлорид аммония – 30-35г;
• карбонат аммония – 5-10г;
• 10% раствор аммиака – до pH равным 8-9 + ещё 10-20% сверху.

     Для приготовления раствора необходимо в 100 мл тёплой воды растворить 20-25г хлорида меди(II) – получится раствор насыщенного сине-зелёного цвета.
Далее к раствору небольшими порциями приливается 10% раствор аммиака и тщательно перемешивается до получения pH равным 8-9 плюс добавляется сверху примерно 10-20% избытка раствора аммиака по объёму от прилитого. По мере добавления новых порций аммиака цвет раствора сначала изменится на голубоватый, потом станет синим и наконец фиолетово-синим. При этом раствор станет прозрачен и появится отчётливый запах аммиака. Сине-фиолетовый цвет раствора обусловлен образованием комплексного соединения – хлорида тетраамминмеди(II). При использовании 10% раствора аммиака потребуется около 120-150 мл.
     Теперь к полученному раствору необходимо добавить 30-35г хлорида аммония и тщательно перемешать, а потом 5-10г карбоната аммония и снова тщательно перемешать. Объём раствора необходимо довести водой до 250 мл, если он получился меньше. Итоговый цвет раствора показан на фото ниже.

     Перед травлением раствор необходимо нагреть до 40-50 градусов и поддерживать температуру на всём протяжении процесса травления.

     Основными достоинствами данного состава травления являются:

• все используемые компоненты раствора доступны в продаже;
• отработанный раствор можно хранить и использовать несколько раз (вплоть до полного истощения при условии хранения в герметичной таре);
• отработанный раствор можно утилизировать в канализацию;
• раствор достаточно стабилен и не склонен к самопроизвольному закипанию (как в случае с растворами на основе перекиси водорода);
• существуют эффективные промышленные способы регенерации подобных травильных растворов. В домашних же условиях частично регенерировать раствор можно продувкой кислородом воздуха;
• частично извлечь медь из раствора можно электролизом отработанного травильного раствора. При этом также происходит частичная регенерация раствора [6, 8].

     Основными недостатками данного состава травления являются:

• раствор достаточно сильно пахнет аммиаком т.к. содержит его избыток;
• при работе необходимо использовать полный комплект СИЗ: противоаэрозольный респиратор, защитные очки, перчатки. Кроме того, работать необходимо на свежем воздухе либо в вытяжном шкафу;
• низкая скорость травления - она несколько выше скорости травления при использовании хлорного железа;
• раствор травления не совместим с широко распространёнными в радиолюбительской практике фоторезистами т.к. итоговая среда щелочная.

         Скорость травления достаточно сильно зависит от концентрации меди в растворе и температуры раствора - при слишком малом и слишком большом содержании меди в растворе происходит резкое изменение скорости травления, что является показателем нестабильности процесса, неприемлемой для практической эксплуатации раствора. Рабочей при промышленном применении является зона в области от 80 до 100 г/л меди по металлу.

     С повышением температуры скорость травления повышается, но ее ограничивает разложение аммиачного комплекса...

     Фактически данная рецептура травления является промышленной и достаточно активно используется при производстве печатных плат. Но в общем и целом, данный раствор вполне можно использовать в домашних условиях при травлении печатных плат, но при условии, если вы готовы работать с аммиаком.

     3. Третья рассмотренная рецептура также будет на основе хлорида меди. Раствор травления будет выглядеть следующим образом [9, 10]:

• хлорид меди(II) – 30г;
• хлорид аммония – 70г;
• 250 мл. дистиллированной воды.

     При приготовлении раствора и возможности травления в таком растворе необходим значительный избыток хлорид-ионов. Рекомендуется добавлять хлорид аммония по отношению к хлориду меди в соотношении 2:1-3:1.
После тщательного перемешивания компонентов цвет раствора изменится на насыщенный тёмно-зелёный. Это связано с тем, что в растворе будет образовываться тетрахлоркупрат аммония. Ничего не напоминает? Да, всё верно, образующийся комплекс является близким родственником тетрахлоркупрата натрия в растворе травления на основе сульфата меди (медного купороса) и хлорида натрия (поваренной соли). Таким образом способ применения, основные достоинства и недостатки данного состава травления, полностью аналогичны ранее рассмотренной рецептуре на основе медного купороса и поваренной соли.
     Единственное отличие – при использовании данной рецептуры не образуется побочный сульфат натрия, накопление которого приводит к разрушению образующегося комплекса меди и ухудшению процесса травления. Таким образом нет необходимости в целях стабилизации процесса травления подкисливать раствор.
     Тут же можно сразу предложить ещё один вариант данной рецептуры, а именно:

• хлорид меди(II) – 30г;
• хлорид натрия – 70г;
• 250 мл. дистиллированной воды.

     В случае применения хлорида натрия будет уже образовываться тетрахлоркупрат натрия по аналогии с рецептурой на основе медного купороса и поваренной соли. Сульфат натрия в продуктах реакции так же отсутствует.
Таким образом, обе рецептуры обладают некоторыми преимуществами и могут быть использованы для травления печатных плат в домашних условиях аналогично рецептуре на основе медного купороса и поваренной соли.
     Основными достоинствами данного состава травления являются:

• все используемые компоненты раствора доступны в продаже;
• отработанный раствор можно утилизировать в канализацию;
• раствор достаточно стабилен и не склонен к самопроизвольному самозакипанию (как в случае с растворами на основе перекиси водорода);
• в качестве СИЗ нет необходимости использовать полный комплект — достаточно перчаток (но для собственной безопасности лучше использовать дополнительно защитные очки и медицинскую маску т.к. попадание брызг раствора в глаза, а также пыли хлорида меди и хлорида аммония в лёгкие ни к чему хорошему не приведёт);
• отработанный раствор можно условно хранить и использовать повторно.

     Основными недостатками данного состава травления являются:

• низкая скорость травления без подогрева – для приемлемой скорости травления необходимо поддерживать температуру около 40-50 градусов Цельсия;
• скорость травления значительно ниже, чем в рецептурах на основе перекиси водорода и лимонной (серной, сульфаминовой) кислот;
• раствор способен оставлять пятна (но удаляются они значительно проще, чем пятна хлорного железа).

     Таким образом, данной частью статьи мы полностью заканчиваем рассмотрение существующих широко-распространённых рецептур для травления печатных плат в домашних условиях. Единственное что осталось рассмотреть  на текущий момент в цикле статей - определение оптимального времени экспонирования фоторезиста и паяльной маски в заданных условиях.

     А на сегодня у меня всё, с уважением, Андрей.

 
Список использованной литературы:

1. Травление. Часть 1
2. Травление. Часть 2
3. Травление. Часть 3
4. Травление бихроматом калия
6. Технологии в электронной промышленности, №3, 2007 год, Травление печатных плат и регенерация травильных растворов
7. Медведев А.М. Печатные платы. Процессы травления рисунка//Технологии в электронной промышленности, 2013, № 8
8. Система регенерации хлорида меди Vis-U-Etch 5 в кислых травильных растворах. Эффективное повышение качества травления печатных плат (Технологии в электронной промышленности, №1, 2005 год)
9. А. Медведев. Печатные платы. Конструкции и материалы. — М: Техносфера, 2005. — 305 с.
10. Высокоточное травление. От теории к практике (Технологии в электронной промышленности, №3, 2008 год)

Все вопросы в Форум.