Травление печатных плат в растворе персульфата аммония

Способ травления и регенерации травильного раствора на основе персульфата аммония

Изобретение относится к электрохимическому производству и может быть использовано для регенерации отработанных травильных растворов в производстве печатных плат. Способ травления и регенерации травильного раствора на основе персульфата включает химическое травление и электрохимическую регенерацию отработанного травильного раствора в двухкамерном электролизере, разделенном катионообменной мембраной, при этом отработанный травильный раствор подают в анодную камеру электролизера, а в катодную камеру — сернокислый раствор сульфата меди, полученный путем растворения двойной соли CuSO4(NH4)2SO46H2O, выпадающей в осадок из отработанного травильного раствора при его охлаждении после 6 — 7 циклов процесса «травление-регенерация», при этом медь извлекают до концентрации 1,5 — 2 г/л, а в качестве катода используют титан с гладкой поверхностью. 1 табл.

Изобретение относится к электрохимическому производству и может быть использовано для регенерации отработанных травильных растворов (ТР) производства печатных плат.

Известен способ травления и регенерации ТР на основе персульфата аммония (ПА), включающий химическое травление и электрохимическую регенерацию [1] Электрохимическую регенерацию ведут непосредственно в процессе химического травления путем размещения электродов в ТР при катодной и анодной плотностях тока 1500 2000 и 500 1000 А/м 2 соответственно с дозированной плачей концентрированной перекиси водорода. В качестве катода используют графит, в качестве анода платину. Электролиз ведут при температуре 50 55 o C.

Однако данный способ мало эффективен, так как в процессе электролизера на катоде происходит активное разложение персульфатиона, в связи с этим существенно снижается катодный выход по току меди. Кроме того, при повышенных температурах (50 55 o C) крайне осложняется анодный синтез ПА [2] Проведение электрохимической регенерации непосредственно в ванне травления приводит к возникновению биполярного эффекта, что вызывает неравномерность травления. Вместе с этим существенным недостатком данного способа является также использование больших количеств перекиси водорода, что приводит к разбавлению раствора и дополнительным экономическим затратам.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ травления и трехстадийной регенерации травильного раствора с и использованием двухкамерного электролита с разделением катодного и анодного пространств катионообменной мембраной [3] Отработанный ТР предварительно поступает на первую ступень в электролизер, где извлекается более 60% меди при плотности тока 50 200 А/м 2 и температуре 50 o C в присутствии ингибирующих добавок. После этого раствор подается на вторую ступень регенерации в катодное пространство двухкамерного электролизера, где происходит полное извлечение меди и разложение ПА при катодной плотности тока 500 2000 А/м 2 . Затем раствор из катодной камеры переводят в анодную, где в присутствии ингибирующих добавок (тиоцианата, хлорида, мочевины и др.) в количестве 0,05 0,5 г/л при плотности тока 4000 7000 А/м 2 синтезируется необходимое количество персульфатов с анодным выходом по току 85,1% при условии отсутствия пероксомоносульфатов, которые резко понижают анодный выход по току. Полученные растворы персульфатов используют в ванне травления.

Недостатком этого способа является многостадийность и сложность аппаратурного оформления. Проведение процесса извлечения меди в бездиафрагменном электролизере и в бездиафрагменном электролизере и в катодном пространстве двухкамерного электролизера приводит к полному разложению персульфатов и, следовательно, снижению катодного выхода по току меди, что вызывает значительное увеличение энергозатрат. При этом также отсутствует возможность получения компактных катодных осадков меди. Кроме того, полное извлечение меди с ниpким выходом по току существенно увеличивает длительность проесса регенераии. Использование добавок различного типа на первой и третьей стадиях регенерации приводит к накоплению в растворе продуктов их деструкции, получаемых в процессе электролиза, что осложняет травление и приводит к необходимости периодической очистки.

Для устранения указанных недостатков предложен способ травления и регенерации ТР на основе ПА в двухкамерном электролизере, разделенном катионообменной мембраной, включающий химическое травление и электрохимическую регенерацию, в котором для регенерации отработанный ТР подают в анодную камеру, а в катодную камеру подают сернокислый раствор сульфата меди, полученный путем растворения двойной соли CuSO4(NH4)2SO46H2O, выпадающей в осадок из отработанного ТР при его охлаждении после 6 7 циклов процесса «травление-электрохимическая регенерация» при этом медь извлекают не полностью, а в качестве катода используют титан.

Ввиду невысокой концентрации кислоты в отработанный ТР в процессе электролиза токоперенос через мембрану в основном осуществляется катионами и аммония, которые переходят в катодную камеру. Наблюдаемое при этом падение pH в анодной камере, вызванное диффузией ионов водорода, увеличивает перенапряжение выделения кислорода и тормозит побочную реакцию его образования. Это вызывает увеличение выхода по току ПА. Так как в катодной камере находится раствор с достаточно высоким содержанием ионов меди, в процессе электролиза на катоде при плотности тока 100 200 А/м 2 формируется компактный осадок меди с выходом по току 80 95% Извлечение из меди ведут не полностью, т.к. при достижении концентрации меди в католите 1,5 2,0 г/л резко падает катодный выход по току и значительно ухудшается качество осадка. Для устранения этого необходимо снижать плотность тока, что существенно увеличит длительность процесса и повысит энергозатраты. Поэтому извлечение меди целесообразно проводить до остаточных концентраций 1,5 2,0 г/л. Наличие остаточных количеств меди в анолите позволяет стабилизировать параметры на стадии травления.

В качестве катода используют гладкий титан, который ввиду пассивации обеспечивает легкость съема катодного осадка, обладает высокой коррозионной стойкостью и длительным ресурсом работы.

При увеличении числа циклов «травление электрохимическая регенерация» наблюдается увеличение скорости травления, что объясняется накоплением в растворе сульфата аммония и образованием более стойких аммиачных комплексов. Однако это приводит к некоторому снижению катодного выхода по току. Поэтому после проведения 6 7 циклов «травление электрохимическая регенерация» отработанный ТР охлаждают до 7 10 o C и отделяют выпавший осадок двойной соли CuSO4(NH4)2SO46H2O, а раствор направляют в катодную камеру электролиза для синтеза ПА.

Выпавший кристаллический осадок растворяют в сернокислом растворе и направляют в катодное пространство электролизера. После электроосаждения меди раствор вновь используют для растворения осадка.

Из литературных источников неизвестен способ травления и регенерации травильных растворов на основе ПА, в котором отработанный травильный раствор подается в анодную камеру, а в катодную сернокислый раствор сульфата меди, полученный путем растворения двойной соли CuSO4(NH4)2SO46H2O, выпадающей в осадок из отработанного ТР при его охлаждении после 6 7 циклов процесса травление регенерация» и нами предлагается впервые.

Изобретение поясняется примером.

Пример 1. Заготовки из фольгированного стеклотекстолита марки СТФ-2-35-03 химически травят в растворе, содержанием, г/л: ПА-120, серная кислота 10.

В процессе травления по мере насыщения раствора по меди температуру повышают от 30 до 50 o C. Содержание меди с отработанном ТР составляет 15 г/л Регенерацию отработанного ТР проводят в анодной камере двухкамерного электролизера, где катодное и анодное пространства разделены катионообменной мембраной марки МК-40.

В катодную камеру подают сернокислый раствор сульфата меди с концентрацией ионов меди 30 г/л. В качестве анода используют платину, катода — гладкий титан. Электролиз ведут при катодной и анодной плотностях тока 15 и 7000 А/м 2 соответственно. При этом на катоде формируется компактный осадок меди с катодным выходом по току 96% По окончании процесса регенерации концентрации меди в католите составляет 2 г/л, а концентрация ПА в анолите 110 г/л. После корректировке (добавления 10 г/л ПА), раствор направляют в ванну травления.

После проведения шести циклов «травление-регенерация» отработанный ТР охлаждают до температуры 10 o C и отделяют выпавший кристаллический осадок. Полученный раствор, содержащий 65 г/л ПА, направляют в анодную камеру электролизера. Выпавший осадок двойной соли CuSO4(NH4)2SO46H2O растворяют в 1 М серной кислоте и направляют в катодную камеру электролизера. Начальная концентрация меди в католите составляет 30 г/л.

Результаты травления и регенерации представлены в таблице.

Как видно из таблицы в предложенном способе по сравнению с прототипом коэффициент использования персульфата аммония выше в 2 раза, у предлагаемого 80 85% у прототипа 30 40% Кроме того, катодный выход по току составляет в предлагаемом способе 80 96% что более чем на 30% выше, чем у прототипа.

Таким образом, предложенный способ травления и регенерации позволяет интенсифицировать, упростить и удешевить процесс за счет уменьшения числа стадий процесса, снижения энергозатрат, использования оптимальных концентраций травящих компонентов, многократного и эффективного использования реагентов.

Способ травления и регенерации травильного раствора на основе персульфата аммония, включающий химическое травление и электрохимическую регенерацию отработанного травильного раствора в двухкамерном электролизере, разделенном катионообменной мембраной, отличающийся тем, что при регенерации отработанный травильный раствор подают в анодную камеру электролизера, а в катодную камеру сернокислый раствор сульфата меди, полученный путем растворения двойной соли СuSO4(NH4)2SO46H2O, выпадающей в осадок из отработанного травильного раствора при его охлаждении после 6 7 циклов процесса травление регенерация, при этом медь извлекают до концентрации 1,5 2 г/л, а в качестве катода используют титан с гладкой поверхностью.

Травление печатных плат в растворе персульфата аммония

Группа: Автор
Сообщений: 12813
Пользователь №: 55667
Регистрация: 10-November 09
Место жительства: BY

Собственно, сабж. Предлагают оный по нормальной цене. Кто пользовался, как работает, сколько храниться ?

Это сообщение отредактировал Ferrum-1827 — Jan 4 2014, 10:40 PM

Группа: Cоучастник
Сообщений: 3985
Пользователь №: 96868
Регистрация: 3-December 12
Место жительства: Украина

Работает чуть быстрее хлорного железа. Хранить только сухим, влажный быстро разлагается. Раствор, которым воспользовались вообще не хранится, присутствие ионов меди , марганца, железа является катализатором распада перекисных соединений.
Достоинство: не оставляет ржавых пятен.

Это сообщение отредактировал derba — Jan 4 2014, 10:49 PM

Группа: Автор
Сообщений: 12813
Пользователь №: 55667
Регистрация: 10-November 09
Место жительства: BY

Группа: Cоучастник
Сообщений: 3985
Пользователь №: 96868
Регистрация: 3-December 12
Место жительства: Украина

QUOTE (Ferrum-1827 @ Jan 4 2014, 11:51 PM)
Т.е. если "прокалитть смесь" — с достаточной степенью уверенности можно сказать "храниться будет", верно ?
Читайте также  Как вкусно приготовить уху из карася

Ни в коем случае нельзя прокаливать. Это перекисное соединение, при нагревании разлагается. Еще, хранить в стеклянной таре, в пластиковых будет разлагаться. Сушат в эксикаторе. Сухой будет храниться года 2, в растворе — ок 1-2 недели, если использованный, то я не уверен, что будет травить на следующий день. Нужно травить в теплом растворе. При 40 -50оС плату можно вытравить минут за 5. Примерно так же работает, мож чуть медленнее раствор лимонной кислоты с таблетками гидроперита.
С некоторыми веществами возможно самовозгорание. ( как и таблетки гидроперита с тиосульфатом).

Это сообщение отредактировал derba — Jan 4 2014, 11:08 PM

Группа: Admin
Сообщений: 40835
Пользователь №: 3
Регистрация: 26-January 05
Место жительства: Москва слезам не верит.

QUOTE (Ferrum-1827 @ Jan 4 2014, 11:35 PM)
Собственно, сабж. Предлагают оный по нормальной цене. Кто пользовался, как работает, сколько храниться ?

Пищевая добавка E923 ))) давно им травлю, из тонкостей это соблюдение пропорция и по возможности дистиллированная вода я лью из фильтра, с дистилировкой на дольше хватает. Удобно что нечего не мажет, ну и почти не едовит хотя стаканами хлестать не стоит.
Воду лучше градусов 40, чуть выше комнатной, травит 5-7 минут.

Забавный парень с пи!!ой под носом))

Воздействие на организм

Относится к третьем классу опасности, предельно допустимая норма в рабочем помещении реактива составляет 0,1 мг/ м³ . Длительный контакт с кожей может вызывать дерматиты.

Не задавайте вопросы технического характера в личку, все-равно отправлю на форум.

Хотя бы раз в год уезжай туда, где ты еще не был!

Билль о рабах Вирджиния, 1779 г.:
«Ни один раб не должен хранить или переносить оружие, если только у него нет письменного приказа хозяина или если он не находится в присутствии хозяина».

Группа: Автор
Сообщений: 3758
Пользователь №: 39917
Регистрация: 30-November 08
Место жительства: Архангельская область

Группа: Автор
Сообщений: 12813
Пользователь №: 55667
Регистрация: 10-November 09
Место жительства: BY

QUOTE (werewolf @ Jan 5 2014, 12:25 AM)
Забавный парень с пи!!ой под носом))

У того парня ни слова про хранение сабж. Просто CuSO4 ещё кило 5 есть. Вот и зреет мысль — сменить на что-то посовременнее.

Видимо — пока не стоит. Всем спасибо

Вот знать бы, где потом свежак покупать, раз он так не храниться.

Группа: Cоучастник
Сообщений: 1297
Пользователь №: 38145
Регистрация: 20-October 08
Место жительства: Уссурийск

Группа: Автор
Сообщений: 3758
Пользователь №: 39917
Регистрация: 30-November 08
Место жительства: Архангельская область

QUOTE (samid @ Jan 5 2014, 03:14 AM)
Пользовался им, не оч понравилось. Выйдет дороже хлорного железа, учитывая что раствор должен быт не слабым, и будет одноразовым. Отлетает тонер от дорожек. Поэтому хорош только когда нужно вытравить сразу много плат, отработав весь раствор, и платы сделаны фоторезистом. ДОстоинтва- нет пятен.

Группа: Cоучастник
Сообщений: 140
Пользователь №: 78468
Регистрация: 19-March 11
Место жительства: Кривой Рог

Группа: Cоучастник
Сообщений: 3985
Пользователь №: 96868
Регистрация: 3-December 12
Место жительства: Украина

QUOTE (werewolf @ Jan 5 2014, 12:25 AM)
Забавный парень с пи!!ой под носом))

У того парня ни слова про хранение сабж. Просто CuSO4 ещё кило 5 есть. Вот и зреет мысль — сменить на что-то посовременнее.

Видимо — пока не стоит. Всем спасибо

Если травите купоросом, тогда я предложу другой состав. Так же применяется радиолюбителями. Травление нашатырем (хлористым аммонием).
Первоначально: готовите раствор, как и с медным купоросом, но вместо соли добавляете хлористый аммоний (Первоначально вместо купороса можно взять хлорную медь. ). После того, как отработает раствор, то половину отливаете, и заливаете крепким раствором нашатыря. Долее — после того, как отработает раствор, то половину отливаете, и заливаете крепким раствором нашатыря. Травить лучше с подачей воздуха. За счет присутствия ионов аммония скорость травления гораздо выше, чем купорос с солью.
Вот, что происходит:
Этап травления:
[Cu(NH3)2]Cl2+Cu2[Cu(NH3)]Cl
Регенерация раствора подачей воздуха (подача воздуха, лучше проводить во время травления).
[Cu(NH3)]Cl+O2+NH4Cl[Cu(NH3)2]Cl2+2H2O

Или общая реакция:

2[Cu(NH3)2]Cl2+2Cu+O2+4NH4Cl4[Cu(NH3)2]Cl2+2H2O
За счет образования аммиачного комплекса травление идет быстрее.
Кстати:, добавление хлористого аммония в хлорное железо примерно в 2 раза ускоряет травление, проверено.

Кстати, используя цианид натрия можно даже золото растворять, т.к. образуется прочный цианистый комплекс (промышленный метод добычи золота цианистым натрием, или калием).

Достоинство: раствор "растет", только добавляй нашатырь, так же прозрачный и не дает пятен, довольно быстрый.

Травление печатных плат в домашних условиях – как вытравить с помощью персульфата аммония

Радиолюбительство – это очень интересное техническое хобби, но что, если вы желаете поставить производство своих самоделок на поток? Для этого нужно научиться самостоятельно изготавливать печатные платы.

Как вытравить плату в домашних условиях? Эта статья научит вас изготавливать их быстро и легко с помощью персульфата аммония. Также вы сможете научиться лудить печатные дорожки и наносить защитный слой.

Шаг 1: Что вам потребуется

  • Пероксодисульфат натрия – Na2S2O6(O2).
  • Карбонат натрия (кальцинированная сода) – Na2CO3 (опционально, только при использовании сухого пленочного фоторезиста).
  • Дистиллированная вода.
  • Гидроксид натрия – NaOH.
  • Печатная плата с фотопокрытием.
  • Пленка для печати на принтере.
  • Дрель. (если вы планируете что-то вырезать).
  • Инструмент для резки листового материала Nibbler (может пригодиться).
  • Пластмассовый пинцет.
  • Наждачная бумага или напильник.
  • Кисть.
  • Устройство экспонирования с ультрафиолетовой лампой.
  • Устройство для травления и горелка для нагрева.
  • Перчатки.
  • Низкий широкий контейнер (фотованночка).
  • Защитные очки.
  • Воронка (для слива жидкостей в бутылки).
  • Пленка для производства плат (сухой пленочный фоторезист)
  • Ламинатор.
  • Средство для химического лужения (жидкое олово).

Шаг 2: Создаем и распечатываем макет

Воспользуйтесь своим любимым программным обеспечением для разработки макетов (например, Cadsoft eagle).

Откройте настройки слоев и включите медный слой (верхний или нижний, в зависимости от типа), площадки и размерные слои.

Положите в принтер несколько прозрачных пленок для печати.

Нажмите кнопку печати и распечатайте шаблон в оригинальном масштабе. В зависимости от типа вашего принтера, может потребоваться печать шаблона в двух экземплярах, а затем склейка двух распечатанных пленок друг с другом, чтобы получить полностью светонепроницаемое изображение (максимально плотное).

Если позже вы хотите использовать шаблон для мест пайки, сделайте следующее:

Вернитесь в программу и откройте настройки слоев. Теперь включите только верхний стоп-слой или нижний стоп-слой (опять-же, в зависимости от типа).

Повторите пункт 4.

Шаг 3: Экспонируем

  1. Снимите защитную пленку. Старайтесь не касаться медной стороны платы после снятия пленки.
  2. Наложите напечатанный макет на медный слой.
  3. Поместите печатную плату с наложенной на нее пленкой между двумя стеклянными пластинами, чтобы прижать пленку к поверхности. Воспользуйтесь магнитами для фиксации стеклянных пластин (как показано на рисунке).
  4. Теперь подвергните воздействию ультрафиолетового излучения. Достаточно облучать заготовку ультрафиолетовой лампой мощностью 25 Вт в течение 5 минут.

Шаг 4: Проявляем

Пришло время надеть перчатки и защитные очки. Не снимайте их в течение всего процесса травления.

  1. Приготовьте проявитель: 10 грамм NaOH растворите в 1 литре воды.
  2. Поместите только что облученную ультрафиолетом плату в проявитель.
  3. Чтобы ускорить процесс проявки, аккуратно потирайте кисточкой.
  4. Проявляйте таким образом плату в течение примерно 30 секунд, пока фоторезист не растворится. Оставьте плату в растворе еще на некоторое время, чтобы быть уверенным, что весь фоторезист исчез.
  5. Промойте водопроводной водой и переходите к следующему шагу.

После окончания проявки, вылейте проявитель в раковину. Этот раствор может использоваться в качестве очистителя труб от засоров.

Шаг 5: Травление

  1. Приготовьте смесь для травления: 250 грамм пероксодисульфата натрия (Na2S2O6(O2)) растворите в 1 литре дистиллированной воды.
  2. Залейте смесь в устройство для травления и нагрейте ее до температуры 50 градусов Цельсия (не перегревайте раствор, так как пероксодисульфат начинает разрушаться при температуре выше 50 град. С). Если у вас нет устройства для травления, залейте раствор в термостойкую емкость и поставьте емкость на плиту или горелку для нагрева до температуры 50 град. С.
  3. Как только смесь для травления достигнет необходимой температуры, поместите печатную плату в устройство для травления и включите подачу воздуха (если вы используете термостойкую емкость, то просто перемешивайте раствор).
  4. Стравливание меди длится в течении нескольких минут.
  5. Промойте водопроводной водой.
  6. Если вы пользовались устройством для травления, слейте с него раствор в герметичную емкость, иначе устройство может быть повреждено.

После травления нескольких печатных плат, раствор для травления начнет синеть и становиться малоэффективным. Когда время процесса травления сильно увеличится, раствор нужно заменить на свежий, а старый – утилизировать как химический отход.

Предупреждение: использованный раствор содержит растворенную медь, которая негативно воздействует на окружающую среду.

Шаг 6: Лужение (опционально)

  1. Удалите остатки фоторезиста с помощью ацетона.
  2. Налейте средство для химического лужения (жидкое олово) в широкий контейнер.
  3. Погрузите в жидкое олово печатную плату на 5-10 минут.
  4. Извлеките из жидкости и промойте ее водопроводной водой.
  5. Слейте жидкое олово обратно в емкость посредством воронки. Храните емкость в недоступном для детей и домашних животных месте.

Средство для химического лужения можно использовать повторно, но через некоторое время его эффективность снизится и его необходимо утилизировать.

Шаг 7: Сверлим

  1. Возьмите дрель и сверло подходящего диаметра.
  2. Если у вас есть сверлильный станок, то используйте его.
  3. Обеспечьте место работы хорошим освещением.
  4. Просверлите все необходимые отверстия.
  5. Очистите.

Шаг 8: Сухой пленочный фоторезист (следующие несколько шагов необязательны)

Перед началом работы включите ламинатор на прогрев.

  1. Подготовьте пленочный фоторезист.
  2. Приглушите свет и выньте пленку из светонепроницаемой упаковки.
  3. Возьмите два куска прочной липкой ленты и приклейте их к верхней и нижней части одного угла.
  4. Затем раздвиньте ленты, как показано на рисунках. Пленка разделится на два слоя: один светлый, другой зеленый. Выбросьте светлую пленку в мусор, а зеленую будем использовать.
  5. Зеленая пленка имеет две стороны: одна матовая, другая глянцевая. Наложите зеленую пленку матовой стороной на плату со стороны печатных дорожек. Убедитесь, что под пленкой нет воздушных пузырьков.
  6. Ламинатор должен прогреться до температуры около 150 град. С. Положите печатную плату на лист бумаги и пропустите ее через ламинатор от 2 до 5 раз. Убедитесь, что вся печатная плата прогрелась.
Читайте также  Как сделать отпечаток ладони ребенка на память

Шаг 9: Экспонируем ламинированную плату

  1. Возьмите шаблон для мест пайки, изготовленный на шаге 2, и совместите его с дорожками.
  2. Снова зажмите печатную плату с шаблоном между двумя стеклами и зафиксируйте их мощными магнитами.
  3. Облучите ультрафиолетом (на это уйдет около 6 минут с лампой 25 Вт).
  4. Далее оставьте плату в темном месте примерно на 1 час.

Примечание. Области, которые не подвергались воздействию ультрафиолетового излучения, будут удаляться.

Шаг 10: Проявляем пленку

  1. Приготовьте проявитель: 10 грамм карбоната натрия на один литр воды (для проявки будет достаточно 100 мл раствора).
  2. Удалите прозрачную пленку с платы с помощью клейкой ленты (как показано на рисунке).
  3. Поместите в проявитель и, используя кисть, проведите процесс удаления защитного слоя.
  4. После удаления ненужной пленки, выньте плату из раствора и промойте водопроводной водой.

Шаг 11: Закаливаем пленку

Возьмите печатную плату и закалите пленку, подвергнув ее воздействию ультрафиолета. С лампой мощностью 25 Вт это займет около одного часа (закаляйте пленку в течение получаса, затем дайте остыть и оставьте под лампой еще на полчаса).

Чтобы убедиться, что пленка затвердела, попробуйте поцарапать ее ногтем: она должна быть твердой.

Шаг 12: Разрезаем

Теперь нужно разрезать плату.

  1. С помощью инструмента для резки листов (nibbler), обрежьте вашу плату.
  2. Для разрезания можно использовать электролобзик.
  3. Напильником или шлифовальным диском обработайте края.

Шаг 13: Печатные платы готовы

Вы сделали это и теперь знаете как травить платы в домашних условиях! Вот так просто можно наладить производство печатных плат.

Посмотрите на фотографии: изделия получаются довольно хорошего качества!

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Тема: Травление Печатных Плат

Травление Печатных Плат

В непромышленных условиях в качестве травителя для плат наибольшее распространение получил раствор хлорного железа.

Эта соль в водном растворе окисляет медь:

а затем и образовавшийся хлорид одновалентной меди:

В свою очередь хлорид двухвалентной меди взаимодействует с металлом:

Концентрация используемого раствора 400 г/л, рабочая температура до 35 °С. Регенерации использованный раствор не поддается.

Травить можно и раствором персульфата аммония (200-250 г/л) с добавлением концентрированной серной кислоты (4-5 мл/л, кислоту лить в раствор, а не наоборот!):

Наилучшие температуры этой реакции — до 50 °С. Для более полного использования реактива раствор надо подщелочить аммиаком и охладить до 5 С. При этом выпадаютв осадок кристаллы состава

CuS04 (NH4) 2S04 6Н20.

Распространен также раствор на основе хлорида двухвалентной меди СuСl2. Как уже сказано, эта соль тоже способна окислять медь. Получающийся хлорид одновалентной меди CuCl нерастворим в воде, поэтому в

(сноска — см выше *)

* Разумеется, в химической лаборатории можно регенерировать любой раствор, но расход средств и времени на такую регенерацию будет таков, что дешевле и проще приготовить свежие растворы.

В раствор добавляют, например, хлорид аммония в количестве 145-150 г/л или хлорид натрия (160-165 г/л), с которыми CuCl образует хорошо растворимые соли с не очень устойчивым комплексным анионом [CuCl2].
Исходная концентрация CuCl2 100-150 г/л, рабочая температура 45-50 С. Существенно, что 100 граммам CuCl2 эквивалентна смесь 185 г медного купороса СuS04-5Н2О и 85 г поваренной соли. Эти компоненты (не забудьте про хлорид меди для образования комплекса!) растворяют в горячей (около 80 С) воде. Сразу после остывания раствор готов к применению.

Медно-хлоридный раствор обладает еще и, тем преимуществом, что его можно регенерировать. Для этого 1/7 часть отработанного раствора сливают, оставшуюся часть подкисляют концентрированной соляной кислотой (20-25 мл/л), добавляют разбавленный 1:6 пергидроль* (110-115 мл/л) и перемешивают раствор воздухом (например, с помощью микрокомпрессора) 20-30 минут. При этом происходит реакция:

В заводских условиях применяют смесь соляной кислоты и 30 %-ного пероксида водорода в соотношении 1:3. После использования этот раствор практически не отличается по составу от отработанного медно-хлоридного. Однако дома копировать этот процесс не советуем. Такая смесь очень опасна в обращении — при попадании ее на открытые участки тела неизбежен ожог, поэтому с раствором такого состава работать можно только в очках и резиновых перчатках, под вытяжкой. В домашней лаборатории намного безопаснее смесь концентрированной соляной кислоты, пергидроля и воды в соотношении 1:1:3. Сначала растворяют в воде пероксид, затем кислоту.

Известен и такой рецепт: в 1 л холодной воды — растворяют 20-25 таблеток гидропирита (твердое соединение пероксида водорода с мочевиной состава (NH2)2CO-H202), затем осторожно добавляют 100 мл концентрированной серной кислоты. Растворы такого рода — самые <быстрые>.

Для сведения: в промышленном производстве печатных плат чаще всего применяют: щелочной раствор солей меди, содержащий 65-110 г/л хлорида меди (II), 100-150 г/л хлорида аммония, 20-30 г/л карбоната аммония, 400-500 мл/л 25 %-ного раствор аммиака. Температура при травлении 45-50 С. Реакция в этом случае такова:

Отработанный раствор легко регенерируется при продувании в него воздуха:

* Пергидроль — это 30 %-ный раствор пероксида
водорода.

Вместо аммиачного медно-хлоридного раствора иногда применяют аммиачный медносульфатный раствор следующего состава:
медный купорос 170-190 г/л,
сульфат аммония 150-170 г/л,
водный аммиак 400-500 мл/л.
Рабочая температура также 45-50 С, но травление меди в этом случае протекает медленнее.

Несколько слов о реактивах. Раствор хлорного железа можно получить, например, так: 10 %-ной соляной кислотой заливают в открытом сосуде железные опилки (1 объем на 25 объемов кислоты) и оставляют на несколько дней (осторожно, при этом выделяется взрывоопасный водород!). Когда раствор приобретёт желто-бурый цвет, он готов к работе. Остальные вещества придется покупать, доставать — словом, кустарным способом их не синтезируешь.

Персульфат аммония входит в состав фотографического ослабителя, поэтому его иногда можно купить в фотомагазинах. Медный купорос бывает в магазинах для садоводов, пероксид водорода — в аптеках, хлорид натрия — в продовольственных магазинах.

Советуем принять во внимание и то, что при промывке плат после их травления хлоридом железа (III) остатки раствора легко гидролизуются с образованием труднорастворимых основных солей. Кроме того, материал основы способен адсорбировать ионы Fе3+, что может ухудшать его изолирующие свойства. А вот растворы на основе солей меди смываются без осложнений. Hе проливайте раствор FeCI3: очень нелегко удалить его яркие ржавые пятна с одежды, стен и эмалевого покрытия ванны.

  • Просмотр профиля
  • Сообщения форума
  • Домашняя страница
  • Созданные темы

Re: Травление Печатных Плат

С.Маркин. Как травить платы?
—————————————————————
Химия и жизнь, N7 1990 г. с 76-77.
—————————————————————
В потоке читательских писем, приходящих в редакцию "Химии и жизни", не
последнее место занимают вопросы радиолюбителей о способах химического
травления медненых плат. Какими растворами травить? Какие химические
процессы при этом протекают? Как получить или чем заменить те или иные
реактивы? Попытаемся ответить на эти и другие вопросы читателей в одной
заметке.
В непромышленных условиях в качестве травителя для плат наибольшее
распространение получил раствор хлорного железа. Эта соль в водном растворе
окисляет медь:

а затем и образовавшийся хлорид одновалентной меди:

В свою очередь хлорид двухвалентной меди взаимодействует с металлом:

Концентрация используемого раствора 400 г/л, рабочая температура до 35
°С. Регенерации использованный раствор не поддается*.

* Разумеется, в химической лаборатории можно регенерировать любой
раствор но расход средств и времени на такую регенерацию будет таков, что
дешевлe и проще приготовить свежие растворы

Травить можно и раствором персульфата аммония (200—250 г/л) с
добавлением концентрированной серной кислоты (4—5 мл/л, кислоту лить в
раствор, а не наоборот!):

Наилучшие температуры этой реакции — до 50 °С. Для более полного
использования реактива раствор надо подщелочить аммиаком и охладить до 5 °С.
При этом выпадают в осадок кристаллы состава

Распространен также раствор на основе хлорида двухвалентной меди СuCl2.
Как уже сказано, эта соль тоже способна окислять медь. Получающийся хлорид
одновалентной меди CuCl нерастворим в воде, поэтому в раствор добавляют,
например, хлорид аммония в количестве 145—150 г/л или хлорид натрия
(160—165 г/л), с которыми CuCl образует хорошо растворимые соли с не очень
устойчивым комплексным анионом [СuCl2][-]. Исходная концентрация
CuCI2 100—150 г/л, рабочая температура 45—50 °С. Существенно, что 100
граммам CuCl2 эквивалентна смесь 185 г медного купороса CuS04*5H20 и 85 г
поваренной соли. Эти компоненты (не забудьте про хлорид меди для образования
комплекса!) растворяют в горячей (около 80 °С) воде. Сразу после остывания
раствор готов к применению.
Медно-хлоридный раствор обладает еще и тем преимуществом, что его можно
регенерировать. Для этого 1/7 часть отработанного раствора сливают,
оставшуюся часть подкисляют концентрированной соляной кислотой (20—25
мл/л), добавляют разбавленный 1:6 пергидроль* (110—115 мл/л) и перемешивают
раствор воздухом (например, с помощью микрокомпрессора) 20—30 минут. При
этом происходит реакция:

* Пергидроль водорода — это 30 %-ный раствор пероксида.

В заводских условиях применяют смесь соляной кислоты и 30 %-ного
пероксида водорода в соотношении 1:3. После использования этот раствор
практически не отличается по составу от отработанного медно-хлоридного.
Однако дома копировать этот процесс не советуем. Такая смесь очень опасна в
обращении — при попадании ее на открытые участки тела неизбежен ожог,
поэтому с раствором такого состава работать можно только в очках и резиновых
перчатках, под вытяжкой. В домашней лаборатории намного безопаснее смесь
концентрированной соляной кислоты, пергидроля и воды в соотношении 1:1:3.
Сначала растворяют в воде пероксид, затем кислоту.
Известен и такой рецепт: в 1 л холодной воды растворяют 20—25 таблеток
гидроперита (твердое соединение пероксида водорода с мочевиной состава
(NH2)2CO*H202), затем осторожно добавляют 100 мл концентрированной серной
кислоты. Растворы такого рода — самые "быстрые".
Для сведения: в промышленном производстве печатных плат чаще всего
применяют щелочной раствор солей меди, содержащий 65—110 г/л хлорида меди
(II), 100—150 г/л хлорида аммония, 20—30 г/л карбоната аммония, 400—500
мл/л 25 %-ного раствора аммиака. Температура при травлении 45— 50 °С.
Реакция в этом случае такова:

Читайте также  Игольница крючком в виде пончика

Отработанный раствор легко регенерируется при продувании в него
воздуха:

4Cu (NH3)2Cl+02+4NH4Cl+4NH40H => 4Cu (NH3)4Сl2+6Н20.

Вместо аммиачного медно-хлоридного раствора иногда применяют аммиачный
медно-сульфатный раствор следующего состава: медный купорос 170—190 г/л,
сульфат аммония 150—170 г/л, водный аммиак 400— 500 мл/л. Рабочая
температура также 45—50 °С, но травление меди в этом случае протекает
медленнее.
Несколько слов о реактивах. Раствор хлорного железа можно получить,
например, так: 10 %-ной соляной кислотой заливают в открытом сосуде железные
опилки (1 объем на 25 объемов кислоты) и оставляют на несколько дней
(осторожно, при этом выделяется взрывоопасный водород!). Когда раствор
приобретет желто-бурый цвет, он готов к работе. Два способа получения этой
соли из доступных веществ уже были описаны в "Химии и жизни" (1985, No 10,
с. 81—82). Остальные вещества придется покупать, доставать — словом,
кустарным способом их не синтезируешь.
Персульфат аммония входит в состав фотографического ослабителя, поэтому
его иногда можно купить в фотомагазинах. Медный купорос бывает в магазинах
для садоводов, пероксид водорода — в аптеках, хлорид натрия — в
продовольственных магазинах.
Предположим, у вас есть все необходимые реактивы. Какой способ
травления предпочесть? Для удобства сравнения основные характеристики
растворов сведены в таблицу.

Растворы
Максималь-ная скорость травления, мкм/мин
Емкость по меди, г/л*
Боковое подтравливание, мкм

железно-хлоридный
35
75 105
40—66

персульфатный
25
35
50—80

медно-хлоридный
15
10—20
40 60

аммиачный медно-хлоридный
20 25
60—80
20—30

* Предельно возможное увеличение содержания меди в растворе за счет ее
вытравливания с платы.

Помимо этих цифр, советуем принять во внимание и то, что при промывке
плат после их травления хлоридом железа (III) остатки раствора легко
гидролизуются с образованием труднорастворимых основных солей. Кроме того,
материал основы способен адсорбировать ионы Fe[3+], что может
ухудшать его изолирующие свойства. А вот растворы на основе солей меди
смываются без осложнений. Не проливайте раствор FеСl3: очень нелегко удалить
его яркие ржавые пятна с одежды, стен и эмалевого покрытия ванны. У
персульфатного раствора также есть недостаток: неравномерный характер
вытравливания. Работать с аммиачными растворами можно только на открытом
воздухе или под тягой, что не слишком удобно.
Некоторые составы мы не станем рекомендовать для работы в домашних
условиях, сообщим же о них только для полноты картины. Например, существуют
травильные растворы на основе хлоритов (эти соли взрывоопасны), на основе
хромового ангидрида (он ядовит, да, впрочем, и взять его негде), на основе
других, еще более редких веществ.
И последнее. Для нанесения рисунка пользуйтесь покрытием,
соответствующим условиям травления. В сильнокислых растворах лучше
использовать кислотостойкую краску (например, НЦ-11), в слабокислых вполне
подходит для защиты клей БФ-2. Если раствор будет нагреваться, целесообразно
применить теплостойкую краску.

Что читать о травлении плат:

Ильин В. А. Технология изготовления печатных плат. Л.,
"Машиностроение", 1984.
Верховцев О. Г., Лютов К. П. Практические советы мастеру-любителю. Л.,
Энерго-атомиздат, 1987.

Травление печатной платы

Сталкиваясь с разработкой печатной платы впервые или стараясь минимизировать затраты при ежедневной работе с электроникой, разработчики стараются найти более доступные альтернативы в каждом этапе изготовления. В данной статье мы расскажем вам самые популярные методы травления печатных плат и разберем преимущества и недостатки каждой из них.

Для чего же необходимо травление?

В большинстве случаев, необходимо для снятия поверхностного слоя жировой пленки или загрязнений и для выявления структуры материалов. В художественной обработке металлов — для нанесения рельефного рисунка. На производстве печатных плат и интегральных схем (методом фотолитографии) таким образом формируются дорожки и контактные площадки. Также изготавливаются мембраны, путем вытравливания отверстий. Иногда таким образом полируют поверхность после неудачной механической обработки.

Травление печатной платы

Чтобы разобраться, для чего необходимо травление, рассмотрим вкратце основные этапы разработки печатных плат:

  1. Подготовка заготовки для нанесения защитного слоя. Весь процесс сводится к очистке и обезжириванию поверхности. В зависимости от степени загрязнения применяют несколько вариантов очищения, соответственно, чем чище, тем проще. Если заготовка не сильно загрязнена, то достаточно вымыть ее абразивной щеткой или мочалкой, при необходимости добавив мелкодисперсный абразивный порошок.

Но если обнаружена толстая оксидная пленка, ее потребуется убирать раствором хлорного железа и обрабатывать на протяжении 5 секунд. После, обязательно промыть под холодной проточной водой.

Чтобы обезжирить поверхность — протрите ее тканью, не оставляющей ворс (отлично подходит микрофибра), смоченную в ацетон, спирт или бензин. Следите за качеством смеси, чтобы в них не было никаких дополнительных примесей. После обработки промойте заготовку под проточной водой. Если на поверхности капель не осталось, значит обезжиривание прошло успешно.

В зависимости от используемого метода, этапы могут добавляться или меняться.

Травление печатной платы

Травление и основные химические способы

Основные виды:

  • химическое;
  • электрохимическое;
  • ионно-плазменное.

Чаще всего применяется химический способ, как самый простой и доступный. Рассмотрим более детально процесс травления:

  • сначала шлифуется или обезжиривается поверхность;
  • далее травитель (или электролита) вступает в реакцию с поверхностным слоем;
  • по окончанию процедуры очищаем поверхность от остаточного материала растворителем.

Не пренебрегайте соблюдением мер безопасности, так как при травлении металлов может выделяться водород.

Травление печатной платы

Во избежание порчи заготовки, требуется защищать поверхность и края специальными масками. При длительном взаимодействии с травителем, на краях маски может стравливаться материал.

На некоторых участках химическая реакция может отличаться по скорости от основной площади. Из-за этого травление бывает селективным.

Различают множество способов удаления меди с незащищенной маской участков. Рассмотрим основные.

· Водный раствор хлорного железа. Считается самым популярным травителем.

Способ приготовления: В теплой воде H2O (300 мл) разводится 100 грамм хлорного железа FeCl3. Должна получиться насыщенная золотисто-желтая жидкость. Чем насыщенней эмульсия, тем быстрее будет проходить процесс, но обычно занимает от 15 до 60 минут. Также на скорость влияет перемешивание (можно использовать компрессор, который постоянно перемешивает жидкость) и температура (можно периодически подогревать). После окончания процедуры, необходимо тщательно промыть плату под водой, лучше применить мыло, чтобы удалить остатки. Остаток можно сохранить в герметичной таре и применить несколько раз.

Из недостатков можно отметить невысокую скорость процесса и образование отходов на поверхности платы. Следует быть аккуратным, при работе с данным методом, так как при попадании на любые предметы появляются трудноудаляемые желтые пятна.

Травление печатной платы

· Азотная кислота (HNO3) — редко применяется из-за высокой испаряемости, резкого запаха, сильной гигроскопичности. Для использования потребуется развести кислоту с водой в соотношении 1/3.

Главное не забывайте о последовательности смешивания. Кислота наливается в воду, а не наоборот. Прежде чем опускать заготовку в травитель, проверьте на момент полного высыхания лака, защищающего дорожки. В противном случае раствор разъест и его. Весь процесс занимает не более 5 минут, почему его и применяют. Соблюдайте меры предосторожности в работе с азотной кислотой.

· Медный купорос (CuSO4) и поваренная соль (NaCl) и в воде. Применяют достаточно редко, из-за выделения яда и медленного протекания процесса (до 8 часов).

В пол литрах воды, нагретой до 50 градусов, растворяют 100 грамм соли, затем добавляют 50 грамм медного купороса. Чтобы травление протекало быстрее, необходимо поддерживать температуру до 80 градусов.

· Серная кислота (H2SO4) и перекись водорода (H2O2). Стравливание происходит в течение часа. Возможно повторное использование, если хранить в темном месте и в не герметичной таре. Обладает возможностью к регенерации, путем добавления перекиси.

В 300 мл серной кислоты в воде добавляют 4 таблетки гидроперита. Температура должна сохраняться комнатная, а раствор — периодически перемешивать. Тщательно следите за соотношением составляющих. Если не хотите получить замедленную реакцию, то следите, чтобы не появлялись пузырьки, означающие переизбыток перекиси водорода.

· Персульфат аммония ((NH4)2S2O8). Для приготовления потребуется растворить 35 гр кристаллического вещества в 65 гр воды. На весь процесс уходит порядка 10 минут. Для оптимального действия требуется поддерживать температуру около 40 градусов, периодически помешивать.

· Лимонная кислота в перекиси водорода. Самый популярный метод. Все благодаря своей невысокой стоимости, быстрой работе и бережному отношению к фоторезисту.

Для качественного протекания процесса, нужно налить в небольшую ванночку 100 мл перекиси водорода, опустить в нее плату и засыпать 30 гр лимонной кислоты. Реакция произойдет моментально. Травление происходит очень быстро, но если подогреть, то процесс ускорится. Также для ускорения добавляют 3 гр соли, которая усиливает реакцию. Стравливание происходит равномерно. Жидкость быстро меняет свой цвет из прозрачного в синий. Чтобы понять время окончания, надо периодически споласкивать плату или слегка пошевелить ванночку.

Травление печатной платы

Из недостатков можно отметить постоянное выделение газов, которое может раздражать дыхательные пути и глаза. Если решили нагревать раствор, то рекомендуется выполнять эту процедуру на свежем воздухе. Следите за температурой, так как при сильном нагреве возможна излишняя агрессия и взрыв.

Эмульсия не хранится. Регенерация возможна, но не необходима, так как гораздо проще приготовить новую порцию, учитывая ее невысокую стоимость. И рассчитать пропорции тоже легче. Не оставляет несмываемых следов.

Независимо от выбранного вам метода, не забывайте придерживаться правил безопасности, особенно работая с ядами и кислотами. Лучший вариант работать на открытом воздухе.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: