Компания ЗИС Сервис ранее рассказывала в наших новостях, о возможности химической гравировки, с участием оборудования Dreamjet. А именно принтер наносит специальную краску именно в том месте где металл надо оставить. По опыту наших продаж мы должны констатировать, что основная область применения нашего оборудования в данной сфере стало именно печать на медных заготовках печатных плат, мы решили посвятить эту статью, подробному рассказу о том, что делать после печати.
Не последнее место занимают вопросы радиолюбителей о способах химического травления медных 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 статье. В непромышленных условиях в качестве травителя для плат наибольшее распространение получил раствор хлорного железа. Эта соль в водном растворе окисляет медь:
FeCl3+Cu => FeCl2+CuCl, а затем и образовавшийся хлорид одновалентной меди: FeCl3+CuCl => FeCl2+CuCl2. В свою очередь хлорид двухвалентной меди взаимодействует с металлом: СuСl2+Сu => 2СuСl.
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!): (NH4)2S2O8+Cu => (NH4)2SO4+CuSO4. 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 CuSO4(NH4)2SO46H2O. 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 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 [СuСl2]-. Исходная концентрация СuСl2 100-150 г/л, рабочая температура 45-50 °С. Существенно, что 100 граммам СuСl2 эквивалентна смесь 185 г медного купороса CuSO45H2O 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: 2СuСl+Н2О2+2НСl => 2СuС12+2Н2О.
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)2СОН2О2), 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:
Сu(NH3)4Cl2+Cu =>2Cu(NH3)2Cl.
Отработанный раствор легко регенерируется при продувании в него воздуха: 4Cu(NH3)2Cl+O2+4NH4Cl+4NH4OH => Cu(NH3)4Сl2+6Н2О.
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 приобретёт желто-бурый цвет, он готов к работе. Два способа получения этой соли из доступных веществ уже были описаны в "Химии и жизни" (1985, № 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 (увы, теперь тоже не всегда) - в продовольственных магазинах. Предположим, у вас есть все необходимые реактивы. Какой способ травления предпочесть? Для удобства сравнения основные характеристики растворов сведены в таблицу.
| Растворы | Максимальная скорость травления мкм/мин | Емкость по меди г/л* | Боковое подтравливание, мкм |
| Железно-хлоридный | 35 | 75-100 | 40-66 |
| Персульфатный | 25 | 35 | 50-80 |
| Медно-хлоридный | 35 | 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 Fe3+, что может ухудшать его изолирующие свойства. А вот растворы на основе солей меди смываются без осложнений. Не проливайте раствор FeCl3: 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, ND15 ), в слабокислых вполне подходит для защиты ND 12. Если раствор будет нагреваться, целесообразно применить теплостойкую краску ND 35.
Что касается оборудования, то здесь все упирается только в формат. Практически мы готовы подобрать оборудование для печати на медных заготовках радио плат под любой формат.
