--------------------------------------------------------------- Химия и жизнь, N7 1990 г. с76-77. ---------------------------------------------------------------
В потоке читательских писем,приходящих вредакцию "Химии ижизни", не последнее местозанимают вопросырадиолюбителейо способаххимического травлениямедненых плат.Какимирастворами травить?Какиехимические процессы при этом протекают?Как получить иличемзаменить те илииные реактивы? Попытаемсяответить на эти идругие вопросычитателей в одной заметке.
Внепромышленныхусловиях вкачестве травителя для платнаибольшее распространение получил раствор хлорного железа. Эта соль в водном растворе окисляет медь:
FeCl3+Cu => FeCl2+CuCl,
а затем и образовавшийся хлоридодновалентной меди:
FeCl3+CuCl => FeCl2+CuCl2.
В свою очередь хлорид двухвалентноймеди взаимодействует с металлом:
CuCl2+Cu => 2CuCl.
Концентрация используемого раствора 400 г/л, рабочая температура до35 °С. Регенерации использованный раствор не поддается*.
*Разумеется,в химической лаборатории можнорегенерироватьлюбой раствор норасход средств и времени на такую регенерацию будет таков, что дешевлe и проще приготовить свежие растворы
Травить можноираствором персульфатааммония(200--250 г/л)с добавлениемконцентрированной сернойкислоты(4--5 мл/л, кислоту лить в раствор, а не наоборот!):
(NH4)2S208+Cu =>(NH4)2S04+CuS04.
Наилучшие температуры этой реакции--до 50 °С. Дляболее полного использования реактива раствор надо подщелочить аммиаком и охладить до 5°С. При этом выпадают в осадок кристаллы состава
CuS04*(NH4)2S04-6H20.
Распространен также раствор наоснове хлорида двухвалентной меди СuCl2. Как уже сказано, эта сольтоже способнаокислять медь.Получающийся хлорид одновалентной медиCuCl нерастворимвводе, поэтому в раствордобавляют, например,хлорид аммония вколичестве145--150 г/лилихлорид натрия (160--165 г/л), с которымиCuCl образуетхорошо растворимые соли с не очень устойчивымкомплексным анионом[СuCl2]<sup>[-]</sup>. Исходная концентрация CuCI2100--150 г/л,рабочая температура 45--50 °С.Существенно, что100 граммам CuCl2 эквивалентна смесь185г медного купороса CuS04*5H20 и 85 г поваренной соли. Эти компоненты (не забудьте про хлорид меди дляобразования комплекса!)растворяют в горячей (около 80 °С) воде. Сразу послеостывания раствор готов к применению. Медно-хлоридный раствор обладает ещеи тем преимуществом, что его можно регенерировать.Для этого1/7часть отработанногорастворасливают, оставшуюсячасть подкисляютконцентрированнойсоляной кислотой(20--25 мл/л), добавляют разбавленный 1:6 пергидроль* (110--115 мл/л) иперемешивают раствор воздухом (например, спомощьюмикрокомпрессора)20--30 минут. При этом происходит реакция:
2CuCl+H202+2HCl =>2CuCl2+2H20.
* Пергидроль водорода - это 30 %-ныйраствор пероксида.
Взаводских условияхприменяют смесьсоляной кислотыи 30%-ного пероксидаводорода в соотношении1:3. Послеиспользования этотраствор практическине отличаетсяпо составуот отработанного медно-хлоридного. Однакодома копировать этот процесс несоветуем. Такая смесь очень опасна в обращении-- при попаданииеена открытыеучастки тела неизбежен ожог, поэтому с раствором такого состава работать можно только в очках ирезиновых перчатках,под вытяжкой. В домашнейлабораториинамного безопаснеесмесь концентрированной соляной кислоты,пергидроля и водывсоотношении1:1:3. Сначала растворяют в воде пероксид, затем кислоту. Известен и такой рецепт: в 1 лхолодной воды растворяют 20--25 таблеток гидроперита(твердое соединениепероксидаводорода с мочевинойсостава (NH2)2<I>CO</I>*H202),затемосторожно добавляют 100 млконцентрированнойсерной кислоты. Растворы такого рода -- самые "быстрые". Длясведения: впромышленномпроизводствепечатных плат чащевсего применяют щелочной раствор солей меди, содержащий 65--110 г/лхлорида меди (II), 100--150 г/л хлорида аммония,20--30 г/лкарбоната аммония,400--500 мл/л 25 %-ногораствора аммиака. Температурапритравлении 45-- 50°С. Реакция в этом случае такова:
Сu(NH3)4Сl2+Сu=2Сu(NН3)2Сl.
Отработанный растворлегкорегенерируется припродуваниив него воздуха:
Вместо аммиачного медно-хлоридногораствораиногда применяютаммиачный медно-сульфатныйраствор следующегосостава:медный купорос 170--190 г/л, сульфатаммония 150--170г/л,водный аммиак400--500 мл/л.Рабочая температуратакже 45--50 °С, но травление меди вэтомслучае протекает медленнее. Несколько слов ореактивах.Раствор хлорного железа можно получить, например, так: 10 %-ной соляной кислотой заливают в открытом сосудежелезные опилки (1объем на 25 объемовкислоты)и оставляютнанесколько дней (осторожно,при этомвыделяетсявзрывоопасный водород!).Когда раствор приобретет желто-бурыйцвет, он готов кработе. Два способаполучения этой соли из доступных веществуже былиописаны в "Химиии жизни"(1985, No 10, с.81--82). Остальныевещества придется покупать,доставать-- словом, кустарным способом их не синтезируешь. Персульфат аммония входит в составфотографического ослабителя, поэтому его иногда можно купитьвфотомагазинах.Медный купорос бывает вмагазинах длясадоводов, пероксидводорода-- ваптеках,хлорид натрия--в продовольственных магазинах. Предположим, увасесть всенеобходимыереактивы. Какойспособ травленияпредпочесть? Дляудобствасравнения основныехарактеристики растворов сведены в таблицу.
Растворы Максималь-ная скоростьтравления, Емкость по меди, г/л* Боковое подтравливание, мкм
мкм/мин
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 увеличениесодержания меди в растворе засчетее вытравливания с платы.
Помимо этих цифр,советуем принять во внимание и то, что при промывке платпосле ихтравленияхлоридом железа(III)остатки раствора легко гидролизуются с образованиемтруднорастворимых основных солей.Кроме того, материалосновы способен адсорбироватьионыFe<sup>[3+]</sup>, что может ухудшатьего изолирующиесвойства.А вот растворы на основе солеймеди смываются без осложнений. Не проливайте раствор FеСl3: очень нелегкоудалить егояркие ржавыепятнас одежды, стен иэмалевогопокрытия ванны.У персульфатногораствора такжеестьнедостаток: неравномерныйхарактер вытравливания.Работать с аммиачными растворами можно только на открытом воздухе или под тягой, что не слишком удобно. Некоторые составымыне станем рекомендовать для работы в домашних условиях, сообщим же о них толькодляполноты картины. Например, существуют травильные растворына основехлоритов(эти соли взрывоопасны),наоснове хромового ангидрида(он ядовит, да, впрочем, и взять его негде), наоснове других, еще более редких веществ. Ипоследнее.Для нанесениярисункапользуйтесь покрытием, соответствующимусловиям травления.Всильнокислых растворахлучше использовать кислотостойкуюкраску(например, НЦ-11), вслабокислыхвполне подходит для защиты клей БФ-2. Если раствор будет нагреваться,целесообразно применить теплостойкую краску.
С. МАРКИН
Что читать о травлении плат:
Ильин В.А.Технология изготовления печатныхплат.Л., "Машиностроение", 1984. Верховцев О. Г., Лютов К. П. Практические советымастеру-любителю. Л., Энерго-атомиздат, 1987.
