РадиоКот >Лаборатория >Радиолюбительские технологии >

Теги статьи:

Травление. Часть 3

Автор: Sobiratel_sxem
Опубликовано 23.01.2022
Создано при помощи КотоРед.

     Добрый день, уважаемые радиолюбители.

     В предыдущих частях данной статьи мы подробно рассмотрели процесс подготовки заготовки из стеклотекстолита к нанесению защитного рисунка, само нанесение защитного рисунка, а так же начали рассматривать способы травления (1, 2), применяемые в домашних условиях. Сегодня мы закончим рассмотрение распространённых способов травления [1,2,3,4].

     Итак, первым рассмотренным сегодня способом травления будет травление в растворе на основе медного купороса и хлорида натрия (поваренной соли). Такой раствор травления выглядит следующим образом [5]:

     При приготовлении раствора и возможности протекания процесса травления в таком растворе необходим значительный избыток хлорида натрия (хлорид ионов). Рекомендуется добавлять хлорид натрия по отношению к медному купоросу в соотношении 2:1 — 3:1 (в предельном случае до 4:1).

     После тщательного перемешивания компонентов цвет раствора изменится на ярко-зелёный (см. подборку фото ниже). Это связано с тем, что в растворе будет образовываться хлорид меди, а так же тетрахлоркупрат натрия. Ничего не напоминает? Если вы внимательно читали предыдущие части статьи (1, 2), то должны были обратить внимание на тот факт, что в рецептурах на основе серной кислоты (и персульфатов) в качестве продукта реакции образуется сульфат меди. После добавления избытка хлорида натрия раствор ровно по той же причине окрашивался в ярко-зелёный цвет. Отличие только в том, что в описанных ранее рецептурах это были побочные продукты реакции, а в данной рецептуре — основные ингредиенты раствора травления.

     После приготовления раствора его необходимо подогреть до температуры 40-50 градусов Цельсия, опустить заготовку с нанесённым защитным рисунком и дождаться окончания травления. При этом необходимо регулярно покачивать ёмкость с раствором, обеспечивая тем самым его циркуляцию и отвод продуктов реакции из зоны реакции. На протяжении всего процесса травления необходимо поддерживать указанную температуру раствора. В противном случае процесс травления будет протекать крайне медленно.

     По мере стравливания меди раствор будет окрашиваться в чёрно-зелёный цвет. Изменение окраски обусловлено образованием ещё одного комплексного соединения — дихлоркупрата натрия (если не ошибаюсь!). Если же к такому раствору после окончания травления прилить избыток воды, то дихлоркупрат и тетрахлоркупрат натрия начнут распадаться — раствор из чёрно-зелёного сначала станет ярко-зелёным, а при дальнейшем разбавлении сине-голубым (см. подборку фото выше).

     В подборке видео ниже в реальном времени показано протекание данных процессов: на левом видео — практически в самом начале травления, на среднем видео — в середине процесса травления, на крайнем правом видео — распад комплексов меди в растворе.

     Для улучшения процесса травления исходный состав можно незначительно модифицировать, подкислив раствором серной кислоты [6,7]. В этом случае раствор травления будет выглядеть следующим образом:

     В таком растворе процесс травления идёт значительно лучше и равномернее.

     Основными достоинствами данного состава травления являются:

     Основными недостатками данного состава травления являются:

     Ну что же, пора бы и перейти к нестареющей классике…

 

…роюсь в шкафу с реактивами…

 

     Вот она! Точнее оно — железо хлорное [8,9]!

     Итак, для травления в хлорном железе необходимо приготовить раствор следующего состава:

     После приготовления указанного состава травления, тщательного перемешивания всех компонентов, раствор необходимо подогреть до 30-40 градусов Цельсия. После этого опустить в раствор заготовку с нанесённым защитным рисунком и дождаться окончания процесса травления. При этом ванну с травильным раствором необходимо постоянно покачивать, обеспечивая тем самым циркуляцию травильного раствора. На всём протяжении травления необходимо поддерживать указанную выше температуру раствора (в противном случае процесс травления будет идти значительно медленнее).

     В подборке фото ниже наглядно показан процесс травления в данном растворе.

     На видео данный процесс выглядит вот так:

     В общем-то по травлению в растворе хлорного железа больше сказать особо и нечего — всё просто и наглядно. Стоит только заметить, что хлорное железо продаётся в 2-х вариантах: безводном (кристаллы от черно-коричневого до тёмно-красного цвета) и шестиводном (кристаллы от коричнево-красного до жёлто-оранжевого цвета). Второй вариант предпочтительнее т.к. более предсказуем в работе, хотя и менее экономичен (необходимая масса несколько выше из-за присутствующей в составе воды). Кроме того при растворении безводного хлорного железа раствор значительно разогревается (процесс экзотермический) и может дополнительно образовываться нерастворимый осадок гидроксида железа (оба этих момента необходимо учитывать при работе с безводным хлорным железом).

     Основными достоинствами данного состава травления являются:

     Основными недостатками данного состава травления являются:

     На этом моменте я уже было хотел закончить данную часть статьи, но вспомнил, что буквально на днях приобрёл винную и молочную кислоты для составов химического лужения (о них, кстати, пойдёт разговор в следующей части данной статьи). Я думаю было бы не правильно не написать о возможности (или невозможности) использования данных кислот для травления печатных плат в домашних условиях. Ну что же, давайте разбираться.

 

…снова роюсь в шкафу с реактивами…

 

     Таааакс, вот она, винная кислота [10]! Наверное вы уже догадались о том, что использовать винную кислоту мы будем в составе травления не основе перекиси водорода (см. предыдущие части данной статьи). Итак, раствор травления на основе винной кислоты и перекиси водорода будет выглядеть следующим образом:

     Если вы используете 3% аптечный раствор перекиси водорода то раствор травления будет выглядеть следующим образом:

     В общем-то процесс травления в винной кислоте похож на процесс с использованием лимонной кислоты, но основным продуктом реакции в данном случае будет плохо растворимый в воде тартрат меди (растворимость в воде при 20 градусах Цельсия около 0.04 гр./100 мл.). На видео ниже показан нормальный процесс протекания травления на тестовой заготовке через несколько минут после начала травления.

     По видео отлично видно, что на поверхности тестовой заготовки образуется тонкий слой нерастворимого тартрата меди. Частично решить проблему позволяет обеспечение достаточной циркуляции травильного раствора (например, постоянным покачиванием ванны с травильным раствором).

     Как и при использовании других кислот протекающие процессы в данном случае являются экзотермическими т.е. протекают с выделением тепла (которое дополнительно разогревает травильный раствор). В описываемом составе скорость разогрева примерно сопоставима со скоростью разогрева состава на основе лимонной кислоты. Если не принять должных мер, то возможно закипание травильного раствора с образованием едкого аэрозоля. На видео ниже показан процесс бурного распада перекиси водорода в растворе с уже извлечённой тестовой заготовкой.

     В первой части, посвященной травлению, я упоминал, что процессу распада перекиси водорода способствует повышение температуры раствора, а так же присутствие ионов переходных металлов (одним из которых является медь). Возможно, винная кислота в данном случае при определённых условиях может выступать в качестве топлива, окисляясь дополнительно перекисью водорода с выделением теплоты (но найти подобной информации я не смог).

     В реальности подобные процессы (разогрева раствора и распада перекиси водорода) могут протекать ещё интенсивнее. Это можно продемонстрировать, если приготовить травильный состав на основе перекиси водорода и серной кислоты (впрочем, как и любой другой из описанных ранее — результат не будет отличаться катастрофически сильно), а в качестве переходного использовать более активный металл (например, железо).

     В этом случае, при добавлении железной стружки будет наблюдаться достаточно быстрое разогревание травильного раствора и достаточно бурный распад перекиси водорода. Данный процесс в реальном времени показан на видео ниже.

     Хорошо видно, что примерно в середине видео вся добавленная стружка уже прореагировала с травильным раствором и дальнейший процесс идёт самопроизвольно. Кстати, при лабораторном способе получения кислорода из раствора перекиси водорода в раствор последней просто добавляют диоксид марганца.

     На фото описанные процессы травления выглядят следующим образом:

     Основными достоинствами данного состава травления являются:

     Основными недостатками данного состава травления являются:

     Подводя итог можно сказать, что, в общем-то, винную кислоту вполне можно использовать для травления печатных плат в домашних условиях, но только в том случае, когда ничего другого (лимонной кислоты, серной кислоты, сульфаминовой кислоты) просто напросто нет под руками, а вытравить плату нужно срочно. Во всех остальных случаях я бы не рекомендовал использовать винную кислоту (как и ортофосфорную).

     На этом моменте мы переходим к последнему нашему претенденту — молочной кислоте [11,12]!

     Итак, состав травления на основе молочной кислоты выглядит следующим образом:

     Если вы используете 3% аптечный раствор перекиси водорода, то раствор травления будет выглядеть следующим образом:

     На видео ниже показан процесс травления в растворе на основе перекиси водорода и молочной кислоты: на левом видео — в самом его начале, на правом — примерно в середине.

     На фото данные процессы выглядят вот так:

     По представленным фото и видео отлично видно, что процесс травления начинается достаточно бурно практически сразу после погружения заготовки в травильный раствор. Дело в том, что молочная кислота под действием перекиси водорода в присутствии ионов меди распадается на уксусную кислоту, муравьиную кислоту, метальдегид, пировиноградную кислоту и углекислый газ.

     Фактически в растворе в качестве продуктов реакции будет присутствовать не только лактат меди (соли молочной кислоты называются лактатами), но и соли других кислот (соответственно будет протекать большое количество побочных реакций).

     Чем выше концентрация перекиси водорода, выше температура раствора и выше концентрация ионов меди — тем интенсивнее будет происходить распад молочной кислоты. Всё это делает протекающие процессы плохо прогнозируемыми (особенно присутствие той же уксусной кислоты, о которой мы говорили в предыдущей части данной статьи). Вот именно по этим причинам не следует в растворах травления использовать кислоты, окисляемые перекисью водорода.

     Основными достоинствами данного состава травления являются:

     Основными недостатками данного состава травления являются:

     На этом моменте данная часть статьи подходит к концу и остаётся рассмотреть только один вопрос — травление печатных плат в концентрированных растворах кислот (азотной, соляной)…

Хотя нет, если у вас имеются в наличии данные кислоты, вы умеете ими пользоваться, способны обеспечить должные меры безопасности себе и окружающим, то я думаю мне и так нет необходимости рассказывать что и как делать. А вот если вы ими пользоваться не умеете и не можете обеспечить должных мер безопасности, но кислоты к вам попали каким-то образом, то лучше отдайте их тем, кто ими пользоваться гарантированно умеет. Поверьте, при неумелом использовании высока вероятность фатальных последствий (вплоть до получения достаточно серьёзных ожогов, тяжёлых отравлений и летального исхода) — оно того не стоит…

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

Список использованной литературы:

  1. Подготовка поверхности
  2. Нанесение защитного рисунка
  3. Травление. Часть 1
  4. Травление. Часть 2
  5. ГОСТ 19347-99. Купорос медный. Технические условия
  6. ГОСТ 2184-2013. Кислота серная техническая. Технические условия
  7. ГОСТ 4204-77. Реактивы. Кислота серная. Технические условия
  8. ГОСТ 11159-76. Железо хлорное техническое
  9. ГОСТ 4147-74. Реактивы. Железо (III) хлорид 6-водный. Технические условия
  10. ГОСТ 5817-77. Реактивы. Кислота винная. Технические условия
  11. ГОСТ 490-2006. Кислота молочная пищевая. Технические условия
  12. Молочная кислота

 



Все вопросы в Форум.