Аммония персульфат как разводить для травления плат

10

Аммония персульфат как разводить для травления плат

Травление. Часть 2

Автор: Sobiratel_sxem
Опубликовано 01.12.2021
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, применяемые в домашних условиях. Сегодня мы продолжим рассмотрение способов травления.

В самом начале статьи мы закончим рассматривать составы на основе перекиси водорода для травления печатных плат в присутствии той или иной кислоты и попытаемся использовать уксусную, а так же ортофосфорную кислоты [1,2].

Итак, при использовании уксусной кислоты необходимо приготовить раствор травления следующего состава:

• 30-35 мл. 70% раствора уксусной кислоты;
• 12-15 мл. 35-40% раствора перекиси водорода;
• 7-8 гр. хлорида натрия;
• 100 мл. дистиллированной воды.

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

• 30-35 мл. 70% раствора уксусной кислоты;
• 7-8 гр. хлорида натрия;
• 110-120 мл. 3% раствора перекиси водорода.

Сам по себе принцип применения травильного раствора на основе перекиси водорода и уксусной кислоты аналогичен рассмотренным ранее. В связи с этим я не буду подробно расписывать его приготовление и прочие подобные моменты. На видео ниже показан процесс протекания травления через 2-3 минуты после погружения заготовки в травильный раствор.

По видео может показаться, что процесс травления протекает достаточно бурно и слой меди будет так же стравливаться достаточно быстро, но не всё так просто. Дело в том, что основная часть видимого пузырения — это активный распад перекиси водорода.

В проведённом эксперименте изначальная температура раствора травления — комнатная. После погружения заготовки в раствор на поверхности начинают выпадать не особо хорошо растворимые кристаллы ацетата меди тёмного сине-зелёного цвета (см. подборку фото ниже). Растворимость ацетата меди в воде при комнатной температуре около 7-8 гр./100 мл. [3,4].

Решить проблему с выпадением кристаллов можно незначительным подогревом травильного раствора до температуры около 35-40 градусов Цельсия (т.к. при температуре выше начинается заметный распад перекиси водорода). Растворимость ацетата меди в горячей воде несколько выше и может достигать 20 гр./100 мл, но реально такой растворимости получить не удастся.

Если вы внимательно читали предыдущую часть данной статьи, то скорее всего обратили внимание на то, что протекающие при травлении реакции в основном экзотермические т.е. протекают с выделением теплоты. Выделяющаяся теплота разогревает травильный раствор, что дополнительно увеличивает скорость протекающих реакций.

При применении уксусной кислоты данные процессы протекают достаточно интенсивно и раствор начинает быстро разогреваться. Поэтому дополнительно разогревать раствор не нужно — он с этим сам прекрасно справляется. Мало того, раствор придётся наоборот дополнительно охлаждать, поддерживая температуру не выше 35-40 градусов Цельсия (в идеале) т.к. в противном случае возможно закипание травильного раствора, аналогично раствору на основе лимонной кислоты.

В случае закипания будет образовываться достаточно едкий аэрозоль вперемешку с парами уксусной кислоты (т.к. она достаточно летуча). И если от аэрозоля вас неплохо защитит противоаэрозольный респиратор, то против паров уксусной кислоты он бесполезен — нужна полнолицевая маска (либо противогаз) с соответствующими фильтрами [6].

Кроме того пары уксусной кислоты способны вызывать химические ожоги слизистых оболочек. Смертельная разовая доза составляет примерно 20-50 мл. в пересчёте на 100% уксусную кислоту. По разным источникам порог чувствительности запаха уксусной кислоты в среднем составляет 300-500 мг./м3, что значительно превышает ПДК (ПДК в атмосферном воздухе составляет 0.06 мг./м3, в воздухе рабочих помещений — 5 мг./м3). Таким образом, при длительном ингаляционном воздействии возможно отравление парами уксусной кислоты со всеми вытекающими последствиями [5].

Несмотря на то, что указанного количества компонентов раствора с запасом достаточно для вытравливания 100 см2 медной фольги толщиной 35 микрон, вся изначально добавленная перекись водорода была израсходована примерно при стравливании третьей части меди с заготовки. При этом раствор нагрелся до температуры около 40-45 градусов Цельсия. Попытка добавить свежей перекиси водорода ничем хорошим не увенчалась — при контакте с травильным раствором поверхностный слой жидкости моментально вскипал, выбрасывая облако аэрозоля из травильного раствора (снимать данный процесс на камеру я не рискнул т.к. у меня нет для неё специализированного защитного чехла либо бокса, а производительности используемой вытяжки было явно недостаточно).

Пришлось приготовить несколько свежих растворов с другим соотношением исходных компонентов — в частности, с использованием перекиси водорода меньшей концентрации, а так же со значительно меньшим количеством хлорида натрия. По итогу мне так и не удалось получить стабильный и приемлемый результат при применении уксусной кислоты.

Основными достоинствами данного состава травления являются:

• достаточно высокая скорость травления;
• отсутствие необходимости подогревать раствор для ускорения процесса травления;
• травильный раствор практически не оставляет трудновыводимых пятен (как раствор хлорного железа, например);
• все используемые компоненты раствора легкодоступны;
• отработанный раствор можно утилизировать в канализацию.

Основными недостатками данного состава травления являются:

• возможность выпадения ацетата меди на поверхность травления (вплоть до прекращения процесса травления);
• возможность самопроизвольного закипания травильного раствора при определённых условиях с образованием едкого аэрозоля;
• обильное испарение уксусной кислоты с поверхности травильного раствора;
• необходимость при работе использовать СИЗ (как минимум — противоаэрозольный респиратор, защитные очки, перчатки);
• приготовленный раствор не хранится т.к. в нем продолжается распад перекиси водорода т.е. повторно использовать раствор не удастся;
• высокая сложность получения стабильного результата при травлении;
• плохая управляемость процессом травления;
• значительный перерасход перекиси водорода.

Учитывая указанные выше недостатки я бы крайне не рекомендовал использовать раствор уксусной кислоты для травления печатных плат в домашних условиях.

Ну что же, переходим к следующему кандидату…

…ищу в шкафу с реактивами ортофосфорную кислоту…

Ага, вот она, 75% раствор ортофосфорной кислоты — то что надо [2]!

При использовании ортофосфорной кислоты необходимо приготовить раствор травления следующего состава:

• 25-30 мл. 75% раствора ортофосфорной кислоты;
• 5 гр. хлорида натрия;
• 10-12 мл. 35-40% раствора перекиси водорода;
• 70-80 мл. дистиллированной воды.

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

• 25-30 мл. 75% раствора ортофосфорной кислоты;
• 5 гр. хлорида натрия;
• 80-100 мл. 3% раствора перекиси водорода.

В подборке видео ниже показан процесс травления раствором указанного состава в реальном времени: на видео слева — практически сразу после погружения заготовки в раствор травления; на видео справа — примерно в середине процесса травления при максимальной интенсивности процесса.

Основным продуктом реакции в данном случае является нерастворимый кристаллогидрат ортофосфата меди сине-зелёного цвета. Несмотря на то, что ортофосфат меди не растворим в воде, на поверхности травления образуется достаточно рыхлый слой (в отличии от плотного слоя оксалата меди), который неплохо удаляется постоянным покачиванием ванны с травильным раствором (этим обеспечивается циркуляция травильного раствора и постоянный отвод продуктов реакции из зоны реакции) [7,8].

В целом процесс травления протекает со средней интенсивностью, но все реакции так же являются экзотермическими т.е. протекают с выделением теплоты и нагреванием травильного раствора. По представленным выше видео отлично видно, что при максимальной интенсивности процесса травления (относительно используемой заготовки) на поверхности раствора образуется пена с мелкой структурой, а раствор при этом достаточно ощутимо парит. Самое интересное, но при этом температура раствора была не выше 40-45 градусов Цельсия (и выше не поднималась в принципе).

В целом при травлении в подобном растворе закипание травильного раствора менее вероятно, чем при использовании лимонной или серной кислоты, но теоретически возможно при травлении плат с большой площадью поверхности. Для предотвращения подобного развития событий для раствора данного состава справедливы все рекомендации, данные для состава на основе лимонной кислоты.

В подборке фото ниже наглядно показан процесс травления на разных этапах протекания.

Таким образом, перед тем как закончить описание использования ортофосфорной кислоты в процессе травления печатных плат, стоит ответить ещё на один небольшой вопрос: что будет, если вместо 5 гр. хлорида натрия в раствор добавить, скажем, 20 гр.? В общем-то, ничего особо катастрофического не произойдёт — скорость протекания химических реакций при этом увеличится раза в 2 (по ощущениям), но на поверхности травления будет достаточно интенсивно образовываться ортофосфат меди в виде кристаллов темно-синего цвета.

Кроме того в растворе будет образовываться хлорид меди и при его небольшом содержании раствор станет бирюзового цвета (при небольшом избытке хлорида натрия). При большом избытке хлорида натрия дополнительно будут образовываться комплексные соединения меди светло-зелёного цвета и раствор станет ярко-зелёного цвета [10,11,12].

Основными достоинствами данного состава травления являются:

• приемлемая скорость травления;
• отсутствие необходимости подогревать раствор для ускорения процесса травления;
• все используемые компоненты раствора доступны в продаже;
• отработанный раствор можно утилизировать в канализацию.

Основными недостатками данного состава травления являются:

• возможность выпадения ортофосфата меди на поверхность травления (вплоть до прекращения процесса травления);
• возможность самопроизвольного закипания травильного раствора при определённых условиях с образованием едкого аэрозоля (при больших площадях травления);
• необходимость при работе использовать СИЗ (противоаэрозольный респиратор, защитные очки, перчатки);
• приготовленный раствор не хранится т.к. в нем продолжается распад перекиси водорода т.е. повторно использовать раствор не удастся;
• скорость травления значительно ниже, чем в рецептурах на основе лимонной, серной и сульфаминовой кислот;
• несмотря на то, что ортофосфорная кислота всего в 2-2.5 раза дороже лимонной кислоты (на момент написания данной статьи) всё же лимонную кислоту (как и раствор серной кислоты) купить значительно проще.

Подводя итог можно сказать, что, в общем-то, ортофосфорную 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 ортофосфорную кислоту.

Обобщая все достоинства и недостатки, связанные с использованием тех или иных кислот, можно составить небольшой рейтинг их применимости в домашних условиях:

1. место: сульфаминовая кислота — идеальный вариант;
2. место: серная кислота — отличный вариант;
3. место: лимонная кислота — хороший вариант;
4. место: ортофосфорная кислота — допустимый вариант;
5. место: уксусная кислота — плохой вариант;
6. место: щавелевая кислота — практически не применима.

На этом моменте мы заканчиваем знакомство с рецептурами на основе перекиси водорода в присутствии тех или иных кислот и переходим к рассмотрению других составов травления.

Рассмотрим типовой состав травления на основе персульфатов (персульфата аммония, персульфата натрия). В описанных экспериментах мной использовался персульфат аммония [13,14,15,16].

Итак, в классической рецептуре при использовании персульфата аммония необходимо приготовить раствор следующего состава:

• 30-35 гр. персульфата аммония;
• 100-150 мл. дистиллированной воды.

После полного растворения персульфата аммония необходимо раствор травления подогреть до 40-45 градусов Цельсия, опустить в раствор заготовку и дождаться окончания травления. На всём протяжении процесса травления необходимо примерно поддерживать указанную температуру раствора т.к. в случае уменьшения температуры скорость травления значительно падает и на поверхности возможно выпадение кристаллов сульфата меди (см. подборку фото ниже). При перегреве же (особенно выше 60 градусов Цельсия) в растворе будет достаточно быстро распадаться присутствующая перекись водорода и, несмотря на увеличение скорости травления мы получим перерасход персульфата аммония.

Дело в том, что в водном растворе персульфат аммония гидролизуется (распадается) на несколько составляющих — серную кислоту, перекись водорода и сульфат аммония (сульфат натрия в случае персульфата натрия). Фактически, в процессе травления участвует серная кислота и перекись водорода. При этом сульфат аммония или сульфат натрия являются балластом и в процессах травления не участвуют. Как вы уже наверное догадались, основным продуктом реакции является сульфат меди. Ничего не напоминает? Всё верно, протекающие процессы практически идентичны применению раствора травления на основе серной кислоты за небольшим отличием, но об этом чуть ниже.

Основным недостатком и одновременно достоинством применения персульфатов является тот факт, что в водном растворе персульфаты гидролизуются не сразу и не полностью т.е. высвобождение серной кислоты и перекиси водорода происходит постепенно, что ограничивает скорость травления (и увеличивает затрачиваемое время). Несколько лучше процесс идёт при подогреве раствора (это является второй причиной того, почему травление в растворе персульфатов следует проводить при небольшом нагреве). В подборке фото ниже показан свежеприготовленный раствор персульфата аммония, pH свежеприготовленного раствора, а так же pH раствора после нагрева до 60 градусов Цельсия.

По представленным фото отлично видно, что универсальный индикатор не реагирует на свежеприготовленный раствор, но после подогрева до 60 градусов Цельсия отлично видно, что среда стала кислой (универсальный индикатор стал красного цвета) [17]. Процесс травления в подогретом до такой температуры растворе идёт достаточно неплохо, но на выходе, как отмечалось ранее, получается ощутимый перерасход используемого персульфата. Поэтому в реальности раствор необходимо нагревать до несколько меньших температур, а именно до 40-45 градусов Цельсия (максимум 50).

На видео ниже в реальном времени показан процесс травления заготовки с использованием раствора персульфата аммония, нагретого до температуры около 40 градусов Цельсия.

Основными достоинствами данного состава травления являются:

• приемлемая скорость травления;
• травильный раствор практически не оставляет трудновыводимых пятен (как раствор хлорного железа, например);
• все используемые компоненты раствора относительно легкодоступны;
• самопроизвольное закипание раствора практически невозможно даже на платах с большой стравливаемой площадью (т.е. процесс травления протекает спокойно и достаточно предсказуемо);
• отработанный раствор можно утилизировать в канализацию.

Основными недостатками данного состава травления являются:

• возможность выпадения кристаллов сульфата меди на поверхность травления (легко решается небольшим подогревом раствора травления);
• раствор способен портить и обесцвечивать некоторые материалы (из-за присутствия перекиси водорода и серной кислоты);
• необходимость при работе использовать СИЗ (противоаэрозольный респиратор, защитные очки, перчатки);
• приготовленный раствор хранится плохо т.к. в нем продолжается распад перекиси водорода при гидролизе персульфата т.е. повторно использовать раствор не удастся;
• стоимость персульфата аммония примерно в 2-2.5 раза выше стоимости лимонной кислоты на момент написания данной статьи (при покупке в магазине хим. реактивов).

Как уже отмечалось выше, процессы, протекающие при травлении персульфатами очень сильно похожи на процессы, протекающие при травлении перекисью водорода в присутствии серной кислоты. В соответствии с этим процесс травления можно несколько модифицировать, добавив в исходный раствор травления 5-7 гр. хлорида натрия. В этом случае все основные протекающие процессы будут полностью идентичны составу на основе перекиси водорода и серной кислоты.

Кроме того, скорость гидролиза персульфатов в кислой среде увеличивается. Этим фактом можно воспользоваться и незначительно подкислить исходный раствор травления небольшим добавлением серной кислоты. Учитывая приведённые рекомендации модифицированный раствор травления будет выглядеть следующим образом:

• 30-35 гр. персульфата аммония;
• 5-7 гр. хлорида натрия;
• 5-7 мл. 30% раствора серной кислоты;
• 100-150 мл дистиллированной воды.

Травление в модифицированном растворе протекает в среднем в 2-3 раза быстрее (даже если раствор будет чуть тёплым). Но, как обычно, добавление хлорида натрия — это палка о двух концах. С одной стороны мы увеличиваем скорость травления, а с другой стороны модифицированному раствору свойственны все те же недостатки, что и описанному ранее раствору на основе серной кислоты и перекиси водорода, включая возможность выделения хлора и хлороводорода при большом избытке хлорида натрия (но стоит отметить, что происходить это будет менее интенсивно из-за постепенного гидролиза используемого персульфата).

В подборке фото ниже показан процесс травления меди в модифицированном растворе.

А на видео в реальном времени это выглядит вот так:

Основными достоинствами данного состава травления являются:

• приемлемая скорость травления;
• травильный раствор практически не оставляет трудновыводимых пятен (как раствор хлорного железа, например);
• все используемые компоненты раствора относительно легкодоступны;
• самопроизвольное закипание раствора менее вероятно даже на платах с большой стравливаемой площадью (т.е. процесс травления протекает значительно спокойнее, чем при использовании состава на основе серной кислоты и перекиси водорода);
• отсутствие необходимости значительно подогревать раствор для ускорения процесса травления;
• низкая вероятность образования на поверхности травления малорастворимых соединений;
• отработанный раствор можно утилизировать в канализацию.

Основными недостатками данного состава травления являются:

• раствор способен портить и обесцвечивать некоторые материалы (из-за присутствия перекиси водорода и серной кислоты);
• необходимость при работе использовать СИЗ (противоаэрозольный респиратор, защитные очки, перчатки);
• приготовленный раствор хранится плохо т.к. в нем продолжается распад перекиси водорода при гидролизе персульфата т.е. повторно использовать раствор не удастся;
• стоимость персульфата аммония примерно в 2-2.5 раза выше стоимости лимонной кислоты на момент написания данной статьи (при покупке в магазине хим. реактивов).
• при большом избытке хлорида натрия и серной кислоты возможно образование ощутимых объёмов хлора и хлороводорода;
• приготовление раствора требует навыков обращения с кислотами (даже 30-40% раствор серной кислоты способен оставлять ожоги, а так же портить одежду из некоторых материалов).

Подводя итог можно заключить — составы травления на основе персульфатов обладают вполне неплохими характеристиками для домашнего травления печатных плат и при этом являются более предсказуемыми, нежели растворы на основе перекиси водорода и кислот (т.к. перекись водорода и кислоты там изначально присутствуют в максимальной концентрации, а при использовании персульфатов высвобождаются постепенно).

Таким образом данная часть статьи подходит к концу и осталось рассмотреть только один небольшой момент. Если вы обратили внимание, то при избытке хлорида натрия большинство используемых растворов травления приобретают сначала бирюзовый, а потом ярко-зелёный цвет. Это связано с тем, что в растворе образуется некоторое количество хлорида меди, а так же комплексные соединения меди. Если к такому раствору прилить воды, то комплексные соединения меди начинают распадаться (т.е. равновесие сместится влево) из-за падения концентрации хлорид-ионов, изменения ph раствора и присутствия сульфата натрия в растворе — раствор снова окрасится сначала в бирюзовый цвет, а потом станет сине-голубым [9,10].

Травление печатных плат персульфатом аммония

Другие названия: пероксодисульфат аммония, надсернокислый аммоний, E923.
Химическая формула: (NH₄)₂S₂O₈ Плотность: 1.98 г/см 3 . Спичечный коробок вмещает около 15-ти грамм. Хорошо растворим в воде. Растворение идет с поглощением тепла.
При температуре выше 120 0 C разлагается с газовыделением вредного едкого дыма. Является сильным окислителем. Не горюч.

Мифы:
1. От персульфата аммония остаются дырки на одежде.
Конечно, если вы прольете его на одежду и не смоете, то со временем волокна порвутся, не более. Если сразу смоете мыльным раствором, никаких дырок не будет. Более того, если раствор новый, то он бесцветен. Так что пятен тоже не будет.
2. Травит хуже и дольше хлорного железа.
Все дело в том, что при приготовлении раствора персульфата необходимо соблюдать концентрацию. Та концентрация, которая написана на банках, продаваемых в магазинах (1 часть персульфата аммония на 2 части воды), нормально не травит! Во-первых, большое газовыделение может разрушить дорожки ЛУТ-тонера/фоторезиста при продолжительно травлении (вот такой фоторезист 30×100см после 1 часа травления еще держится, после 2-го часа на дорожках 0.3мм уже видны подтравы). Во-вторых, на меди осаждаются кристаллы, которые ухудшают процесс травления. Оптимальная концентрация с точки зрения быстроты реакции травления: 1 часть персульфата на 4 части воды при температуре 40 0 C. Можно понижать концентрацию до 1:6 (в литровую банку насыпаем персульфата на 3.5 см высоты от дна, остальное – заливаем горячей (70 0 C) водой.).
3. Чтобы быстро травить плату, требуется постоянно подогревать раствор.
Нет. Как правило, быстро надо сделать штучный (непериодический) заказ. Для этого можно в раствор персульфата добавить поваренной соли в концентрации 1:50-25 (то есть 20-40 грамм соли на 1 литр воды. Происходит реакция с выделением тепла. Раствор получается соответственно без видимого и с минимальным газовыделением(!)). Травление пойдет быстро уже при комнатной температуре воды. Без увеличения времени травления можно уменьшить концентрацию персульфата до 1:10, а соли увеличить до 1:20 – в этом случае раствор надо подогревать, а плату – периодически покачивать. Без подогрева время травления увеличивается на 10 минут. Однако, из-за газовыделения долго хранить такой раствор нельзя. При реакции выделяется озон. Более того, при бОльшей концентрации соли/персульфата в растворе может произойти сильное нагревание раствора с выделением хлорида азота и хлораминов.

Плюсы:
1. Раствор персульфата аммония после разведения бесцветен, как вода.
2. По мере выработки раствор меняет цвет постепенно до аквамарина (цвет морской волны).
3. Плату можно брать руками (если у вас нет аллергии, конечно).
4. Травление идет намного более равномерно по всей поверхности платы в сравнении с хлорным железом.
5. Гарантированная норма расхода порошка аммония персульфата: 1 грамм на 5кв.см медной фольги толщиной 35мкм. Расчетная норма – 0,7 грамм.

Минусы:
1. Чувствителен к типу воды. Лучше использовать дистиллированную воду (применяют для растворения электролита в аккумуляторах). Или очищенную бутилированную без солей. С водопроводной травление происходит несколько дольше.
2. Травление плат в «изношенном» (перенасыщенном ионами меди) растворе ведет к браку.
3. По степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности.

Травление печатных плат с помощью Персульфата Аммония.

Здравствуйте моделисты, решил написать статью о травлинии печатных плат, думаю многим новичкам и не только пригодилось бы, но всё не было времени, вот оно появилось, и так начнём.)
Нам понадобится:
Лазерный принтер
Фотобумага Lomond А4 глянец 1х 200г/м2 без текстур
Стеклотекстолит односторонний
Ацетон (Можно воспользоваться жидкостью для снятия лака)
Утюг
Ватка
Персульфат Аммония
Ванночка для травления
Ложечка пластиковая
Наждачная бумага мелкая

1) Нужно зачистить медь наждачной бумагой для того что бы убрать грязь и неровности.
2)Вот что получилось после зачистки, печатку я уже распечатал. Далее протираем ацетоном ту часть где зачищали медь, что убрать жирные следы.3)Хорошенько проглажывем и прогриваем утюгом фото бумагу приложеную к меди для того, что бы тонер отпечатался на ней.

4)Далее бежим в ванну и остужаем под краном стеклотекстолит вмести с бумагой, затем отрываем бумагу, вот что у нас получилось.5)Приступаем к травлению. Нам нужно приготовить расствор состоящий из 1 части Персульфата Аммония и 4 частей воды температурой около 40 грудусов.
6)Добавим воды и всё хорошенько размешаем так что бы Персульфат Аммония расстворился.7)Далее нужно пообливать плату, что бы она приобрела розовый цвет и на ней не было пузырей.8)Погружаем плату в раствор.9)Спустя 20 мин началась реакция, наша плата побелела.
10)Спустя 1 час 10 минут плата протравилсь. Все дорожки целые всё чётко, как на заводе ( Такой же результат можно получить и с хлорным железом. Но как по мне, травление Персульфатом Аммония дешевле и чище в плане прозрачности раствора), травление таким способом имеет свою сложность в соблюдении концентрации, т.к от неё сильно зависит скорость травления.11)Теперь протираем плату ацетоном, тем самым смывая тонер.
12)После снятия тонера, промываем плату под струёй воды с мылом или стиральным порошком. Плата готова, осталось только просверлить отверстия и залудить дорожки.

Травление печатных плат персульфатами аммония, натрия, калия

Травление печатных плат

Для травления меди при производстве компьютеров нашли свое применение персульфаты аммония, натрия и калия, улучшенные определенными катализаторами. Системы непрерывной регенерации и циклическая система на основе персульфата аммония больше не используются. Для создания оксидной пленки во внутренних слоях при микротравлении широко применяются персульфаты, а также электролиз меди и металлизирование. Растворы персульфатов совместимы со всеми основными видами резистов печатных плат, включая припои, олово, оловянно-никелевый сплав, защитные краски и светочувствительные пленки. Раствор аммония персульфата, катализированный дихлоридом ртути больше не применяется, в основном из-за негативного влияния на окружающую среду, дороговизны и улучшенных альтернативных вариантов. В общем, травители на основе персульфата нестабильные, склонные к распаду, у них низкая скорость травления относительно содержания меди и низкий полезный выход меди.

Химический состав.

Аммоний, калий и персульфаты являются стабильными солями надсерной кислоты (H2S208). Растворяясь в воде, эти соли образуют ион персульфата (S2082-). Это самый сильный окислитель из использующихся в настоящий момент пероксидных соединений. Во время медного травления персульфат окисляет металлическую медь до формирования иона двухвалентной меди, как показано на рисунке ниже:

Во время гидролиза растворов надсерной кислоты образуется ион перокси-моносульфата (HS041-), а после перекись водорода и кислород. Катализатором гидролиза служит кислота, что является причиной нестабильности кислотных травильных растворов надсерной кислоты.

Раствор персульфата аммония (обычно 20%) кислотный. Реакции гидролиза и травление уменьшают рН с 4 до 2. Концентрация персульфата падает и образуется сульфат аммония с гидратированной двухвалентной медью [CuS04 • (NH4)2SO4•6Н2O]. Этот осадок может вмешаться в процесс травления.

Соединения твердого персульфата стабильны и не теряют своих свойств при условии хранения в сухих закрытых емкостях. В состав растворов входят различные катализаторы, содержащие как органические вещества, так и переходные металлы (Fe, Cr, Cu, Pb, Ag и др.). Материалы для хранения нужно тщательно подбирать. Персульфаты нельзя смешивать с восстановителями или окисляющимися органическими веществами.

При температуре от 40 до 55 °С полезное содержание меди составляет 1 кг/м3. При количестве меди выше 0,7 кг/м3 во избежание кристаллизации соли температуру раствора необходимо поддерживать на уровне 55 ºС. Скорость травления раствора с содержанием растворенной меди 1 кг/м3 при температуре 50 °С составляет 7 мкм/мин.

Циклическая операция травления печатных плат растворами персульфатов.

Предпочтительно использовать персульфат натрия, поскольку его легче утилизировать, а содержание меди и скорость травления немного больше. Скорость травления зависит от емкости резервуара и колеблется в пределах от 45 до 15 мкм/мин. При использовании специализированных добавок готовые растворы необходимо выдержать 16—72 ч перед травлением.