Радиолюбительские технологии, схемы, хобби, проекты, разработки

Раствор травления


Комментарии: 26Просмотров: 23515

Медно-хлоридный раствор травления

В последнее время в виду доступности химических реактивов, почему то все начинают забывать дедовские способы травления печатных плат. А ведь самый простой и надежный травитель в то время, был медный купорос с солью. Хлорное железо было трудно достать и все пользовались именно этим способом.

Помню как сам лично намешав почти полведра какой то непонятной жижи, кипятил раствор и травил в нем печатную плату около двух часов. Это было мучение, но результат достигался. Потом эта жижа с медным купоросом отправлялась в утиль, так как я на то время не знал что с ней делать.

Идут годы, накапливается опыт и я решил попробовать забытый способ травления медным купоросом и попробовать регенерировать его после истощения для повторного использования.

Приготовление раствора травления

Для приготовления 200 мл раствора нам понадобится 30 грамм медного купороса и 60 грамм поваренной соли (NaCl). Чистота этих реактивов не важна, можно использовать любые, какие найдете.

Взвешиваем 30 грамм медного купороса и 60 грамм соли, растворяем медный купорос в 50 мл кипятка, соль в 150 мл кипятка. Если нужно приготовить 1 литр раствора, то нужно все умножить на 5.

После полного растворения солей, смешиваем их путем вливания раствора поваренной соли в раствор медного купороса. В итоге получаем зеленый раствор хлорида меди объемом раствора 230 мл.

Приготовление соляной кислоты

Дальше в раствор нужно добавить соляной кислоты. Приготовить ее несложно, берем поваренную соль и растворяем ее в аккумуляторном электролите. Соль нужно брать с избытком, в данном случае было взято 150 грамм соли на 450 мл электролита.

Хорошо перемешиваем в закрытой емкости и оставляем это дело дня на два или три в тепле изредка перемешивая путем встряхивания баклажки. Соль вся не растворится, это нормально, так и должно быть. Если у вас растворилась вся соль, то нужно обязательно подсыпать еще соли, чтобы на дне был избыток не растворившейся соли.

Прошло указанное время, переливаем раствор соляной кислоты в другую емкость. Хочу еще уточнить, раствор соляной кислоты надо сделать заранее, а не тогда, когда вы соберетесь делать раствор травления на медном купоросе (чтобы не ждать).

Добавляем соляную кислоту в раствор травления

Для того что бы раствор работал правильно, его нужно подкислить соляной кислотой. Для этого добавляем туда 50 мл заранее приготовленной солянки. На фото почти пустая бутылка и может сложится обманчивое мнение, что я вылил туда все содержимое. Нет, бутылка опустела в результате других опытов, не обращайте на это внимания.

Если все сделано правильно, то цвет должен быть зеленого цвета, что говорит о наличии нужного количества хлорида меди в растворе.

Тестируем раствор травления

Тестировать будем на обычном текстолите и на имитации печатной платы с нанесенным фоторезистом. Также посмотрим ускоренное видео процесса и времени травления.

Травим фольгированный текстолит

Берем кусочек фольгированного текстолита, толщина меди 18 мкм и подвешиваем его в раствор, температура 50 градусов.

Постоянно помешивая ложкой, видим результат травления через 8 минут, 10 минут и 12 минут. Если положить плату в раствор и ничего не делать, то она может пролежать там столько угодно долго и не протравится. При постоянном помешивании слой меди 18 мкм стравился за 12 минут. Меня этот результат более чем устраивает.

Травим печатаную плату с фоторезистом

Наносим фоторезист на плату, засвечиваем, проявляем. На фото шаблон с дорожками от 0,1 мм до 0,3 мм. Травим плату в растворе при температуре 60 градусов (ушло 14 минут при постоянном покачивании).

Внешний вид сверху и на просвет. С поставленной задачей раствор справился, фоторезист не отлетел, тонкие дорожки не съело в виду малой величины бокового подтравливания.

Видео процесса травления

В этом видео показан ускоренный процесс травления двух кусков текстолита. Толщина меди, один 18 мкм, второй 36 мкм. Текстолит с толщиной меди 18 мкм стравился примерно за 9 минут, 36 мкм за 18 минут, начальная температура раствора 60 градусов.

Фото текстолита до и после травления.

Емкость по меди травящего раствора

Существует разная информация, сколько можно вытравить плат в данном растворе. Не будем опираться на противоречивые данные и проверим это сами.

Для этого возьмем медную проволоку, взвесим и опустим в травящий раствор. Затем, после некоторого времени проверим, сколько весит проволока и тем самым определим емкость по меди данного травителя.

Кусочек проволоки весом 10,64 грамма опускаем в свежий раствор травления и оставляем его там на 12 часов (на ночь). После пройденного времени, взвешиваем проволоку, вес 3,41 грамм.

Данная статья опубликована на сайте whoby.ru. Постоянная ссылка на эту статью находится по этому адресу http://whoby.ru/page/travlenie-pechatnyh-plat-kuporosom

Читайте статьи на сайте первоисточнике, не поддерживайте воров.

Расчет количества стравленной меди

Как мы помним, раствора у нас было 230 мл. Этот объем принял в себя 10,64 - 3,41 = 7,23 грамма меди.

Далее считаем какое количество примет травитель объемом 1 литр. Для этого 1000 / 230 = 4,34. Умножаем это число на количество стравленной меди из теста 4,34 * 7,23 = 31,37 грамм.

Из всех выше перечисленных расчетов, получается, что объем по меди у купоросного травителя равен 31 грамм на литр. Уменьшим эту величину до 28 гр/л для запаса.

Сколько можно вытравить печатных плат

Для того чтобы рассчитать, нужно знать, сколько весит 1 Дм2 меди фольгированного текстолита. Из разных онлайн калькуляторов определяем, 1 Дм2 меди толщиной 18 мкм весит 1,5 грамма (примерно).

Делим объем по меди раствора на вес в 1 Дм2, 28 / 1,5 = 18 Дм2 (примерно). Из чего следует, что в 1 литре медно-хлоридной травилки можно вытравить одну одностороннюю плату размером 45х40 см или одну двустороннюю размером 30х27 см, при условии, что толщина меди равна 18 мкм. Но так как медь при травлении платы стравливается не вся (дорожки же у нас остаются), то реально вытравить можно платы большего размера, все зависит от плотности топологии печатной платы.

Регенерация раствора травления

Признаком истощенности раствора является вялое травление даже при большой температуре и цвет раствора, напоминающий цвет использованного хлорного железа. Что делать, выливать? Нет, поступим другим способом, регенерируем раствор.

Для этого нам понадобится соляная кислота и аптечная перекись водорода. Сначала в раствор наливаем соляную кислоту (ту, самодельную) примерно 20% от объема раствора. В нашем случае я налил 50 мл, это примерно 20% от 230 мл травилки.

После добавляем понемногу перекись водорода и постоянно перемешиваем раствор. Как только он позеленеет, прекращаем добавлять перекись, в моем случае ее ушло 100 мл.

Так как объем раствора увеличился на 150 мл, то нужно подкорректировать количество соли NaCl. В 200 мл раствора при приготовлении раствора мы клали 60 грамм соли, в 150 мл травилки нужно положить 200/150 = 1,33. 60/1.33 = 45 грамм.

В растворе соляной кислоты ее содержится примерно 15 грамм в 50 мл (мы ее уже добавили). 45 - 15 = 30 грамм соли нужно добавить в раствор, что я и сделал. В итоге у нас уже 400 мл травильного состава.

После 3 регенераций, в раствор нужно добавить медный купорос, из расчета 10 грамм на 100 мл добавленной жидкости. Затем опять 3 регенерации без купороса, только соль и снова купорос и тд.

Например у нас был 1 литр, после 3 восстановлений, объем прибавился до 2 литров, значит нужно будет добавить 10 * 10 = 100 грамм купороса (соль NaCL нужно добавлять при каждом восстановлении, не забывайте).

Примечание: Конечно лучше регенерировать концентрированной соляной кислотой и 30% перекисью водорода из расчета 10 мл кислоты и 20 мл перекиси на 1 литр. В этом случае не придется корректировать количество соли и медного купороса. Только после 10 регенераций можно добавить купорос и соль, количество зависит от прибавленного объема травилки (описано выше).

Тестируем восстановленный медно-хлоридный раствор травления

Нагреваем раствор до 50 градусов (если вы делаете регенерацию пред травлением, то раствор нагревается от взаимодействия с перекисью и можно дополнительно не греть) и опускаем текстолит. Через 11 минут, медь толщиной 18 мкм с платы стравилась полностью. Хочу сделать акцент, раствор постоянно при этом перемешивался (все эти 11 минут).

Регенерируем раствор травления гидроперитом

Можно регенерировать гидроперитом. Для этого добавляем 20% раствора соляной кислоты от общего объема истощённой жидкости и после этого добавляем гидроперит из расчета 2,5 таблетки на 100 мл раствора.

Если гидроперит сильно шипит, это говорит нам о том, что соляной кислоты добавили мало, нужно подлить еще (шипеть должно, но не сильно, должно быть еле видно). Затем восстановленный раствор добавляем к общему и получилось уже около 460 мл. Это получается как "волшебный горшочек", с каждым разом прибавляется, прибавляется... grin

Этот способ дороже, так как на 1 литр травителя, для восстановления нужно добавить 25 таблеток или 3 пачки по 8 таблеток, что дороже, чем добавлять аптечную перекись.

Плюсы минусы медно-хлоридного (купоросного) раствора травления

Минусы

  • Раствор нужно греть
  • Маленький объем по меди

Плюсы

  • Доступность всех реактивов используемых в растворе
  • Возможность регенерации
  • Малое боковое подтравливание
  • Низкая цена (потрачено/вытравлено с учетом регенерации)
  • Нет резких запахов
  • Большая скорость травления при условии интенсивного перемешивания

Заключение

В заключении хотел спросить вас, травите ли вы платы медным купоросом? Если да, то сколько времени занимает у вас этот процесс? Что вы делаете с раствором после того как он отработал, выливаете, восстанавливаете?

Не стесняйтесь, пишите в комментариях, никто не укусит.

Всем восстановленного раствора и ровных дорожек. wink

Статью написал: Admin Whoby.Ru

Комментариев: 26

1Геннадий22-01-2019 17:35

Когда-то, в виде пробы, травил простым раствором "купорос-соль" (50 на 50) безо всякой кислоты. Требовалось нагревание, иначе реакция почти не шла. Времени требовалось раза в три больше, чем хлорным железом. Дорожки рисовал викой.

3Геннадий24-01-2019 20:15

Признаться, не помню, это было в семидесятые. Помню, регенерировал истощённые растворы пассивным меднением гвоздей. Образовывался рыхлый махровый слой меди при большой выдержке.

Наверное, выливал в раковину. Всегда это напрягало. Надеялся, что такие растворы частично нейтрализуются в общей канализации. Травил сравнительно немного. До сих пор где-то лежит нераспечатанная банка с безводным феррум хлор три.

С экологией дела совсем плохи.

4Admin24-01-2019 20:26

Ну если регенерировать, то выливать не придется. smile

5zmulian19-02-2019 12:31

Давным давно травил. Но просто купорос с солью. Причем купороса было больше. 2 части купороса 1 часть соли. Травилось час - полтора на батарее. Раствор потом выливал. Реактивы были халявные, поэтому не заморачивался с регенерацией. Про солянку интересно. Но в то время познания химии были мизерные.

6Admin19-02-2019 15:01

zmulian

Да, в то время с химреактивами было вообще трудно (речь не про медный купорос), поэтому на купоросе и травили, только нерационально.

7Аноним26-12-2019 09:32

Долго им травил, без подогрева в вертикальной ванне с бульбулятором.

Она лет 8 стояла и все травила и травила.И чем дольше стояла тем быстрее травила.

Ванна была литров на 5.

Потом долгое время не занимался травлением. Сейчас опять начал.

Хлорное железо как то плохо работает, и дорогое. Персульфат тоже без нагрева плохо травит, долго не хранится. Новый раствор простоял пол года и все , не травит.

Перекись с лимонкой как то через раз получается, и геморойно как то.

8гвоздок14-03-2021 11:35

мля, что-то новое. соляная кислота в аккумуляторе. А я до этой публикации полагал. что там раствор серной кислоты.

9Михаил Lmi audio07-06-2021 08:31

Я травлю лимонной кислотой и перекисью замечательно травит. Купил оптом. Нет пятен раствор безопасен

10Admin16-06-2021 13:20

гвоздок

А я до этого комментария, думал, что при взаимодействии серной кислоты и соли NaCl, образуется соляная кислота + Na2SO4, который при охлаждении кристаллизуется и выпадет в осадок. wink

11Дмитрий18-04-2022 11:19

Я травлю уже туеву тучу времени в одном растворе, кажись мешал пополам медный купорос с солью. У меня литровая колба, я ее с раствором, перед применением, нагреваю градусов до 60-70 (пар идет когда выливаю в емкость для травления). В пластиковую емкость кладу плату (изготовленную путем прокатывания через ламинатор платы с рисунком на термотрансферной бумаге, даю платке чуток остыть, она оч горячая после прокатки и легко поддев бумагу за уголок, ее удаляю. Рисунок на плате почти 100% идеален) и заливаю горячим раствором купороса с солью. Накрываю крышкой, чтоб раствор не брызгал и начинаю платку в емкости туда-сюда покачивать постоянно. Плата травится минут за 7-10. Раствор приобретает темно серый оттенок в конце травления. Дорожки в 0,1 мм легко удаются, плата как заводская, никаких боковых подтравов дорожек. Слегка шлифую оч мелкой наждачкой, сверлю и лужу с помощью самодельного флюса (канифоль+стеариновая кислота их хозяйственного мыла+касторовое масло. Канифоль со стеарином примерно одинаковое количество, касторовое масло придает флюсу необходимую текучесть, его надо добавлять по вкусу до желаемой степени вязкости флюса). Припой что-то типа ПОС-61. Этот флюс не очень дымит и платы лудит просто на ура! Пайка зеркальная!

Раствор сливаю обратно в колбу, он отстаивается и становится опять изумрудно-зеленым а на дно выпадает осадок. Этот осадок , кстати, мешает травлению (причина травления плат до нескольких дней), потому плату и надо покачивать в растворе, чтобы он не мешал травлению и смывался.

13RomeoVar23-09-2022 09:36

добрый день.

Попробовал замесить раствор как на литр. Что-то у меня ни соль ни купорос до конца не растворились. Нужно ждать пока полностью растворятся?

15RomeoVar26-09-2022 19:51

Я долго растворял. Даже на батарею поставил, но все-равно чуть-чуть осталось. Но после смешивания осадка не осталось. Попробовал протравить. Хватило на пару плат. А вот третья плата долго не хотела травиться в итоге крайние дорожки, у которых толщина была 0,25мм стравились. Очень печально

Вобщем я заметил - если раствор приобретает цвет хлорного железа, надо его восстанавливать. В моем случае я добавил 30мл. на 1,5 литра 30% перекиси и 15 мл. солянки. Но мне показалось что достаточно было добавить только перекиси. Т.к. после добавления перекиси раствор сразу-же позеленел. И плату вытравил мегабыстро (остатки недотравленной) секунд за 40-50.

В следующий раз попробую восстановить одной перекисью. Посмотрю как будет травить

16Admin26-09-2022 22:51

Сначала надо солянку добавлять, затем только перекись. Иначе будет пустой расход перекиси (будет шипеть при добавлении).

17RomeoVar26-09-2022 22:57

Вот самое интересное совсем не шипела. Правда я ее в холодильнике храню и наливал холодной. Я перепутал и первой налил перекись. И раствор сразу "позеленел". И совсем не шипел. И что это может значить?

18RomeoVar27-09-2022 09:49

Добрый день. Сегодня вытравил еще одну плату, раствор из зеленого превратился в темно-коричневый, похожий на раствор хлорного железа. еще раз попробовал его восстановить только перекисью 30%. Перекись холодная, из холодильника. Медленно начал добавлять и перемешивать. после добавления около 5мл. раствор стал снова прозрачно-зеленым, а в процессе добавления перекиси никакого шипения не было.

При приготовлении раствора я использовал соляную кислоту Х.Ч. на литр раствора я добавил примерно 250мл. (ну если я правильно посчитал, на 230 мл. Вы добавили 50, а так как я месил на литр, я добавил 250). Может быть у меня в растворе слишком много соляной кислоты получилось и поэтому при добавлении перекиси ничего не шипит?

Травит раствор после восстановления неплохо, когда качаешь в растворе плату - видно как с нее "смывается" медь

Буду признателен за комментарий специалиста

19Admin27-09-2022 19:58

Кислоты значит достаточно в растворе. Я добавлял самодельную и в ней едва наберется 10% концентрация.

20RomeoVar27-09-2022 20:12

Тогда я правильно понимаю что добавлять кислоту не надо до тех пор, пока перекись при добавлении в раствор не начнет шипеть? А когда начнет шипеть, значит кислоты в растворе недостаточно и можно начинать добавлять?

я вобщем-то так и думал что у меня концентрация соляной кислоты выше

21Admin27-09-2022 20:14

Да, правильно и советую добавлять перекись сначала каплями (в начале процесса), иначе может вспенится, если кислоты мало в растворе.

22RomeoVar27-09-2022 20:26

Извините за навязчивость, а какие реакции протекают в растворе при добавлении перекиси водорода. Почему он восстанавливается?

Очень интересно

23RomeoVar27-09-2022 20:31

Я просто нашел на радиокоте описание. Но в химии я полный ноль. https://www.radiokot.ru/lab/hardwork/62/

А не будет ли восстанавливаться раствор если через него компрессором прокачивать воздух? А потом немного подкислить?

24Admin27-09-2022 20:37

Можно и воздухом, но это долго, сутки наверно (я не проверял если честно).

1. Травление, в результате реакции получаем одновалентный хлорид меди CuCl.

Cu + 3CuCl2 → 2CuCl2 + 2CuCl

2. Регенерация, восстанавливаем одновалентный CuCl до двухвалентного CuCl2.

CuCl + 2H2O2 → CuCl2 + 2H2O + O2

Что то типа этого происходит.

25RomeoVar27-09-2022 20:45

Примерно понятно.

Там может в формуле не дописали 2CuCl2 + H2O2 → 2HCl + CuO2 и потом HCl + CuO2 = 3CuCl2 + H2O + O2

Может так?

То есть при воздействии перекиси водорода из раствора выходит кислород и появляется излишек воды (наверное поэтому со временем нужно раствор подкислять) и 2CuCl2 восстанавливается в 3CuCl2?

Ну или примерно так.

26Admin27-09-2022 20:53

Я сократил формулу, чтобы было более понятно.

2CuCl2 восстанавливается в 3CuCl2?
Нет числа 2 и 3 это для равенства в уравнении.

Я же написал..

2. Регенерация, восстанавливаем одновалентный CuCl до двухвалентного CuCl2.