С.Маркин. Как травить платы?

Химия и жизнь, N7 1990 г. с 76-77.
---------------------------------------------------------------
В потоке читательских писем, приходящих в редакцию "Химии и жизни", не
последнее место занимают вопросы радиолюбителей о способах химического
травления медненых 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
заметке.
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:

CuCl2+Cu => 2CuCl.

Концентрация используемого раствора 400 г/л, рабочая температура до 35
°С. Регенерации использованный раствор не поддается*.

* Разумеется, в химической лаборатории можно регенерировать любой
раствор но расход средств и времени на такую регенерацию будет таков, что
дешевлe и проще приготовить свежие растворы

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)2S208+Cu => (NH4)2S04+CuS04.

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

CuS04*(NH4)2S04-6H20.

Распространен также раствор на основе хлорида двухвалентной меди СuCl2.
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 [СuCl2][-]. Исходная концентрация
CuCI2 100--150 г/л, рабочая температура 45--50 °С. Существенно, что 100
граммам CuCl2 эквивалентна смесь 185 г медного купороса CuS04*5H20 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:

2CuCl+H202+2HCl => 2CuCl2+2H20.

* Пергидроль водорода - это 30 %-ный раствор пероксида.

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)2CO*H202), 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)4Сl2+Сu=2Сu(NН3)2Сl.

Отработанный раствор легко регенерируется при продувании в него
воздуха:

4Cu (NH3)2Cl+02+4NH4Cl+4NH40H => 4Cu (NH3)4Сl2+6Н20.

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
приобретет желто-бурый цвет, он готов к работе. Два способа получения этой
соли из доступных веществ уже были описаны в "Химии и жизни" (1985, No 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 -- в
продовольственных магазинах.
Предположим, у вас есть все необходимые реактивы. Какой способ
травления предпочесть? Для удобства сравнения основные характеристики
растворов сведены в таблицу.

Растворы
Максималь-ная скорость травления, мкм/мин
Емкость по меди, г/л*
Боковое подтравливание, мкм

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 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 Fe[3+], что может
ухудшать его изолирующие свойства. А вот растворы на основе солей меди
смываются без осложнений. Не проливайте раствор FеСl3: 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, НЦ-11), в слабокислых вполне
подходит для защиты клей БФ-2. Если раствор будет нагреваться, целесообразно
применить теплостойкую краску.

С. МАРКИН