Аммония персульфат как разводить для травления плат

Аммоний надсернокислый для травления печатных плат

Раньше редко травил печатные платы, т.к. терпеть не могу возиться с хлорным железом. Запах крови, желтые пальцы, не выводимые пятна на одежде, если плохо промыть плату, то стеклотекстолит темнеет, ну и прочее… о найденной для себя альтернативе можно почитать в моем блоге, как раз сегодня травил платку…

В качестве травильного раствора использую не хлорнное железа, а персульфат аммония. Хлорное железо привычнее и восстанавливать его можно. НО раствор я все равно ни когда не восстанавливал, гвозди жалко, да и геморно и грязно это. Потом при попадании капель раствор на одежде появляются пятна, которые уже не вывести. И самое главное — контролировать процесс травления проблематично, нужно периодически вынимать плату из раствора… Персульфат аммония же абсолютно прозрачен, и только в процессе травления окрашивается в голубой цвет, что на прозрачность не влияет. При высыхании капель раствора образуются кристаллы соли, и ткань не портится. Я пробовал опускать в раствор тряпку, ни чего не произошло. Конечно травит немного медленнее хлорного железа, но стоит значительно дешевле. Хлорное железо у нас продают по 50р за 100гр, т.е. 500р за 1кг, а ЭТО я купил за 280р. Расход порошка практически одинаковый в обоих случаях. К стати, покупал я енто чудо не в радиотоварах, там его очень редко можно встретить, а в специализированном магазине по продаже хим. реагентов и прочего лабораторного добра.

Изготовление печатных плат ЛУТ’ом от А до Я

Доброго времени суток! Среди моих знакомых бытует мнение, что самостоятельно изготавливать печатные платы (ПП) бесполезно. Учитывая, что современные компоненты далеко ушли от DIP корпусов, то кустарно травить платы под них даже и не стоит пытаться. Тем не менее необходимость в быстрой оценке того или иного компонента всегда есть, и ждать несколько суток заказанной платы времени нет. И это учитывая, что заказ за «несколько суток» дорог, для одноразовой задачи.

В данной статье я хочу изложить порядок действий, которые позволят быстро изготавливать ПП под компоненты в корпусах подобных TQFP-100, то есть с ногами 0,2мм и таким же зазором, и при этом сводить брак к минимуму.

Конечно это способ изготовления плат только для прототипов, но он снижает риски ошибиться при создании конечного устройства.

В сети много статей и роликов с подобными советами, но как правило там не охвачены все нюансы тех или иных действий. Здесь же хочу показать весь процесс, который в домашних условиях позволит за час-полтора изготовить приемлемый экземпляр ПП.

Под катом подробности и трафик.

Минимальный набор материалов:

Правильная бумага (ниже остановлюсь на понятии «правильная»)
Персульфат аммония
Ёмкость для травления
Шкурка «нулевка»
Кисточка (натуральная или из стекловолокна)
Зубочистка

Весть процесс покажу на изготовлении ПП под оценочную плату микросхемы ATxmega128A1U-AU (оценка заявленного аппаратного крипто модуля, EBI и вообще), и платы для подключения 7 дюймового дисплея к STM32F407VE

Для оценочных плат стараюсь делать разводку только на одной стороне, там где пересечений не избежать, ставлю резистор с сопротивлением=0 и корпусе 0805, пропуская дорогу под ним. Если пересечений много и точно нужно два слоя, то травлю каждый слой на отдельном текстолите (соединяю потом по VIA).

Первый этап

Односторонний текстолит с толщиной меди 17-35мкм отмывается от грязи средством для посуды под теплой водой, потом капля моечного средства наносится на шкурку с зерном P800 или меньше и будущая плата шлифуется до образования шероховатостей по всей площади. Момент со шкуркой обязателен! Таким способом медь до дыр не затрем, но обеспечим хорошее прилипание тонера. После шлифовки поверхность промывается чистой водой, вытирается насухо и откладывается досыхать.

К моменту переноса макета, текстолит должен быть сухой, без окислов, жирных пятен и заметными шероховатостями.

В одной из статей видел рекомендацию, что медный слой надо подержать на солнце, до появления сизой оксидной пленки, в нашем случае это не нужно.

Второй этап

Для ATxmega128 сделал такую вот разводку:

На плате сама xmega, преобразователь интерфейса ft232 и стабилизатор lp2985, а так же мелочёвка- разъем PDI, USB, светодиодики на весь порт «B». Рисунок платы несколько отличается от того, что буду травить. Перед печатью добавил надписей и мелочей для усложнения.

Все дороги на верхнем слое (TOP), поэтому печатаем макет в отзеркаленном виде.

Наличие в принтере «неэкономного» режима для жирной печати необязательно. Я печатал на разных принтерах с печатью «по дефолту» и проблем не было, за исключением одного момента: Принтеры Brother (а конкретно HL-l2340 и HL-l2250) очень непочтительно относятся к переводу DPI в реальный размер, поэтому рисунок может поплыть по размерам, а это критично, когда на 1мм две дороги должны уместиться.

Никаких глянцевых журналов и подложек от самоклейки!

И даже от китайской бумаги для ЛУТа я тоже отказался (слишком тонкая и мнется при печати)
Бумага должна быть плотной — минимум 150гр на квадратный сантиметр, должна быстро прилипать при нагревании и не ёрзать под утюгом, хорошо набухать в воде.

Лучший вариант- глянцевая фотобумага, не слишком хорошего качества. Не «слишком хорошего качества» это значит не премиум и не LOMOND. То есть дешевая глянцевая фотобумага. На фото выше, одна из таких и показана, есть еще «Фотобумага глянцевая», выпускаемая под брендом крупного магазина компьютерной техники, это клон той, что на фото (складывается впечатление, что они с одного завода, но в разных упаковках).

Данная бумага сразу прилипает к меди под утюгом и не сдвигается при проглаживании (матовая бумага не содержит глянцевого слоя и поэтому не липнет, а горячий тонер легко смазать), она легко отходит в теплой воде (в отличии от LOMOND и бумаги с приставкой «премиум»).

Итак пора печатать. Печатаем макет, потом, не касаясь лицевой стороны пальцами, обрезаем края. и готовим утюг.

Третий этап

Необходимо сначала подготовить емкость с водой, в которой будет замачиваться плата. У меня роль этой емкость выполняет обычный тазик. Наливается горячая вода ( градусов 50, то есть чтобы рука уже не терпела), литров пять, и в ней растворяется немного моющего средства (немного, это столовая ложка).

Подготовленный текстолит кладем на ровную поверхность и накрываем распечатанным макетом, утюгом прогретым до максимальной температуры проглаживаем по центральной линии, а потом от центра к бокам. При первом проглаживании распечатку лучше придерживать, чтобы не сдвинулась. После первого проглаживания лист фотобумаги прилипает к меди и сдвинуть его утюгом уже можно не бояться. Теперь можно носиком утюга пройтись по всем краям и местам, где на вид бумага отходит. Потом секунд тридцать просто прогреваем по всему объему.

Не смог удержаться чтобы в статье про ЛУТ не показать главное действующее лицо:

После проглаживания, не остужая кидаем плату воду. То есть не удаляя бумагу, подхватываем горячую пинцетом и кладем в подготовленную емкость с водой. 10 минут перерыв на отмачивание.

Четвертый этап

Очистка от бумаги.

По истечении 10 минут достаем плату из воды и удаляем бумагу. Как бы долго плата не лежала в воде, вся бумага не отстанет. Точнее сама то бумага без проблем, а вот глянцевый слой, который нам обеспечивал хорошее прилипание останется в узких местах.

Вообще тонер держится очень надежно, тереть можно пальцами, ластиком или губкой для мытья посуды, но между дорожками вытащить глянец сложно, достаточно дать плате высохнуть, как такие места будут видны.

Замочить плату в спирте еще на 10-15 минут, глянцевый слой набухнет и смоется мягкой тряпочкой. Это не наш способ, в виду его кощунственности.
Замочить плату в растворителе «анти-силикон», который продается в строительных магазинах. Не знаю что там в качестве активного вещества (на бутылке не написано), но глянцевый слой тоже разбухает и удаляется, тонер при этом остается. Это способ на любителя, средство довольно вонючее.
И третий способ — удалить механически, что не очень долго.

Пример из практики:

После удаления остатков глянцевого слоя, промываем плату с моющим средством, удаляя «пальчики». Оставляем высыхать.

Почти специально оставил несколько мест, где глянец не удален (потом увидим, что не так все страшно).

Пятый этап

Травлю персульфатом аммония, не скажу, что он лучше хлорного железа, просто от железа больше грязи (ну да, персульфат аммония это же отбеливатель, какая тут грязь) и хлорное железо труднее хранить — гигроскопичен и как следствие сплавляется в большие куски, которые надо дробить.

Травлю при температуре 40 градусов. На плату с медью 35мкм — 15 минут, С медью 17мкм — 5 тире 7 минут. Можно и при комнатной температуре 17мкм травится порядка 20 минут, 35мкм в теории 40 минут, но это уже и не помню.

В домашних условиях можно травить в любой емкости, для этой статьи специально травил в обычной пластиковой емкости, что накладывает определенные дополнительные действия от исполнителя. Но если ПП делаются часто, то можно заделать себе ванночку для травления:

главным дополнением которой — насос для перемешивания раствора, он освобождает от «определенных дополнительных действий». Насос нужен мембранный, с пластиковой мембраной.
Тот что на рисунке, купил в интернет магазине для робокрафтеров.

Внутри емкости перегородки, для размещения нескольких ПП.

На фото травятся две стороны платы под STM32F407VE подключаемую к семи дюймовому дисплею.
Под xmega вытравлю в открытой пластиковой.

Делаем раствор — пол литра воды плюс 100-150г персульфата аммония. Вообще рекомендуется 250 грамм на пол литра, но в кустарных условиях при остывании раствора и испарении воды, выпадают кристаллы и намертво прилепляются на медь, как итог непротравленные точки.
Как писал выше — температура 40 градусов.

Кидаем в раствор плату и начинаем кисточкой перемешивать раствор, чтобы травление шло равномерно. Также кисточкой можно удалять с платы хлопья глянцевого покрытия, если при подготовке не все удалились.

У меня плата с медью 35мкм, через 10 минут уже видно текстолит:

Жду еще 5 минут и все готово.

Надо сказать, что в процессе травления лучше передержать плату, чем недодержать. И дополнительное время может быть довольно большим. Один раз я увидев недотравленный полигон закинул платку обратно и забыл про нее часа на три, когда вспомнил, думал что ее разъело насквозь. Однако ни одного подтравливания не заметил:

вот этот передержанец (уже облуженный):

Итак, вытащили нашу плату, помыли и посмотрели на свет:

Если нашли лишнюю медь, то можно кинуть обратно в раствор.

Если все хорошо, то ЛУТ окончен!

Смываем ацетоном тонер и облуживаем, если в ближайшее время облуживание не предусмотрено, то хранить плату можно не смывая тонер, он будет защитной оболочкой.

Выше я помечал места на плате, где глянцевое покрытие осталось. Те места, которые глянец закрывал герметично (уголок на плате), там не протравилось, там где небольшие перекрытия между дорожками — все нормально, раствор туда пробрался. Если использовать емкость с насосом, то глянцевое покрытие можно вообще до конца не оттирать, просто время травления увеличивается в два раза.

Пара фраз о лужении. Поскольку ЛУТом делаются платы временные или для себя, то особо возиться с облуживанием не стоит (ИМХО), можно просто пройтись паяльником по тем местам где будет пайка, а потом все покрыть лаком.

Но если компоненты на плате будут перепаиваться или плата будет долгое время эксплуатироваться, то лучше залудить. Либо паяльником пройти по всей меди, либо если есть фен, то паяльной пастой.

Я мешаю пасту с флюсом примерно 1 часть пасты и 5 частей флюса, покрываю всю плату и прогреваю феном:

во время прогрева, текстолитовой кисточкой (известная как «вечная кисточка») сгоняю припой к краям платы, Лишнего припоя на дорожках при таком способе не остается, а там где его не хватает, можно пригнать с краев. Не воздушный нож, конечно, но тоже довольно аккуратно.

Главная проблема при использовании паяльной пасты, это лишние шарики, присохшие к плате. Вот на фото их хорошо видно:

Поэтому после лужения, плату надо хорошенько промыть и оттереть тряпочкой, смоченной в ацетоне.

Плату облудили, теперь точно все. Монтаж. Проверка:

Задача выполнена. На данную плату ушло не больше часа (с учетом фотографирования этапов).

Параллельно у меня травилась вторая плата, точнее две стороны одной платы. И если первая платка была скорее для демонстрации (можно было и на DIP переходнике выполнить, а не подобие ардуины делать), то вторая нужна была для конкретной цели и плести косы проводов на переходнике не вариант (да еще не факт, что помех не нахватает при подключении через fsmc)

Как видно, я не стал травить двухсторонний текстолит, проходя убийственную процедуру совмещения двух шаблонов на этапе работы утюгом. Лучше это сделать сейчас.

Сверлим отверстия на VIA у всех плат, берем ножки от резисторов и штук 5 припаиваем к одной стороне, потом нанизываем на них вторую сторону, пропаиваем с двух сторон. Все платы совмещены! Теперь можно пропаять все отверстия.

Вы, должно быть заметили сильный брак на одной из сторон:

Бумага после принтера наэлектролизована и собирает на себя все подряд. Особенно волосы, особенно кошачьи! Так что я не досмотрел.

А вот и виновник:

Контролирует все выполняемые процессы.

После восстановления дорожки, ПП готова и устройство собралось:

Правда, это была плата как раз временная — проверить правильность подключений, чтобы потом развести по-человечески и заказать.

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:

место: сульфаминовая кислота — идеальный вариант;
место: серная кислота — отличный вариант;
место: лимонная кислота — хороший вариант;
место: ортофосфорная кислота — допустимый вариант;
место: уксусная кислота — плохой вариант;
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 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.