Медь уходит: химия травления печатных плат

По многим причинам домашнее травление печатных плат является своего рода умирающим искусством. Основная причина, конечно, в росте услуг по быстрому изготовлению печатных плат; если вы можете отправить свои Gerbers и получить обратно коробку с дюжиной или около того профессионально изготовленных печатных плат за пару долларов, зачем вам возиться с гравировкой самостоятельно?

Помимо удобства и стоимости, существует масса веских причин раскручивать свои собственные платы: от отсутствия необходимости ждать доставки до простого желания контролировать процесс самостоятельно. Однако в каком бы лагере вы ни находились, полезно знать, что происходит, когда ваша простая медная плата, украшенная вашими драгоценными произведениями искусства, попадает в ванну для травления и становится печатной платой. Что именно там происходит, чтобы удалить медь? И как метод травления влияет на конечный продукт? Давайте рассмотрим несколько наиболее популярных методов травления, чтобы понять химический состав ваших плат.

В конце концов, травление печатной платы заключается в максимально контролируемом удалении меди с платы. Методы травления печатных плат обычно делятся на две большие категории: влажные и сухие процессы. Для домашнего геймера сухие процессы будут включать в себя такие методы, как фрезерование следов с помощью фрезерного станка с ЧПУ или даже проверенный и надежный метод выцарапывания следов с помощью лезвия бритвы. На коммерческом уровне сухое травление обычно относится к таким методам, как лазерное травление, при котором мощный лазер используется для абляции меди с подложки для создания следов, или плазменное травление, при котором используется радиочастотная энергия для генерации реактивной плазмы в результате травления. газ.

За заметным исключением выцарапывания следов с помощью X-Acto, все эти методы сухого травления имеют тот недостаток, что требуют использования каких-либо специализированных машин. Однако недостаток простоты они компенсируют направлением травления и точным контролем, которого они достигают при удалении меди. Все методы сухого травления представляют собой анизотропные процессы; то есть они направляют удаление меди в одном направлении и исключают риск подрезки. Мокрые методы, все из которых основаны на химических реакциях перевода металлической меди в водный раствор, представляют собой изотропные процессы, то есть они протекают более или менее равномерно во всех направлениях. Это может стать проблемой; если процесс не контролируется жестко, реакции травления могут распространяться под слой резиста, маскируя области будущих дорожек печатной платы, потенциально создавая высокоомное сужение дорожек или даже разрыв цепи.

Если вы занимались травлением печатных плат дома, велика вероятность, что вы хотя бы попробовали старый резервный хлорид железа. Это дешево и просто, и имеет много преимуществ перед другими химическими методами влажного травления, не последним из которых является то, что вы можете изготовить практически неограниченный запас материала, используя только горстку гвоздей и некоторые химикаты, которые можно легко найти в бассейне. магазин и аптека:

Хлорид железа, также известный как хлорид железа (III) (FeCl3), быстро и эффективно растворяет металлическую медь, но как выглядит реакция? Общая реакция довольно проста:

Когда хлорид железа вступает в контакт с металлической медью, один из его атомов хлора переносится на атом меди, образуя хлорид меди (II) или хлорид меди, который растворим в воде. Это позволяет смыть медь, которая когда-то была прикреплена к подложке печатной платы. Это кажется достаточно простым, но в целом за этой реакцией скрывается большая химическая сложность, и в детали стоит углубиться.

Сначала немного о номенклатуре. В соединениях с катионами металлов (положительно заряженные соединения) традиционно использовались разные суффиксы для обозначения их степени окисления или заряда атома. Суффикс «-ic» обозначает более высокую степень окисления, а «-ous» — более низкую степень окисления. Суффикс прикрепляется к латинскому префиксу металла, давая такие названия, как «железо», относящееся к железу со степенью окисления 3+, или «железо», которое соответствует состоянию 2+. Это соглашение восходит почти ко временам алхимии, и, хотя оно все еще широко используется, теперь в стандартной номенклатуре степень окисления указывается римскими цифрами в скобках в названиях соединений: хлорид железа (III) (FeCl3) и железо (II). хлорид (FeCl2).