Изготовление ПП в домашних условиях (цикл статей)

[Sobiratel_sxem]

Данная тема посвящена обсуждению цикла статей по изготовлению печатных плат в домашних условиях.

Первые части цикла уже опубликованы:
1. Подготовка поверхности: https://www.radiokot.ru/artfiles/6662/
2. Нанесение защитного рисунка: https://www.radiokot.ru/artfiles/6663/
3. Травление. Часть 1: https://www.radiokot.ru/artfiles/6664/
4. Травление. Часть 2: https://www.radiokot.ru/artfiles/6665/

В ближайшее время будет опубликована ещё одна часть по травлению и одна часть по химическому лужению. На стадии оформления находится часть по изготовлению фотошаблонов и экспанированию фоторезиста. Возможно что-то ещё появится в будущем (но это не точно). Ваши замечания, предложения, найденные фактические ошибки складывайте сюда же.

[Ivanoff-iv]

Благодарю за подробное описание процессов травления и того, что происходит при отклонениях от "идеальных условий".

Во второй части статьи про травление есть сводная таблица - "пьедестал", можете отметить, за какие свойства каждый раствор получил своё место в этой таблице? (например критерии: безопасность, доступность, дешевизна, скорость травления и т.д., так-же стоит обратить внимание на воздействие раствора на тонер/фоторезист - у меня знакомый не смог травить перекисью с лимонной кислотой из-за того, что фоторезист пузырился и отслаивался, а мне с ЛУТ - норм ).

По поводу лимонной кислоты я не совсем согласен - она из-за своей доступности могла бы подняться и повыше

И если можно, то, для полноты обзора, добавьте подобную таблицу с основными параметрами и нюансами применения самых распространенных травильных растворов Х.Ж., перекись+, персульфат, купорос... (полный обзор с фото не прошу - в интернете они есть)

Добавлено after 1 hour 20 minutes 30 seconds:
И ещё подскажите, можно ли хранить очищающий раствор (смесь Трилон Б и перекись)?

[Sobiratel_sxem]

Во второй части статьи про травление есть сводная таблица - "пьедестал", можете отметить, за какие свойства каждый раствор получил своё место в этой таблице?

Кислоты в таблице были расположены прежде всего по предсказуемости процесса травления и способности растворов уходить в разнос. Лимонная кислота именно из-за более быстрого ухода раствора в разнос оказалась на своём месте. Всё же это органическая кислота и есть предположение (высказанное в т.ч. и другими авторами), что она может окисляться в присутствии перекиси водорода с выделением дополнительного количества теплоты т.е. выступать в качестве топлива (так происходит с той же молочной кислотой, которая под действием перекиси водорода в присутствии ионов меди распадается на уксусную кислоту, муравьиную кислоту, метальдегид, пировиноградную кислоту и углекислый газ - об этом как раз будет разговор в последней части по травлению).

у меня знакомый не смог травить перекисью с лимонной кислотой из-за того, что фоторезист пузырился и отслаивался

Скорее всего имел место локальный перегрев фоторезиста при травлении (при условии что фоторезист был хорошо накатан). Если взять концентрацию перекиси водорода слишком большой и травить в тонком слое раствора, то теплота, выделяющаяся при протекании химических реакций, не будет успевать отводиться от поверхности и температура может повышаться вплоть до вспучивания фоторезиста и отслаивания тонера. Если во время травления (особенно при большой стравливаемой площади) плату извлечь из раствора, то можно увидеть что с поверхности поднимаются клубы пара - это в тонком слое испаряется травильный раствор т.е. теплоты выделяется достаточно много.

Травление персульфатом и модифицированным раствором на его основе описано в уже опубликованных частях. Травление ХЖ и купоросом будет описано в последней части по травлению.

И ещё подскажите, можно ли хранить очищающий раствор

К сожалению нет т.к. из-за присутствия ионов меди (а медь переходной металл) перекись водорода будет продолжать достаточно активно распадаться. В принципе, если тару не закрывать плотно, то после распада перекиси в растворе останется Трилон Б и его комплекс с медью. В дальнейшем можно будет добавить небольшое количество перекиси и снова использовать раствор. Тем самым удастся сэкономить Трилон Б.

Т.к. последние несколько лет я травлю платы достаточно активно, то для себя купил более концентрированный раствор перекиси - 35-40% раствор для чистки бассейнов и подобных применений. И развожу его по мере необходимости.

[Ivanoff-iv]

Лимонная кислота именно из-за более быстрого ухода раствора в разнос оказалась на своём месте.

Если я правильно понял - бурные пузыри это не показатель травления, а как-раз наоборот, свидетельство того, что что-то пошло не так.
А что нужно сделать, чтобы избежать этого явления?
не допускать повышения температуры и переизбытка перекиси? соли? просто высоких концентраций реагентов? применять для растворов дистилированную воду?
У меня обычно реакция идёт бурно... но недолго 100 граммового пузырька аптечной 3% перекиси не хватает для стравливания 10 см2 двухсторонней платы (потому и приходится применять электролиз)
нагрева растворя я не наблюдал ни разу, наоборот приходилось греть его извне (даже в микроволновке пробовал...), чтобы реакция хоть както пошла... (разводил прямо в перекись соль и сухую лимонную кислоту, воду не добалял)
теперь я, кажется, понял в чём ошибался, спасибо.
По Вашим наводкам заказал реактивов (Трилон-б и перекись) перекись в канистрах получается раз в 10 выгодней чем в аптеке.

[Sobiratel_sxem]

Если я правильно понял - бурные пузыри это не показатель травления, а как-раз наоборот, свидетельство того, что что-то пошло не так.

При бурном пузырении, особенно с крупными пузырями достаточно много перекиси разлагается т.е. фактически имеем перерасход перекиси водорода. 100 мл 3% раствора перекиси водорода должно хватать примерно на стравливание 100 см2 медной фольги толщиной 35 микрон (односторонней платы 10 на 10 см полностью). Если раствор уходит в разнос, то выходов несколько - либо взять исходную концентрацию перекиси водорода ниже (но потребуется больше раствора. Тут можно, кстати, понемногу добавлять концентрированную перекись по мере её израсходования и тщательно перемешивать раствор. Лимонная кислота в растворе взята с достаточным запасом), либо меньше добавлять хлорида натрия. Ну и, конечно же, не допускать перегрева раствора. Хлорид натрия (поваренная соль) обязательно должна быть не йодированной.

перекись в канистрах получается раз в 10 выгодней чем в аптеке

В аптеке покупать вообще не выгодно получается. Особенно маленькими партиями (в бутылках литровых 6% ещё куда не шло, но по 100 мл 3% - разориться можно). Когда в год делается 2-3 платы этого не заметно. Но когда штук 5-10 в неделю (как у меня сейчас из-за написания раздела с конструкциями для начинающих - их надо обкатать, настроить и отладить. Проверить по паре образцов на учениках) - разница становится ощутимой.

[VNS]

Прям завидую вам ребята… так как у меня эксперимент с перекисью, что-то не сработал… купил в аптеке 3% перекись 100 мл, добавил в неё 30 г лимонной кислоты и 5 г соли (взвешивал на весах). Хорошо перемешал раствор, до полного растворения кристаллов кислоты и соли… положил в раствор тестовую плату… пролежала она в растворе около часа и практически никакой реакции… мелкие пузырьки были (потом и они прекратились), раствор немного приобрёл бирюзовый цвет… но медь особо не стравилась… предположительно, лишь немного протравила толщину, так как цвет фольги стал более тёмным от первоначального вида. Что я сделал не так, так и осталась загадкой. Соль была обычная (не йодированная). Есть какие мысли на этот счёт?

[Ivanoff-iv]

Попробуй применить эту перекись по её прямому назначению... мне в аптеке не раз попадалась дохлая перекись, которая даже на ранке практически не пузырится. (травить такая перекись тоже отказывалась)

[VNS]

Каким тогда образом проверить перекись на соответствие? Где взять каталазу? Не резать же руки…

[Ivanoff-iv]

вроде марганцовка её разлагает, достаточно пары крупинок,

Спойлер

Спойлер

можно наверно из холодильника кусок мяса попробовать...
на срезе свежей картофелины тоже должна зашипеть, запениться...

Спойлер

вроде даже от слюны должна пойти реакция... (сейчас нечем проверить - нет перекиси под рукой)

[Sobiratel_sxem]

мелкие пузырьки были (потом и они прекратились), раствор немного приобрёл бирюзовый цвет… но медь особо не стравилась…

Как уже верно заметили выше - скорее всего проблема в перекиси водорода. Дело в том, что перекись вообще штука не особо стабильная (несмотря на стабилизирующие добавки в некоторых формах выпуска) и склонная к разложению (концентрированные растворы способны разлагаться со взрывом). Если перекись хранится давно, а особенно хранится с нарушением условий хранения, то в растворе вполне могла остаться практически только одна вода и немного растворённого кислорода...

Каким тогда образом проверить перекись на соответствие?

Если проверять на глазок то можно взять раствор перекиси водорода и добавить туда оксид марганца(IV). Он является хорошим катализатором разложения перекиси. Соответственно должно начаться бурное выделение кислорода - Вы его увидите по обильному пузырению. Это классический опыт получения кислорода. Оксид марганца (IV) можно получить термическим разложением перманганата калия. Присутствие манганата калия в виде второго продукта реакции разложения в данном случае не критично.

Другой способ на глазок - получение йода из йодида калия (йодной настойки т.к. это раствор йода и йодида калия в спирте). В осадок будет выпадать кристаллический йод. Если интересно, то можно почитать, например, вот тут: http://chemistry-chemists.com/Video11/Iodine.html - это тоже классический эксперимент, но уже по получению йода (с пол-года назад именно так его и получал).

Ну и, конечно же, можно провести титрование. Титрование проводится с перманганатом калия в кислой среде (обычно подкисливают серной кислотой). При добавлении раствора перманганата калия к смеси перекиси водорода и кислоты раствор перманганата калия будет обесцвечиваться. Примерно вот так:



Таким способом определяют точную концентрацию перекиси при анализе. Можно использовать и уксусную кислоту, но нужно будет пересчитать по уравнению реакции массовые доли реагентов.

[VNS]

Ivanoff-iv, Sobiratel_sxem, спасибо вам за подробные ответы! Плюсики пока поставить не имею возможности (всплывающее окно утверждает, что ещё рановато. Видимо какие-то дополнительные правила есть для новичков, но в правилах это не прописано.). Как наступит разрешение – я за вас не забуду!!! А далее буду следить за интересной темой и попробую повторить свой эксперимент. Вроде в АШАНе раньше видел литровые бутылки с перекисью. Если ещё есть, прикуплю. Проверять буду с йодной настойкой – мене её проще приобрести. Но для общего развития (на всякий случай, спрошу ещё про оксид марганца 4): То есть, марганцовку поместить в духовку (или можно просто на плите в сковороде)? И на кокое время? И какая температура необходима?

[IgorKogan]

Для механической подготовки поверхности лучше использовать губку Scotch-Brite (в автомагазинах их много разных).
Поверхность получается ровная, "сатиновая".
Только ацетоном промыть и в дело.

[Sobiratel_sxem]

То есть, марганцовку поместить в духовку (или можно просто на плите в сковороде)? И на кокое время? И какая температура необходима?

Перманганат калия разлагается при температуре не менее 200 градусов Цельсия. Прокаливать лучше либо в пробирке либо в банке с высокими стенками т.к. в процессе нагрева и разложения кристаллы любят знатно трескаться и разлетаться. В результате разложения выделяется газообразный кислород. Это второй классический способ получения кислорода. В лаборатории проводится примерно вот так:



Можно наглядно увидеть для чего нужна тара с высокими стенками.

Для механической подготовки поверхности лучше использовать губку Scotch-Brite

А чем она отличается от любой другой двусторонней губки для мытья посуды?

[kvarc-zet]

Уважаемый, Sobiratel sxem,Вы, как-то, в своем обзоре, травильных растворов, не удостоили своим вниманием, такой состав раствора, как: медный купорос+кухонная соль. На мой взгляд, рецепт-то, неплохой, многоразовый из минусов-долгое время травления. Хотелось-бы услышать, Ваше мнение, по этому вопросу.

[Borodach]

Для того, чтобы фоторезист не "вспучивался" его желательно перед травлением задубить при температуре 120 градусов. Но только после проявления, иначе проявить его не удастся. Перед проявлением фоторезист обычно сушат при температуре 60-70 градусов ...

[Sobiratel_sxem]

kvarc-zet писал(а):

Уважаемый, Sobiratel sxem,Вы, как-то, в своем обзоре, травильных растворов, не удостоили своим вниманием, такой состав раствора, как: медный купорос+кухонная соль. На мой взгляд, рецепт-то, неплохой, многоразовый из минусов-долгое время травления. Хотелось-бы услышать, Ваше мнение, по этому вопросу.

Моё мнение по данному составу травления отражено в третьей части статьи по травлению, которая на данный момент ещё не опубликована - там будет всё подробно расписано

Для того, чтобы фоторезист не "вспучивался" его желательно перед травлением задубить при температуре 120 градусов.

Термодубление обычно применяют всё же для жидких фоторезистов - там это часть стандартного технологического процесса. Для плёночных всё больше применяют постэкспонирование т.е после экспонирования и проявки плата с готовым защитным рисунком дополнительно экспонируется ещё некоторое время.

[VNS]

Sobiratel_sxem писал(а):

Перманганат калия разлагается при температуре не менее 200 градусов Цельсия. Прокаливать лучше либо в пробирке либо в банке с высокими стенками т.к. в процессе нагрева и разложения кристаллы любят знатно трескаться и разлетаться.

Большое спасибо за подробный ответ!

[El-Eng]

Прокаливать перманганат калия? Зачем переводить добро? Хотите проверить наличие перекиси в растворе? Бросьте в него несколко крупиц марганцовки, если есть перекись - реакция не заставит себя ждать. Нужен оксид марганца (IV)? Купите солевую батарейку, там его полно, пока она свежая.

Про раствор для травления. Тем, кто травит платы не так часто, хочу порекомендовать смесь персульфата аммония (2 части) и поваренной соли (1 часть) растворенные так, чтобы получилась концентрация 200 г/л персульфата плюс 100 г/л соли. Преимущество раствора в том, что все исходные компоненты сухие и их легко хранить, готовя нужное количество раствора прямо перед применением, что гарантирует хороший результат. Достаточно растворить 10 г персульфата и 5 г соли в 50 мл воды (все нужно взвесить) и травить плату, омывая ее раствором при помощи пекарской силиконовой кисточки. При таком режиме травление идет достаточно быстро. После травления остатки раствора можно выбросить.

[kvarc-zet]

Sobiratel sxem, спасибо за ответ! Мне, да, наверное и не только мне, будет очень интересно ознакомится ,с Вашей очередной статьей, по даной теме. В своих публикациях, Вы освещаете, очень полезную и нужную информацию. Спасибо!

[Sobiratel_sxem]

Нужен оксид марганца (IV)? Купите солевую батарейку, там его полно, пока она свежая.

Мне не надо - у меня есть примерно пол-кило марки "Ч" А так да, согласен, можно и из батарейки добыть в общем-то. Впрочем, 3 гр. перманганата калия рублей 30 стоит - тоже не особо дорого.

Тем, кто травит платы не так часто, хочу порекомендовать смесь персульфата аммония (2 части) и поваренной соли (1 часть) растворенные так, чтобы получилась концентрация 200 г/л персульфата плюс 100 г/л соли

А если его ещё немного и подкислить серной кислотой для ускорения гидролиза персульфатов - будет совсем отлично. Только не многовато ли хлорида натрия в растворе? Хотя нет, нормально, я же приводил для подкисленного раствора соотношение компонентов. А если его не подкисливать и сильно не греть, то гидролиз идёт ощутимо медленнее. Как раз за счёт "катализатора" удастся частично ускорить суммарный процесс. Но он в любом случае будет ограничен скоростью гидролиза используемого персульфата.