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)2S₂O₈+Cu ⇒ (NH₄)2SO₄+CuSO₄.

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

CuSO₄*(NH₄)2SO4-6H₂O.

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 CuSO₄*5H₂O 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 пергидроль¹⁾ (110–115 мл/л) и перемешивают раствор воздухом (например, с помощью микрокомпрессора) 20–30 минут. При этом происходит реакция:

2CuCl+H₂O₂+2HCl ⇒ 2CuCl₂+2H₂O.

В заводских условиях применяют смесь соляной кислоты и 30 процентного 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*H₂O₂), 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+O₂+4NH₄Cl+4NH₄OH ⇒ 4Cu (NH₃)4Сl₂+6Н₂O.

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 процентной 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.

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 Химия и жизнь, N7 1990 г. с 76-77.

Что читать о травлении плат:

• Ильин В. А. Технология изготовления печатных плат. Л.,«Машиностроение», 1984.
• Верховцев О. Г., Лютов К. П. Практические советы мастеру-любителю. Л., Энерго-атомиздат, 1987.