No Image

Травить плату перекись водорода

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
11 марта 2020

Травим плату перекисью водорода с лимонной кислотой

25 декабря 2017

Традиционно платы травят хлорным железом, как это ранее было описано в статье про лазерно-утюжную технологию. Однако хлорное железо имеет ряд недостатков. В частности, оно оставляет несмываемые пятна на одежде и мебели. Плюс к этому хлорное железо продается только в специализированных магазинах и стоит сравнительно дорого. Поэтому сегодня мы рассмотрим альтернативный и лишенный названных недостатков подход, заключающийся в использовании перекиси водорода, лимонной кислоты и поваренной соли.

Ничего из описанного далее я не придумывал сам, лишь отважно нашел через Google. Первоисточником, насколько я смог выяснить, является статья Безопасный общедоступный состав для травления меди в домашних условиях на сайте radiokot.ru, которую написал некто под ником Murlock в 2012 году. Впрочем, не исключаю, что такой способ травления плат мог быть независимо переоткрыт несколькими людьми. Статья классная и всячески рекомендуется к прочтению, здесь же я всего лишь привожу краткую выжимку.

Итак, нам понадобятся:

  • 3%-ый раствор перекиси водорода. Баночка со 100 мл раствора была куплена в ближайшей аптеке за 12 рублей (0.21$);
  • Лимонная кислота. Пакетик с 50 г лимонной кислоты обошелся мне в ближайшем продуктовом магазине в 35 рублей (0.60$);
  • Поваренная соль. Есть в любой солонке и эффективно ничего не стоит;

Fun fact! Перекись водорода имеет срок годности, по истечении которого она перестает работать. Я проверял.

Эти компоненты смешиваются в стеклянной или пластиковой посуде в соотношении чайная ложка лимонной кислоты (это около 7.5 г) на 25 мл перекиси водорода, плюс чайная ложка соли. Количество соли не зависит от количества двух других реагентов, так как соль здесь выступает в качестве катализатора. Как следует перемешиваем и можно травить:

Раствор имеет приятный медицинский такой запах. Изначально раствор прозрачный, а в ходе реакции он становится голубым, при этом раствор может немного пузыриться. Медь растворяется полностью, без выпадения в виде осадка. По скорости реакция идет сравнимо со скоростью свежего раствора хлорного железа. Вытравить плату у меня занимало от 10 до 25 минут, в зависимости от количества меди, которую нужно вытравить. То есть, реакцию можно ускорить, предусмотрев в дизайне платы заполненные области.

Если вдруг вам интересно, что же такое я травил на приведенном выше фото — это была небольшая плата для прототипирования с DE9-портом:

Плата была спроектирована в KiCad и перенесена на фольгированный стеклотекстолит с помощью фоторезиста. Естественно, на eBay по запросу в стиле «Breakout DE9 Male» можно найти и готовую плату.

Субъективно такой метод травления в разы приятнее, чем в случае с хлорным железом. Раствор не пачкается, реактивы всегда доступны рядом с домом и стоят копейки, реакция протекает быстро. В общем, теперь только так и травлю.

Дополнение: Есть, правда, и недостаток — раствор не хранится. Я проверил этот же раствор спустя неделю после приготовления, и он уже ничего не травит. Что же касается вытравленной платы, пример ее использования можно найти в посте Используем джойстик от Sega Genesis в проектах на Arduino.

Безопасный общедоступный состав для травления меди в домашних условиях.

Автор: Murlock
Опубликовано 27.03.2012
Создано при помощи КотоРед.

Многие из нас занимаются травлением плат, пожалуй, с подросткового возраста. Рецепты предыдущих поколений известны и используются десятками лет. Естественно, и я брал в первую очередь общепринятые составы.

Все известные методы обладают как индивидуальными, так и общими недостатками, усугубляемыми отсутствием собственной оборудованной мастерской, закрытой для доступа любопытных домашних питомцев и родственников. Практически не удаляемые пятна, неприятный запах, общая опасность некоторых используемых реактивов и прочие причины влекут за собой необходимость оправдываться и доказывать очевидную вещь – пользу от занятий радиолюбительством.

Помимо прочего в самый неподходящий момент, так сказать на взлёте деятельной активности, вдруг не оказывается нужных компонентов, или оказалось, что они уже пришли в негодность. Порой, быстро и в доступных точках продаж, найти привычные или, вообще, любые реактивы и вовсе не представляется возможным, что влечёт за собой потери целых дней творчества….

Но, не смотря на все недостатки классических методов травления, к своему стыду, я не пытался искать новые пути.

Однако всё в этой жизни меняется… Растём мы, растут и наши запросы, увеличиваются рабочие напряжения и токи. И вот мы уже меняем медь 32 мкм на медь 105 мкм и длительность, и расход реактивов, и качество процесса нас не устраивают.

Кажется, что нового можно придумать? Но, как то раз, на форуме РадиоКота при обсуждении травления плат соляной кислотой в смеси с перекисью водорода меня посетила мысль…

Всё оказалось очень просто и лежало на поверхности, но, почему-то долго оставаясь никем не замеченным.

Для начала, рассмотрим, так сказать классику. Нетерпеливые могут, конечно, пропустить

уже известное и много где упомянутое, и начать с п.5. Но, думаю, краткое изложение по схеме: уравнение реакции, анализ течения с указанием окислительно-восстановительных потенциалов (далее по тексту ОВП) , достоинства и недостатки, создадут более полную картину.

Следует заметить, что мы ориентируемся на нормальный ОВП а именно рассчитанный по справочным данным при активности как самого реактива, так и продуктов реакции равной 1 экв./литр.

Итак, с п.1 по п.4 рассматриваем классику:

1. Травление меди раствором хлорного железа.

Рис. 1 1 -стандартная упаковка; 2 — шестиводное хлорное железо; 3 — безводное хлорное железо (растворяется в воде со спецэффектами, но получаемый раствор аналогичен раствору из водного железа); 4- раствор в начале травления; 5 — отработанный раствор хлорного железа; 6 — меднёный гвоздь

Уравнение реакции при травлении хлорным железом (далее по тексту ХЖ) выглядит следующим образом:

Читайте также:  Как проращивать грецкие орехи

Окислительно-восстановительные процессы, протекающие при этом, выглядят так:

Cu → Cu 2+ +2e +0,337 В (2)

Fe 3- + e → Fe 2- +0,771 В

Движущая сила (разность нормальных ОВП потенциалов) для этой реакции составляет:

0,434 В.

Это не так уж и мало, но, потенциал и скорость процесса сильно уменьшаются по мере накопления в растворе продуктов реакции, что наверняка было всеми замечено. Поработавший раствор травит медь заметно медленнее, чем свежий.

Некоторые пытаются «оживить» отработанный раствор, осаждая из него медь гвоздями, скрепками и т.п., получая, сначала прозрачный зеленовато-голубоватый раствор,

очень медленно превращающийся, при доступе воздуха, в ни к чему непригодную «чёрную жижу»,

4FeCl2+2H2O+O2 → 2FeCl3 +Fe(OH)3↓+ Fe(O)Cl↓ +HCl (имеет склонность улетучиться)

которая, при утилизации, разукрашивает сантехнику в цвета ржавчины. Однако удаление меди из отработанного раствора, совершенно бесполезно, поскольку вместо неё в растворе прибавляется хлорид закисного железа FeCl2, который растворять медь не способен в принципе. Вопрос регенерации ХЖ решило бы добавление соляной кислоты, но если у вас она есть, и работать с ней вы согласны, то вам совершенно не нужно отработанное ХЖ, об этом ниже.

  • умеренная скорость травления меди.
  • использование единственного основного компонента, а именно хлорного железа.
  • простота изготовления раствора «на глаз», главное, что бы концентрация была достаточной
  • не критична температура окружающей среды
  • Скорость травления и ОВП раствора заметно снижаются по ходу процесса.
  • Большим минусом этого метода можно назвать невысокую доступность хлорного железа для рядового радиолюбителя
  • Относительная дороговизна, порой на рынках заламывают немалую цену за мелкую фасовку.
  • Также, немалым минусом являются трудноудаляемые пятна, которые оставляет хлорное железо на всём, с чем только не соприкоснётся. Одежда портится, обычно, необратимо.
  • ХЖ заметно летуче, особенно при нагревании, плохо хранится (гидролизуется) при доступе воздуха, склонно вылезать из негерметичной тары, загрязняя собой и продуктами своего гидролиза все окружающие предметы

2. Травление медным купоросом с солью.

Рис. 2 1 — варианты фасовки; 2 — соль и медный купорос; 3 — раствор бирюзового цвета до травления; 4 — отработанный раствор медного купороса

В упрощенном виде реакция выглядит так:

Cu+CuSO4+2NaCl → 2CuCl↓ +Na2SO4 (5)

тут ключевую роль играет хлорид натрия (соль), поскольку, медь с медным купоросом практически не реагирует.

Электрохимия при травлении смесью медного купороса с солью такова:

Cu+ Cl — → CuCl↓+e +0,137 В (7)

Cu 2+ +Cl — +e → CuCl↓ +0,54 В (8)

Движущая сила для этой реакции получилась немного меньше чем, у раствора хлорного железа — около 0,40 В. Следует заметить, что в процессе травления, на поверхности меди образуется осадок продукта реакции – нерастворимый хлорид меди(I) CuCl. Для успешного проведения травления просто необходим значительный избыток NaCl и подогрев, которые помогают справиться с этой напастью.

Несмотря на то, что отработанный раствор напоминает «чёрную жижу», он поглощает кислород из воздуха, и при подкислении, может быть регенерирован.

а без кислоты будет как-то так

  • доступность медного купороса, широко применяемого в сельском хозяйстве, как средство защиты растений.
  • в отличие от ХЖ не оставляет таких пятен и разводов. Пятна получаются другого цвета – синие. Но, они легко удаляются уксусом.
  • медный купорос ядовит
  • в последнее время цена медного купороса бьет рекорды, в отличие от размеров фасовки, которые систематически уменьшаются.
  • требуется подогрев раствора для быстрого протекания реакции (6)
  • невысокая скорость травления

3. Травление персульфатами (персульфат аммония или персульфат натрия).

Рис. 3 1 — упаковка и персульфаты россыпью; 2 — раствор до травленя прозрачен, после травления голубой ибо является раствором медного купороса и сульфата натрия

Весьма интересная система, поскольку, казалось бы, одно вещество (персульфат чего-нибудь) — на самом деле, в процессе травления, распадается на три: перекись водорода, серную кислоту и не участвующий ни в чем сульфат натрия или аммония. Об этом факте говорит необходимость существенного подогревания раствора персульфата, которое необходимо для его гидролиза

Химические реакции тут такие суммарно:

где Me – ионы натрия или аммония.

Cu → Cu 2+ +2e +0,337 В (11)

Движущая сила процесса, казалось бы бьёт рекорд 1,43 В! Вот только, практически, такой потенциал не достигается, поскольку персульфат, даже при нагревании его раствора не гидролизуется мгновенно и полностью.

  • Высокий ОВП
  • Высокая скорость травления
  • Не оставляет грязных пятен
  • Однокомпонентный состав
  • доступность заметно ниже чем у ХЖ
  • вместо пятен, склонен отбеливать и делать дырки в ткани.
  • требуется подогрев
  • применяются растворы высоких концентраций, поскольку больше половины массы реактива, в итоге, составляет балластный сульфат.

4. Травление перекисью водорода в соляной кислоте

Рис. 4 1 — 3% раствор перикиси водорода (аптеки); 2 — таблетки гидроперита (помимо медицины используются для отбеливания волос крашеными блондинками); 3 — соляная кислота — отлично портит вещи и раздражает кожу в то же время содержится в желудке ввиде от 0,4 до 0,6% раствора.

Cu → Cu 2+ +2e +0,337 В (11)

эти уравнения такие-же, как и для персульфатов, не так ли? только есть несколько маленьких тонкостей: перекись водорода уже присутствует в своей максимальной концентрации, что позволяет достигнуть максимального ОВП в 1,43 В

Читайте также:  Вареное в собственном соку

В присутствие соляной кислоты или хлоридов реакция растворения меди протекает через образование промежуточного продукта CuCl,

который не успевает выпасть в осадок и быстро окисляется далее. Образование этого продукта заметно понижает потенциал окисления меди, что существенно облегчает течение реакции. т.е. хлориды в данной системе являются катализатором.

  • Самая высокая скорость травления из всех рассматриваемых.
  • Не оставляет грязных пятен
  • Процесс быстро протекает при комнатной температуре.
  • Высокая доступность: перекись можно купить в аптеке, а вместо соляной кислоты годится подсоленный аккумуляторный электролит.
  • использование сильных кислот неизбежно приводит к дыркам в штанах и последующему разбору полётов.

и вот тут мы подходим к самому интересному:

5. Травление меди перекисью водорода в присутствие лимонной кислоты.

Рис. 5 1 — 20ти грамововая упаковка; 2 — россыпь лимонной кислоты; 3 — 15ти граммовые упаковки.

Анализ двух предыдущих методов (см. п.3 и п.4) привёл меня к выводу, что природа, используемой совместно с перекисью водорода, кислоты имеет малосущественное значение, и будет оказывать влияние только на скорость травления меди. Это значит, что можно использовать любую походящую кислоту, которая не окисляется перекисью водорода, например (роюсь в кухонном шкафчике) лимонную, ну или уксусную – но отставим пока уксус из-за неприятного запаха.

Выбор лимонной кислоты вызван тем, что она: доступна, имеет достаточную силу и не пахнет. Более того, лимонная кислота образует прочнейший комплекс с медью, что исключает всякое влияние продуктов реакции на её скорость! А для ускорения процесса следует добавить не расходующийся хлорид натрия.

А сейчас — уравнения.

Cu +Cit 3- → [CuCit] — +2e -0,083 В (14)

Cit – здесь означает остаток лимонной кислоты [(CH2)2C(OH)(COO)3]

Это значение ОВП своим минусом показывает, что медь должна растворяется в лимонной кислоте с выделением водорода, уходя в комплекс.

Если сравнить с уравнением (12) то ОВП (рассчитанный по формуле) — ниже, из-за того что при использовании лимонной кислоты кислотность раствора, снижается по сравнению с соляной (Снижение окислительного потенциала перекиси водорода вследствие не очень высокой силы лимонной кислоты.)

Однако движущая сила процесса, внимание: 1,775 В, что является абсолютным рекордом!

  • Весьма высокая скорость травления.
  • Не оставляет грязных пятен
  • Процесс быстро протекает при комнатной температуре.
  • не требуется труднодоступных реактивов: 3% перекись продаётся в аптеке, лимонная кислота – в гастрономе, а соль можно найти на любой кухне
  • травильный раствор безопасен для тела и одежды
  • это самый дешевый метод травления меди!

Недостатки, куда же без них.

  • Средний цитрат меди малорастворим и может выпасть в осадок в т.ч. на поверхность травления. Для предотвращения возникновения проблемы не следует экономить лимонную кислоту.

Рекомендуемый способ приготовления травильного раствора:

В 100 мл аптечной 3% перекиси водорода растворяется 30 г лимонной кислоты и 5 г поваренной соли. Этого раствора должно хватить для травления 100 см 2 меди, толщиной 35мкм.

Соль при подготовке раствора можно не жалеть. Так как она играет роль катализатора, то в процессе травления практически не расходуется. Перекись 3% не стоит разбавлять дополнительно т.к. при добавлении остальных ингредиентов её концентрация снижается.

Чем больше будет добавлено перекиси водорода (гидроперита) тем быстрее пойдёт процесс, но не переусердствуйте — раствор не хранится, т.е. повторно не используется, а значит и гидроперит будет просто перерасходован. Избыток перекиси легко определить по обильному «пузырению» во время травления.

Однако добавление лимонной кислоты и перекиси вполне допустимо, но рациональнее приготовить свежий раствор.

Вы можете использовать вместо лимонной и уксусную кислоту, но неприятный запах и меньшая скорость травления могут вас не устроить. ОВП реакции с уксусной кислотой 1,35В – что в принципе не так уж и мало, например в сравнении с ХЖ.

Напомню для тех кто только начинает:

— для приготовления всех травильных растворов необходимо использовать пластиковую либо стеклянную посуду.

— подогрев растворов следует проводить на водяной бане или специально предназначенными приспособлениями.

— все растворы полученные после травления ядовиты из-за высокого содержания меди.

— соблюдайте технику безопасности при работе с сильными кислотами.

— утилизация отработанных растворов допустима путём выливания в общую канализацию.

— после травления плату следует ополоснуть слабым раствором уксуса и тёплой водой.

Успехов вам и ровных дорожек!

Использованная литература: «Справочник по аналитической химии» Ю.Ю. Лурье, 1971г.

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 9 мая 2017 · Обновлено 25 августа 2018

Здравствуйте дорогие друзья! На часах 5:30 утра, сегодня специально проснулся пораньше чтобы написать что-то полезное. И да, на календаре сегодня 9 Мая, поэтому поздравляю вас с этим великим днем, с Днем Победы!

А Сегодня речь пойдет о растворе для травления печатных плат который поражает своей доступностью и незамысловатостью. Да, сегодня поговорим о том как можно протравить плату с помощью перекиси водорода и лимонной кислоты ну и чутка соли.

Какие растворы для травления существуют

Для травления печатных плат существует множество различных растворов, среди которых есть популярные травильные смеси а есть и не особо популярные.

На мой взгляд наиболее популярный травильный раствор в радиолюбительской среде это хлорное железо. Почему это так я не знаю, может быть это сговор продавцов радиомагазинов которые специально предлагают хлорное железо и тактично умалчивают о альтернативах. А альтернативы есть :

  1. Травление медным купоросом с солью
  2. Травление персульфатом аммония
  3. Травление персульфатом натрия
  4. Травление перекисью водорода и соляной кислотой
  5. Травление перекисью водорода и лимонной кислотой
Читайте также:  Томатный суп с тыквой и фасолью

Если у вас есть еще варианты травильных растворов то буду признателен если поделитесь ими в комментариях к этому посту.

В чем минусы травления в хлорном железе

Раствор хлорного железа всем хорош, его не сложно приготовить и процесс травления бычно проходит живенько. При приготовлении очень легко разобраться с концентрацией, что называется «на глаз». Единожды приготовленного раствора хватает на десятки плат. Но в нем есть минусы которые очень мешают:

  1. Раствор не прозрачный, что затрудняет контроль за процессом. Приходится постоянно доставать плату из травильного раствора.
  2. Раствор хлорного железа очень сильно пачкает сантехнику. Каждый сеанс травления плат заканчивается процессом отшаркивания сантехники (раковины, ванны и всего с чем может соприкоснуться раствор ).
  3. Очень сильно пачкает одежду. При работе с хлорным железом следует одевать одежду которую будет не жалко выбросить, ведь раствор очень сильно въедается в ткань, так сильно что ее почти не возможно потом отстирать.
  4. Раствор агрессивно влияет на любой металл имеющийся поблизости, даже при хранении в негерметично таре ближайшие металлические предметы могут покрыться ржавчиной. Как-то закрыс банку с хлорным железом металлической крышкой (крышка была окрашена), через пару месяцев эта крышка превратилась в труху.

Как травить платы в перекиси водорода и лимонной кислоте

Хотя я всегда был приверженцем консервативного пути но несмотря на все плюсы раствора FeCl3 его минусы постепенно толкают на поиск альтернативны травильных смесей. И вот я решил испытать метод травления плат в перекиси водорода и лимонной кислоте.

По дороге домой зашел в продуктовый магазин и помимо продуктов для вкусного ужина захватил 4 пакетика лимонной кислоты по 10г. каждый. Каждый пакетик обошелся мне менее чем 6р.

Зашел в аптеку и купил флакончик перекиси водорода, стоил мне 10р.

Какого либо проекта у меня на данный момент нет поэтому я решил чисто испытать метод, понять в чем вся соль. Нашел в своем загашнике обрезок фольгированного текстолита и перманентным маркером сделал несколько штрихов. Это некая эмитация дорожек и медных полигонов, для опытных работ вполне покатит.

Раствор готовится не сложно но важно соблюдать пропорции. Поэтому в пластиковый лоток выливаем 100 мл перекиси и высыпаем 30г лимонной кислоты, Так как у меня были пакетики по 10г, я высыпал 3 пакетика. Осталось все это дело посолить, кладем 5 г поваренной соли, это где-то 1 ч ложка без горки.

Заметил, что соли можно добавлять даже больше чем этого требуется, это приводит к ускорению процесса. Тщательно перемешиваем. Очень важно, в раствор не нужно подливать воду поэтому для приготовления выбираем такую емкость чтобы раствор покрывал плату, либо увеличиваем количество раствора, соблюдая пропорции.

Кладем в получившийся раствор нашу «печатную плату» и наблюдаем за процессом. Хочу заметить, что раствор получился совершенно прозрачный.

В процессе травления начинают выделяться пузырьки а температура раствора немного увеличивается. Постепенно раствор начинает окрашиваться в зеленоватый цвет — верный признак того, что травление идет полным ходом. В общем весь процесс травления у меня занял менее 15 минут что меня очень порадовало.

Но когда я решил в этом же растворе протравить еще одну плату, размером несколько большим чем эта то все оказалось не настолько позитивно. Плата протравилась ровно на половину и процесс очень сильно замедлился, замедлился на столько, что пришлось завершать процесс в хлорном железе.

Видимо мощи раствора хватает на то время пока идет химическая реакция между перекисью водорода и лимонной кислотой. Процесс можно продлить если подливать и подсыпать требуемые компоненты.

Преимущества травления в перекиси водорода и лимонной кислоте

Из полученного опыта можно сделать выводы что этот метод как и другие имеет свои плюсы и минусы, в нем есть как свои преимущества так и свои недостатки.

  1. Легкодоступность — все компоненты без проблем находятся в ближайшей аптеке и продуктовом магазине.
  2. Относительная дешевизна — все компоненты для приготовления раствора стоят не дорого, менее 100р. (на момент написания статьи)
  3. Прозрачный раствор — получинный раствор получается прозрачный, это упрощает наблюдение и контроль за процессом травления.
  4. Травление происходит достаточно быстро и не требует подогревания
  5. Не пачкает сантехнику

В чем минусы

К сожалению, помимо всех преимуществ, в этом методе травления не обошлось без минусов.

Минусы травления в перекиси водорода и лимонной кислоте:

  1. Одноразовый раствор- раствор годится лишь для однократного применения, т.е. в процессе химической реакции протекающей в нем. В нем не получится протравить множество плат, для каждого раза придется готовить раствор заново.
  2. Дорого — не смотра на то что все ингридиенты дешевые, в долгосрочной перспективе раствор оказывается дороже того же хлорного желера. Ведь для каждой новой платы раствор придется готовить заново.

Вот в принципе и все недостатки. На мой взгляд этот метод травления плат имеет право на жизнь и он обязательно найдет своих сторонников и почитателей. А в некоторых случаях этот метод может стать единственно возможной альтернативой, например в глухой деревушке с аптекой и магазином продуктов.

А на этом я буду закругляться. За окном уже давно рассвело и пора уже готовить вкусный завтрак.

Я вас еще раз поздравляю с Днем Победы и желаю вам удачи, успехов и мирного неба над головой!

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector