Verwenden Sie kein Eisenchlorid-Ätzmittel mehr! (Eine bessere Ätzlösung.)
Eisenchlorid ist ein traditionelles Leiterplattenätzmittel für den Heimgebrauch. Es ist leicht genug, vorbeizukommen, und der Ferric an sich ist kein großes Umweltproblem. Sobald Sie jedoch eine Platte damit geätzt haben, bleibt eine Lösung mit einem Bündel Kupferchlorid übrig. Dieses gelöste Kupfer ist ein Umweltproblem, und Sie können es nicht einfach (legal) in den Abfluss gießen - Sie sollten es zu einer Sondermüllanlage bringen. (Zum Beispiel: Entsorgung von Eisenchlorid in dieser FAQ.)
Wäre es nicht schön, wenn es ein Ätzmittel gäbe, das Sie auf unbestimmte Zeit wiederverwenden könnten, damit Sie sich keine Gedanken über die Entsorgung des Kupfers machen müssen, und das in lebenslanger Lieferung für etwa 10, 00 USD mit Zutaten hergestellt werden könnte, die bei Hardware und gekauft wurden Drogerien? (Und es ist auch schöner.)
Ich habe sieben Wörter für Sie: Kupferchlorid in wässriger Salzsäurelösung! (Ausrufezeichen!)
Aber wie kommst du zu CCiAHAS? Praktischerweise beginnen Sie mit einem einfachen Starterätzmittel mit zwei Bestandteilen und machen eine Reihe von Ätzungen.
Schritt 1: Zutaten: das Starter-Ätzmittel
Für das Starterätzmittel selbst benötigen Sie nur zwei Bestandteile: Salzsäure und Wasserstoffperoxid.
(OK, eigentlich drei. Aber das dritte ist Kupfer. Eine Erklärung finden Sie im Abschnitt Chemie.)
Salzsäure (Salzsäure, "Poolsäure" usw.) ist in einem Baumarkt erhältlich. Die Säure, die ich bekam, ist 31, 45% (oder 10 Millionen) und sollte ungefähr 5 USD pro Gallone betragen. Welches ist mehr als Sie jemals brauchen werden.
Das Peroxid beträgt normalerweise 3% für Mundwasser oder Reinigungsschnitte und kann in einer Drogerie für 2-3 USD für eine große Flasche gekauft werden.
Sie benötigen außerdem einen nichtmetallischen Behälter für Ihre Leiterplatte und zwei standardisierte Messbecher.
Solange Sie im Baumarkt sind, holen Sie sich etwas Aceton, falls Sie noch keines haben. Dies ist nützlich, um den Ätzresist zu entfernen. (Das ist für eine andere Anweisung.)
Schritt 2: Geben Sie die Limette in die Kokosnuss ...
Messen Sie zwei Mengen Wasserstoffperoxid ab und gießen Sie es in Ihren nichtmetallischen Behälter.
Messen Sie eine Menge Salzsäure ab und gießen Sie sie hinein. ("Wie Sie sollten, fügen Sie Säure zu Wasser hinzu", um die Wahrscheinlichkeit einer außer Kontrolle geratenen exothermen Reaktion zu minimieren.)
Sei vorsichtig mit der Säure. Dieses Zeug (bei 10 Molar) ist stark. Meins war ein bisschen wütend, als ich die Kappe abnahm. Atme es nicht direkt ein und stelle sicher, dass du das Küchenfenster geöffnet hast.
Das Starter-Ätzmittel, das Sie gerade hergestellt haben, ist dagegen nicht so schlecht - etwa 3 M HCl mit einem mittelstarken Oxidationsmittel. Ich finde, dass es bei Raumtemperatur nicht viel raucht, wenn ich eine Charge wieder verwende.
Das heißt, Sie müssen sehr vorsichtig sein, um es von Metall fernzuhalten - insbesondere von Ihrem Edelstahlspülbecken. Es wird die rostfreie Beschichtung sofort fressen. Lassen Sie immer viel Wasser fließen, wenn Sie etwas davon (sogar einen Tropfen) in der Nähe der Spüle haben.
Schritt 3: PCB hinzufügen und Sie ätzen.
Werfen Sie die Platine in die Lösung und sie wird abheben.
Wenn Sie diese Lösung zum ersten Mal verwenden (und ich nehme an, dass dies der Fall ist), wird sie superschnell geätzt. Dieses kleine Brett dauerte nur 2 Minuten. Huch!
Da ich einen tiefen Behälter benutze, neige ich dazu, ihn beim Ätzen herumzuwirbeln. Dieses Zeug ist jedoch so aktiv, dass ich nicht sicher bin, ob es notwendig ist.
Halten Sie das Fenster zur Belüftung offen, da die Starterlösung etwas Chlorgas abgibt. (Das Endätzmittel gibt viel, viel weniger ab.)
Beachten Sie auch, wie das Ätzmittel mit der Zeit grüner wird, wenn es das Kupfer wegfrisst. Das sind gute Neuigkeiten.
Was passiert ist, dass Sie das Kupfer von der Platte lösen und es in Kupferchlorid verwandeln. Auf lange Sicht wird das Kupferchlorid den größten Teil des Ätzens durchführen (anstatt eine Entsorgung zu erfordern). Beobachten Sie zunächst, wie Ihre Lösung hellgrün wird. Wenn Sie es das nächste Mal verwenden, wird die Farbe tiefer.
Schritt 4: Chemiepause
(Hinweis: Ich bin ein Wirtschaftswissenschaftler, kein Chemiker. Bitte hinterlassen Sie einen Kommentar, wenn Sie Korrekturen und / oder Ergänzungen zu diesem Zeug haben!)
Ich bin auf diese Idee gestoßen, als ich diese Website gesehen habe: Ätzen mit luftregeneriertem saurem Kupferchlorid von Adam Sechelle. Kupferchlorid kann unbegrenzt wiederverwendet werden, indem der Säuregehalt nachgefüllt und Sauerstoff hinzugefügt wird (aus der Atmosphäre eingeblasen). Klingt billig und umweltfreundlich.
Die Website enthält viele gute chemische Informationen zum Ätzen von Kupferchlorid. Seine Daten zu den Ätzgeschwindigkeiten sind großartig, und sein einfaches Titrationsverfahren zur Aufrechterhaltung des Säuregehalts der Lösung ist ziemlich gut.
Um die Kupfer (II) -chlorid-Lösung herzustellen, löst er ein Bündel Kupferdraht in Salzsäure und erwähnt, dass möglicherweise Wasserstoffperoxid verwendet wird, um die Oxidation zu beschleunigen, geht jedoch nicht ins Detail.
Was mich zum Nachdenken gebracht hat. Sie hatten noch kein Kupferchlorid, aber Sie können es durch Auflösen von Kupfer herstellen. Kupfer auflösen ist der Name des Ätzspiels. So können wir ein Ätzmittel herstellen, das ein anderes Ätzmittel erzeugt, das unendlich wiederaufladbar ist. Elegant.
Es stellt sich heraus, dass Salzsäure / Peroxid ein übliches selbstgebrautes Ätzmittel ist (und ich habe das Rad wieder neu erfunden), aber ich denke, dass die Leute sich so daran gewöhnt haben, ihr "verbrauchtes" Ätzmittel wegzuwerfen, dass sie nicht denken über die Wiederverwendung. Der springende Punkt dieser Anleitung ist, dass Sie sie nicht wegwerfen, sondern das gelöste Kupfer für immer als Langzeitätzmittel verwenden.
Folgendes ist chemisch vor sich:
Bevor sich viel Kupfer in der Lösung löst, ist Cu + 2 HCl + H2O2 -> CuCl2 + 2H2O die dominierende Nettoreaktion. Das heißt, der zusätzliche Sauerstoff in Lösung aus dem Peroxid oxidiert das Kupfermetall in Gegenwart der Säure, um Kupfer (II) -chlorid herzustellen. Das ist unser Starter-Ätzmittel. Das resultierende CuCl2 sollte eine schöne smaragdgrüne Farbe haben.
Nachdem Sie viel Kupfer in der Lösung gelöst und das gesamte Peroxid aufgebraucht haben, übernimmt das Kupferchlorid den größten Teil des Ätzens für Sie: CuCl2 + Cu -> 2 CuCl. Das ist das Endätzmittel.
Schließlich ätzen Sie so viel, dass Sie das gesamte CuCl2 in CuCl umwandeln, das kein Kupfer auflöst (und eine braune Farbe hat). Solange Sie genug Säure in der Lösung haben, können Sie einfach mehr Sauerstoff hinzufügen, um das Kupfer (I) erneut zu oxidieren, wodurch mehr Kupfer (II) -chlorid und Wasser entstehen: 2 CuCl + 2 HCl + O -> 2 CuCl 2 + H2O. Und dann können Sie wieder ätzen.
Endeffekt:
Zwei Dinge zu beachten: CuCl2-Spiegel und Säure-Spiegel.
CuCl2: Nachdem das gesamte Peroxid aufgebraucht ist und die Lösung bräunlich wird, müssen Sie Sauerstoff hinzufügen, um die Lösung wieder zu regenerieren: Werfen Sie noch ein paar Kapseln Peroxid oder Luftblasen durch die Lösung oder schwenken Sie sie kräftig herum. oder gießen Sie es einfach in einen offenen Behälter und warten Sie. Es ist leicht zu erkennen, wann Sie bereit sind, erneut zu ätzen, da die Lösung grün wird.
Es ist auch unmöglich, durch Zugabe von Luft zu viel Sauerstoff hinzuzufügen. Blasen Sie also nach Herzenslust. Wenn Sie Peroxid verwenden, um Sauerstoff hinzuzufügen, seien Sie sparsam - ein wenig reicht weit, und es ist hauptsächlich Wasser, also verdünnen Sie Ihr Ätzmittel, indem Sie es hinzufügen.
Säure: Beachten Sie, dass HCl im Starterätzmittel und in den Regenerationsreaktionen verbraucht wird. Also müssen wir mit der Zeit etwas mehr Säure hinzufügen. Wenn Sie feststellen, dass es schwieriger ist, Ihr braunes Ätzmittel wieder grün zu machen, ist es wahrscheinlich an der Zeit, an Säure zu denken.
Ich habe die auf Adams Website beschriebene Titration ein paar Mal ausprobiert und sie ist ziemlich einfach, erfordert jedoch eine genaue Skala und reine Lauge (zurück zum Baumarkt ...). Es ist einfacher, alle paar Stapel Bretter eine Kappe Säure hineinzuwerfen, was für mich der Trick zu sein scheint.
Schritt 5: Speichern Sie das Ätzmittel für die nächste Runde. Sie sind fertig.
Wenn Sie mit dem Ätzen fertig sind, gießen Sie das Ätzmittel zurück in Ihre Aufbewahrungsflasche, spülen Sie die Platte ab, fließen Sie, bohren Sie, füllen Sie es und löten Sie es.
Einige abschließende Anmerkungen hier:
1) Sie können sehr leicht einiges daraus machen, und da Sie es wiederverwenden, gibt es keinen wirklichen Grund, zu sparen. Geben Sie viel Ätzmittel in Ihren "Tank". Wenn Sie beispielsweise zu wenig FeCl-Ätzmittel verwenden, kann es mit Kupfer gesättigt werden und sich verlangsamen, was zu langen Ätzzeiten und Lochfraß oder Unterschneidung oder Schlimmerem führen kann. Wenn ich eine Platte mit Kupferchlorid ätze, gieße ich ein paar Zentimeter mehr Lösung in den Behälter. Es ist sowieso wiederverwendbar und die zusätzliche Einwirkung von Sauerstoff regeneriert es nur. Lebe groß.
2) Mach nicht zu viel. Wenn Sie die Lösung weiterhin verwenden, müssen Sie von Zeit zu Zeit etwas mehr Säure und etwas mehr Peroxid hinzufügen. Wenn Sie einen 750-Milliliter-Behälter haben, beginnen Sie mit weniger als 500 Milliliter Lösung. Geben Sie sich etwas Raum, um im Laufe der Zeit zu wachsen. Schließlich geht es vor allem darum, das Kupfer nicht in verbrauchtem Ätzmittel entsorgen zu müssen.
3) Wenn Sie zu viel Ätzmittel haben (es wird irgendwann passieren), können Sie das zusätzliche Wasser verdampfen, indem Sie es in eine flache (nichtmetallische) Pfanne oder ein Becherglas oder was auch immer geben und es eine Weile ruhen lassen. Dies konzentriert das Kupfer in Lösung und gibt Ihnen ein stärkeres Ätzmittel. Es wird auch einen Teil des Kupfers für Sie reoxidieren, ein Bonus. Denken Sie daran, dass Sie beim Hinzufügen des Peroxids tatsächlich 97% Wasser hinzufügen.
4) Die verlinkte Website legt nahe, dass die Säurewerte im Ätzmittel nicht kritisch sind, solange sich etwas Säure in Lösung befindet, um die CuCl2-Regeneration durchzuführen. Die Menge an vorhandenem CuCl 2 (gegenüber CuCl) ist anhand der Farbe der Lösung leicht zu diagnostizieren. Fügen Sie Sauerstoff hinzu, um wieder grün zu werden, und fügen Sie etwas Säure hinzu, wenn dies nicht funktioniert. Im schlimmsten Fall müssen Sie möglicherweise noch einige Minuten pro Ätzung mit einem nicht optimalen Bad warten. Dies ist keine Raketenoperation.
5) Ich habe eine Aquarienpumpe (6 US-Dollar im Fischgeschäft), mit der ich meine Lösung wieder aktiviert habe. Manchmal lasse ich es für ein paar Stunden bei der Arbeit, wenn ich viel geätzt habe. Aber in letzter Zeit war ich faul / ungeduldig und warf ein paar Kapseln Peroxid hinein. Beide scheinen gut zu funktionieren.
6) Der Umweltvorteil des Ätzens mit Kupfer gegenüber Eisen (III) besteht hauptsächlich darin, dass das Kupfer, das sich von Ihren Platinen löst, nicht alle paar Male beim Ätzen entsorgt werden muss. Wenn und wenn Sie zu viel Kupferätzmittel haben, behandeln Sie es bitte wie den gefährlichen Abfall, den es ist - prüfen Sie Ihre örtlichen Entsorgungsmöglichkeiten für gefährliche Chemikalien. Es führt kein Weg daran vorbei, dass Kupfersalze (zum Beispiel) selbst in sehr verdünnten Konzentrationen für Fische giftig sind.
Schritt 6: Alternative (übermäßig komplexe) Methode: Kupferchlorid schneller machen.
Als ich ursprünglich anfing, Kupferchlorid-Ätzmittel herzustellen, hatte ich nicht daran gedacht, nur das reguläre Ätzverfahren zu verwenden, um dorthin zu gelangen. Also habe ich absichtlich ein Bündel Kupfer von einem Draht gelöst.
Ich denke nicht, dass es eine besonders gute Idee ist, aber so bin ich schneller zum Ätzmittel im Endstadium gekommen.
Ich mischte die Säure / Peroxid 1: 1 statt 1: 2. Die Idee war, eine Menge Säure für die spätere Regeneration übrig zu haben. Ich denke nicht, dass es eine gute Idee ist, und ich würde es nicht wieder tun. 1: 2 ist wahrscheinlich besser und führt dazu, dass mehr Kupfer schneller in Lösung ist und weniger raucht.
Um die Dämpfe zu kontrollieren, benutzte ich die zum Patent angemeldete (nur ein Scherz) Zwei-Pint-Glas-Rauchschutzvorrichtung. Gießen Sie das Peroxid ein, fügen Sie das Kupfer hinzu und stellen Sie ein Glas auf das andere. Gießen Sie die Säure durch einen kleinen Spalt zwischen den beiden Gläsern und verschließen Sie sie erneut. Voila. Keine Dämpfe. (Siehe Video. Ich glaube, ich habe es mit Wasser als Beispiel gemacht.)
Ich habe auch die Bildung von Kupferchlorid angekurbelt, indem ich zuerst Kupferoxid hergestellt habe, das sich allein in Gegenwart von Säure in Kupferchlorid verwandelt. Das ist überhaupt nicht nötig, aber es hat Spaß gemacht. Erhitzen Sie eine Spule aus Kupferdraht auf dem Herd auf glühend heiß und Sie erhalten eine Flockenbeschichtung aus Kupferoxid.
Ansonsten ist es im Grunde das vorherige Verfahren, also sehen Sie sich die Bilder für Notizen an. Ich würde es sowieso nicht empfehlen. Je weniger Kupfer Sie auflösen, desto weniger Kupfer muss (eventuell?) Entsorgt werden, und das Säure / Peroxid-Ätzmittel ist sehr einfach zu verwenden.
Die Zwei-Tassen-Technik ist süß. Ich empfehle es immer noch.
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