Травление печатной платы

Сталкиваясь с разработкой печатной платы впервые или стараясь минимизировать затраты при ежедневной работе с электроникой, разработчики стараются найти более доступные альтернативы в каждом этапе изготовления. В данной статье мы расскажем вам самые популярные методы травления печатных плат и разберем преимущества и недостатки каждой из них.

Для чего же необходимо травление?

В большинстве случаев, необходимо для снятия поверхностного слоя жировой пленки или загрязнений и для выявления структуры материалов. В художественной обработке металлов - для нанесения рельефного рисунка. На производстве печатных плат и интегральных схем (методом фотолитографии) таким образом формируются дорожки и контактные площадки. Также изготавливаются мембраны, путем вытравливания отверстий. Иногда таким образом полируют поверхность после неудачной механической обработки.

Чтобы разобраться, для чего необходимо травление, рассмотрим вкратце основные этапы разработки печатных плат:

1. Подготовка заготовки для нанесения защитного слоя. Весь процесс сводится к очистке и обезжириванию поверхности. В зависимости от степени загрязнения применяют несколько вариантов очищения, соответственно, чем чище, тем проще. Если заготовка не сильно загрязнена, то достаточно вымыть ее абразивной щеткой или мочалкой, при необходимости добавив мелкодисперсный абразивный порошок.

   Но если обнаружена толстая оксидная пленка, ее потребуется убирать раствором хлорного железа и обрабатывать на протяжении 5 секунд. После, обязательно промыть под холодной проточной водой.

   Чтобы обезжирить поверхность - протрите ее тканью, не оставляющей ворс (отлично подходит микрофибра), смоченную в ацетон, спирт или бензин. Следите за качеством смеси, чтобы в них не было никаких дополнительных примесей. После обработки промойте заготовку под проточной водой. Если на поверхности капель не осталось, значит обезжиривание прошло успешно.

2. Нанесение защитного покрытия. Можно нанести рисунок вручную на стеклотекстолит используя маркер (не смывающиеся водой) или рейсфедер. Минимальное значение толщины дорожки достигает 0,5 мм. Процесс трудоемок и популярен только в тех случаях, если требуется изготовить одну небольшую плату. Более облегченный вариант - перенесения рисунка, напечатанного на лазерном принтере в зеркальном отображении на подложке из алюминиевой фольги. Следующим этапом является перенос тонера на очищенный текстолит, применяя тепло от нагретого утюга (наиболее часто применяемый способ). Ширина дорожек получается тоньше предыдущего метода - 0,3 мм. С помощью лазерного гравера гораздо проще нанести трассу на заготовку. Никаких особых усилий прилагать не требуется. В специальной программе разрабатывается необходимый рисунок по размерам. Затем загружается в программу гравера. Текстолит покрывается черной матовой краской и помещается под гравером. Спустя небольшое количество времени рисунок будет полностью перенесен. Применив фоторезист можно добиться наиболее точного и качественного результата. На поверхность платы наносится фоторезист, следом накладывается фотошаблон и засвечивается. После этого лишние участки очищаются от фоторезиста растворителем NaOH.
3. Травление. Необходимо для удаления поверхностного слоя с заготовки, не затронув при этом рисунок дорожки.
4. Очистка от защитного покрытия, используя растворитель.
5. Монтаж платы. Необходимо просверлить отверстия в размеченных заранее местах. Диаметр отверстий подбирается в зависимости от деталей. После, обработать наждачной бумагой места сверлений от заусениц. После плату покрывают флюсом с последующим лужением. Каким способом будет проводиться лужение (погружая радиодеталь в припой или используя паяльник) решает сам разработчик.

В зависимости от используемого метода, этапы могут добавляться или меняться.

Травление и основные химические способы

Основные виды:

• химическое;
• электрохимическое;
• ионно-плазменное.

Чаще всего применяется химический способ, как самый простой и доступный. Рассмотрим более детально процесс травления:

• сначала шлифуется или обезжиривается поверхность;
• далее травитель (или электролита) вступает в реакцию с поверхностным слоем;
• по окончанию процедуры очищаем поверхность от остаточного материала растворителем.

Не пренебрегайте соблюдением мер безопасности, так как при травлении металлов может выделяться водород.

Во избежание порчи заготовки, требуется защищать поверхность и края специальными масками.  При длительном взаимодействии с травителем, на краях маски может стравливаться материал.

На некоторых участках химическая реакция может отличаться по скорости от основной площади. Из-за этого травление бывает селективным.

Различают множество способов удаления меди с незащищенной маской участков. Рассмотрим основные.

·         Водный раствор хлорного железа. Считается самым популярным травителем.

Способ приготовления: В теплой воде H2O (300 мл) разводится 100 грамм хлорного железа FeCl3. Должна получиться насыщенная золотисто-желтая жидкость. Чем насыщенней эмульсия, тем быстрее будет проходить процесс, но обычно занимает от 15 до 60 минут. Также на скорость влияет перемешивание (можно использовать компрессор, который постоянно перемешивает жидкость) и температура (можно периодически подогревать). После окончания процедуры, необходимо тщательно промыть плату под водой, лучше применить мыло, чтобы удалить остатки. Остаток можно сохранить в герметичной таре и применить несколько раз.

Из недостатков можно отметить невысокую скорость процесса и образование отходов на поверхности платы. Следует быть аккуратным, при работе с данным методом, так как при попадании на любые предметы появляются трудноудаляемые желтые пятна.

·         Азотная кислота (HNO3) - редко применяется из-за высокой испаряемости, резкого запаха, сильной гигроскопичности. Для использования потребуется развести кислоту с водой в соотношении 1/3.

Главное не забывайте о последовательности смешивания. Кислота наливается в воду, а не наоборот. Прежде чем опускать заготовку в травитель, проверьте на момент полного высыхания лака, защищающего дорожки. В противном случае раствор разъест и его. Весь процесс занимает не более 5 минут, почему его и применяют. Соблюдайте меры предосторожности в работе с азотной кислотой.

·         Медный купорос (CuSO4) и поваренная соль (NaCl) и в воде. Применяют достаточно редко, из-за выделения яда и медленного протекания процесса (до 8 часов).

В пол литрах воды, нагретой до 50 градусов, растворяют 100 грамм соли, затем добавляют 50 грамм медного купороса.  Чтобы травление протекало быстрее, необходимо поддерживать температуру до 80 градусов.

·         Серная кислота (H2SO4) и перекись водорода (H2O2). Стравливание происходит в течение часа. Возможно повторное использование, если хранить в темном месте и в не герметичной таре. Обладает возможностью к регенерации, путем добавления перекиси.

В 300 мл серной кислоты в воде добавляют 4 таблетки гидроперита. Температура должна сохраняться комнатная, а раствор - периодически перемешивать. Тщательно следите за соотношением составляющих. Если не хотите получить замедленную реакцию, то следите, чтобы не появлялись пузырьки, означающие переизбыток перекиси водорода.

·         Персульфат аммония ((NH4)2S2O8). Для приготовления потребуется растворить 35 гр кристаллического вещества в 65 гр воды. На весь процесс уходит порядка 10 минут. Для оптимального действия требуется поддерживать температуру около 40 градусов, периодически помешивать.

·         Лимонная кислота в перекиси водорода. Самый популярный метод. Все благодаря своей невысокой стоимости, быстрой работе и бережному отношению к фоторезисту.

Для качественного протекания процесса, нужно налить в небольшую ванночку 100 мл перекиси водорода, опустить в нее плату и засыпать 30 гр лимонной кислоты. Реакция произойдет моментально. Травление происходит очень быстро, но если подогреть, то процесс ускорится. Также для ускорения добавляют 3 гр соли, которая усиливает реакцию. Стравливание происходит равномерно. Жидкость быстро меняет свой цвет из прозрачного в синий. Чтобы понять время окончания, надо периодически споласкивать плату или слегка пошевелить ванночку.

Из недостатков можно отметить постоянное выделение газов, которое может раздражать дыхательные пути и глаза. Если решили нагревать раствор, то рекомендуется выполнять эту процедуру на свежем воздухе. Следите за температурой, так как при сильном нагреве возможна излишняя агрессия и взрыв.

Эмульсия не хранится. Регенерация возможна, но не необходима, так как гораздо проще приготовить новую порцию, учитывая ее невысокую стоимость. И рассчитать пропорции тоже легче. Не оставляет несмываемых следов.

Независимо от выбранного вам метода, не забывайте придерживаться правил безопасности, особенно работая с ядами и кислотами. Лучший вариант работать на открытом воздухе.