Персульфаты при травлении ПП
Добрый день, уважаемые читатели.
В предыдущих частях данной статьи мы подробно с вами обсудили использование различных кислот для травления меди и её сплавов в рецептуре на основе перекиси водорода и хлорида натрия. Сегодня мы поговорим о рецептурах немного иного класса - рецептурах на основе персульфатов.
Персульфаты в промышленности широко применяются для микротравления и создания оксидной плёнки на внутренних слоях печатных плат. Растворы персульфатов совместимы со всеми основными видами резистов печатных плат, включая припои, олово, олово-никелевый сплав, защитные краски и светочувствительные пленки.
Персульфаты аммония, калия и натрия являются стабильными солями надсерной кислоты (H₂S₂O₈). Растворяясь в воде, эти соли образуют ион персульфата (S₂O₈²⁻). Это один из самых сильных окислителей среди использующихся в настоящий момент пероксидных соединений. Во время травления меди персульфат окисляет металлическую медь до иона двухвалентной меди.
Но есть но — в водном растворе персульфаты гидролизуются (распадаются) на несколько составляющих — серную кислоту, перекись водорода и сульфат (калия, натрия, аммония).
Фактически, в процессе дальнейшего травления участвует серная кислота и перекись водорода. При этом образующийся при гидролизе сульфат аммония, сульфат натрия или сульфат калия являются балластом и в процессах травления не участвуют.
Как вы уже наверное догадались, основным продуктом реакции является сульфат меди. Ничего не напоминает? Всё верно, протекающие процессы во многом похожи на протекающие при применении раствора травления на основе серной кислоты за небольшим отличием, но об этом чуть ниже.
В итоге остаётся открытым вопрос: что вносит больший вклад в процесс травления? Изначальный ион персульфата или же образующаяся перекись водорода во время гидролиза?
Судя по всему, если рассматривать именно промышленное применение подобных рецептур — изначальный ион персульфата т.к. нестабильность раствора, вызванная гидролизом и образованием перекиси водорода является нежелательным явлением.
Если же рассматривать бытовое применение — тогда образующаяся перекись водорода т.к. процесс достаточно быстрого травления начинается именно с началом гидролиза (хотя раствор при этом становится ощутимо менее стабилен) — основной недостаток при промышленном применении становится основным рабочим процессом…
Рассмотрим типовой состав травления на основе персульфатов. В описанных экспериментах мной использовался персульфат аммония.
Итак, в классической рецептуре при использовании персульфата аммония необходимо приготовить раствор следующего состава:
- 30-35г персульфата аммония;
- 100-150 мл дистиллированной воды.
После полного растворения персульфата аммония необходимо раствор травления подогреть до 40-45 градусов Цельсия, опустить в раствор заготовку и дождаться окончания травления. На всём протяжении процесса травления необходимо примерно поддерживать указанную температуру раствора т.к. в случае уменьшения температуры скорость травления значительно падает и на поверхности возможно выпадение кристаллов двойной соли — сульфата меди(II)-аммония (см. подборку фото ниже). При перегреве же (особенно выше 60 градусов Цельсия) в растворе будет достаточно быстро распадаться присутствующая перекись водорода и, несмотря на увеличение скорости травления мы получим перерасход персульфата аммония.
Основным недостатком и одновременно достоинством применения персульфатов является тот факт, что в водном растворе персульфаты гидролизуются не сразу и не полностью т.е. высвобождение серной кислоты и перекиси водорода происходит постепенно, что ограничивает скорость травления (и увеличивает затрачиваемое время). Несколько лучше процесс идёт при подогреве раствора (это является второй причиной того, почему травление в растворе персульфатов следует проводить при небольшом нагреве). В подборке фото ниже показан свежеприготовленный раствор персульфата аммония, pH свежеприготовленного раствора, а так же pH раствора после нагрева до 60 градусов Цельсия.
По представленным фото отлично видно, что универсальный индикатор не реагирует на свежеприготовленный раствор, но после подогрева до 60 градусов Цельсия отлично видно, что среда стала кислой (универсальный индикатор стал красного цвета). Процесс травления в подогретом до такой температуры растворе идёт достаточно неплохо, но на выходе, как отмечалось ранее, получается ощутимый перерасход используемого персульфата. Поэтому в реальности раствор необходимо нагревать до несколько меньших температур, а именно до 40-45 градусов Цельсия.
На видео ниже в реальном времени показан процесс травления заготовки с использованием раствора персульфата аммония, нагретого до температуры около 40 градусов Цельсия.
Основными достоинствами данного состава травления являются:
- приемлемая скорость травления;
- травильный раствор практически не оставляет трудновыводимых пятен (как раствор хлорного железа, например);
- все используемые компоненты раствора относительно легкодоступны;
- самопроизвольное закипание раствора практически невозможно даже на платах с большой стравливаемой площадью (т.е. процесс травления протекает спокойно и достаточно предсказуемо).
Основными недостатками данного состава травления являются:
- возможность выпадения кристаллов сульфата меди на поверхность травления (легко решается небольшим подогревом раствора травления);
- раствор способен портить и обесцвечивать некоторые материалы (из-за присутствия перекиси водорода и серной кислоты);
- необходимость при работе использовать СИЗ (противоаэрозольный респиратор, защитные очки, перчатки);
- приготовленный раствор хранится плохо т.к. в нем продолжается распад перекиси водорода при гидролизе персульфата т.е. повторно использовать раствор не удастся;
- стоимость персульфата аммония примерно в 2-2.5 раза выше стоимости лимонной кислоты на момент написания данной статьи (при покупке в магазине хим. реактивов).
Вот такие они интересные соединения эти самые персульфаты…
А на этом на сегодня всё. Спасибо что дочитали до конца!