Травление печатных плат персульфатами аммония, натрия, калия

Травление печатных плат персульфатами аммония, натрия, калия Травление печатных плат

Травление печатных плат персульфатами аммония, натрия, калия

Для травления меди при производстве компьютеров нашли свое применение персульфаты аммония, натрия и калия, улучшенные определенными катализаторами. Системы непрерывной регенерации и циклическая система на основе персульфата аммония больше не используются. Для создания оксидной пленки во внутренних слоях при микротравлении широко применяются персульфаты, а также электролиз меди и металлизирование. Растворы персульфатов совместимы со всеми основными видами резистов печатных плат, включая припои, олово, оловянно-никелевый сплав, защитные краски и светочувствительные пленки. Раствор аммония персульфата, катализированный дихлоридом ртути больше не применяется, в основном из-за негативного влияния на окружающую среду, дороговизны и улучшенных альтернативных вариантов. В общем, травители на основе персульфата нестабильные, склонные к распаду, у них низкая скорость травления относительно содержания меди и низкий полезный выход меди.

Химический состав.

Аммоний, калий и персульфаты являются стабильными солями надсерной кислоты (H2S208). Растворяясь в воде, эти соли образуют ион персульфата (S2082-). Это самый сильный окислитель из использующихся в настоящий момент пероксидных соединений. Во время медного травления персульфат окисляет металлическую медь до формирования иона двухвалентной меди, как показано на рисунке ниже:

Травление печатных плат персульфатами аммония, натрия, калия

Во время гидролиза растворов надсерной кислоты образуется ион перокси-моносульфата (HS041-), а после перекись водорода и кислород. Катализатором гидролиза служит кислота, что является причиной нестабильности кислотных травильных растворов надсерной кислоты.

Раствор персульфата аммония (обычно 20%-ный) кислотный. Реакции гидролиза и травление уменьшают рН с 4 до 2. Концентрация персульфата падает и образуется сульфат аммония с гидратированной двухвалентной медью [CuS04 • (NH4)2SO4•6Н2O]. Этот осадок может вмешаться в процесс травления.

Соединения твердого персульфата стабильны и не теряют своих свойств при условии хранения в сухих закрытых емкостях. В состав растворов входят различные катализаторы, содержащие как органические вещества, так и переходные металлы (Fe, Cr, Cu, Pb, Ag и др.). Материалы для хранения нужно тщательно подбирать. Персульфаты нельзя смешивать с восстановителями или окисляющимися органическими веществами.

При температуре от 40 до 55 °С полезное содержание меди составляет 1 кг/м3. При количестве меди выше 0,7 кг/м3 во избежание кристаллизации соли температуру раствора необходимо поддерживать на уровне 55 ºС. Скорость травления раствора с содержанием растворенной меди 1 кг/м3 при температуре 50 °С составляет 7 мкм/мин.

Циклическая операция травления печатных плат растворами персульфатов.

Предпочтительно использовать персульфат натрия, поскольку его легче утилизировать, а содержание меди и скорость травления немного больше. Скорость травления зависит от емкости резервуара и колеблется в пределах от 45 до 15 мкм/мин. При использовании специализированных добавок готовые растворы необходимо выдержать 16—72 ч перед травлением.

Сложности травления печатных плат персульфатами.

  1. Низкие скорости травления. Поскольку раствор может разложиться, необходимо сменить ванну. Если раствор новый, добавляют катализатор и проверяют содержание железа.
  2. Кристаллизация соли. Кристаллизованные соли оставляют на плате полосы, повреждают припой и забивают форсунки опрыскивателя и фильтры. При высоком содержании меди может образоваться голубой осадок.
  3. Белые пленки на поверхности припоя. Могут образоваться при обычных условиях или при высоком содержании свинца в припое.
  4. Черная пленка на припое. Может появиться при высоком содержании олова в мягком припое. Если следует оплавление припоя или паяемых компонентов необходимо активировать погружением в олово или осветлитель припоя. В этом случае следует откорректировать условия припоя и содержание фосфорной кислоты в травителе.
  5. Самопроизвольный распад травильного раствора. Происходит в загрязненных, перегретых или бездействующих растворах. Травители на основе персульфата аммония нестабильны, особенно при высоких температурах. При 65 °С раствор быстро распадается.Поэтому их необходимо использовать сразу после смешивания.
  6. Сброс. Отработанный травитель в основном состоит из аммония или натрия, а также сульфата натрия и меди с рН около 2. Возможны два варианта удаления:
  • Одним из методов удаления является электролитическое размещение меди на поверхности пассивированной аустенитной нержавеющей стали. Отработанный травитель подкисляется серной кислотой до электролиза. После удаления меди оставшийся раствор можно разбавить, нейтрализовать, проверить и сбросить. С катода можно снять медь. Отработанный персульфат натрия можно обработать гидроксидом натрия.
  • Другой хоть и более трудный метод удаления меди заключается в добавлении алюминия или железных токарных стружек в чуть подкисленный раствор. Реакция будет протекать бурно, особенно с добавлением ионов хлора, и, если раствор не развести, выделится значительное количество теплоты.
pcbdesigner.ru
Оцените автора
Сайт разработчика печатных плат
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.