Arrêtez d'utiliser Ferric Chloride Etchant! (Une meilleure solution de gravure.)

Le chlorure ferrique est un agent de gravure traditionnel pour circuits imprimés à usage domestique. C'est assez facile à trouver, et le Ferric en soi n'est pas un gros problème environnemental. Cependant, une fois que vous avez gravé une planche avec elle, vous vous retrouvez avec une solution contenant un tas de chlorure de cuivre. Ce cuivre dissous est un problème environnemental, et vous ne pouvez pas simplement le déverser dans le drain (légalement) - vous êtes censé l'emmener dans une installation de déchets dangereux. (Par exemple: Comment éliminer le chlorure ferrique dans cette FAQ.)

Ce ne serait pas bien s'il y avait un agent de gravure que vous pourriez réutiliser indéfiniment afin de ne pas avoir à vous soucier de l'élimination du cuivre, et qui pourrait être fabriqué à vie pour 10, 00 $ avec des ingrédients achetés chez le matériel et les pharmacies? (Et c'est plus joli aussi.)

J'ai sept mots pour vous: chlorure de cuivre dans une solution aqueuse d'acide chlorhydrique! (Point d'exclamation!)

Mais comment allez-vous obtenir CCiAHAS? Assez commodément, en commençant par un simple décapant de départ à deux ingrédients, et en faisant un tas de gravure.

Étape 1: Ingrédients: le Starter Etchant

Pour le décapant de démarrage lui-même, vous n'avez besoin que de deux ingrédients: l'acide chlorhydrique et le peroxyde d'hydrogène.

(OK, en fait trois. Mais le troisième cuivre. Voir la section chimie pour une explication.)

Le chlorhydrique (acide muriatique, "acide de piscine", etc.) est disponible dans une quincaillerie. L'acide que j'ai obtenu est de 31, 45% (ou 10M) et devrait tourner autour de 5 $ par gallon. C'est plus que ce dont vous aurez jamais besoin.

Le peroxyde est normal à 3% pour les bains de bouche ou les coupes de nettoyage, et peut être acheté dans une pharmacie pour 2-3 $ pour une grande bouteille.

Vous aurez également besoin d'un récipient non métallique qui s'adapte à votre PCB et de deux tasses à mesurer normalisées.

Tant que vous êtes dans la quincaillerie, prenez de l'acétone si vous n'en avez pas déjà. Il est utile pour retirer la réserve de gravure. (C'est pour un autre instructable.)

Étape 2: Mettez la chaux dans la noix de coco ...

Mesurez deux quantités de peroxyde d'hydrogène et versez-le dans votre récipient non métallique.

Mesurez une quantité d'acide chlorhydrique et versez-la. ("Faites comme vous oughta, ajoutez de l'acide à de l'eau" pour minimiser les risques de réaction exothermique incontrôlée.)

Soyez prudent avec l'acide. Ce truc (à 10 molaires) est fort. La mienne s'est un peu enflammée quand j'ai enlevé la casquette. Ne le respirez pas directement et assurez-vous d'avoir ouvert la fenêtre de la cuisine.

En revanche, le décapant de départ que vous venez de faire n'est pas si mal - autour de 3M HCl avec un oxydant moyen-fort. Je trouve que ça ne dégage pas beaucoup à température ambiante lorsque je réutilise un lot.

Cela dit, vous devez être très prudent pour le garder à l'écart du métal - en particulier de votre évier de cuisine en acier inoxydable. Il mangera immédiatement le revêtement en acier inoxydable. Gardez beaucoup d'eau qui coule en tout temps lorsque vous avez tout cela (même une goutte) près de l'évier.

Étape 3: Ajoutez du PCB et vous gravez.

Mélanger le PCB dans la solution et il décollera.

Si c'est la première fois que vous utilisez ce lot de solution (et je suppose que c'est le cas), il va graver très rapidement. Cette petite planche n'a pris que 2 minutes. Oui!

Étant donné que j'utilise un récipient profond, j'ai tendance à le faire tourner pendant qu'il se grave. Ce truc est si actif, cependant, que je ne suis pas sûr que ce soit nécessaire.

Gardez la fenêtre ouverte pour la ventilation car la solution de démarrage dégage un peu de chlore gazeux. (L'agent de gravure final dégage beaucoup, beaucoup moins.)

Notez également comment l'agent de gravure devient plus vert au fil du temps car il ronge le cuivre. C'est une bonne nouvelle.

Ce qui se passe, c'est que vous dissolvez le cuivre de la carte et le transformez en chlorure cuivrique. À long terme, le chlorure cuivrique fera la majeure partie de la gravure (au lieu d'exiger l'élimination). Pour l'instant, regardez simplement votre solution passer au vert clair. La prochaine fois que vous l'utiliserez, la couleur s'approfondira.

Étape 4: Pause chimie

(Remarque: je suis économiste, pas chimiste. Veuillez laisser un commentaire si vous avez des corrections et / ou des ajouts à ce truc!)

Je suis tombé sur cette idée quand j'ai vu ce site: Gravure avec du chlorure de cuivre acide régénéré par Adam Sechelle. Le chlorure cuivrique peut être réutilisé indéfiniment en complétant les niveaux d'acide et en ajoutant de l'oxygène (provenant de l'atmosphère). Cela semble bon marché et écologique pour démarrer.

Le site Web contient de nombreuses bonnes informations sur la chimie de la gravure au chlorure cuivrique. Ses données sur les vitesses de gravure sont excellentes, et sa procédure de titrage simple pour maintenir l'acidité de la solution est plutôt sympa.

Pour faire la solution de chlorure cuivrique, il dissout un tas de fil de cuivre dans de l'acide chlorhydrique et mentionne peut-être l'utilisation de peroxyde d'hydrogène pour accélérer l'oxydation, mais n'entre pas dans les détails.

Ce qui m'a fait réfléchir. Vous n'aviez pas encore de chlorure cuivrique, mais vous pouvez le faire en dissolvant du cuivre. La dissolution du cuivre est le nom du jeu de gravure. Nous pouvons donc faire un agent de gravure qui en fait un autre qui est infiniment rechargeable. Élégant.

Il s'avère que le chlorhydrique / peroxyde est un agent de gravure maison (et j'ai réinventé la roue, encore une fois) mais je suppose que les gens se sont tellement habitués à jeter leur agent de gravure "usé" qu'ils ne pensent pas à propos de la réutilisation. L'intérêt de cet instructable est que vous ne le jetez pas, mais utilisez le cuivre dissous pour toujours comme agent de gravure à long terme.

Voici ce qui se passe chimiquement:

Avant qu'il n'y ait beaucoup de cuivre dissous dans la solution, Cu + 2 HCl + H2O2 -> CuCl2 + 2H2O est la réaction nette dominante. C'est-à-dire que l'oxygène supplémentaire en solution du peroxyde oxyde le cuivre métallique, en présence de l'acide, pour produire du chlorure de cuivre (II). C'est notre agent de gravure de démarrage. Le CuCl2 résultant devrait être d'une belle couleur vert émeraude.

Après avoir dissous beaucoup de cuivre dans la solution et utilisé tout le peroxyde, le chlorure de cuivre fait la plupart de la gravure pour vous: CuCl2 + Cu -> 2 CuCl. C'est la fin de la gravure.

Finalement, vous gravez tellement que vous convertissez tout le CuCl2 en CuCl, qui ne dissout pas le cuivre (et est d'une couleur marron dégueu). Tant que vous avez suffisamment d'acide dans la solution, vous pouvez simplement ajouter plus d'oxygène pour ré-oxyder le cuivre (I), produisant plus de chlorure de cuivre (II) et d'eau: 2 CuCl + 2 HCl + O -> 2 CuCl2 + H2O. Et puis vous pouvez à nouveau graver.

Conclusion:

Deux choses à maintenir: les niveaux de CuCl2 et les niveaux d'acide.

CuCl2: Une fois que tout le peroxyde est épuisé et que la solution commence à brunir, vous devrez ajouter de l'oxygène pour régénérer à nouveau la solution: ajoutez quelques bouchons supplémentaires de peroxyde ou de bulles d'air dans la solution ou tourbillonnez vigoureusement, ou simplement le verser dans un récipient ouvert et attendre. Il est facile de savoir quand vous êtes prêt à graver à nouveau, car la solution devient verte.

Il est également impossible d'ajouter trop d'oxygène en ajoutant de l'air, alors faites des bulles / tourbillonnez au contenu de votre cœur. Si vous utilisez du peroxyde pour ajouter de l'oxygène, épargnez - un peu va très loin, et c'est principalement de l'eau, donc vous diluez votre agent de gravure en l'ajoutant.

Acide: Notez que le HCl est consommé dans le décapant de démarrage et les réactions de régénération. Nous allons donc devoir ajouter un peu plus d'acide au fil du temps. Si vous remarquez qu'il est plus difficile de reverdir votre agent de gravure brun, il est probablement temps de commencer à penser à l'acide.

J'ai essayé le titrage décrit sur le site d'Adam plusieurs fois, et c'est assez facile mais nécessite une échelle précise et de la lessive pure (retour à la quincaillerie ...). Il est plus facile de simplement jeter un capuchon d'acide tous les quelques lots de planches, ce qui semble faire l'affaire pour moi.

Étape 5: Enregistrez l'Etchant pour le prochain tour. Vous avez terminé.

Une fois que vous avez terminé la gravure, versez le réactif de gravure dans votre bouteille de stockage, rincez la carte, fluxez, percez, remplissez et soudez.

Quelques notes finales ici:

1) Vous pouvez faire un peu de ces trucs très facilement, et puisque vous les réutilisez, il n'y a aucune vraie raison de lésiner; mettez beaucoup d'agent de gravure dans votre «réservoir». Lorsque vous utilisez trop peu de décapant FeCl, par exemple, il peut devenir saturé de cuivre et ralentir, ce qui peut entraîner de longs temps de gravure et des piqûres ou des sous-coupures ou pire. Lorsque je grave une planche avec du chlorure de cuivre, je verse quelques centimètres supplémentaires de solution dans le récipient. Il est réutilisable de toute façon, et l'exposition supplémentaire à l'oxygène le régénère. Vivez grand.

2) Ne faites pas trop. Pendant que vous continuez à réutiliser la solution, vous devrez ajouter un peu plus d'acide et un peu plus de peroxyde de temps en temps. Si vous avez un contenant de 750 millilitres, commencez avec moins de 500 millilitres de solution. Donnez-vous de la place pour grandir avec le temps. Après tout, l'essentiel est d'éviter d'avoir à jeter le cuivre dans le décapant usé.

3) Si vous avez trop de volume d'agent de gravure (cela arrivera éventuellement), vous pouvez évaporer l'eau supplémentaire en la mettant dans un récipient ou un bécher peu profond (non métallique) ou autre et en le laissant reposer pendant un certain temps. Cela concentre le cuivre en solution, vous donnant un agent de gravure plus fort. Il ré-oxydera également une partie du cuivre pour vous, un bonus. N'oubliez pas que lorsque vous ajoutez du peroxyde, vous ajoutez en fait 97% d'eau.

4) Le site Web lié suggère que les niveaux d'acide dans l'agent de gravure ne sont pas critiques tant qu'il y a de l'acide en solution pour effectuer la régénération du CuCl2. La quantité de CuCl2 (vs CuCl) présente est facile à diagnostiquer par la couleur de la solution. Ajoutez de l'oxygène pour reverdir et ajoutez un peu d'acide si cela ne fonctionne pas. Le pire des cas est que vous devrez peut-être attendre quelques minutes de plus par gravure avec un bain sous-optimal. Ce n'est pas une opération de fusée.

5) J'ai une pompe d'aquarium (6 $ au magasin de poisson) que j'ai utilisée pour réactiver ma solution. Parfois, je le laissais pendant quelques heures pendant que je travaillais si j'avais beaucoup gravé. Mais dernièrement, j'ai été paresseux / impatient et jeté dans quelques bouchons de peroxyde. Les deux semblent fonctionner très bien.

6) L'avantage environnemental de la gravure avec du cuivre sur ferrique réside principalement dans le fait de ne pas avoir à éliminer le cuivre qui sort de vos planches à chaque fois que vous gravez. Lorsque et si vous vous retrouvez avec trop de décapant de cuivre, veuillez le traiter comme les déchets dangereux qu'il est - examinez vos options locales d'élimination des produits chimiques dangereux. Il est impossible de contourner le fait que les sels de cuivre sont (par exemple) toxiques pour les poissons, même à des concentrations très diluées.

Étape 6: Méthode alternative (trop complexe): accélérez le chlorure cuivrique.

Lorsque j'ai commencé à essayer de fabriquer un agent de gravure au chlorure de cuivre, je n'avais pas pensé à utiliser la procédure régulière de gravure pour y arriver. J'ai donc délibérément dissous un tas de cuivre d'un fil.

Je ne pense pas que ce soit une bonne idée, mais voici comment je suis arrivé plus rapidement à la gravure finale.

J'ai mélangé l'acide / peroxyde 1: 1 au lieu de 1: 2. L'idée était d'avoir un tas d'acide restant pour une régénération ultérieure. Je ne pense pas que ce soit une bonne idée, et je ne le referais pas. 1: 2 est probablement meilleur et donne plus de cuivre en solution plus rapidement avec moins de fumage.

Pour contrôler les fumées, j'ai utilisé l'appareil de confinement des fumées en verre à deux pintes en instance de brevet (je plaisante). Versez le peroxyde, ajoutez le cuivre, puis posez un verre sur l'autre. Versez l'acide à travers un petit espace entre les deux verres et refermez. Voila. Pas de fumées. (Voir la vidéo. Je pense que je l'ai fait avec de l'eau comme exemple.)

J'ai également déclenché la formation de chlorure cuivrique en fabriquant d'abord de l'oxyde de cuivre, qui se transforme en chlorure cuivrique juste en présence d'acide seul. Ce n'est pas du tout nécessaire, mais c'était amusant. Chauffez une bobine de fil de cuivre sur le poêle pour chauffer au rouge et vous obtenez un revêtement en flocons d'oxyde de cuivre.

Sinon, c'est essentiellement la procédure précédente, alors voyez les photos pour les notes. Je ne le recommanderais pas de toute façon. Moins vous dissolvez de cuivre, moins il faut (éventuellement?) Éliminer le cuivre, et le décapant acide / peroxyde est très facile à utiliser.

La technique des deux tasses est mignonne. Je le recommande toujours.

Pièces jointes

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