Etsning med saltsyra (HCl) och väteperoxid (H2O2)

[spaderkung]

I denna guide beskrivs hur kretskort tillverkas* genom utskrift på OH-film med S/V laserskrivare, belysning med lågenergi blacklight, korrigering med spritpenna, framkallning med NaOH (”propplösare”) och etsning med väteperoxid och saltsyra (köpt i din lokala färghandel utan frågor). Det kändes inte rätt att rycka etsningen ur sitt sammanhang, så hoppa direkt till stycket om etsning för att inte känna dig överväldigad.

Nödvändig utrustning utöver ”köpe” är en plastskål med flat botten, ett plastbestick och alu-folie. Köpekostnad (till "många" kort) är ca 200 kr. Alla köpe-saker är för privatpersoner utan särskilda tillstånd.

Ifall ni inte ser några bilder beror det på er monitor som måste degaussas.

*Det som avses är processen som tar vid efter det att ett bärarmaterial, exempelvis glasfiberlaminat, belagt med kopparskikt och fotoresist, kommit i din ägo genom upphandling, inköp, tur, stöld eller Heisenbergs osäkerhetsprincip.


Guiden är indelad i följande avsnitt:

Bakgrund
Utskrift (OH-film)
Belysning (UV-lampa)
Framkallning – (NaOH)
Förbättring – (Spritpenna)
Etsning – (H2O2 + HCl)
Resultat
Sammanfattning


Bakgrund
En billig, riskfri och enkel (i nämnd ordning) metod för tillverkning av kretskort med ledningsbanor < 0,5 mm eftersträvades. Etskärl med bubblor och UV-lådor med timers förkastades ehuru författaren såväl inspireras av som uppmuntrar fortsatt utveckling av dessa metoder. För väteperoxid hittades ingen beskrivning som tillfylles förklarade processen. Antingen var det koncentrationer som var osäkra, inköpsställen som var skumma eller frågetecken kring krav på särskild utrustning.

I detta forum finns många inlägg angående väteperoxid och det är inte otroligt att all relevant information kan extraheras ur dem. Denna guide är baserad enbart på personliga erfarenheter. Den klistrade guiden ”Hur jag etsar…” kanske täcker även det som står här. I så fall så är det mest författaren som lärt sig något.


Utskrift
På OH-film. Kvittar vilken. Nästan. Går bra med vanligt papper oxå (det är ”vitt” i dina ögon men UV går nästan rätt igenom). Onödiga uppgifter om vad författaren använde: Brother HL-2030 S/V laser på OH-film 3M PP2480. Upplösning på skrivare: 1200 DPI, originaltoner.


Belysning
Författaren belyste med blacklight UV från Kjell (69:-), d v s en lampa som enligt flera källor är olämplig som UV-källa. Kortet placerades ovanpå en spegel för att reflekterad strålning inte skulle gå till spillo utan studsa i lampan och ner igen. Blacklighten sattes i ”vanlig” lampskärm klädd med alu-folie. Belysningstiden var 20-30 min, och vid så långa tider spelar 5 min hit eller dit inte någon roll och antagligen inte spegeln heller. OH-filmen placerades med trycket mot kortet och en glasskiva från en tavelram tryckte fast filmen med hjälp av sten som vikter. Det senare är mycket viktigt.

Kretskort med (positiv) film (syns som färgad hinna på kopparn) användes. Filmen reagerar på ljus, vilket ökar dess reaktion med basiska lösningar. Därför belyser man med UV för att det skall gå snabbare och skyddar önskade ledningsbanor så att inte de belyses. När man sedan framkallar i ex NaOH så kommer de belysta områdena försvinna _snabbare_ än de obelysta. Den relativa hastigheten är nyckeln – med varm och stark lösning försvinner _all_ resist på < 0,5 s. Således – ett starkt UV-ljus och en svag basisk lösning ger större felmarginal vid badet. Skulle all resist försvinna skulle man på samma kort kunna pröva toner-transfer-metoden, men vem vågar riskera sin sambos strykjärn?


Framkallning
Den fotoresist som reagerat med UV-ljus försvinner _snabbare_ i framkallningen. Det viktiga är att koncentrationen och temperaturen på lösningen inte spelar någon roll – så länge som det tar ”lagom lång tid”* att fräta bort fotoresisten. Som framkallare användes NaOH (propplösare) med en styrka att framkalla på 3-5 min – d v s efter denna tid var allt utom ledningsbanorna kvar. Detta motsvarar en ”slatt” moderlösning blandad på 1 cm salt och 150 cm vatten som sättes till 1 cm kallt vatten i en plastskål stor nog till kretskortet.

* Tiden beror enbart på hur snabb du vill vara när du tar upp kortet. 30 min ger samma resultat – med svagare lösning, som 3 sekunder – med starkare lösning. Välj styrka och temperatur på lösningen efter dina egna förutsättningar och promillehalt. Ifall du belyst med för svagt ljus eller för kort tid spelar det ingen roll – då är det kört ändå. Tar det ca 5 min att framkalla – och det blir fel – är det belysningen det är fel på.


Förbättring
Efter framkallning framträdde mönstret tydligt, men det såg ut som om den fotoresist som skulle skydda mönstret mot etsvätska var något flammigt och tunt på sina ställen. Med en spritpenna förstärktes dessa områden. Vattenfast penna, modell kvittar.


Etsning
Från färgaffären köptes väteperoxid 18%* och saltsyra 30%*. I en plastskål stor nog att rymma kortet hälldes 1 dl kallt vatten och sedan tillsattes 1 msk av vardera HCl och H2O2. Detta värmdes i mikrovågsugn 450W, 1 min tills det var lagom* varmt varpå kortet lades ned och skålen varsamt skvalpades under 10-15 min*.

* Tar det 10-15 min att etsa är _kombinationen_ av lösning, temperatur, omrörning och månens faser rätt. Har all koppar som ska försvinna också försvunnit på nämnda tid har etsningen gått rätt till – oavsett _hur_ den gått till. Precis samma resultat hade uppnåtts med svagare och varmare lösning som starkare lösning och kortare tid (inom rimliga gränser). Författaren tror att det förenklar ifall denna tid betraktas som en invariant – d v s att det finns en ”bästa” tid att bli av med all önskad koppar och att man kan nå denna tid med olika koncentration, temperatur och omrörning. Vill man spara på kemikalier kan man öka temperaturen eller tiden.

Resultat
Enligt angivna krav (”Schå jäla bra”). Vissa ledningsbanor har vågiga kanter efter spritpennan. Det går för övrigt bra att rita med spritpenna direkt på kopparn ifall man vill skippa hela OH-UV-steget.


Sammanfattning
Det spelar ingen roll vad enskilda parametrar har för värde – det är summan av dem som är viktig. Det finns således ingen ”rätt” koncentration eller ”bästa” temperatur på vare sig framkallare eller etslösning eftersom man kan kompensera ett underskott av en (t ex koncentration) med ett överskott av en annan (t ex temperatur). När koncentrationer, temperaturer och allt annat mojs spelar kvittar sänks tröskeln för att en intresserad medmänniska skall kunna tillverka enstaka kretskort till ett lågt pris, med liten möda och knappt besvär.

Författaren förutsätter att den som agerar utifrån denna guide inte använder några av de kemikalier som omnämnts för invärtes bruk utan att skicka bilder från festen.

[sodjan]

Fördelen med saltsyra/väteperoxid (jämfört med järnklorid som kanske
är vanligare) är att *INTE* behöva värma etsbadet. Jag har etsat med
saltsyra/väteperoxid > 30 år, och aldrig värmt badet. Personligen vill
jag "hantera" etslösningen så lite som möjligt, och ett lyfta den in och
ur en micro verkar vara ett extra moment för mycket.

Däremot körde jag nog med lite högre konc än "en matsked", vilket
inte heller är ett speciellt lämpligt mått för dessa vätskor...
Om man inte vill göra av med en ny matsked varje gång...

Sedan en rent personlig reflektion...
Jag har lite svårt för när man blandar in ett allt för stort skämtande
i instruktioner som dessa. Men det kanske bara är jag...

> Ifall ni inte ser några bilder beror det på er monitor som måste degaussas.

Jag ser inga bilder och jag har en LCD skärm. Vad ska jag göra ?

[nole]

Nu blev jag ju nyfiken på vilken konc och blandning du kör med Sodjan, vore tacksam om du delade med dig av den informationen.

[björn]

Jag brukar använda ett förhållande på 1:1:3 har jag för mig, och då har väteperoxiden och syran ca 30% konc.
Det är dessutom farligt att värma lösningen iom att när det väl har börjat bli varmt blir det varmare av etsprocessen vilket gör att det börjar koka och är svårkontrollerat (kanske inga problem vid så svag blandningen son du har men...).

[sodjan]

Tja, som du själv säger "lagom"...
Några dl vatten (så att det gick att sänka ett PCB i en smörkartong av plast)
och några "skvättar" av varje. Går det för långsamt, ett par skvättar till...

[Fritzell]

Köra syrorna i micron skulle jag inte göra!

Jag kör med 2 delar vatten, 1 del saltsyra och 1 del väteperoxid. Ingen uppvärmning. Etsningen brukar ta runt 5 minuter.

Sen låter det lite jobbigt att korrigera med spritpenna på det framkallade kortet. Bättre att i "lugn och ro" belysa layouten och leta efter hål, dåliga kanter etc som man inte alltid ser efter man etsat.

[spaderkung]

Sodjans senaste inlägg tycker jag är en bra sammanfattning av princip hela etsningförfarandet. Det som guide hade jag gärna sett långt tidigare och då hade ni besparats min.

Riskerna med värmning är något jag struntat i under euforin att komma igång, men min skål hade en diameter på 15 cm och fylldes 1 cm upp så jag tror att värmeförlusterna från den relativt stora ytan kompenserar reaktionsentalpin. Efter värmning var temp ca 40C och den sjönk sedan under reaktionen. En reaktion som är färdig på 5 min värmer dessutom med dubbelt så hög effekt som en som är färdig på 10 min, givet samma mängd etsad koppar. Mitt kort var enkelsidigt och 5x5 cm. Tjocklek koppar vet jag tyvärr inte, men det är så lätt att överanalysera så det blir kontraproduktivt. Kör så det ryker!

Att ånga av saltsyra i en mikro med metall på insidan är inget att ta efter. Skall det värmas så förvärm enbart vattnet. Jag hade redan hällt i mina slattar - noterat att det gick lite trögt - och valde att höja temperaturen istf att öka doseringen. Men det går uppenbarligen bra utan att värma alls. Med längre reaktionstid. Eller högre koncentrationer.

( 30% H2O2 finns ej att tillgå, ej heller finns det behov. Många USA-guider nämner en 3%-ig från apotek, vilket så klart går bra ifall man förstått resonemanget och tar lite mer lagom i stället. )

[Mindmapper]

Avtar etsningen så att det behövs mera fart, så brukar det räcka att bara slå på mera väteperoxid. Jag slår alltid på peroxid först och i de flesta fall räcker det så. Jag blandar förhållandet 3+1+1.

[RDX*]

Sen ska man komma ihåg regeln SIV (Syra I Vatten). Det vill säga börja häll upp vattnet sedan Väteperoxiden och sist Saltsyran. Själv kör jag jag med 3:1:1 (H2O:H2O2:HCL), om man tycker det går för långsamt så ökar man koncentrationen.

[björn]

( 30% H2O2 finns ej att tillgå, ej heller finns det behov. Många USA-guider nämner en 3%-ig från apotek, vilket så klart går bra ifall man förstått resonemanget och tar lite mer lagom i stället. )

Vadå "finns inte att tillgå"? Menar du att du inte kan få tag i det eller menar du att det jag skaffar/använder inte finns?

[Fritzell]

spaderkung>> Jo precis.

Etsar man ett dubbelsidigt 100x160 med all fotoresist borta på bägge sidor, så ska du se att det blir varmt! (och ryker )

edit: Sen kan man väl tillägga att användandet av denna metod inte är helt riskfri...
Ångorna av saltsyran är väldigt skadlig för flimmerhåren så sörj för god ventilation som det brukar heta.

[grubs]

Det värsta är den koncentrerade saltsyran, om man späder ut en batch i vatten utomhus först så blir det inte så mycket ångor sen. Förutsatt att man inte värmer då förstås. Ventilation är viktigt oavsett, men man kan minska på ångorna som man utsätter sig för på det sättet. Det är olämpligt att stå och titta ner i samtidigt som man blandar, då får man alla ångorna rakt i ansiktet och det känns inte så trevligt. Ångorna är också en anledning till att inte spara etslösningen, det ser för j**ligt ut om den får stå ett tag i närheten av något av metall, även rostfri diskbänk eller så. Tättslutande lock är inte att rekommendera eftersom det blir en viss gasutveckling i etsvätskan och det kan leda till att burkar/flaskor exploderar av trycket.

Man kan neutralisera etsvätskan med natriumhydroxid och manganoxid tror jag. Det kommer att bli en hel del värme samtidigt, så ta lite i taget och känn på behållaren under tiden. Ett alternativ till manganoxid kan vara att använda en katalysator av samma typ som används till att neutralisera en del tvättlösningar för kontaktlinser som också innehåller väteperoxid. Vet tyvärr inte vad det är för typ, men ska försöka ta reda på det. Det mesta av kopparen borde falla ut som pulver när man tillsätter natriumhydroxiden, men ta inte för mycket.

Håll etrar och aceton långt borta från etslösningen.

[peter555]

Med tanke på att ångorna fräter på metaller i närheten så står jag alltid utomhus vid etsning. Där står också bunken med etssoppa, bara att piffa upp med lite väteperoxid när det är dags att etsa igen.

[spaderkung]

björn:
Den H2O2 som guiden tar upp är tillgänglig för alla privatpersoner i vilken färgbutik som helst.

För de som ännu inte börjat etsa så betalade jag ca 100 kr tillsammans för 1L H2O2 och 1L HCl. Självfallet kan priset variera och det kommer säkert fina tips om var man får tag i det mycket billgare. Sök i annan tråd efter billigt etskärl - med glass på köpet (finns likvärdiga alternativ för mjölkallergiker).

[xxargs]

Varför maganföreningar och konstiga dyra enzymer när räcker det med ett stick i fingret och låta en droppe blod ramla ned eller hälla skvätten med köttsaft från kottletterna/oxfilen i lösningen - blod/järnföreningar av olika slag och väteperoxid gillar inte varandra alls i neutrala och mindre sura lösningar. Järnet har samma verkan som maganföreningar och man slipper skrota gammla torrbatterier för att komma åt detta... Man kan också prova med smula rost då det också sätter sprutt på väteperoxidnedbrytningen.

och vad du än gör - droppa inte något blod i flaskan med kons. väteperoxid - för då kommer den nästan att explodera och definintivt jäsa över och det kommer ut kommer vara rykande hett...

(man använder 80-90% väteperoxid som raketbränsle - bl.a de flygande NASA-dräkterna drevs av detta när de flög in i OS-stadion i USA för ett antal år sedan - så den har mycket energi inlagrad i sig)

---

När man skulle refresha ut-etsad järnklorid till nära orginalskick igen så använde jag lika delar cons. saltsyra och väteperoxid med lätt övervikt av saltsyra och sköt ner det i lösningen hårt med en spruta för snabb omblandning (och lösningen värmdes upp ca 20 grader pga oxidationen av järn-II-kloriden till järn-III-klorid).

Det gällde att det fanns tillräckligt med fria H-joner i lösning, för så fort det fattades syran så bildades järnoxider och hydroxider av olika slag och då sönderfaller väteperoxid omedelbart till vatten och fri syre och lösningen börjar lätt jäsa som nykokande mjölk...

mao skyddsglasögon, oömma kläder och underlag är det som gäller förutom sedvanliga avsköljningsmöjligeterna på armlängds avstånd....

---

Destruktion av använd HCL/väteperoxidlösning görs nog bäst med rejäl skvätt kaustiksodelösning i etsbadet (det bubblar och har sig lite av kvaravarande väteperoxid, häll i droppar blod/köttsaft/rost om du vill vara riktigt säker på att jaga bort sista resterna av väteperoxiden) så att det är garanterat alkaliskt (dvs halt om man gnuggar fingarna i lösningen) och därefter sila bort kopparoxid/hydroxidfällningen i ett kaffefilter och därefter hälla ut lösningen i vasken - då den nu består bara av ren koksaltlösning med en smula extra kaustiksoda.

filtret med kopparfällningen deponeras på miljöstation.

Med detta så behööver man inte känna att man är en stor miljöbov bara för att man etsar lite kretskort...