Печатные платы купоросом

Вот это словосочетание — печатные платы купоросом — сразу отбрасывает лет на двадцать назад. Многие сейчас, особенно молодые инженеры из больших компаний вроде ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, смотрят на это как на архаику. ?Зачем, когда есть готовая фотолитография и лазерное гравирование?? — спрашивают они. И в целом они правы. Но не всегда. Есть нюансы, есть ситуации, особенно в прототипировании, в ремонтных мастерских, в условиях ограниченного бюджета или срочного need, когда старый добрый купорос оказывается не просто уместен, а незаменим. Проблема в том, что информация о нём сейчас — это либо сухие учебники, либо ролики на YouTube, где всё идеально и без дыма. А реальность грязнее, пахнет химией и требует не столько знаний из справочника, сколько чутья.

Что на самом деле значит ?купорос? для платы

Когда говорят ?купорос?, обычно подразумевают раствор медного купороса (CuSO4) с поваренной солью для травления. Но это только половина дела. Ключевое — подготовка заготовки. Нельзя просто взять фольгированный стеклотекстолит, нарисовать дорожки лаком и сунуть в раствор. Будет подтравливание, ?бахрома? на краях дорожек. Многие забывают про обезжиривание. Я видел, как люди протирали заготовку ацетоном и думали, что этого достаточно. Нет. Нужна щелочь, хотя бы слабый раствор каустика. Или специальный обезжириватель. Без этого адгезия защитного покрытия (того же лака или битумного грунта) к меди будет слабой, и травитель проберётся под него.

Второй момент — сам раствор. Классический рецепт: CuSO4 + NaCl + H2O. Но пропорции... Вот где начинается алхимия. Слишком концентрированный — будет травить агрессивно и неконтролируемо. Слабый — процесс растянется на часы, и может начаться боковое подтравливание. Я обычно делаю так: на литр горячей воды (градусов 50-60) — примерно 100-150 грамм купороса и 50-70 грамм соли. Важно растворить полностью. И ещё важнее — активатор. Чистый купорос с солью будет работать медленно. Нужна кислая среда. Раньше добавляли серную кислоту, но это опасно и для здоровья, и для заготовки. Сейчас чаще используют лимонную кислоту или даже уксус. Я добавляю чайную ложку лимонной кислоты на этот литр. Реакция идёт заметно бодрее.

И температура. Нельзя травить в холодном растворе. Идеально — поддерживать 40-50°C. Но не на прямом огне, а на водяной бане. Прямой нагрев приводит к локальному перегреву, быстрому истощению раствора у поверхности и, опять же, к неоднородному травлению. Я для мелких плат использовал старую фотокювету, которую ставил в таз с тёплой водой и периодически подливал горячей. Да, муторно. Но зато контроль полный.

Практические грабли и синие пальцы

Самый частый косяк, который я совершал в начале и который видел у других — это экономия на защитном покрытии. Думаешь: ?Нарисую дорожки стойким маркером для CD?. В 90% случаев это провал. Спиртовой маркер в тёплом растворе купороса отслаивается за минуты. Нужен именно лак. Я перепробовал много чего: и цапон-лак, и битумный лак (пахнет жутко, но держится намертво), и даже нитролак для ногтей в безвыходной ситуации. Лучше всего показал себя специальный радиотехнический лак, но его не везде купишь. В компании ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, я уверен, для прототипов используют фотолитографию или прямое лазерное гравирование, но их технологическая цепочка — это высокий уровень. А в гараже или маленькой ремонтной точке выбор покрытия — это вопрос успеха всей операции.

Ещё одна грабля — контроль конца травления. Если передержать, начинается подтравливание с боков. Недодержать — останутся перемычки меди в узких местах. Нужно постоянно вынимать плату, промывать и смотреть. При хорошем освещении и с лупой. Иногда эти перемычки микроскопические. Помню историю с одной платой управления для старого станка. После травления всё выглядело идеально. Но плата не работала. Полчаса с мультиметром в режиме прозвонки — и нашёл три таких ?волоска? меди между соседними дорожками. Пришлось соскабливать скальпелем. После этого я всегда делаю контроль под микроскопом или хотя бы под сильной лупой с подсветкой.

И да, синие пальцы — это не миф. Медный купорос, особенно в порошке, прилипает ко всему. Работать нужно в перчатках. Но даже через перчатки иногда чувствуется эта стянутость кожи. А если раствор попадёт на одежду — пятна практически не отстирываются.

Где этот метод ещё живёт и почему

Казалось бы, век цифровых технологий, автоматизированных линий. Заглянешь на сайт apexpcb-cn.ru — и видишь современные мощности, многослойные платы, HDI технологии. Зачем тогда вообще вспоминать про купорос? А вот представьте ситуацию: срочно нужна простая односторонняя плата для теста. Заказывать на заводе — неделя минимум и деньги. А сделать самому — вечер. Или ремонт аппаратуры, где нужно восстановить небольшой участок дорожек. Лазерного гравера нет. Фотолитография требует подготовки фотошаблона. А тут — вырезал кусок текстолита, нарисовал, протравил. Всё.

Это метод для гибкости, для скорости в условиях единичного производства. Крупные игроки, такие как группа компаний, контролируемая ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, создают синергетическую экосистему полного цикла. Их задача — серийность, качество, стандарт. А в нише прототипов, образования, любительской электроники и срочного ремонта травление купоросом остаётся в арсенале как проверенный, дёшевый и управляемый инструмент. Он не конкурирует с промышленными методами, он существует параллельно, в другой экологической нише.

Я знаю несколько небольших мастерских по ремонту промышленной электроники, которые до сих пор держат на полке банку с купоросом и солью. Не потому что они бедные, а потому что это быстрее всего для изготовления замены небольшой сгоревшей части сложной платы. Сделал копию, впаял, аппарат снова в строю. Клиент доволен, не нужно ждать неделю новую плату из-за границы.

Эволюция раствора и экологические соображения

Классический раствор после работы — это отработанный электролит, насыщенный ионами меди и хлора. Выливать его в канализацию — преступление. Раньше, честно говоря, мало кто задумывался. Сейчас — другое время. Отработанный раствор нужно утилизировать правильно. Самый простой способ, который я использовал в условиях небольшой мастерской — осаждение меди. Добавляешь в старый раствор железный гвоздь или обрезки железа. Медленно, но верно медь оседает на железо в виде рыхлого красного осадка, а раствор теряет активность. Потом этот осадок можно сдать как цветной металлолом. Вода, конечно, всё равно остаётся с солями железа, но это уже менее вредно.

Есть и более продвинутые составы на основе персульфата аммония или хлорного железа. Они работают по-другому, часто быстрее, но и у них свои недостатки. Хлорное железо страшно пачкает всё вокруг в жёлто-коричневый цвет, а персульфат нужно точно выдерживать температуру. Медный купорос в этом плане более ?прощающий? и визуально контролируемый: по синему цвету и его изменению можно примерно оценить насыщенность раствора.

С точки зрения интеграции в современный, даже небольшой, цех, метод требует чётко выделенного, хорошо вентилируемого места с подводкой воды для промывки и ёмкостями для отходов. Это не ?попробовать на кухне?. Это уже производственный процесс, пусть и кустарный. И в этом его парадокс: метод прост по сути, но чтобы получить стабильно хороший результат, нужно соблюсти массу условий, которые и делают его уже не хобби, а технологией.

Вместо заключения: инструмент, а не реликвия

Так стоит ли учиться работать с печатными платами купоросом сегодня? Если ты инженер-разработчик в крупной компании, которая заказывает платы на стороне, — наверное, нет. Твои инструменты — это CAD системы и спецификации для производителя. Но если ты технолог, ремонтник, преподаватель в кружке радиотехники или энтузиаст, который хочет понимать процесс от и до — это бесценный опыт.

Это даёт чувство материала. Понимание, как ведёт себя медь, как взаимодействуют химические процессы. Это знание, которое не получишь, просто отправляя Gerber-файлы на завод. Крупные интеграторы, демонстрирующие комплексные возможности, как группа компаний ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, строят своё развитие на инновациях и высокой технологической культуре. Но эта культура выросла в том числе из понимания базовых процессов. Травление купоросом — один из таких базовых процессов, живой урок химии и терпения.

Он не умрёт, пока есть необходимость быстро превратить идею в железо без посредников в виде сложного оборудования. Его место — не на конвейере, а на верстаке изобретателя, в учебной лаборатории, в чемоданчике выездного инженера. Как напильник или паяльник. Устаревших инструментов не бывает. Бывают задачи, для которых они подходят идеально.