O cobre acabou: a química por trás da gravação de PCB

Por vários motivos, a gravação caseira de PCBs é uma arte em extinção. A principal razão é o aumento dos serviços de fabricação de PCB de giro rápido, é claro; quando você pode enviar seus Gerbers e receber de volta uma caixa com uma dúzia ou mais de PCBs feitos profissionalmente por alguns dólares, por que você iria querer mexer em gravar os seus próprios?

Conveniência e custo à parte, há vários motivos válidos para criar suas próprias placas, desde não ter que esperar pelo envio até apenas querer controlar o processo você mesmo. Seja qual for o campo em que você esteja, vale a pena saber o que está acontecendo quando sua placa simples revestida de cobre, adornada com suas preciosas obras de arte, entra no tanque de gravação e se torna uma placa de circuito impresso. O que exatamente está acontecendo lá para remover o cobre? E como o método de gravação afeta o produto final? Vamos dar uma olhada em alguns dos métodos de gravação mais populares para entender a química por trás de suas placas.

No final das contas, a gravação de PCB consiste em remover o cobre de uma placa da maneira mais controlada possível. Os métodos de gravação de PCB geralmente se enquadram em uma de duas grandes categorias: processos úmidos e secos. Para o jogador doméstico, os processos secos incluiriam métodos como fresar traços com uma fresadora CNC ou até mesmo o método testado e comprovado de riscar traços usando uma lâmina de barbear. Em um nível comercial, a gravação a seco geralmente se refere a métodos como a gravação a laser, onde um laser de alta potência é usado para remover o cobre do substrato subjacente para criar traços, ou a gravação por plasma, que usa energia de RF para gerar um plasma reativo a partir de uma gravação. gás.

Com a notável exceção de riscar vestígios com um X-Acto, todos esses métodos de gravação a seco têm a desvantagem de precisar de algum tipo de máquina especializada. O que lhes falta em simplicidade, porém, eles compensam na direção da gravação e no controle preciso que alcançam na remoção de cobre. Os métodos de ataque a seco são todos processos anisotrópicos; isto é, direcionam a remoção do cobre em uma única direção e evitam o risco de subcotação. Os métodos úmidos, todos baseados em reações químicas para obter o cobre metálico em uma solução aquosa, são processos isotrópicos, o que significa que ocorrem mais ou menos uniformemente em todas as direções. Isto pode se tornar um problema; se o processo não for rigidamente controlado, as reações de gravação podem se estender por baixo da camada de resistência, mascarando áreas dos traços futuros do PCB, criando potencialmente um estreitamento de traços de alta resistência ou até mesmo circuitos abertos.

Se você fez alguma gravação de PCB em casa, há boas chances de você pelo menos ter tentado o antigo modo de espera, o cloreto férrico. É barato e fácil, e tem muitas vantagens sobre outros produtos químicos de gravação úmida, entre os quais você pode fazer um suprimento quase ilimitado do produto usando nada além de um punhado de pregos e alguns produtos químicos que você pode facilmente obter em uma piscina loja e uma farmácia:

Também conhecido como cloreto de ferro (III) (FeCl3), o cloreto férrico dissolve rápida e eficazmente o cobre metálico, mas como é a reação? A reação geral é bastante direta:

Quando o cloreto férrico entra em contato com o cobre metálico, um de seus átomos de cloro é transferido para um átomo de cobre, formando o cloreto de cobre (II), ou cloreto cúprico, que é solúvel em água. Isso permite que o cobre que antes estava ligado ao substrato do PCB seja enxaguado. Parece bastante simples, mas essa reação geral esconde muita complexidade química, e vale a pena aprofundar um pouco os detalhes.

Primeiro, um pouco sobre nomenclatura. Compostos com cátions metálicos (espécies carregadas positivamente) têm tradicionalmente usado diferentes sufixos para denotar seu estado de oxidação, ou a carga do átomo. O sufixo “-ic” denota o estado de oxidação mais elevado, enquanto “-ous” refere-se ao estado de oxidação mais baixo. O sufixo é acrescentado ao prefixo latino do metal, produzindo nomes como “férrico”, referindo-se ao ferro com estado de oxidação 3+, ou “ferroso”, que é um estado 2+. Esta convenção remonta quase aos dias da alquimia e, embora ainda seja de uso comum, a nomenclatura padrão agora indica o estado de oxidação com algarismos romanos entre parênteses em nomes de compostos, cloreto de ferro (III) (FeCl3) e ferro (II) cloreto (FeCl2).