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by jq1ocr

エッチング液を作る

昔は処理剤もセットになっているサンハヤトのエッチング液を使っていましたが,高価なため今では銅版画用の腐食液を使ったりします.エッチング液は使うと弱くなりますが,補強するために別途粉末の塩化第二鉄を持っています.ところがエッチング液の在庫が払底したのと,先日エッチング槽を個人で用意したので,これを使うために粉から新規にエッチング液を作ることにしました.

そういえば昔も粉から作ったような気がしますが,濃度が分かりません.なんだか色合いで決めていたような気がします.ずいぶんたくさん入れたような覚えもあります.で,調べてみたのですが,どうも濃度についての記述が見あたりません.あるところに「5% 或いは 13%」と書かれていたのを発見しましたが,そんなに薄かったかなぁ.それに「或いは」ではなく「乃至」じゃないかなぁ.まあそんな重箱の隅はおいといて,とりあえず 10% で作ってみました.試作は手持ちのボトルの関係で塩化第二鉄 50g に水 450g です.しかしやっぱり色からして薄いです.もしかして粉が水和物だからその分引くのかな?分子量は
FeCl2⋅6H2O = 270.30
FeCl2 = 162.30
ですから,概ね6割しか有効ではないとすれば,その分足さなければなりません.最初に溶かした 50g に単純に 30g ほど足してみました.が,まだ薄いなぁ.やっぱり次から粉で一から作るのはやめようっと.でも今回は手をつけてしまったので最後までやらねば.ただ,量をそんな主観的な印象(色の濃さ)で決めるのもどうかと思うので,化学的に計算してみるとどうなるか考えてみました.ちょっと強引な伏線でしたが,一部で人気の計算シリーズです.笑

まず仮に 10cm × 15cm の片面基板の全面をエッチングするのに必要な第二塩化鉄の量を計算してみましょう.

銅箔はサンハヤトの基板だと 35µm の厚みがありますので,エッチングされる銅の体積は
35×10-4×15×10 = 0.525 cm3
となります.銅の比重は 8.95 g/cm3 なので,この銅箔の質量は
0.525 × 8.95 = 4.70 g
となります.銅の分子量は 63.5 なので,この銅は 7.4 × 10-2 mol です.ここでエッチングの化学反応を考えますと,
2FeCl3 + Cu → 2FeCl2 + CuCl2
ですから,1mol の銅をエッチングするのには 2mol の塩化第二鉄が必要であることが分かります.すなわち,この銅箔を溶かすのに必要な塩化第二鉄のモル数は14.8 × 10-2 mol となります.ここで,FeCl3の分子量は 162 ですから,これより 24g の塩化第二鉄が必要であることが分かります.結構量は多いんですね〜.ちなみに先ほど書いたように一般的に出回っている塩化第二鉄の試薬(*)だと六水和物(FeCl2⋅6H2O)だと思うので,その場合は 40g になります.

エッチング液中の塩化第二鉄が,反応に必要な,計算で求めた量以上ないとすれば,反応初期は良くても,どんどん反応速度が遅くなっていってしまいます.反応速度は濃度にある程度比例するはずなので,40g では永遠に反応が終了しないことになってしまうのです.そこで反応終了時にも十分な量の塩化第二鉄が残っているように,たっぷりと供給することが必要になるわけです.

私の場合,最近はマイクロストリップラインを書くことが多いので,片面はほとんどエッチングでとってしまうことが多いです.ということはかなりエッチング液には過酷な条件であり,ちなみに先ほど作ったエッチング液では二枚も出来ないことになるでしょう.やはり1枚エッチングするたびに新しいエッチング液や塩化第二鉄の粉末をどんどん足していかないと駄目なわけですね.基板の用途によっては,エッチングで除去する領域を特に大きくする必要がない場合もあるでしょう.そういう場合には,銅箔を多く残すのがエッチング液にはよいことになります.

そういえば基板加工機もフライスのようなもので銅箔を削っていくので,削る面積が大きいほど加工に時間がかかります.ちょっと似てるなぁと思いました.RFの場合はパターンの作り方は非常に重要ですが,そういう分野でなくても,仕事で基板を作っている人には,こういうこと(引き方で加工効率をあげる)を考えるのは必須なんでしょうね〜.

【まとめ】腐食させる銅箔150cm2あたり,塩化第二鉄40g足す.
(例:15×10cmの基板でエッチング率50%だと塩化第二鉄20g分消費する)

(*)試薬は高価なので,工業用の塩化第二鉄が入手できなければ,やはり一般論としては美術用のを使うのが一番良いと思います.
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Commented by JA1PZD at 2012-11-25 03:25 x
初めまして。大変ありがたい計算を示しえてくださって大感謝です。いつも大事な場面でエッチング液がダメになってばたばたしていましたが、これで補充管理が行き届きそうです。エッチング液って重くて量があって高い割には案外あっけなく消耗してしまうんですよね。 最近は私もハタと気が付いて画材屋さんから仕入れています。中和剤まで売っているようですね。
話は変わりますが、TDUの3文字、懐かしいです。まだTDUではなくてTEECと呼んでいた時代に、1部E科を卒業したOBです。(YAQには所属していませんでしたが) コンテストでは毎回交信してますが、ゆっくりお話することもできず残念です。

萬 新一 JA1PZD
Commented by jq1ocr at 2012-11-27 07:50
おはようございます.実際はエッチングに要する時間で交換してしまうのが失敗が無くてよいかも知れませんね.中和剤は画材屋でエッチング液の隣に置いてあると思います.これも結構量が必要になります.
by jq1ocr | 2008-11-04 22:48 | 徒然話 | Comments(2)