Home
Terug
Contact
Adverteren
 

Etsen

Om te etsen zonder fototechniek heb je een aantal materialen nodig, deze zijn allemaal bij Conrad te vinden.

Materialen:

Basismaterialen:

  • Epoxy-plaat (printplaat) van 1,5 mm dik met een enkelzijdige koperlaag van 35μm, meer dan 35μm is normaal gesproken niet nodig.
  • IJzer-III-chloride: Ca. 250g, dat is voldoende voor 1 liter etsmiddel.
  • Speciale etsstift: Zoals de EDDING 780 en de EDDING 404. Deze stiften hebben een uitstekende hechting, lossen niet op tijdens het etsen en hebben haarscherpe geleiderbanen. Handig is dat deze stiften een ventielgestuurde inkttoevoer hebben. Ook de DALO 33 PC is erg geschikt; deze stift is volledig gevuld met goed vloeibare, etsbestendige inkt (geen gedrenkte vulstof), die absoluut bestand is tegen ijzer-III-chloride. Verder heeft deze stift een goede hechting op het koper. Jammer is het dat deze stift wat duurder is in de aanschaf als de genoemde EDDING stiften.
  • Schaal met een minimale inhoud van 1,3 Liter. Van bijvoorbeeld polystyrol, deze stof kan tegen temperaturen tot 70°C.
  • Handschoenen (latex) nodig om je vingers te beschermen. IJzer-III-chloride is een etsmiddel dat corrosief is. Spoel daarom je handen goed af als deze oplossing erop komt.

 Aanvullende materialen:

  • Seno Polifix: huishoud- en schuurmiddelen zijn in principe ongeschikt om mee te reinigen. Een polibloc zorgt voor een droge, blank en vetvrije reiniging van de printplaat.  
  • Soldeerlak: Voor de algemene bescherming van printplaten tegen omgevingsinvloeden.

Proces:

IJzer-III-chloride

Het etsen doe je met ijzer-III-chloride; chemische formule FeCl3. Deze stof lost gemakkelijk op in water en kristalliseert onder normale omstandigheden niet uit. Meestal wordt het geleverd in de vorm van vuilgele tot roodbruine min of meer ronde brokken van 5 tot 15 mm doorsnede. Meestal heb je dan te maken met hexahydraat (FeCl3 · 6H2O). Het is een sterk hygroscopische stof (trekt dus water aan) zodat je het luchtdicht verpakt moeten bewaren. Zowel in opgeloste als in vaste vorm is ijzer-III-chloride goed houdbaar.

IJzer-III-chloride zelf maken

Voor een amateur-chemicus is het redelijk gemakkelijk om zelf FeCl3 te maken: onder verwarming worden ijzerspanen of spijkers opgelost in zoutzuur; na afkoeling wordt waterstofperoxyde (H2O2) toegevoegd waarna de diep roodbruine oplossing wordt afgegoten van het neerslag op de bodem. IJzer-III-chloride ontstaat op deze manier uitsluitend als sterk geconcentreerde oplossing. Omdat ijzer-III-chloride zo goedkoop is, loont het echter niet de moeite om het zelf te maken (tenzij je dat natuurlijk leuk zou vinden.)

Verwissel ijzer-III-chloride niet met bijvoorbeeld ijzer-II-chloride, dat heel andere eigenschappen heeft (tweewaardig ijzer-ion Fe2+ in plaats van driewaardig ijzer-ion Fe3+) en niet voor etsen gebruikt kan worden. 

Reactie

Opmerkelijk bij FeCl3 is dat we al bij kamertemperatuur zonder verwarming met een sterk geconcentreerde oplossing kunnen etsen. Door de temperatuur te verhogen lost het koper aanmerkelijk sneller op. De temperatuur van het etsbad wordt overigens niet door het etsmiddel zelf begrensd.

In de praktijk verwarmen we de etsvloeistof tot ongeveer 50°C. Een andere eigenschap van FeCl3 is dat het van nature schuimt. Het etsproces verloopt exotherm, dat betekent dat er bij de reactie die er op treedt warmte vrij komt.

Bewaren

Een gebruikte oplossing is lang houdbaar en kan rustig in de etsschaal achterblijven. Een nadeel is dat door de donkere roodbruine kleur van de oplossing het etsproces nauwelijks gevolgd kan worden. Bovendien ontstaat er op de bodem van de etsschaal een sponsachtig neerslag; daar hebben we bij het etsen verder geen last van maar het schoonmaken van het de etsschaal wordt daardoor wel lastiger. De kwaliteit van ijzer-III-chloride als etsmiddel is niet zo hoog als van andere middelen. Voor een amateur (en in veel gevallen ook voor professionals) maakt dat verder niet veel uit. Juist vanwege de uitstekende houdbaarheid is ijzer-Ill-chloride een uitstekend etsmiddel voor iedereen die slechts af en toe een print etst. 

Snelheid

Bij een acceptabele etskwaliteit en -snelheid kan in een etsschaal ongeveer 60 g koper per liter oplossen. In een industriële schuimetsmachine lost bij 22°C een 35 μm dikke koperlaag in 3 minuten op in een geconcentreerde oplossing van FeCl3. Wanneer de hoeveelheid koper in een bijna uitgeputte oplossing 120 g/l bedraagt neemt de etstijd toe tot meer dan 3 minuten (bij 40°C). Dit komt overeen met 18 à 24 enkelzijdige eurokaarten, een eurokaart heeft een formaat van 100 x 160 mm

Het koper lost via een aantal deelreacties op:

FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCI

Bij het oplossen van ijzer-Ill-chloride in water ontstaat door hydrolyse zoutzuur (HCl) een slecht oplosbaar ijzer-III-hydroxyde dat neerslaat.

FeCl3 + Cu →  FeCI2 + CuCI

Aan het oppervlak van de koperlaag ontstaat in eerste instantie koper-I-chloride.

FeCl3 + CuCI →  FeCI2 + CuCI2

Het koper-I-chloride oxideert verder tot koper-II-chloride.

CuCI2 + Cu →  2CuCI

Het zo ontstane koper-II-chloride kan op zijn beurt weer metallisch koper oplossen, als het tenminste in voldoende mate aanwezig is.

Wanneer is ijzer-III-chloride niet te gebruiken

We kunnen geen ijzer-Ill-chloride als etsmiddel gebruiken wanneer de print is voorzien van tin of lood/tin als etsbestendige laag. Omdat we bij kleine aantallen printen eigenlijk al leen maar met etsbestendige fotolak te maken hebben, is dit verder geen nadeel.

Regenereren

Het is mogelijk een uitgeputte oplossing te regenereren, maar dat is op kleine schaal niet rendabel, In principe gaat dat als volgt: eerst het koper laten neerslaan door het toevoegen van ijzerpoeder of staalwol; afgieten; oxideren met waterstofperoxyde of chloorgas (uitkijken!). Opgeloste koperionen kunnen we laten neerslaan in de vorm van slecht oplosbaar koperhydroxide door toevoegen van een sterk loog (bijvoorbeeld 10%-natronloog).  

IJzer-III-chloride veroorzaakt op kleren bruine vlekken die er met wassen niet uit gaan. Je kunt die vlekken echter verwijderen met behulp van oxaalzuur. Na inwerking van 30 à 60 minuten is de vlek verdwenen Vergeet echter niet overvloedig met schoon water na te spoelen!  Maar pas op: oxaalzuur is giftig!

Werkwijze:

  • Teken met de speciale stift het schakelschema op de goed ontvette koperlaag van de onbewerkte printplaat in schaal 1:1 Controleer altijd of je in spiegelbeeld of gewoon moet tekenen. De tekening op de printplaat moet altijd even drogen, anders “lopen de lijnen weg”.
  • Los de 250 gram ijzer-III-chloride op in liter water van ongeveer 50°C. De ontstane oplossing kan nu in een schaal gegoten worden. Doe hierbij handschoenen aan.
  • Ets de print in de oplossing tot de koper weg is. De tijdsduur hangt af van de gebruikte concentratie. Het bewegen van de print in de oplossing bevorderd het ets proces. Ook door het inblazen van lucht door kleine openingen wordt de etsvloeistof voortdurend omgeroerd en in beweging gehouden. Ets nooit in de huiskamer o.i.d. doe dit altijd buiten of in een goed geventileerde andere ruimte.
  • Spoel de print met water af, het hierbij ontstane afval is zo gering dat het wel door de gootsteen mag. Etsvloeistof die uitgereageerd is moet naar de gemeente werf als chemisch afval (zware metalen). Plak op de fles etc. waarin je de etsvloeistof bewaart altijd een etiket met de stofnaam + eigenschappen (ijzer-III-chloride is corrosief). Vul de fles niet helemaal, op deze manier kan de vloeistof enigszins uitzetten en blijft de fles heel. Verder is het aan te raden om een donkere fles te nemen of de fles op een donkere plek te bewaren.
  • Verwijder met wasbenzine de zwarte stift die nog op de overgebleven geleiderbanen aanwezig is. Na het schoonmaken moet je de print opdrogen om oxidatie te voorkomen.
  • Spuit eventueel een beschermlaag van soldeerlak op de koperprint. 
  • Nu kunnen de gaten in de printplaat geboord worden, gebruik bij voorbaat hardmetalen boortjes. HSS-boortjes (High Strength Steel) zijn minder geschikt voor epoxyprinten. Hardmetalen boortjes gaan langer mee en zijn veel harder dan HSS-boortjes. Door de glasvezels in epoxyprinten worden HSS-boortjes sneller bot, omdat de vezels even hard zijn als het metaal van de boor. Hardmetalen boortjes zijn daarentegen bijna even hard als diamant. Het nadeel ten opzichte van HSS-boortjes: ze zijn erg bros en breken meteen bij buiging.
  • Nu is de printplaat klaar en kan er gesoldeerd worden, pas hierbij wel op dat je niet een te zware soldeerbout gebruikt, 30 Watt is meer dan genoeg.
  • Tenslotte: De eerste print zal misschien mislukken. Laat je hierdoor niet ontmoedigen: Oefening baart kunst, en daarvoor is nu eenmaal tijd en geduld nodig. Begin ook niet meteen met erg gecompliceerde ontwerpen, en geef niet te snel op. Mocht het toch niet lukken schroom niet om je vragen te posten op het forum

 

Copyright 2001-2018 Schakelingen Online - Bije e  r kt in  februari, 2018