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title: 為什麼我們還要自己洗電路板？
tags: [PCB]

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# 為什麼我們還要自己洗電路板？

文章出處：
https://hackaday.com/2023/08/31/copper-be-gone-the-chemistry-behind-pcb-etching/

由於種種原因，在家自製電路板（PCB）這項技能如今已逐漸式微。最主要的原因當然是快速打樣的 PCB 製造服務興起。當你只需花幾塊錢就能送出 Gerber 檔案，幾天後就收到一盒專業製作的電路板，誰還想自己動手「洗」板呢？

但撇開方便性與成本不談，其實仍有許多合理的理由讓人選擇自己製作電路板，從不想等待運送時間，到單純想掌控每一步驟。不論你屬於哪一派，了解電路板從貼上圖案的銅箔板，進入蝕刻槽後的整個化學過程，都是值得的。

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## 濕蝕刻 vs 乾蝕刻

乾蝕刻法（如 CNC、雷射、刮刻）雖不夠簡單，但具備方向性與精確控制的優點。乾蝕刻屬於「各向異性」過程，即蝕刻僅朝單一方向進行，能避免「下蝕」（undercut）問題。

相對地，傳統的濕蝕刻法（如氯化鐵、過硫酸鹽）是「各向同性」過程，蝕刻會在所有方向均勻進行，若控制不良，會造成防蝕層下方線路被侵蝕，導致走線變細甚至斷線。

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## 氯化鐵（Ferric Chloride）

如果你曾做過 PCB DIY，很可能就是用這種經典蝕刻劑：氯化鐵，又稱三氯化鐵（FeCl₃）。

### 主要反應：
```

2 FeCl₃ + Cu → 2 FeCl₂ + CuCl₂

```

氯化鐵中的氯原子與銅反應生成水溶性的 CuCl₂，讓銅層被移除。

### 化學詳細反應：

1. **解離反應：**
```

FeCl₃ ⇌ Fe³⁺ + 3 Cl⁻        （式 1）
H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻              （式 2）

```

2. **生成沉澱：**
```

Fe³⁺ + 3 OH⁻ ⇌ Fe(OH)₃       （式 3）

```

3. **氧化還原反應：**
```

2 Fe³⁺ + Cu(s) ⇌ 2 Fe²⁺ + Cu²⁺   （式 4）

```

最後生成的 Cu²⁺ 會與 Cl⁻ 結合形成 CuCl₂。隨著蝕刻進行，溶液會漸漸飽和並出現藍綠色沉澱。新鮮溶液大約每公升可溶解 50 克銅。

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## 過硫酸鹽（Persulfates）

常見的過硫酸鹽有硫酸銨或硫酸鈉的形式，是強氧化劑，具備 O–O 鍵類似過氧化氫。

### 解離反應：
```

(NH₄)₂S₂O₈ ⇌ 2 NH₄⁺ + S₂O₈²⁻

```

### 蝕刻反應：
```

Cu(s) + S₂O₈²⁻ → Cu²⁺ + 2 SO₄²⁻

```

生成的 Cu²⁺ 會與 SO₄²⁻ 結合成 CuSO₄，使溶液呈現藍綠色。

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## 氯化亞銅法（Cupric Chloride）

這種蝕刻液同時適合家庭與商業使用者，具備低成本、快速與可再生的特性。

### 初始反應：
```

CuCl₂ + Cu(s) → 2 CuCl

```

但要產生 CuCl₂，需要使用鹽酸 + 過氧化氫混合液處理銅。

### 製備反應過程：

1. **過氧化氫產生氧自由基：**
```

H₂O₂ → H₂O + O·

```

2. **鹽酸解離：**
```

HCl ⇌ H⁺ + Cl⁻

```

3. **生成複合物：**
```

O· + 2 H⁺ + Cu + 4 Cl⁻ → H₂O + \[CuCl₄]²⁻

```

4. **產生 CuCl₂：**
```

\[CuCl₄]²⁻ + Cu → 2 CuCl₂

```

### 再生反應：

透過加回 HCl 與 H₂O₂ 可再生 CuCl₂，讓溶液可重複使用：

```

2 CuCl + 2 HCl + H₂O₂ → 2 CuCl₂ + 2 H₂O

```

此為幾乎封閉循環的系統，適合 DIY 玩家反覆使用。

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## 小結與建議

無論使用哪種蝕刻法，請務必：

- 戴上個人防護裝備（手套、護目鏡）
- 使用通風良好的工作區
- 妥善處理化學廢液，避免污染

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