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Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-11-24T15:38:08Z

194.169.251.10:

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, hat man diese beiden Optionen:
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird,
* eindampfen / verdunsten lassen -- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist, also nicht empfohlen. Alternative kann man auch die Säure verbrauchen (z.B Kupferabfälle reinwerfen).

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''' für 1 Liter Ätzflüssigkeit:
* Um die maximale Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2O (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

[5] Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[6] Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[7] Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-11-24T15:36:06Z

194.169.251.10:

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, hat man diese beiden Optionen:
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird,
* eindampfen / verdunsten lassen -- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist, also nicht empfohlen. Alternative kann man auch die Säure verbrauchen (z.B Kupferabfälle reinwerfen).

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''' für 1 Liter Ätzflüssigkeit:
* Um die maximale Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

[5] Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[6] Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[7] Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-11-24T15:35:40Z

194.169.251.10:

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, hat man diese beiden Optionen:
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird,
* eindampfen / verdunsten lassen -- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist, also nicht empfohlen. Alternative kann man auch die Säure verbrauchen (z.B Kupferabfälle reinwerfen).

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''' für 1 Liter Ätzflüssigkeit:
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

[5] Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[6] Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[7] Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-11-24T15:35:01Z

194.169.251.10:

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, hat man diese beiden Optionen:
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird,
* eindampfen / verdunsten lassen -- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist, also nicht empfohlen. Alternative kann man auch die Säure verbrauchen (z.B Kupferabfälle reinwerfen).

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''' für 1 Liter:
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

[5] Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[6] Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[7] Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-11-24T15:33:47Z

194.169.251.10: /* Prozessparameter */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, hat man diese beiden Optionen:
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird,
* eindampfen / verdunsten lassen -- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist, also nicht empfohlen. Alternative kann man auch die Säure verbrauchen (z.B Kupferabfälle reinwerfen).

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

[5] Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[6] Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[7] Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-11-24T15:32:57Z

194.169.251.10: /* Prozessparameter */

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, hat man diese beiden Optionen:
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird,
* eindampfen / verdunsten lassen -- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist, also nicht empfohlen. Alternative kann man vorher die Säure verbrauchen (z.B Kupferabfälle reinwerfen).

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

[5] Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[6] Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[7] Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf
[[Kategorie:Platinen]]

Ätzen mit luftregenerierten Kupferchlorid

2015-11-24T15:04:46Z

194.169.251.10: /* Externe Links */ PHP-Session-ID vom Link entfernt

= Einleitung =

Vor etwa zwei Jahren bin ich auf das [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html hier] beschriebene Verfahren gestosssen und habe es zum ersten Mal 2012 ausprobiert.

Das Charmante an dieser Lösung ist, das die Ätzbrühe nie verdirbt (nur mehr wird) und das nachdem man die Ätzbrühe zum ersten Mal angesetzt hat keine anderen Chemikalien als Salzsäure* benötigt werden.

Im Prinzip ähnelt diese Methode der Methode [[Platinenherstellung_mit_der_Photo-Positiv-Methode#mit_Salzs.C3.A4ure_und_Wasserstoffperoxid|Salzsäure/Wasserstoffperoxid]], bei welcher vereinfacht gesagt das Wasserstoffperoxid verwendet wird um die Ätzbrühe zu regenerieren, was in der hier vorgestellten Methode durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff ersetzt wird.
Der Mehrwert ergibt sich dadurch, dass das Wasserstoffperoxid nicht mehr benötigt wird, denn dieses ist eine (auch politisch) heikle Chemikalie.

(* naja, man braucht auch Wasser wenn die Suppe mal zu dick wird :))

=== Vorteile ===
* '''Einfache Verfügbarkeit der Chemikalien.''' (H2O2, NaPS und Fe(iii)Cl haben inzwischen Handelsbeschränkungen)

* insbesondere: '''kein H2O2''' wird benötigt

* '''Entsorgung''': Es entsteht kaum Abfall bzw. dauert es sehr lange bis man was zu entsorgen hat.

* Sehr gute '''Ätzergebnisse''', kaum Unterätzung (zuminderst meine subjektive Meinung im direkten Vergleich mit Fe(III)Cl)

* '''Prozessparameter''' sehr gut kontrollierbar -- für gute Reproduzierbarkeit.

* '''Haltbarkeit''' der Lösung praktisch unbegrenzt. Sehr Vorteilhaft für Gelegenheitsätzer. (Da es sich der Zeit selber zersetzt kann H2O2 nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. Ausserdem sollte H2O2 kühl gelagert werden).

* '''Lagerbar im geschlossenen Gefäß''' -- Im Gegensatz zu H2O2 gast hier kein Sauerstoff aus, die Lösung kann also im gasdichten Behälter aufbewahrt werden, ohne dass man Angst haben muss das es diesen durch den steigenden Druck "zerreist".

=== Nachteile: ===
* '''Aufwändiger'''

Erstellung der Ätzlösung braucht etwas Zeit und für das Regenerieren muss man sich Equipment bauen/besorgen.
Allerdings auch eine einmalige Sache...

* '''Salzsäure ist korrosiv''' und dampft immer ein wenig aus.

Dieser Punkt ist der am meisten diskutierte Punkt, jedoch IMHO durch sauberes Arbeiten bzw. gutes Equipment im Griff zu bekommen.

Das Problem Dies wird verstärkt durch das Einblasen von Luft, da hier immer etwas Aerosol entsteht. Das lässt sich verringern wenn das Regenerationsgefäß abgedeckt ist,
so dass sich die Spritzer am Deckel ablagern können und wieder zurücklaufen.

Die durch Verdunstung entstehenden Dämpfe können z.B durch eine Plastikbox gekapselt werden, so dass sie zuverlässig "contained" werden.

Ums deutlich zu machen: Wenn man nicht gewissenhaft arbeitet wirds irgendwo in der Gegend zu rosten anfangen!
Wenn man gewissenhaft arbeitet, dann nicht. z.B habe ich als "Kontrolle" neben meinem Kontainment (die Plastikbox) ein paar Nägel liegen -- die rosten nicht.
Die Kontrollgruppe in der Plastikbox sofort.

* '''Sauberes & Gewissenhaftes Arbeiten notwendig!'''

Eigentlich selbstverständlich, ich hab's hier nur als Nachteil rein damit es jedem klar ist das das hier kein Kinderspielzeug ist -- wie auch die anderen Ätzmethoden keines sind.

=== Disclaimer ===

Die Informationen in diesem Artikel werden ohne Gewähr wiedergegeben -- Verwendung der Informationen ausschliesslich auf eigene Gefahr. Keine Haftung für Schäden, die durch die Informationen in diesen Artikel entstehen
Der Artikel setzt gewissen Menschenverstand / Sachkenntnis vorhanden. Im Zweifel ist der Artikel fehlerhaft. Wenn Sie sich unsicher sind, lassen sie die Sache lieber sein!
Gesetzliche Vorgaben -- zum Beispiel zur Entsorgung -- sind zu beachten. (die hier wiedergebenen Informationen sind sicherlich nicht vollständig.)

= chemischer Ablauf der Kupferchloridätzung und Regeneration =

Gleich mal ein Disclaimer -- ich bin kein Chemiker, bitte meine Fehler also KORRIGIEREN, falls sich jemand damit auskennt....

== Gleichungen ==

Grundsätzlich ist bei dieser Methode der ätzende Bestandteil NICHT die Salzsäure, sondern das Kupfer(II)chlorid. In Verbindung mit dem Kupfer der Leiterplatte entsteht dann [http://de.wikipedia.org/wiki/Komproportionierung eine Komproportionierung]: Das 0-wertige Kupfer und das 2-wertige Kupfer im CuCl2 wird zu seinem 1-wertigen Pendant (CuCl) reduziert: Es läuft diese Reaktion ab: 

<big>CuCl2 + Cu → 2 CuCl</big>

Das aktive Kupfer(II)chlorid wird also beim Ätzen "verbraucht". Man kann allerdings das enstandende Kuper(I)chlorid wieder oxidieren. Dazu braucht man einen Oxidator, wie zum Beispiel H2O2, man kann aber auch Luftsauerstoff verwenden. Damit dieser wirken kann, muss er gelöst vorkommen. Somit lautet die Regenerationsformel:

<big>2 HCl + 2 CuCl + O {aq} → 2 CuCl2 + H2O</big>

Das Problem dabei ist, dass sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser löst, man muss also nachhelfen, indem man zum Beispiel Luft, fein verteilt, durch die Brühe pustet.

Wenn man nun beide Gleichungen zusammenfasst erhält man folgende Bilanzgleichung:

<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>

In der Bilanz wird also Salzsäure, Sauerstoff und Kupfer verbraucht, es entsteht Kupfer(II)chlorid und Wasser, so dass das Spiel von vorne beginnen kann. Die Ätzbrühe nutzt sich sich also nicht ab, wird aber mit der Zeit immer mehr, da man die verbrauchte Salzsäure ersetzen muss.

== Eigenschaften von CuCl / CuCl2 ==

Um die beiden Kupfersalze zu unterscheiden (um z.B das Bad zu troubleshooten bzw. als Hintergrundinfo für die Badpflege) hier noch ein paar wichtige Eigenschaften:
* CuCl2 ist im sauren Milleu löslich (aber dort gut löslich, die Lösung ist "klar", auch wenn man ab einer gewissen Dichte nicht mehr durchschauen kann, weil das Licht zu stark absobiert wird)
* CuCl2 ist (im sauren) grün
* CuCl ist schlecht löslich (macht die Lösung trüb)
* CuCl ist dunkel, bräunlich.

Hier noch zwei Bilder. Im übrigen sind beide Bilder von hinten mit der selben Taschenlampe beleuchtet.
<gallery>
Datei:CuCl.jpeg|Kupfer(I)chlorid
Datei:CuCl2.jpeg|Kupfer(II)chlorid
</gallery>

== Parameter/Einflussfaktoren beim Ätzen ==

Hier soll ein Überblick auf die Parameter gegeben werden, die die Ätzgeschwindigkeit beinflussen.
(Details findet sich auf [http://members.optusnet.com.au/~eseychell/PCB/etching_CuCl/index.html Adams Seychells] Seite, der hier umfangreiche Analysen gefahren hat..)

=== Temperatur ===

Wie bei jeder chemischen Reaktion ist die Temperatur ein großer Einflussfaktor: Je wärmer, desto schneller läuft eine Reaktion ab.
Laut Adam Seychell beschleunigen 10°C mehr die Reaktion um etwa 50%.
Allerdings geht es auch bei Raumtemperatur angenehm schnell :)

Auf der anderen Seite erhöht eine Erwärmung das Ausgasen der Salzsäure -- auch darum ist Raumtemperatur voll ok...

=== Konzentation der Salzsäure ===

Die Kozentration der Salzsäure beinflusst die folgenden Parameter:
* Ätzgeschwindigkeit -- je mehr Säure desto schneller wird geätzt
* Das Ausgasen der Salzsäure -- je höher die Konzentration, desto mehr gast aus.
* Das Unterätzen -- laut [4] wird das Unterätzen schneller beschleunigt als die Ätzgeschwindigkeit, so das ein höherer Säuregehalt mehr unterätzt.

Auf der anderen Seite wird die Salzsäure beim Ätzen verbraucht, so dass man hier immer eine "Mindestmenge" als Depot braucht.

Folglich muss jeder seinen eigenen Kompromiss finden.
ChemCut [4] z.B empfiehlt zwischen 2 und 3 Mol/l, während [3] zwischen 1.3 und 1.4 Mol empfiehlt und Seychell alles zwischen 1 und 3,5 Mol/l gut findet.
(Da ich besonders auf geringes Ausgasen Wert lege ätze ich bei ca. 1,5 mol/l)

=== Konzentration des Kuper(II)chlorids ===

Sowohl zuwenig als auch zuviel Kupfer(II)chlorid wirkt sich negativ auf die Ätzgeschwindigkeit aus.
Da aber ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Dichte der Ätzflüssigkeit besteht, kann der zu führende Prozessparameter auch die Dichte sein.

Diese ist auch viel leichter zu ermitteln als die Konzentration des Kupfersalzes.

Alle Quellen [2], [3] und [4] geben als ideale Dichte der Ätzlösung einen Wert von 1,2 - 1,38 g/ml an.
In diesem Bereich hat die Ätzrate ein Plateau, d.h dort sind die Ätzraten in etwa optimal und auch einigermaßen konstant. Kleinere und größere Dichten reduzieren die Ätzraten.

Da die Dichte hauptsächlich durch die Menge an gelösten Kupfer beeinflusst wird, muss
erst mal einiges an Kupfer auflösen bevor man überhaupt diesen Bereich kommt. Wird die Suppe zu dick, kann man sie einfach mit Wasser verdünnen (siehe Badpflege).

= Ätzbrühe erstmalig herstellen =

Wie oben beschrieben braucht man CuCl2 zum Ätzen. Wie kann man nun also dieses Henne-Ei Problem lösen?

Natürlich kann man sich einfach etwas Kupferchlorid kaufen, und das ganze einfach in verdünnter Salzsäure auflösen.
Mir ist allerdings keine Bezugsquelle bekannt die an privat liefern.

Ansonsten kann man auch jemanden bitten, der die Methode bereits einsetzt ihm etwas Ätzbrühe abzugeben.
Immerhin -- wie oben erläutert -- hat ein Vielätzer irgendwann das Problem das er "zu viel" davon hat.

Die dritte Möglichkeit ist selber herstellen.

== Herstellung als "Abfallprodukt" der HCl/H2O2 Methode ==

Wenn mann mit der HCl/H2O2-Methode Platinen ätzt, entsteht dabei Kupferchlorid. Praktisch, denn man kann also sich
eine (kleine) Menge H2O2 besorgen und erstmal mit der herkömmlichen Methode ätzen. In einer [http://www.crcind.com/wwwcrc/tds/TKC3%20POSITIV20.PDF Applikationsschrift von Kontakt Chemie für deren Positiv 20 Lack] wird folgendes Rezept angegeben:

* 770 ml Wasser
* 200 ml Salzsäure (33%)
* 30 ml Wasserstoffperoxid (30%)

Statt der 30% Wasserstoffperoxislösung kann man auch eine geringer dosierte nehmen und dementsprechend weniger Wasser. Zu wenig konzentriert sollte es allerdings auch nicht sein, da man ansonsten zu viel Wasser in die Lösung bekommt, wenn man später H2O2 nachdosiert. Das kann dann Probleme bereiten die optimale Kuferchloridkonzentration zu erreichen.

Allerdings sollte man darauf achten das die Zutaten möglichst rein sind, insbesondere organische Verunreinigungnen können problematisch sein. "Technische Reinheit" sollte aber ausreichend sein.

Damit kann man dann erstmal loslegen und nach dem Ätzen die nun grünliche Flüssigkeit in einem geeigneten Behältnis aufbewahren. Da das H2O2 instabil ist und Sauerstoff abspaltet, darf dieses Behältnis nicht komplett gasdicht sein, also entweder nicht ganz zuschrauben oder ein kleines Loch in den Deckel machen.
Für das nächste Ätzen dosiert man entsprechend Salzsäure nach und gibt bei Bedarf etwas H2O2 zu, so dass die Flüssigkeit durchsichtig wird. (alles CuCl zu CuCl2 umgebaut wurde; "durchsichtig" ist hier als "klar" zu verstehen, als Gegenteil von "trüb". Siehe auch oben bei den Eigenschaften von Kupferchlorid. Das Kupferchlorid schluckt so viel Licht das "durchsichtig" nicht heist das man durchsehen kann).

Hierbei kann man sich schon durchaus am Kapitel "Badpflege" orientieren um herauszufinden wieviel HCl benötigt wird.

Die ganze Prozedure macht man dann so lange bis man sein H2O2 aufgebraucht hat oder man denkt dass man jetzt genügend Kupferchlorid hat. Ich selber habe nur etwa 2-3 Platinen so hergestellt, meine Baddichte war noch kleiner als 1,05 kg/l. Das Ätzen dauert halt dann noch länger.

'''ACHTUNG:''' "Gib nie Wasser in die Säure, sonst geschieht das Ungeheure"! Also immer die Säure in das Wasser kippen, nie umgekehrt!

== Kupferchlorid gezielt herstellen ==

Adam Seychell beschreibt auf seiner Seite [2] wie man sich ganz ohne Wasserstoffperoxid selber genügend Kuperchlorid erzeugen kann:

Um 1l Ätzflüssigkeit anzusetzen gibt man
* 120g Kupfer
* 100ml Salzsäure (25%)
in ein Gefäß, so das das Kupfer größtenteils aus der Säure heraussragt, also Kontakt mit der Säure hat aber nicht komplett bedeckt ist.
Das Metal sollte eine möglichst große Oberfläche haben, also am besten Litzen oder Draht. Das Gefäß muss resistent gegen die Säure sein, insbesondere Metailgefäße sind ungeeignet.
Am besten verwendet man gleich seine angedachte Ätzküvette.

'''ACHTUNG: Bei diesem Ansatz ist sehr viel Säure drin, d.h die Lösung gast viel aus. Salzsäuredämpfe sind sehr korrosiv -- am besten also das Gefäß draussen aufstellen. Aber bitte (haus)tier- und kindersicher!) Bitte beachten dass z.B in einer Garage Sachen in der Nachbargarage korrodieren könnten... Notfalls das Gefäß abdecken und 1-2x am Tag neue Luft reinlassen.''' 
Nach ein paar Tagen sollte die Säuredämpfe gemeinsam mit dem Luftsauerstoff das Kupfer angegriffen haben und die Lösung eine braune Farbe haben, ein Zeichen das Kupfer(I)chlorid entstanden ist.

Wenn die Farbe passt mischt man ''(Reihenfolge beachten -- nur Säure ins Wasser, nie umgekehrt!)''
* 300ml Wasser
* 600ml Salzsäure (25%)
und gibt die Mischung vorsichtig zu der braunen Brühe.

Nun muss man anfangen der Brühe Luft zuzuführen, also das ganze mit dem Sprudler zu durchlüften bis das ganze klar und grün wird,
also das und das restliche Kupfer "aufgefressen" wurde und das Kupfer(I)chlorid zu Kupfer(II)chlorid umgesetzt wurde. Da darduch die Säure verbraucht wird, kann es notwendig sein dass noch welche nachdosiert werden muss (wenn die Lösung braun bleibt und/oder noch Kupfer da ist. Auch hier kann man den Säuregehalt messen und dementsprechend Säure nachgeben.
(Man sollte eh nachdem alles Kupfer weg ist und die Farbe schön grün geworden ist den Säuregehalt messen und eventuell nachdosieren.)

Hier noch als Bildergeschichte... (Zur Dokumentation hab ich nur 100ml angesetzt; Die Zeiten sind nur ungefähr anzusehen)
<gallery>
Datei:CuCl_Herst_1.JPG|12g Kupferlitzen mit 10ml HCl in einem Erlenmeyerkolben
Datei:CuCl_Herst_2.JPG|nach ca. 1 Tagen an der Luft
Datei:CuCl_Herst_3.JPG|wurde die braune Lösung mit ca. 30ml Wasser und ca. 60ml HCl aufgefüllt
Datei:CuCl_Herst_4.JPG|und mit dem Sprudler versehen.
Datei:CuCl_Herst_5.JPG|nach einem weiteren Tag blubbern ist das Kupfer aufgelöst und das CuCl zu CuCl2 umgebaut
Datei:CuCl_Herst_6.JPG|und auch klar geworden (Erlenmeyerkolben von unten beleuchtet)
</gallery>

Adam Seychell empfiehlt hier am Schluss noch auf einen Liter (oder die gewünschte Menge) mit Wasser aufzufüllen. Ich würde dies allerdings nur tun falls die Dichte zu hoch ist, was sicherlich noch nicht der Fall ist.

= Regeneration durch Luftsauerstoff =

== Equipment ==

Wie oben erläutert benötigt die Regenerationsreaktion Sauerstoff, der aber in Lösung sein muss.
Leider löst sich Sauerstoff nur sehr schlecht in Wasser, so dass man kontinuierlich Sauerstoff dazugeben muss dam die Reaktion nicht wegen Sauerstoffmangel zum Erliegen kommt.

Da wir den in den Luft enthaltenen Sauerstoff verwenden wollen heist das, dass wir Ätzlösung mit Luft "durchblubbern" müssen, wobei die Luftblasen möglichst klein sein sollten:
Durch die große Oberfläche vieler kleiner Bläschen bekommt der Sauerstoff mehr Gelegenheit in Lösung zu gehen und sofort mit dem CuCl zu reagieren.

Geeignet hat sich für das Durchlüften ein Keramiksprudelstein erwiesen, wie man sie zum Beispiel auch in der Aquarisitik verwendet. Allerdings muss man darauf achten dass man wirklich einen Auströmerstein aus Keramik erwischt.
Es gibt auch Sprudelsteine die aus "verpappten" Quarzsand hergestellt werden: Diese sind nicht geeignet, mein Testexemplar hat sich innerhalb von ein paar Tagen "aufgelöst", so dass die kleinste mechansiche Belastung zu einem Sandhaufen geführt hat. Man kann es bedingt auch am Preis erkennen: Die keramischen sind etwas teuerer -- vielleicht 5€ statt 3€.
Ich habe mir 2 Typen gekauft: Einen [http://www.zoo-kellner.de/ hier ] -- (einem Aquaristikgeschäft bei mir um die Ecke), der sehr feinpeerlige Blasen erzeugt -- Allerdings wird er dort als aus einem "Sortimentskasten" lose verkauft, kann also weder Hersteller noch Produktname nennen. Ein 10cm Stein kostet dort ca. 4€.
Den Anderen habe ich im Netz gekauft: "Hobby Keramik Ausströmer". Den gibt es in max. 15cm Länge, weshalb ich ihn gekauft habe. Das Ergebnis is OK, jedoch nicht ganz so "feinperlig" wie der andere. Außerdem musste ich die Enden erst mal mit Heißkleber abdichten, da dort Luft austrat. Ob dies an mangelhafter Verarbeitung oder am Einfluss der Säure lag, kann ich nicht sagen.

Achja, die Dinger sind empfindlich: Aus Unachtsamkeit sind sie mir in Stücke gebrochen (leasson learned: beim Schlauchanstecken möglichst nahe am Ende -- wo der Schlauch ran soll -- anfassen), jedoch kann man die nach dem Trocknen sehr gut wieder mit Heißkleber zusammenkleben...

Antreiben kann man das Ganze mit einer Aquariumluftpumpe, ich verwende eine Luftpumpe vom Pollin (Best. Nr: [http://www.pollin.de/shop/dt/MzY5OTY2OTk-/Bauelemente_Bauteile/Pumpen/Luftpumpe_CONJOIN_CJP37_C12A2.html 330036]), bei der man dann über die Spannung (Labornetzteil) die Blubberstärke regulieren kann.

Zum Verbinden eignet sich ganz normaler Aquarium-Luftschlauch (ich denke die sind aus weich-PVC).

Da Salzsäure einen geringen Dampfdruck aufweist (also immer etwas ausgast) und diese Dämpfe korrosiv sind, empfehle ich das gesamte Equipment nochmal in eine extra Plastikbox (mit Deckel und möglichst dicht) zu stellen bzw. dort aufzubewahren. Damit nichts in der Umgebung zum Rosten beginnt.... Ich verwende da eine Box von Ikea (Serie Samla). Die Küvette kann während des Ätzens/Regenerierens auch in der Box verbleiben, so hat man auch gleichzeitig einen Basisschutz gegen verschütten.

== Regeneration ==

Nun, das ganze Zusammenstecken, am besten im Ätzgefäß fest befestigen und durch die Lösung pusten...
Allerdings empfehle ich das Gefäß irgendwie abzudecken, da durch die Belüftung feine Tröpfchen in die Luft mitgeriessen werden -- ähnlich wie bei einem Glas Sprudel.

= Ätzen =

== Methoden ==

Meiner Meinung ist am besten eine Ätzküvette geeignet: Dort bringt man am besten die Belüftungseinrichtung unter und das Bad wird durch die Belüftung auch gleichzeitig bewegt, was sich positiv auf die Ätzgeschwindigkeit auswirkt:
Das inaktive CuCl wird so möglichst bald wieder aktiviert bzw. durch die Badbewegeung von der Kupferoberfläche weggeführt.

Nicht getestet habe ich das Ätzen in einer Schale. Aber auch dies sollte möglich sein, wenn man das CuCl von der Platine z.B durch Bewegen der Schale immer wieder entfernt -- die Fe(III)Cl-Verwender wissen was ich meine.

Hier kann man das benötigte Volumen wie folgt abschätzen: Angenommen man möchte beim Ätzen nicht mehr als 5 g/l (~ 51 mmol/l)CuCl zulassen -- um eine gute Ätzgeschwindigkeit zu erhalten -- so muss man dafür sorgen dass durch das geätze Kupfer weniger CuCl entsteht: Eine einseitig Europakarte mit hat etwa 10g Cu -- entspricht 77 mmol Kupfer bzw. CuCl. Also brauchen wir mindestens 1,5l Volumen damit beim Ätzen diese Konzentration nicht überschritten wird.
Umgerechnet brauchen wir pro cm² zu ätzende Platinefläche minimal 10 ml Ätzflüssigkeit -- in der Praxis aber weniger, da wir nicht alles Kupfer wegätzen.

Diese Mengenabschätzung gilt prinzipiell auch für die Ätzküvette -- allerdings regeneriert man hier gleichzeitig durch die Luftbeweggung, so dass hier auch mit weniger auskommt -- aber in der Regel definiert das Gefäß das Volumen was man braucht.

Prinzipiell sollte diese Methode auch mit Sprühätzern gut funktionieren, man kann sogar erwarten dass durch das Sprühen besonders gut regeneriert wird.

== Materialien ==

Allerding sollte man darauf achten das die verwendeten Materialen den Chemikalien standhält. Hier meine Erfahrungen:

* Expoxidharz: Wurde bei mir spröde, kann aber an damals vorhandenen Restmengen von H2O2 liegen
* Heiskleber: Keine Probleme...
* Bausilikon/Bauacryl: (Als Kleber verwendet; aus der Kartusche) Hält nicht, das Acryl hat sich mehr oder weniger aufgelöst.
* PL (3D-Drucker): Keine Probleme ...
* PP (meine Küvette ist daraus): Keine Probleme ...

[http://www.buerkert.de/media/DE_Bestaendigkeit.pdf Kunststoffbeständigkeit]

= Badpflege / Prozessführung =

Damit das Ätzsystem sauber funktioniert müssen ab und zu ein paar Parameter der Ätze kontrolliert werden und korrigiert werden:

* Zum einen der Säuregehalt (die Säure wird ja beim Regenerieren verbraucht) und
* zum Anderen die Dichte

damit der optimale Bereich nicht überschritten wird.

Vor der Badpflege sollte das CuCl zu CuCl2 umgesetzt worden sein, die Lösung darf also nicht trüb sein. Im Zweifelsfall also belüften und
falls die Lösung nicht klar werden will etwas* Salzsäure zudosieren und weiter belüften.
Natürlich kann man auch alternativ messen, nachdosieren, belüften, ein 2. Mal mesen und ein 2. Mal nachdosieren :)

* Bei der Bestimmmung, wie viel "etwas Salzsäure" ist, kann man die 2. Methode "Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen" (siehe unten), verwenden. Man kann auch den Konzentrationsrechner in dem unten verlinkte Libreoffice-Dokument verwenden.

== Kontrolle des Salzsäuregehaltes ==

Wie oben erwähnt hat der Säuregehalt Auswirkungen auf die Ätzgeschwindigkeit und auch auf das Ätzergebnis. Schon aus dem Grund der [http://de.wikipedia.org/wiki/Reproduzierbarkeit Reproduzierbarkeit]
sollte man versuchen diesen Parameter konstant zu halten. Allzu genau braucht man hier allerdings nicht sein, das Prozessfenster ist riesig.

Falls man zu hohe Säurekonzentrationen hat, wird man dies in der Regel ignorieren, das sich dieses Problem von selber lösen wird. Man wird nur dann mit Wasser verdünnen, wenn man die Dichte korrigieren muss.

Unten stelle ich zwei Methoden vor: [http://de.wikipedia.org/wiki/Steuerungstechnik#Abgrenzung_zwischen_Steuerung_und_Regelung Regeln bzw. steuern] der Säurekonzentration.

Ich verwende beide Methoden kombiniert um die Säure (einigermaßen) konstant zu halten.

=== Methode 1: Regeln -- Messen des Säuregehaltes durch Titration und Nachdosierung ===

Um herauszufinden wie viel freie Säure noch in der Ätze ist, kann man den pH-Wert zu Rate ziehen. Allerdings wäre es ziemlich kompliziert den pH-Wert direkt zu messen, so dass wir hier einen Trick verwenden:

Wir [http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ure-Base-Titration tritieren] die Ätze so lange mit einer Base bis die Lösung neutral ist und merken uns die Menge an Base die hierzu benötigt wird.
Ein Indikator zeigt uns dann diesen Punkt an. Als Indikator können wir praktischerweise gleich unsere Ätzflüssigkeit verwenden, denn CuCl2 ist nur im Sauren gut löslich...

Als Base bietet sich Natronlauge an, "Belichter" haben die eh zu Hause, "Tonertransferrer" müssen sich halt aus der Apotheke ein paar Gramm besorgen...
Wir verwenden hierbei eine Konzentration von 1mol/l, was später die Konzentrationsermitlung der Säure trivial macht: Man braucht einfach die gleiche Stoffmenge, was sofort klar ist, wenn man auf die Neutralisationsgleichung schaut:

<big>NaOH + HCL -> NaCl + H2O</big>

==== Benötigtes Equipment ====

Wir brauchen für die Säurekontrolle an Hardware:

[[Datei:CuCl Equipment.jpg|miniatur|Equipment]]

* eine kleine (gasdicht verschliessbare, Natronlauge-taugliche) Flasche* -- Apotheken haben die recht günstig. Die Flasche sollte nicht zu groß sein, so 100ml ist meiner Meinung nach ideal.
* eine kleines Becherglas,
* ein paar 2ml Spritzen oder Pipetten mit Skalierung (um Volumen abzumessen),
* ein paar Gramm NaOH. (wie schon oben erwähnt) oder gleich bei der Apotheke anmischen lassen, vor allem wenn keine
* Fein-Waage (optional) vorhanden ist, um das NaOH abzuwiegen.
* destilliertes Wasser (Tipp: Kondenswassertrockner-Wasser ist perfekt!)

Die Flasche sollte eine Dichtung haben, denn CO2 aus der Luft würde die Natronlauge kaputt machen. Deswegen sollte diese Flasche auch nicht zu groß sein.

(* lt. Wikipedia sind Glasflaschen nicht geeignet, sie würden angegriffen.. Ich hatte aber noch nie Probleme damit.)

==== Herstellung der Natronlauge ====

Die Herstellung ist einfach: Mann löst einfach NaOH in (destillierten*) Wasser.

Und zwar nimmt man ca. 4g/100ml**, so dass wir eine '''1,0 molarige Natronlauge''' bekommt.
Das Ganze gibt man in seine Flasche und '''[http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_naohl.htm beschriftet]''' diese anständig.

(* Wenn man es in normales Wasser gibt, insbesondere in Gegenden mit harten Wasser, wird die Lauge trüb -- ich nehm mal an das das nicht so vorteilhaft ist...)

(** also 4g abwiegen und mit Wasser auf 100ml auffüllen. Die 4g müssen nicht auch nicht absolut genau sein, die Methodik hier ist eh nicht sooo genau)

==== Durchführung der Titration ====

# Messe mit der Spritze 1ml Ätzflüssigkeit ab und gebe sie in das Becherglas
# Fülle das Becherglas mit 20-30ml Wasser auf.
# Ziehe in einer anderen Spritze* eine definierte Menge Deiner 1,0 molaren NaOH-Lauge auf
# Gib das NaOH tropfenweise in das Becherglas und schwenke es nach jedem Tropen (so dass sich die Schlieren wieder auflösen und die Lösung wieder klar wird)
# Sobald die Lösung NICHT mehr klar werden will ist die Lösung neutralisiert und die Titration fertig.

<gallery>
Datei:CuCl AR Titrat.jpeg|Nach Schritt 2: 1ml Ätzflüssigkeit aufgefüllt mit Wasser
Datei:Titrat NAOH Beleuchtet.jpeg|Schritt 3: Flüssigkeit und aufgezogene Spritze mit NaOH
Datei:Titrat_Tropfen.jpeg|Schritt 4: Dieser Tropfen NaOH hat sich noch nicht aufgelöst
Datei:Titrat_Ende.jpeg|Schritt 5: Die Lösung bleibt trüb -- nichts löst sich mehr. Titration ist zuende.
Datei:Titrat Menge NaOH.jpeg|Dafür haben wir 1.5 ml NaOH benötigt.
</gallery>

Da wir die gleichen Stoffmengen zur Neutralisation brauchen, und die Konzentration der Natronlauge 1molar war, kann man kann man aus dem Volumen der zugegebenen Natronlauge direkt die Konzentration ablesen:
Im Bilderbeispiel wurde 1.5ml Lauge gebraucht um die 1ml der Ätze zu neutralisieren. Die Säurekonzentration ist somit 1,5 molar. Hätten wir 2ml NaOH gebraucht, wäre die Säurekonzentration 2mol/l.

(* Anmerkung: Es ist anzuraten die Spritzen immer nur für die selbe Flüssigkeit zu verwenden, um Kontaminationen insbesondere der NaOH-Lösung zu vermeiden...)

Bilder die das ganze Veranschaulichen findet sich auf Adam Seychell's Seite: http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/titraion_images.html

==== Berechnung der benötigten Säuremenge ====

Nachdem man ermittelt hat wie groß die Säurekonzentration ist, rechnet man aus, wieviel Säure man hinzugeben muss:

V_Säure = V_Ätze * ( c_soll - c_ist ) / ( c_säure - c_soll)

wobei:
* V_Säure das Volumen der hinzuzufügenfen Salzsäure
* V_Ätze das augenblickliche Volumen der Ätze (wieviel Ätzmittel habe ich schon?)
* c_soll die gewünschte Soll-Säurekonzentration in Mol/l
* c_ist die augenblickliche Säurekonzentration in der Ätze in Mol/l
* c_säure die Säurekonzentration in Mol/l (die dazugegeben werden soll) -- siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Salzs%C3%A4ure Wikipedia-Artikel] für eine Umrechnung %-Mol

Das Libreoffice-Dokument https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods hat diese Formel als "Konzentrationsrechner Säure" implementiert.

Beispiel:
* V_Ätze: 1 l
* C_ist: 1 Mol/l
* C_soll: 1,5 Mol/l
* C_säure: 7,5 Mol/l
* '''Ergebnis:''' V_Säure: 83 ml

=== Methode 2: Steuern -- Berechnung des Säureverbrauches beim Ätzen ===

Aus der Gleichung oben
:<big>Cu + 2 HCl + O -> CuCl2 + H2O</big>
erkennt man, dass man für das Ätzen von 1 Mol Kupfer 2 Mol Salzsäure benötigt.

Man kann sich also auch die Menge an Salzsäure berechnen, die man für eine Platine benötigt.
Dazu muss man die Stoffmengen ausrechnen, was hier an dem Beispiel einer Europakarte geschehen soll:

* 1 Mol Kupfer sind etwas 65g Metall,
* Eine einseitige Europakarte (mit 35µ Kupferauflage) hat etwa 5g Kupfer. (Gewicht= Volumen*Dichte)
* Da wir aber nicht alles Kupfer wegätzen, z.B also nur 50%, ätzen wir also (5g*50%)/(65g/Mol) = 0,038 Mol Kupfer.
* Da wir 2 mal soviel Stoffmenge an Salzsäure brauchen wie an Kupfer, benötigen wir 0,077 Mol Salzsäure.
* "Übliche" Baumarkt-Salzsäure hat etwa 25%, das entspricht in etwa 7,5 Mol/l.
* Umgerechnet mit unserer Konzentration ist das dann 0,077 Mol/(7,5 Mol/l) ~ 10ml von unserer Salzsäure.

Als Hilfe habe ich dieses Libreoffice-Spreadsheet gemacht:
https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods
(Dabei einfach die gelben Felder ausfüllen und von den grauen Ablesen.)

== Kontrolle der Dichte ==

Für die Dichte schlägt Adam Seychell ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ar%C3%A4ometer Hydrometer] vor, was sicherlich funktioniert, ich aber für etwas overkill halte :)

Die Dichte braucht man nur ab und zu überprüfen. Denn eine zu hohe Dichte ist gar nicht so einfach zu erreichen. (siehe "Prozessparameter" unten)

=== Berechnung der Dichte aus Volumen und Masse ===

Da bekanntlich Dichte = Masse / Volumen ist, kann man mit einer Feinwaage die Masse eines bestimmten Volumen ermitteln und sich daraus die Dichte errechnen.

Also mit der Spritze z.B. 100 ml abmessen und mit der Waage abwiegen.

<gallery>
Datei:cucl_ar_dichte1.jpg|5x 10ml abgewogen
Datei:cucl_ar_dichte2.jpg|ergeben 59.93g -> Dichte ist 1,20 kg/l
</gallery>

=== Prozessparameter ===

Die optimale Dichte liegt im Bereich von 1,20 kg/l bis 1,38 kg/l.

Wenn die Dichte zu '''klein''' ist, sind die beiden Optionen sind
* ''' ignorieren''' und Weiterätzen bis die richtige Dichte erreicht wird,
* eindampfen / verdunsten lassen -- was aber wegen der entstehenden Säuredämpfe kein Spass ist, also nicht empfohlen. Alternative kann man vorher die Säure verbrauchen (z.B Kupferabfälle reinwerfen).

Wenn man diesen Wert überschreitet, verdünnt man seine Ätze entsprechend mit Wasser. (Berechnungstool im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument])

Allerdings wird es schon eine Zeit brauchen bis man die obere Grenze erreicht: Hierzu eine
'''Überschlagsrechnung''':
* Um diese Dichte zu erreichen muss man 380g CuCl2 in Lösung bekommen.
* Dies entspricht ca. 2,8 Mol CuCl2 (CuCl2 hat eine molare Masse von 134 g/Mol)
* Diese CuCl2 ist beim Ätzen von 2,8 * 65 g = ~180 g Kupfer entstanden.
* Um 180g Kuper zu Ätzen wurden 5,6 Mol Salzsäure verbraucht.
* Dies sind bei einer 25%-igen Salzsäure ca. 750ml Volumen,
* wobei dieses 625g Wasser enthält.
* Also haben wir allein durch das Verdünnen des enthaltenen Wassers schon das Volumen auf ca. 1,6l erhöht, was
* wiederum ca. 110g Kupfer (230g CuCl2) aufnehmen kann bis die Dichte wieder kritisch wird.

Diese Überschlagsrechnung macht natürlich ein paar Vernachlässigungen / Fehler, zeigt aber deutlich man sich über Dichte kaum Sorgen machen braucht.

Die Vereinfachungen:
* Die Regenerierung erzeugt auch H20, d.h. aus 1 Mol Hcl werden 0,5 Mol H2 (ca. 9g)
* Das CuCl2 wird nicht im Wasser gelöst und HCl hat eine Dichte >1.
* Es wird angenommen das das Volumen der Lösung nicht ändert, wenn man CuCl2 darin auflöst.

(Der Dichterechner im [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/6/6e/Hcl-rechner-cucl.ods Libreoffice-Dokument] berücksichtigt zuminderst die Dichte der Salzsäure)

= Chemikaliensicherheit & Entsorgung =

Beim Umgang mit Chemikalien sollte die Hinweise im Sicherheitsdatenblatt (MSDS) durchgelesen werden. Die Sicherheitsdatenblätter bekommt man in der Regel vom Hersteller der Chemikalie (Privatanwender haben keinen Anspruch drauf, aber in der Regel gibt sie im Netz).

Es sollten immer geeignete Persönliche Schutzausrüstungen (PSA) getragen werden. Also immer nur "mit" arbeiten: geeignete Handschuhe, geeignete Schutzbrille und geeignete Kleidung (z.B Kittel) etc...

Beim Arbeiten mit Chemikalien nie essen, trinken oder rauchen. Danach Hände waschen.

Nie Behältnisse die für Lebensmittel gedacht sind für die Aufbewahrung von Chemikalien verwenden.

Alle Chemikalien beschriften

== MSDS (Material Saftey Datasheets)==

Die MSDS sollte also bei seinem Hersteller/Lieferanten bekommen.

Hier noch ein paar Links zur [http://de.wikipedia.org/wiki/GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS] für die Stoffe:

* Salzsäure [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/520030.xml?f=templates&fn=default.htm HCl]
* Wasserstoffperoxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll?f=id$t=default.htm$vid=gestisdeu:sdbdeu$id=002430 H2O2]
* Natriumhydroxid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/001270.xml?f=templates&fn=default.htm NaOH]
* Kupfer(I)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/003280.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl]
* Kupfer(II)chlorid [http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/002470.xml?f=templates&fn=default.htm CuCl2]

== Entsorgung ==

Chemikalien müssen immer fachgerecht entsorgt werden. Für Privatleute und begrenzten Mengen nimmt in der Regel der Wertstoffhof bzw. das Schadstoffmobil entgegen. Einfach mal bei der Gemeinde nachfragen.
Die Gefäße sollten entsprechend beschriftet werden. Siehe auch hier: http://www.tuf-ev.de/workshop/aetzen/EntsorgungAetzen.htm

'''AUF GAR KEINEN FALL''' darf die Ätzlösung über die Kanalisation entsorgt werden.

= Threads =

Diskussionthread: https://www.mikrocontroller.net/topic/306447

Hier ein paar Links wo das Thema schon mal disktutiert wurde, off topic.. )
https://www.mikrocontroller.net/topic/306023

https://www.mikrocontroller.net/topic/304366

= Externe Links =

[1] Patent RP0178347B1 (abgelaufen) http://www.google.com/patents/EP0178347B1

[2] [http://home.exetel.com.au/adam.seychell/PCB/etching_CuCl/index.html Seite von Adam Seychell]

[3] http://www.iasj.net/iasj?func=fulltext&aId=24599

[4] www.chemcut.net/pdf/Cupric-Chloride.pdf‎

[5] Patent http://www.google.com/patents/EP0048381B1

[6] Technisches Datenblatt HCl von Bayer Science [https://tecci.bayer.de/io-tra-pro/emea/de/docId-2857593/Salzs%C3%A4ure.pdf]

[7] Firmenwerbung? mit Bildern:
http://www.prowet.co.kr/download/board06/120177308463302.pdf
[[Kategorie:Platinen]]

AVR Net-IO Bausatz von Pollin

2015-11-10T08:38:15Z

194.169.251.10: app ist nicht kostenlos

Hier steht eine Beschreibung des Pollin Bausatzes [http://www.pollin.de/shop/shop.php?cf=detail.php&pg=NQ==&a=MTQ5OTgxOTk= AVR-NET-IO. Best.Nr. 810 058], oder als aufgebautes Fertigmodul, Best.Nr. 810 073.

Einige Features: Ethernet-Platine mit ATmega32 und Netzwerkcontroller ENC28J60. Die Platine verfügt über 8 digitale Ausgänge, 4 digitale und 4 ADC-Eingänge, welche alle über einen Netzwerkanschluss (TCP/IP) abgerufen bzw. geschaltet werden können.

[[Datei:AVR-NET-IO ADD-ON.JPG|thumb|right|400px|AVR-NET-IO (links) mit zusätzlicher SUB-D Anschlussplatine (rechts, nicht im Lieferumfang)und Add-On-Board (oben, mit aufgelötetem RFM12-433-Modul, beides nicht im Lieferumfang). Ebenso ist zusätzlich ein nicht im Lieferumfang enthaltener kleiner Kühlkörper auf einem der Spannungsregler montiert und die Schraubklemmen zur Stromversorgung wurden durch Buchsen ersetzt.]]

== Technische Daten ==

* Betriebsspannung 9 V AC/DC
* Stromaufnahme ca. 190 mA
* bzw. 5V DC, 1A (Steckernetzteil) an J6
* 8 digitale Ausgänge (0/5 V) [PC0-PC7 an J3]
* 4 digitale Eingänge (0/5 V) [PA0-PA3 an J3]
* 4 ADC-Eingänge (10 Bit) [PA4-PA7 an Schraubklemmen]
* LCD-Anschluss (HD44780 komp. Controller nötig) [PD2-7,PB0,PB3 an EXT]
* [[ENC28J60]]
* [http://www.atmel.com/dyn/Products/Product_card.asp?part_id=2014 ATmega32] Mikrocontroller

Maße (L×B×H): 108×76×22 mm.

== Hardware ==
=== AVR-NET-IO ===

Die Schaltung des AVR-NET-IO ist recht einfach:
* Ein ATmega32 Mikrocontroller enthält die gesamte Software
* Ein ENC28J60 Ethernet-Controller für das Senden und Empfangen von Ethernet Frames (MAC und PHY Ethernet Layer) ist über [[SPI]] mit dem ATmega32 verbunden
* Ein Ethernet RJ-45 MagJack TRJ 0011 BA NL von [http://www.trxcom.com/ Trxcom] mit eingebautem Übertrager und Anzeige-LEDs am ENC28J60.
* Ein MAX232 für die serielle Schnittstelle
* Zwei Spannungsregler, 5 V und 3,3 V
* "Hühnerfutter"

Fast alle I/O Pins des ATmega32 sind irgendwo auf Anschlüssen herausgeführt. Entweder auf dem SUB-D Stecker, dem EXT oder ISP Wannensteckern oder den blauen Anschlussklemmen. Eine Schutzbeschaltung gibt es nicht.

Die blauen Anschlussklemmen haben eine Nut und eine Feder mit denen man
sie zusammenstecken kann, dadurch ist das Anlöten wesentlich leichter
und sie stehen auch sauber in der Reihe.

=== Erweiterungsplatine ===

Seit Januar 2010 gibt es auch eine Erweiterungsplatine

[http://www.pollin.de/shop/dt/Nzg4OTgxOTk-/Bausaetze/Diverse/Bausatz_Add_on_fuer_AVR_NET_IO.html Add-on für AVR-NET-IO-Board Best.Nr. 810 112]

Diese Platine erweitert das NET-IO um:

* SD-Karten-Slot über SPI
* Display über PCF 8574
* Infrarot-Empfang
* [[RFM12]] Funkmodul (nicht im Lieferumfang enthalten)

Eine Aufstellung bekannter Fehler findet sich weiter unten [[#Bekannte Fehler|Bekannte Fehler - Erweiterungplatine]]

Erste Erfahrungsberichte im Forum http://www.mikrocontroller.net/topic/161354

=== Hardware-Umbauten & -Verbesserungen ===

* Kühlkörper auf dem 7805 - (Vorsicht: Der LM317T ist rückseitig spannungsführend. Den Kühlkörper also keinesfalls an beide Spannungsregler anschließen!)
* MAX232 nach anfänglicher Konfiguration nicht bestücken um Strom zu sparen oder um zwei weitere I/O-Pins zu gewinnen
* 10µF-Elkos für MAX232N (C14-C17) durch 1µF ersetzen. <s>Eine 10µF-Version für den MAX232 gibt es nicht</s>. Die 10µF-Elkos können auch Ursache einer nicht funktionierenden RS232 sein.
** Laut Spezifikation sind auch mehr als 1µF erlaubt. Selbst Atmel verwendet beim STK500 10µF. Dies führt keinesfalls dazu, dass die RS232 nicht mehr funktioniert.
* Die IC-Fassungen aus "Pollins Resterampe" durch Fassungen mit gedrehten Kontakten ersetzen.
* ''Netz'' LED nicht bestücken oder größere Widerstände einlöten um Strom zu sparen (R3)
* Vorwiderstände der Ethernet-LEDs größer machen (z. B. verdoppeln) um Strom zu sparen (R6,R7)
* Linear-Spannungsregler ersetzen
* Kondensator an AREF-Pin des ATmega32 (ATmega32 Datenblatt) (100nF gegen Masse)
* Kondensator an den RESET-Pin des ATmega32 ([http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2521.pdf Atmel Application Note AVR042: AVR Hardware Design Considerations]) Wenn man diese Quelle genauer liest, ist das aber eher unnötig. - Kondensator bei selbstbau-ISP empfehlenswert.
* Umbau auf 3,3 V:
** Ersatz der Spannungsregler durch einen einzigen 3,3 V Regler
** Anpassen (verkleinern) des LED-Vorwiderstands R3 für 3,3 Volt Betrieb
** Reduktion der Taktfrequenz (Austausch von Q2) auf den bei 3,3V erlaubten Bereich des ATmega32 ( ATmega32(L) 3.3V /8.0 Mhz Takt )
** Ersatz des MAX232 durch einen MAX3232
[[Bild:POWER.JPG|thumb|400px|5V Stromversorgung über USB Kabel, ohne 5 V Spannungsregler und Gleichrichterdioden, Vorsicht: kein Verpolungsschutz! ]]
* ATmega32 vom ENC28J60 takten (OSC2)
* Betrieb mit Gleichspannung:
** Dioden D2 und D5 durch Drahtbrücken ersetzen, D1 und D4 nicht bestücken (komplette Entfernung des Brückengleichrichters, beinhaltet Verlust des Verpolungsschutzes)
** Diode D2 bestücken, D5 durch Drahtbrücke ersetzen, D1 und D4 nicht bestücken (Brückengleichrichter durch Verpolungsschutze ersetzen)
*** ??? Ist dies nicht kontraproduktiv? Bei mir wurde durch D2-Bestückung die Eingangsspannung von ca. 5,2 V am LM317T auf ca. 4,6 V gedrückt, so dass am ENC28J60 nur ca. 2,6 V ankamen (außerhalb der lt. Datenblatt "Operating voltage range of 3.14V to 3.45V"). Man müsste also ein geregeltes Netzteil mit ca. 5,5 V anschließen um 5 und 3,3 V zu erzielen. Dann lieber den Verpolungsschutz durch andere Maßnahmen sicherstellen.
** Beim Betrieb von USB beachten, dass USB-Spezifikation keinesfalls 5V garantiert, sondern Spannung bis runter 4.4V erlaubt und dann u.U. durch den LM317 nicht mehr genügend Spannung am ENC anliegt. Das äußert sich so, dass zwar der Atmega einwandfrei funktioniert, die Ethernet-Kommunikation aber nicht oder nur sehr sporadisch.
* Betrieb mit Steckernetzteil
** Wenn man ein energieeffizientes Stecker-Schaltnetzteil mit 5V, 1A direkt an J6 kontaktiert, kann man sich die o.g. Um- und Ausbauten sparen. Kein Spannungsregler wird mehr heiß, kein Kühlkörper wird benötigt, das Board arbeitet absolut stabil.
* Ersatz des ATmega32 durch einen ATmega644 oder ATmega1284p mit mehr FLASH-Speicher.
** Der ATmega644 und auch der ATMega1284p sind nicht mit der Pollin-Firmware kompatibel
* 100nF über alle drei IC Störunterdrückung zusätzlich bestücken

== Inbetriebnahme der Originalsoftware ==
=== Einleitung ===

Die bei Auslieferung (Stand September 2008) in den ATmega32 gebrannte Firmware stellt sich manchmal recht zickig an. Es scheint dann die Netzwerk-Schnittstelle, ggf. auch die serielle Schnittstelle, nicht zu funktionieren. Falls es Probleme geben sollte, sollte man erst einmal ein Firmwareupdate versuchen. Dies geschieht über die serielle Schnittstelle mittels des Programmes NetServer (aktuelle Version 1.03, Februar 2010), die dem Bausatz beiliegt.

Falls die serielle Schnittstelle ebenfalls nicht zugänglich ist, kann mit den im folgenden beschriebenen Schritten die Inbetriebnahme der Software möglich sein. Dazu benötigt man:

* Einen Windows-PC mit Ethernet-Schnittstelle und RS232-Schnittstelle (ein Prolific RS232-USB Konverter funktioniert)
* Entweder
**zwei normale (''straight through'') Ethernet-Kabel und einen Ethernet Switch/Hub, oder
**ein gekreuztes(''cross over'') Ethernet-Kabel
* Einen AVR Programmer (Hardware und Software). Zum Beispiel einen [[AVR Dragon]] oder [[STK500]] mit [[AVR Studio]] oder das [[Pollin ATMEL Evaluations-Board]] und [[avrdude]].
* Die [http://www.pollin.de/shop/ds/MTQ5OTgxOTk-.html Pollin NetServer Software], Version 1.03 (oder neuer)

=== Gelieferten ATmega32 richtig einstellen ===
[[image:fuse_bits_avr_studio.jpg|thumb|right|250px|Einstellungen der Fuse-Bits mittels AVR Studio 4]]
Die Fuses der gelieferten ATmega32s scheinen nicht immer mit den im Handbuch auf Seite 12 als erforderlich angegebenen Fuse-Einstellungen übereinzustimmen.

Dies kann man mittels eines Programmers ändern. LFuse = 0xBF, HFuse = 0xD2. Das genaue Vorgehen hängt dabei vom verwendeten Programmer ab. Bei der Gelegenheit kann man ebenfalls eine Sicherheitskopie des ursprünglichen Flash-Inhalts und des EEPROMs anfertigen. Das EEPROM scheint die MAC-Adresse des Ethernet-Ports zu enthalten.

Entgegen der Spezifikation im Handbuch von Pollin sollten die '''HFuses auf 0xC2''' gesetzt werden, d. h. CKOPT-Fuse programmiert (dies ist in der Software Version 1.03 bereits vollzogen). Das sorgt für einen stabilen Betrieb des AVR-Oszillators im "full rail-to-rail swing"-Mode bei 16 MHz. Atmel garantiert ansonsten nur stabilen Betrieb bis 8 MHz. Siehe ATmega32-Datenblatt, Kapitel 8.4, Crystal Oscillator.
{{Absatz}}

==== Funktionsfähige Konfiguration - AVR-Prog ====

[[Bild:Avrprog.png|thumb|right|250px]]
Benutzer von AVR-Prog können die nachfolgenden Einstellungen für die Lock- und Fuse-Bits verwenden. Hierbei handelt es sich um die ausgelesenen Einstellungen eines funktionsfähigen Controllers. Allerdings sollte, laut Handbuch des AVR-NET-IO-Boards, das Fuse-Bit EESAVE eigentlich gesetzt sein.

Alternativ kann auch per avrdude die Einstellung getroffen werden:
avrdude -c stk500v2 -pm32 -U lfuse:w:0xBF:m
und
avrdude -c stk500v2 -pm32 -U hfuse:w:0xC2:m

Anschließend muß noch der Bootloader und die Firmware aktualisiert werden (siehe Handbuch AVR-NET-IO-Board Seite 12 Punkt 3).

=== PC Konfiguration ===

==== PC normalerweise nicht im 192.168.0.0/24 Subnetz ====

Betreibt man den PC nicht im 192.168.0.0/24 Subnetz, muss er wie folgt umkonfiguriert werden, oder die IP Adresse des Boards wird entsprechend angepasst. ( Siehe Handbuch Seite 14ff. Das ist meist sinnvoller und auch einfacher. )

Den PC vom normalen Netzwerk abstecken[1]. Zur Umkonfiguration dazu bei Windows XP in der Systemsteuerung ''Netzwerkverbindungen'' aufrufen und die lokale ''LAN-Verbindung'' markieren. Dann in der rechten Leiste ''Einstellungen dieser Verbindung ändern'' aufrufen.

Es erscheint der Dialog ''Eigenschaften von <Verbindungsname>''. In der Liste im Dialog zu ''Internetprotokoll (TCP/IP)'' gehen. Ein Doppelklick auf den Eintrag öffnet den ''Eigenschaften von Internetprotokoll (TCP/IP)'' Dialog.

In diesem Dialog ''Folgende IP-Adresse verwenden:'' auswählen und zum Beispiel

IP-Adresse: '''192.168.0.100''' 
Subnetzmaske: '''255.255.255.0''' 
Standardgateway: '''192.168.0.1'''

eingeben.

Anmerkung von bitman:
[1] Dies ist spätestens ab Windows XP nicht mehr notwendig, wenn das Netz 192.168.0.0/24 noch frei ist. Dann kann man einfach den Client ''zusätzlich'' in diesem Netzwerk zusätzlich einbinden über Einstellungen/Netzwerkverbindungen/Lanverbindung/Eigenschaften/TCP-IP/Eigenschaften/Erweitert/IP-Adresse hinzufügen. Es werden dann eben mehrere IP-Adressen an den NIC gebunden.

Alle geöffneten Dialoge nacheinander mit OK schließen.

Alternativ bietet sich das Umprogrammieren des Boards über die serielle Schnittstelle an. Die Werte für IP-Adresse, Netzmaske und Standard-Gateway werden mit den dokumentierten SETxx-Befehlen geändert, das Board neu gestartet und ans vorhandene Netzwerk gesteckt.

Im EEPROM sind folgende Werte vorprogrammiert: 
3EE - 3F3 MAC-ADRESSE 
3F4 - 3F7 GATEWAY 
3F8 - 3FB NETMASK 
3FC - 3FF IP-ADRESSE 

==== PC bereits im 192.168.0.0/24 Subnetz ====

In diesem Fall muss man prüfen, ob die IP-Adresse 192.168.0.90 bereits im Subnetz verwendet wird. Ist dies der Fall, muss das verwendete Gerät mit dieser IP vorübergehend aus dem Subnetz entfernt werden. Es sei denn, dabei handelt es sich um den PC. In diesem Fall muss er wie zuvor umkonfiguriert werden. Ansonsten kann der unverändert im Netz verbleiben.

Dem AVR-NET-IO gibt man eine neue, zuvor unbenutzte Adresse (siehe unten). Dann kann das abgekoppelte Gerät wieder angeschlossen werden, beziehungsweise der PC zurückkonfiguriert werden.

=== AVR-NET-IO anschließen ===

Musste man den PC umkonfigurieren, so werden jetzt nur der PC und der AVR-NET-IO über Ethernet miteinander verbunden. Je nach Ethernet-Kabel benötigt man dazu einen Switch/Hub oder nicht.

Musste man den PC nicht umkonfigurieren, so kann man den AVR-NET-IO wie einen normalen Rechner an das vorhandenen Netz anschließen.

Zusätzlich schließt man die serielle Schnittstelle des AVR-NET-IO an den PC an.

=== Firmware 1.03 einspielen ===

Laut Handbuch sollte der AVR-NET-IO jetzt über Ethernet funktionieren. Ebenso sollte er über die serielle Schnittstelle und ein Terminalprogramm konfigurierbar sein. Beides ist offensichtlich im Auslieferungszustand selten der Fall.

Auch wenn sich Pollins NetServer Software nicht mit dem AVR-NET-IO verbinden lässt, so ist sie jedoch in der Lage eine neue Firmware 1.03 einzuspielen. Das Vorgehen ist im Handbuch auf Seite 12 beschrieben. NetServer präsentiert dabei ein paar einfache Anweisungen denen man folgen sollte.

Wenn sich nach dem scheinbar erfolgreichem Einspielen der Firmware, später nichts tut, so sollte die Firmware mit gesetztem "FailSafe" in der mitgelieferten NetServer-Software nochmals Eingespielt werden.

=== Abschluss ===

Jetzt sollte sich die NetServer Software mit dem AVR-NET-IO über Ethernet verbinden lassen. Dies macht es wiederum möglich, den AVR-NET-IO mit einer anderen IP-Adresse zu versehen. Will man den AVR-NET-IO in einem anderen Subnetz betreiben kann man dies jetzt einstellen.

Nachdem man die IP-Adresse neu eingestellt hat, muss man den PC zurückkonfigurieren und kann dann sowohl den AVR-NET-IO und den PC zusammen betreiben.

== Funktionsumfang der Originalsoftware ==
Die Originalsoftware ist sehr einfach gestrickt. Im AVR Net-IO läuft ein Programm, welches am Port 50290 eine Textschnittstelle bereit stellt. Diese Schnittstelle kann sowohl über die RS232 als auch über Ethernet angesprochen werden kann. Mit diesem Programm ist es möglich, alle Eingänge sowie alle Ausgänge anzusprechen, als auch die Konfiguration der Netzwerkeinstellungen zu verändern. Die Karte versteht dann folgende Befehle:
* SETPORT
Einen digitalen Ausgang auf 0 oder 1 schalten
* GETPORT
Den Status eines digital Ausgangs/Eingangs abfragen
* GETSTATUS
Den Status aller digital Ausgänge abfragen
* GETADC
Den Messwert eines analogen Eingangs ermitteln
* SETIP
Die IP-Adresse des Boards ändern
* GETIP
Die eingestellte IP-Adresse abfragen
* SETMASK
Die Netzwerkmaske verändern
* GETMASK
Die eingestelle Netzwerkmaske abfragen
* SETGW
Das Netzwerk-Gateway verändern
* GETGW
Das eingestellte Netzwerk-Gateway abfragen
* INITLCD
Ein angeschlossenes LCD initialisieren
* WRITELCD
Einen Text am LCD ausgeben
* CLEARLCD
Ein angeschlossenes LCD löschen
* VERSION
Die Versionsnummer des Programms ausgeben

Dazu gibt es ein auf Java basierendes Programm, welches alternativ zu einem Terminalprogramm benutzt werden kann. Es zeigt den Status der Portpins an und diese lassen sich auch mit der Maus verändern. Die Messwerte der 4 analogen Eingänge werden ständig angezeigt, wobei es möglich ist, durch einstellbare Faktoren die internen Werte gleich in sinnvolle Einheiten umrechnen zu lassen. Diese Messwerte können auch in eine Datei geloggt werden.
Neben der Möglichkeit, alle Kommandos auch händisch einzugeben, wird das Java-Programm auch benötigt, um einen Firmware-Update der Net-IO Platine durchzuführen.
Alles in allem ist dieses Frontend aber mehr als Testumgebung anzusehen, um damit die Hardware in Betrieb zu nehmen. Für einen sinnvollen Dauereinsatz ist das Programm deutlich zu einfach und unflexibel gestrickt. Auch kann die grafische Aufbereitung der Anzeige- und Kontrollelemente nicht befriedigen.

== Bekannte Fehler ==
=== AVR-NET-IO ===

Siehe auch [[#Hardware-Umbauten_.26_-Verbesserungen|Hardware-Umbauten und Verbesserungen]] 
Käufer berichten von fehlenden Bauteilen im Bausatz (Wannenstecker, Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten). Für Reklamationen: [https://www.pollin.de/shop/kontakt_service/reklamation.html]

* Die Stückliste auf Seite 4 in den Anleitung mit den Versionsangaben
** ''Stand 20.08.2008, kloiber, #1100, wpe'' (gedruckt im Bausatz)
** ''Stand 20.08.2008, cd, #all, wpe'' (auf der CD)
:ist falsch. Pollin legt dem Bausatz irgendwann ab September 2008 einen gedruckten Korrekturzettel bei. Die Online-Version der Anleitung ist korrigiert.
* Im Schaltplan auf Seite 7 in den Anleitungen mit den Versionen
** ''Stand 20.08.2008, kloiber, #1100, wpe'' (gedruckt im Bausatz)
** ''Stand 20.08.2008, cd, #all, wpe'' (auf der CD)
** ''Stand 03.09.2008, online, #all, wpe'' (Online)
:ist eine 25-polige SUB-D Buchse gezeichnet. Geliefert wird und in der Stückliste verzeichnet ist ein Stecker.

* Die September 2008 ausgelieferte Firmware im ATmega32 funktioniert bei vielen nicht und muss erst upgedatet werden (siehe [[#Inbetriebnahme der Originalsoftware|Inbetriebnahme der Originalsoftware]])

* Im Flash der gelieferten AVR ist anders als beschrieben nur der Bootloader enthalten, die eigentliche Firmware muss erst mit Hilfe der Updatefunktion geladen werden. Wenn zusätzlich auch die Fuses falsch gebrannt sind, dann funktioniert das Update nicht, auch wenn das PC Programm was anderes behauptet.

* Die Fuse-Einstellungen des ausgelieferten ATmega32 entspricht nicht der Anleitung (siehe [[#Inbetriebnahme der Originalsoftware|Inbetriebnahme der Originalsoftware]])

* Bausatz, gekauft am 27.10.08, Anleitungsversion 19.09.08, ohne Probleme oder erkennbare Fehler zusammengebaut und in Betrieb genommen.

* Bausatz gekauft 29.09.2008, Pinbelegung des 25 poligen D-Sub "Anschlusses" stimmt nicht mit der Anleitung überein. Der Aufdruck auf der Platine ist falsch. Pin1 <-> Pin13, Pin2 <-> Pin12 usw. Setzt man den D-Sub Stecker ein, so sind dessen Pinnummern korrekt. Bei einem Bausatz gekauft 05/2013 ist dies ebenfalls noch der Fall.

* 3 Bausätze Anf. Oktober 2008 gekauft, bei einem waren 2 LM317 dabei, dafür fehlte der 7805 - aus der Bastelkiste ersetzt. Alle haben jedoch auf Anhieb funktioniert

* Bausatz gekauft Ende Januar 2009. Die Lock-Bits (u.a. für PonyProg2000) werden falsch beschrieben. Die in Klammern aufgeführten Werte stimmen bei einem Bit nicht. Die Texte "Programmiert/Unprogrammiert" hingegen schon. Bei den Bauteilen gab es 4 Kondensatoren mit der Aufschrift "220", ich habe diese durch welche mit 22p ersetzt, da ich nicht sicher war ob wirklich 22p geliefert wurden. Dafür wurden statt einem zwei 7805 und statt einem mindestens vier LM317 mitgeliefert.

* Bausatz geliefert 22.4.2009. Alles vollständig, zusammengebaut, läuft. Software-Version 1.03. Für den oben schon genannten Steckverbinder wurde eine Buchse geliefert. Allerdings stimmen die PIN-Nummern im Schaltplan nicht mit den PIN-Nummern auf der Buchse überein (sie sind gespiegelt), daher liefen die Test-LEDs zunächst nicht.

* Bausatz geliefert 11.7.2009. Spannungsregler LM317T fehlt, grüne statt roter LED. Ein Kondensator 22pF zu viel. LM317T wurde auf Anfrage kostenlos nachgeliefert (27.7.). Inbetriebnahme problemlos.

* Bausatz geliefert 24.7.2009. Ein Quarz 16MHz zu viel, ebenfalls grüne statt rote LED.

* Bausatz geliefert 20.08.2009. Ein Kondensator 22pF zuviel und grüne statt rote LED.

* Bausatz Juli '09 gekauft, grüne statt rote LED

* Bausatz 25.09.09 geliefert, grüne Betriebs-LED, ein ELKO zuviel, Fehler 1µF am MAX232 statt 100nF behoben, richtiger C wird mitgeliefert, Aufbau komplett nach Pollin Anleitung durchgeführt, auf Anhieb fehlerfrei!

* Bausatz 17.10.09 geliefert, grüne Betriebs-LED, zwei 100nF Kondensatoren zu wenig. Aufbau und Inbetriebnahme problemlos.

* Bausatz 21.10.09 gekauft, grüne Betriebs-LED. Aufbau problemlos, RS232 läuft nicht. LAN läuft

* Bausatz Nov. 09 gekauft, grüne LED, alles o.k.

* Bausatz Nov. 09 gekauft, grüne LED, ENC28J60, MAX232 und ATmega32 fehlen, Nachlieferung nach einer Woche

* Bausatz Nov. 09 gekauft,Bauteile komplett.Verbindungsaufbau Seriell klappt erst nach mehreren Versuchen.Problem gelöst:Spannung an MAX und Mega zu niedrig

* Bausatz Dez. 09 gekauft, grüne LED, 100µF Kondensator fehlt, alles o.k.

* Bausatz August 09 gekauft, alle teile da nach Einstellen der fusebits lief alles perfekt

* Bausatz Okt. 09 gekauft, ein 100nF Kondensator und 25MHz Quarz fehlten ... hab beim lokalen Elektronikhändler keinen 25Mhz Grundton Quarz sondern nur im 3. Oberton bekommen aber mit R2.2k parallel zum Quarz schwingt er in der Schaltung schön bei 25Mhz. Mit 1µF am MAX232 funktioniert jetzt auch die RS232.

* 2x Bausatz Feb. 10 gekauft, bei beiden fehlten 7805, L1+L2 je 100µH sowie 4x falscher Wert Kondensator an Max232 vorhanden. Fehlende Bauteile nachgelötet und Funktion getestet. Hat alles einwandfrei funktioniert!!!

* Bausatz März. 10 gekauft, RS232 Printbuchse fehlt, dafür 1x 10pol Wannenstecker zuviel. Grüne LED statt Rot. Funktioniert ansonsten einwandfrei.

* Bausatz Jan. 10 gekauft, gelbe LED statt rot, C14...C17: 10µF, weder seriell noch via Ethernet Konnektivität. Nach Austausch von C14-C17 gegen 1µF, wenigstens serielle Kontaktaufnahme möglich, kein Ethernet auch nach Flash von 1.03 mit NetServer.

* Bausatz Feb. 10 gekauft, Spannungsregler LM317T fehlte

* Bausatz März 10 gekauft, gelbe statt rote LED geliefert, aber Aufbau und inbetriebnahme lt. Handbuch ohne Probleme

* Bausatz März 10 gekauft und gelbe statt rote LED geliefert, funzt wunderbar gemäß Anleitung

* Fertig gelötete Platine gekauft. µC war falsch im Sockel.

* Bausatz April 10 gekauft und gelbe statt rote LED geliefert, ADM232LJN statt MAX232 - Funktion erst nach Ersetzung des ADM durch nen MAX

* Bausatz April 10 gekauft und gelbe statt rote LED geliefert, ADM232LJN statt MAX232 - funktionierte sofort auch mit dem ADM232LJN.

* Bausatz April 10 gekauft wurde mit grüner statt roter LED Ausgeliefert

* Bausatz Juni 10 gekauft: wurde mit grüner statt roter Netz-LED ausgeliefert, 2x 22pF Kerko zuviel

* Bausatz August 10 gekauft: komplett und sofort funktioniert

* Bausatz Juli 10 gekauft: 2 Quarze mit 16 MHz geliefert, statt 1x 16MHz und 1x25MHz.

* Bausatz September 10 gekauft: hat sofort funktioniert. 1x 3,3k und 1x 10k Widerstand zuviel. Statt 100nF Kondensatoren wurden 1µF geliefert -> Platzprobleme auf der Platine durch grössere Bauform. LED grün.

* Bausatz Oktober 6 gekauft: alles funktioniert. LED grün statt rot.

* Fertigmodul Oktober 10 gekauft: Auf Anhieb alles funktioniert!

* Bausatz Oktober 10 gekauft: komplett und sofort funktioniert

* Bausatz November 10 gekauft: komplett und sofort funktioniert (sogar mit der neusten Pollin Firmware 1.03 schon drauf) LED grün statt rot.

* Bausatz November 10 gekauft. Nach Bezug neuer Feinst-Lötspitzen konnte ich ihn dann auch zusammenlöten. Es hat sofort alles funktioniert, obwohl ich nur 12V bzw. 9V Gleichspannung zur Verfügung hatte, und nicht sicher war, wieviel die Komponenten wirklich benötigen. Der Regler wird auch bei 9V Gleichspannungsversorgung noch sehr warm. Da muss auf jeden Fall ein Kühlkörper dran! Ich habe auch eine grüne LED bekommen, ist mir aber wurscht :-)

* Bausatz Dezember 10 gekauft: komplett und funktionierte sofort. Firmware 1.03, grüne LED (Ein Quarz und ein IC-Sockel zu viel)

* Bausatz Januar 2011 gekauft: nur genau die richtige Anzahl Teile dabei, Firmware 1.03, grüne LED, ging auf Anhieb

* 2x Bausatz Januar 2011 gekauft: beide grüne LED, und 1x doppelter Satz Jumper/Stiftleiste, 22PF und Anschlussklemmen. Rest vollständig und beide haben sofort nach zusammenbau funktioniert.

* Februar 2011: AVR-NET-IO: die Diode D5 fehlt, 10 µF gegen 1 µF für MAX232 getauscht, Flash im ATmega32 war programmiert, passende IP-Adr über serielle Schnittstelle eingestellt; ADD-ON: für R1 war 22Ω statt 0,2Ω beigelegt, durch richtigen ersetzt, Beschreibung der LED Bestückung mangelhaft / oe1smc

* Februar 2011: AVR-NET-IO: 1 Diode zuviel, 2 Spulen fehlen, LED grün. Die fehlenden Spulen wurden durch welche aus der Bastelkiste ersetzt - funktioniert. Der 7805 bekam einen kleinen Kühlkörper spendiert.

* Februar 2011: AVR-NET-IO: 2x 10k Widerstände fehlen. Dafür eine Diode zu viel.

* Ende Februar 2011: Zwei Bausaetze an jeweils zwei Adressen, alles in Ordnung.

* Ende März 2011: 2x 25 Mhz Quarz statt 1x16 u. 1x25 Mhz. LED fehlt. Bausatz funktioniert nach Tausch des Quarz den mir mein Freund oe9rsv aus seinem Fundus spendiert hat. Danke auch für die Hilfe beim Fehler suchen.

* Mitte 2010 gekauft: 1x 100nF fehlt

* Mitte Juni 2011: Beide Quarze fehlen und beide Spannungsregler fehlen, Pollin wollte, dass ich das ganze Paket zurückschicke für einen Austausch. Ein 51Ω zu viel. 16Mhz im Handel und 25Mhz vom alten Mobo ausgelötet. Läuft wunderbar.

* Anfang Juni 2011: Beide Quarze fehlen und beide Spannungsregler fehlen, nach kurzer Mail an Pollin (leider ohne Antwort) wurden diese nach ca. 1 Woche in einem Brief nachgeliefert.

* August 2011: alles 1a...

* August 2011: Platine fehlte -> in Nachlieferung

* 30 August 2011: alles 1a...

* 06 Sep. 2011: alles 1a...

* August 2011: 6 Stück bestellt, bei einem haben die 100nF Kondensatoren gefehlt, bei einem zwei LM317 statt 7805 und LM317. Angerufen, 3 Tage später Nachlieferung erhalten.

* Nov. 2011: '''Net_IO''' vollständig. Einspielen der Firmware 1.03 war erforderlich. Bei '''Add-On''' immer noch falscher Q1 BC548 (NPN) in Stückliste und Lieferung. BC327-40 oder BC328-40 (PNP) nachgefordert. R11 und R24 mitgeliefert, entsprechend Beschreibung V1.1 von Pollin's Download. Beiliegende Beschreibung war älter, ohne diese Widerstände.

* Ende Nov.2011, alle Teile dabei, Firmware war drauf, sofort funktioniert.

* Anfang Dez.2011, komplett bestückte Platine gekauft. Auf 7805 Kühlkörper gebaut, da er nach 1 Minute schon ausgestiegen ist (LED hat das Pumpen angefangen). Firmware 1.03 musste noch aufgespielt werden danach funktioniert alles einwandfrei. In Betrieb mit 10V DC

* Ende Dez.2011 2xNET-IO und 2xADD bestellt, 4 verschieden volle Kisten bekommen... WSL16 ist mit Verriegelung, geht nicht aufs Board, Jumper fehlen, Spannungsregler doppelt, Poti Löcher zu klein, lsb3 fehlt, SD-Slot hab ich jetzt 3, 100nF hab ich jetzt 4 übrig ... also immer noch lustig. HW-Stand immer noch 1.0 ( gab es überhaupt eine 1.1?)

* Mitte Jan. 2012, 10pol. beide Wannenstecker nicht dabei, Firmware war drauf, sofort funktioniert. 1 LED zuviel. Unproblematische Nachlieferung bei Reklamation (wegen der beiden Wannenstecker kam ein PAKET!).

* Ende Feb. 2012, Um die PHP-Scripte über öffentlichen Webserver zu betreiben muss mit SETGW die Gateway-Adresse des lokalen Routers eingetragen werden. Bei der NAT im Router sollte z.B. Port 8080 auf den internen Port 50290 umgeleitet werden, da manche Provider diesen Port für die Socket-Kommunikation nicht zulassen.

* Juli 2012, Bausatz vollständig, Nach Aufbau sofort den 7805 mit einem kleinen Kühlkörper versehen, da er sonst thermisch überlastet wird! hat weder auf LAN noch RS232 reagiert, musste erst Update einspielen (Download Pollin), danach funktionierte alles einwandfrei!

* Januar 2013, Bausatz vollständig, 7805 mit Kühlkörper versehen, nach Aufbau ohne Probleme funktioniert

* Februar 2013, Bausatz komplett, Aufbau ohne Probleme, 7805 nur leicht warm, LAN funktioniert, RS232 noch ohne Funktion.

* Oktober 2013, Bausatz komplett laut Stückliste, problemloser Aufbau, 7805 leicht warm am 10V DC. RS232 und LAN funktionierten auf Anhieb.

* Januar 2014, Bausatz komplett, Aufbau ohne Probleme, Betrieb mit 9V DC, LAN funktioniert auf Anhieb, RS232 noch nicht getestet.

* März 2014, Komplettgerät, von ca. 100 Versuchen gerade mal 2 erfolgreiche Zugänge. Weder LAN noch RS232 mit Putty funktionierten.

* Dezember Bausatz komplett, Aufbau ohne Probleme und mit zusätzlichen Kondensatoren gesichert, Betrieb mit 9V DC, LAN funktioniert auf Anhieb, RS232 getestet.

=== Erweiterungsplatine ===

Die nachfolgend genannten Änderungen sind in der Bauanleitung V1.1 mit Stand 07.12.2011 (Wichtig! Es gibt mehr als eine V1.1 ...) bereits berücksichtigt, R3 wird allerdings mit 3,6kΩ angegeben.

Um bei einem Neuaufbau parallele Widerstände zu vermeiden, sollten folgende Änderungen auf dem Addon-Board gemacht werden:
*R2 1,5kΩ ersetzen mit 2kΩ
*R3 1,8K ersetzen mit 3,3kΩ
*R19 470kΩ ersetzen zu 470Ω
*Q1 BC548 ersetzen durch BC327 oder BC328 (Hauptsache PNP! und mehr als 100mA)

'''ACHTUNG''' beim Anschluß eines LC-Displays an J5 (über I2C, PCF 8574): Vcc/5V liegt an Pin 1, GND an Pin 2 von J5. Es gibt etliche Displays mit abweichender Belegung Pin 1 GND und Pin 2 Vcc!

Auch beim Add-On gibt es fehlende oder falsche Bauteile im Bausatz und Fehler im Schaltplan und auf der Platine:

*Stand Feb. 2011: R2 wird mit 2,2kΩ und R3 wird mit 3,6kΩ ausgeliefert. Somit werden die 3,3 V richtig erzeugt. R19 hat 470Ω. Der ISP-Anschluß ist nicht vollständig durchgeschleift, es besteht keine Verbindung der RESET-Leitung zwischen ISP und ISP1 (Abhilfe: Drahtbrücke einlöten, [http://www.mikrocontroller.net/topic/161354#1600385 Quelle]).

*Stand Nov. 2011: bei mir ist die RESET-Leitung korrekt zw. ISP und ISP1 verbunden. Es gibt jetzt auch einen R24 (470Ohm) und R11 (1KOhm), der in der bei mir mitgelieferten Bauanleitung fehlt, in der zum Download (V1.1) angebotenen aber drin steht. Es wird immer noch der falsche Q1 BC548C (NPN) mitgeliefert. Das Schaltsymbol für einen PNP ist richtig im Schaltplan gezeichnet.

*Stand Dez. 2011: R24 (470Ω) kann mit 0Ω ersetzt und R11 (1kΩ) völlig weggelassen werden. Diese Widerstände bilden einen (eigentlich überflüssigen) Spannungsteiler in der MISO Leitung. Der Spannungsteiler hat allerdings auch eine Schutzfunktion, falls weitere Slaves am SPI-Bus hängen, die 5V-Pegel nutzen, z. B. ISP-Programmierer. (siehe [http://son.ffdf-clan.de/include.php?path=forumsthread&threadid=1167&postid=9203 1284p: Board, ich oder beide verwirrt?])

*Sept'12: Bausatz mit Stecker anstelle einer Buchse ausgeliefert, 5mm anstelle von 3mm LED's dafür aber 3 Poti zuviel.

*Sept'12: Ebenfalls Bausatz mit Sub-D-Stecker statt Buchse ausgeliefert, 5mm anstelle von 3mm LED's und 3 Potis zuviel.

*Stand März 2013: Die Belegung der 25 pol. Sub-D-Buchse im Schaltplan der Anleitung V1.1 (und früher) ist falsch dargestellt. SCL und SDA des I2C-Busses liegen wie beim AVR-NET-IO Board auf Pin 2 bzw. 3 und nicht auf Pin 11 bzw. 12 der Buchse. Ein 1:1 verdrahtetes Kabel funktioniert.

== Andere Software für den Client-PC ==
=== NetIOLib ===

In C# geschriebene Bibliothek zur Ansteuerung der Platine im Orginalzustand. Inkl. Beispielsoftware und Quellcode (GNU GPL)

Links gehen nicht:
DLL: [http://www.tware.org/downloads/NetIOLib_dll.zip Download-Link]
Source: [http://www.tware.org/downloads/NetIOLib_src.zip Download-Link]

=== E2000-NET-IO-Multi-Control ===
Mit dem E2000-NET-IO-Multi-Control ist es möglich, die von dem E2000-NET-IO-Designer erstellten Projekte zu öffnen und die AVR-NET-IO's zu steuern.

Die Anwendung liegt dem [http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_Net-IO_Bausatz_von_Pollin#E2000-NET-IO-Designer_.28Windows.5BXP.2F7.5D_.2F_Android.29 E2000-NET-IO-Designer] bei.

=== ControlIO ===
Einfache Bibliothek zur Ansteuerung mit Originalfirmware.
http://www.mikrocontroller.net/topic/149695

=== JAVA Lib ===
Einfache Java-Bibliothek zur Ansteuerung mit Originalfirmware.
http://son.ffdf-clan.de/?path=forumsthread&threadid=611

=== PHP ===
PHP Klasse zur Ansteuerung mit der Originalfirmware. (Opensource Lizenz)
http://blog.coldtobi.de/1_coldtobis_blog/archive/298_pollin_net-io_php_library.html

PHP Funktionen zum Ansteuern der Originalfirmware. (Free for All Lizenz)
http://defcon-cc.dyndns.org/wiki/index.php/Pollin_AVR-NetIO_PHP_Wrapper

== Clients für Smartphones ==

=== AVR NET IO Control (Windows Phone 7.5,7.8,8.0) ===

App zur steuerung des AVR NET IO. (Kostet $0,99)

'''App im Market: [http://www.windowsphone.com/de-de/store/app/avr-net-io-controll/030d107f-9a27-4a62-ac8f-cb74e79c0500 AVR NET IO Control]'''

=== App NetIO (Windows Mobile 6.5) ===
Frei verfügbare App für Windows Mobile zur Ansteuerung mit der Orginalsoftware. Das HTC HD2 wird damit zur Fernsteuerung für das AVR Net-IO Board.
http://www.heesch.net/netio.aspx

=== NET-IO Control (Android) ===
Eine Application für das Android Betriebssystem zur Steuerung des AVR Net-IO Boards. Es ist möglich, alle Ausgänge zu steuern und alle Eingänge anzuzeigen. Die Analogen Eingänge können mit einem Berechnungsfaktor versehen werden. ''Geplant ist noch ein Offsetwert.'' Außerdem kann jedem analogen Wert eine Einheit zugeordnet werden. Die Ausgänge können in der neusten Version in einen Tastermodus gesetzt werden.

[[Datei:NET-IO-Control.png|200px]] [[Datei:NET-IO-Control2.png|200px]] [[Datei:NET-IO-Control3.png|200px]]

'''Trial-Version: [https://play.google.com/store/apps/details?id=de.android.AVR.NETIOControlTRAIL Google-Play]'''

(In dieser Probe Version können nur 1 Output und 2 Inputs gesteuert werden)

'''Vollversion: [https://play.google.com/store/apps/details?id=de.android.AVR.NETIOControl Google-Play]'''

(Kostet im Google-Play 3,00 €)

Weitere Informationen sind auf der Entwickler-Seite zu finden: [http://elektronik2000.de/ Elektronik2000.de]

=== E2000-NET-IO-Designer (Windows[XP/7] / Android) ===
[[Datei:E2000-NET-IO-Designer.png|400px|right]]
Mit dem E2000-NET-IO-Designer ist es möglich, eine grafische Oberfläche für die NET-IOs von Pollin zu erstellen. Dafür werden Knöpfe, Texte und Anzeigebilder zur Verfügung gestellt. Jedes dieser Element kann "Aufgaben" übernehmen um die NET-IOs zu steuern oder einen Status des NET-IO anzuzeigen. Weitere Icons können von dem Benutzer selbst in den entsprechenden Ordner gelegt werden und in die Oberfläche eingebunden werden. Es können mehrere Seiten designt werden die durch einen selbst positionierten Knopf erreichbar sind. Die Android Application arbeitet somit im Fullscreen-Modus. Des weiteren ist es möglich, mehrere NET-IO's in einem Projekt zu benutzen. Nach dem erstellen der grafischen Oberfläche mit dem E2000-NET-IO-Designer, kann mit der Android APP das Projekt einfach gedownloaded werden. Dafür baut die APP eine Verbindung zum E2000-NET-IO-Designer auf und läd alle benötigten Dateien herunter (Achtung: Firewall-Einstellungen beachten). Die designten Oberflächen können außerdem noch mit der E2000-NET-IO-Multi-Control.exe auf dem Computer ausgeführt werden. Dadurch ist es Möglich, seine NET-IOs vom PC aus zu steuern über eine selbst designte Oberfläche.

Zum Ausführen des E2000-NET-IO-Designer muss .NET Framework 4.0 installiert sein und es muss eine Internetverbindung exisitieren.

'''Features:'''<ul>
<li>Grafische Oberfläche am PC erstellen</li>
<li>Verwendung von eigenen Button- und Hintergrundbildern</li>
<li>Designbare Anzeige von Digital- und Analogwerten</li>
<li>Steuern von mehreren AVR-NET-IO Boards</li>
<li>Unterstützung der E2000-NET-IO Firmware (mehere Boards gleichzeitig)</li>
<li>Designte Steuerungen können auf dem PC oder dem Handy ausgeführt werden (Android)</li>
<li>Schnelle Verbindung</li>
<li>Einfache übertragung auf das Handy durch Projekt Download</li>
</ul>

[http://www.elektronik2000.de/downloads.php?id=44 Download E2000-NET-IO-Designer]

[http://www.elektronik2000.de/hilfe/E2000Netdesigneruebersicht.html Online Hilfe]

Weitere Informationen sind auf der Entwickler-Seite zu finden: [http://elektronik2000.de/ Elektronik2000.de]

=== NetIO ( iPhone & Android ) ===
<div style="float: left; margin-right: 20px">[[Datei:Netio_logo.png|70px]]</div>

Schöne universelle Fernbedienung für das Board (iOS / Android). Konfigurierbar über einen Browserbasierten Editor. 
Unterstützt TCP socket Verbindungen, kann http request absetzen und kann auch Webseiten einbinden (z.B. IP-Kameras). Kann mehrere
Boards gleichzeitig steuern! Einfach super schnell ins Projekt eingebaut... Es gibt Buttons (die auch als Taster konfiguriert werden können), Slider, Switches und einfache Labels. Dinge können geschaltet oder Daten ausgelesen und mit regex dargstellt werden.

<div style='float: right'>
[[Datei:Netio_TV.png|190px]]
[[Datei:Netio_iphone5.png|190px]]
[[Datei:NetIO_appflow.jpg|190px]]
</div>

 
AppStore Link: http://itunes.apple.com/app/netio/id464924297?mt=8 
Google Play Link: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.luvago.netio 
Webseite: http://netioapp.de

Hinweis: Man findet es unter "NetIO" im Store, im Icon selbst und in iTunes wird es als "Controller" angezeigt. 
Die eigene Konfiguration kann man mit dem [http://netioapp.com/editor/ Online Editor] vorher am PC erstellen.
Eine fertige [http://netioapp.com/editor/?config=pollin AVR-NET-IO Konfiguration] gibt es als funktionierendes Beispiel schon als Preset.

 
<div style='clear: both'></div>

=== AVR Net IO (iPhone) ===
[[Datei:AVRNetIO-Screenshot1.png|160px|rechts]]
Update 15.12.2011: Die Neue Version 1.3 ist seit gestern im AppStore. Fehlerkorrekturen und ein robusteres Handling machen die App nun zur universellen AVR-Net-IO-Steuerung.

Mit der [http://itunes.apple.com/de/app/avr-net-io/id460991760?mt=8 iPhone App AVR-Net-IO] kann das Board ferngesteuert werden. Die Fernsteuerung umfasst in der Version 1.1 folgende Funktionen: <ul>
<li>ADC-Werte zyklisch auslesen und darstellen</li>
<li>Digital-Inputs zyklisch darstellen</li>
<li>Digital-Outputs können über Buttons geschaltet werden. Die Werte der Digital-Outputs werden zuerst ausgelesen und zeigen den zuletzt gesetzten Wert an.</li>
<li>Terminal-Modus: Hier können beliebige AVR-Net-IO-Befehle eingegeben werden. Das Ergebnis wird 1:1 angezeigt, wie es vom Board kommt. Hilfreich für Tests bei Eigenentwicklungen und Konfigurationen.</li>
</ul>
 
Mehr Infos gibt's dazu direkt von den Entwicklern auf [http://www.facebook.com/pages/AVR-Net-IO/187799687958255?ref=nf AVR-net-IO Facebook-Page] oder direkt auf deren Homepage [http://www.ondics.de/apps/1001/ Homepage].
 
Hinweis: MIt der aktuellen Version 1.1 gibt es noch bei manchen Boards Probleme beim auslesen und anzeigen der ADC- und Digital-Werte. Das Terminal funzt problemlos. Die Entwickler kümmern sich gerade drum und haben einen baldigen Update versprochen.
 

== Andere Software statt der Originalsoftware von Pollin ==

Die Umrüstung auf einen Webserver durch Austausch der Software (und ev. des ATmega32) bietet sich an. Kleiner Hinweis dabei: wenn zum Flashen ein ISP-Adapter verwendet wird, diesen unbedingt vor dem Start der neuen Software abziehen! Der ISP arbeitet nämlich über dieselbe SPI-Schnittstelle über die auch der ENC28J60 angesteuert wird. Ein eventuell noch angeschlossener, wenn auch passiver ISP-Adapter stört diese Kommunikation, d.h. das Programm an sich scheint zu laufen, aber die Ethernet-Schnittstelle funktioniert nicht.

=== E2000 - Logik ===

[[Datei:E2000-Logik-Bedienoberflaeche.jpg|500px|rechts]]

Anwenderfreundliche Logik-Software von Elektronik2000.de zur Steuerung des AVR-NET-IO. Der ATMEGA32 wird durch einen ATMEGA644 ersetzt und mit der E2000-Firmware beschrieben. Nun ist es möglich in der E2000-Logik Software eine Logikschaltung zu erstellen und diese auf das NET-IO-Board zu übertragen. Dort wird diese Schaltung simuliert. Dies funktioniert komplett ohne einen Computer.

Durch ein Erweiterungsboard von Elektronik2000.de ist es auch möglich, das Board ohne Internet laufen zu lassen eine RTC (RealTimeClock) übernimmt dabei die Uhrzeitgesteuerten Funktionen. Auf dieser Erweiterung ist auch ein EEPROM integriert, um Firmware-Updates über Netzwerk einzuspielen (in Zukunft). Diese Erweiterung bietet außerdem die Anbindung an das E2000-Bus-System, durch das es möglich ist das AVR-NET-IO-Board durch weitere Ein- und Ausgänge zu erweitern.

Das Designen von Schaltaufgaben wird in diesem Programm grafisch dargestellt, durch das ein einfaches Anpassen seiner Logikschaltungen möglich ist.

Eine Steuerung des E2000-NET-IO ist möglich durch den Intregrieten Webserver, die PC-Software (E2000-NET-IO Control) oder der Androidsoftware. All diese Können gleichzeitig auf das E2000-NET-IO zugreifen und Funktionen ausführen.

Weitere Informationen gibt es auf der Entwicklerseite: [http://www.elektronik2000.de Elektronik2000.de]

=== Bascom Version von Hütti ===

(Quelle: http://bascom-forum.de/index.php/topic,1781.45.html )
dort am Ende der Seite.

=== Ben's Bascom Quellcode ===

(Quelle: http://members.home.nl/bzijlstra/software/examples/enc28j60.htm )

Muss aber für Bascom 1.11.9.3 angepasst werden, siehe Code von Hütti !

=== U. Radigs Webserver ===

Angepasster Sourcecode von U.Radig: http://www.mikrocontroller.net/attachment/40027/Webserver_MEGA32.hex
oder selbst anpassen:
Ändere in der Datei ENC28J60.H:
#define ENC28J60_PIN_CS 4
(Quelle: http://www.mikrocontroller.net/topic/109988#988386)

Temporären Dateien (*.d, *,lst,*.o) vorher im Verzeichnis löschen ''make clean'', damit neu compiliert wird.

IP: 192.168.0.99 
User: admin 
Pass: uli1 

Den orginal SourceCode gibt's übrigens hier:http://www.ulrichradig.de/home/index.php/avr/eth_m32_ex

Bei den Fuses BOOTRST ausschalten, da die Software keinen Bootloader enthält.

IP: 192.168.1.90 
User: admin 
Pass: tim 
Test: http://beitz-online.dyndns.org 
Test: http://pieper-online.dyndns.org 

Weiterentwicklung des Radig-Codes von RoBue: 
- 1-Wire-Unterstützung (Anschlus an PORTA7) 
- PORTA0-3 digitaler Eingang (ein/aus) 
- PORTA4-6 analoger Eingang (0 - 1023) 
- LCD an PORTC 
- Schalten in Abhängigkeit von Temperatur und analogem Wert 
- (Teilweise) Administration über Weboberfläche 
- Erweiterung des cmd-Befehlsatzes für telnet/rs232 
Gedacht ist der Einsatz des AVR-NET-IO-Bausatzes für Heizungs- oder Haussteuerung) 

Test: http://avrboard.eluhost.de/ 

(Quelle: 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/43307/AVR-NET-IO_RoBue_V1.3.zip 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/44569/AVR-NET-IO_RoBue_V1.4.zip 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/46720/AVR-NET-IO_RoBue_1.5-final_hoffentlich_.zip)

Bei der Ver 1.5 sind die Ports PD2+3 fürs 4bit LCD (Ext.) vertauscht ! Gruß B.P

=== Simon Ks Webserver (uip-Stack) ===
Angepasster Sourcecode von Simon K: http://www.mikrocontroller.net/attachment/39939/uWebSrv.zip
IP: 192.168.0.93:8080 
Um diesen Code mit einem Atmega1284P verwenden zu können, muss in der main.c in Zeile 38, "TIMSK" durch "TIMSK1" ersetzt werden.
Die Fusebits für den Atmega1284p ohne Bootloader sind:
lfuse=0xFF, hfuse=0xD9, efuse=0xFF

=== Ethersex Server ===

http://www.ethersex.de - Einfach für atmega32 compilieren und funktioniert.

=== Etherrape Server ===

http://www.lochraster.org/etherrape/

ist in jedem Fall hier auch zu erwähnen zumal es sich beim etherrape um das Ursprungsprojekt von ethersex handelt.
Es scheint aber bei der Weiterentwicklung wenig zu passieren.
Ausführliche Dokumentation findet sich unter http://wiki.lochraster.org/wiki/Etherrape

=== Mini SRCP Server (kommerziell, Closed-Source)===

Damit wird die Platine zu einer Modellbahnsteuerung, die
über das Netzwerkprotokoll SRCP mit verschiedenen Programmen
gesteuert werden kann.

[http://www.7soft.de/de/mini_srcp_server/index.html Infoseite] zur Hardware
und das zugrundeliegende [http://www.der-moba.de/index.php/Digitalprojekt Digitalprojekt].

=== Avr ArtNET-Node ===

Hiermit kann die Platine zu einem Art-Net Node werden, mit dem sich ein DMX-Universe über Ethernet übertragen lässt. Basiert auf den Quellen von Ulrich Radig.

Dokumentation: [http://www.dmxcontrol.de/wiki/Art-Net-Node_f%C3%BCr_25_Euro Art-Net-Node für 25 Euro]

=== Webserver von G. Menke ===

Ein Webserver (basierend auf den Sourcen von U. Radig), der so angepasst ist, dass alle Ein- und Ausgänge wie bei der originalen Pollin-Software genutzt werden können (8xDIGOUT, 4xDIGIN, 4xADIN). Der Webserver kann daher direkt auf das Net-IO geladen werden. Im ZIP-File sind ein ReadMe und alle C-Sourcen enthalten. Download:
[http://gm.stream-center.de/webserver/ Webserver mit passender IO]

=== OpenMCP ===
'''(Projekt scheint erloschen - Links all down - Jan. 2014)'''

Tolles Projekt, welches viele Features bietet und stabil läuft. Hervorzuheben ist die Übersichtlichkeit der Programmteile/Module und die vielleicht nicht ganz komplette Dokumentation. Man merkt, dass viel Arbeit und Liebe in diesem Projekt steckt. Herausgekommen ist dabei eine einfach zu handhabende Entwicklungsumgebung. Anfänger können, dank des gut durchdachten CGI-Systems, welches sich um alle wichtigen Sachen kümmert, leicht eigene CGI implementieren. Alle Ausgaben erfolgen nur mit printf über die Standardausgabe und werden automatisch richtig per Netzwerk übertragen, dadurch ist es auch für den Anfänger recht gut geeignet, da man sich nicht mit der Netzwerkprogrammierung auseinander setzen muss.

Die Software belegt im Moment (Stand Juli 2010) ca. 55 Kb im Flash, so dass man das Board mit einem grösseren µC (z.B. ATMega644) aufrüsten muss.

[http://wiki.neo-guerillaz.de Projekt und Doku]

Der Autor stellt zwei über das Internet erreichbare Testboards bereit unter http://www.neo-guerillaz.de:81 und http://www.neo-guerillaz.de:82 die beide unter OpenMCP laufen, je auf einen AVR-NETIO mit einem ATmega644 und dem eigentlichen Board mit einem ATmega2561. Zusätzlich ist gerade eine Version für das myAVR in Arbeit die schon ordentlich Fortschritte macht.

=== OpenMLP ===
Auf openMCP basierender Port nach [http://avr.myluna.de LunaAVR] (GPL). Umfangreiche Funktionalität und direkte Anpassung an die Sprache. Abgespeckte Version auch auf Atmega32 lauffähig. Die Original-Dokumentation kann zum Großteil hergenommen werden. Einige Zusatzfeatures. Leichte Konfiguration und guter Einstieg für Anfänger und zum Verständnis der Serverfunktionalität.

[http://avr.myluna.de/doku.php?id=de:openmlp Artikelseite]
[http://forum.myluna.de/viewtopic.php?f=8&t=13 Forum]

=== ENC28J60 I/O-Webserver von Thomas Heldt ===

Ein Modul-Webserver (Softwarekompatibel zum Pollin Webserver), der durch div. Module erweitert werden kann, Software in Bascom basierend auf dem Code von Ben Zijlsta wurde erweitert und angepasst:

[http://mikrocontroller.heldt.eu/index.php?page=enc28j60-io-webserver Projekt und Software]

=== AVR-Netino ===
[http://code.google.com/p/avr-netino/ Projekt und Software]

Arduino fürs Net-IO

== Siehe auch ==
* Diskussion zu diesem Projekt: http://www.mikrocontroller.net/topic/109988
* [http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en022889 ENC28J60 Produktseite]
* [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39662c.pdf ENC28J60 Datenblatt(pdf)]
* [http://son.ffdf-clan.de Forum für AVR-Net-IO]
* [http://avr.myluna.de/doku.php?id=de:openmlp LunaAVR openMLP ]
* [http://bascom-forum.de/index.php/topic,1781.0.html Bascom Forum ]
* [http://hobbyelektronik.org/w/index.php/AVR-NET-IO-Shield Shield für den NET-IO]

[[Category:AVR-Boards]]
[[Category:Ethernet|P]]

LED-"Birnen"

2015-06-30T14:16:18Z

194.169.251.10: /* Vor- und Nachteile der LED-Lampen */

Dieser Beitrag beschreibt Aufbau und Funktion von [[LED]]-basierten Leuchtmitteln (LED-Lampen), umgangssprachlich auch manchmal als '''"LED-Birnen"''' bezeichnet.

== Einleitung ==
Immer häufiger werden neben Kompaktleuchtstofflampen (Quecksilberdampf-Niederdrucklampe) auch LED-Lampen als Ersatz für die herkömmlichen Glühfadenlampen ("Glühbirnen") verwendet. Dabei existieren kostengünstige Versionen mit Gruppen aneinander gereihter Standard-LEDs, sowie Ausführungen, die gezielt in Form klassischer Glühfadenbirnen gestaltet sind und für 230V optimierte Halbleiter enthalten.

== Vergleich mit anderen Leuchtmitteln ==
Auf den Packungen der Hersteller sind sowohl bei Kompaktleuchtstofflampen, als auch bei LED-Birnen sehr optimistische Werte für die Lebensdauer und die Helligkeit angegeben.

Seit 1. September 2013 ist die [http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2012:342:0001:0022:DE:PDF DIM II – EU 1194/2012 EU Verordnung] in Kraft, die gewisse Mindestanforderungen an die angegeben Werte gibt. Die Anforderungen werden schrittweise in 3 Stufen verschärft:
- Stufe 1: 1. September 2013,
- Stufe 2: 1. September 2014
- Stufe 3: 1. September 2016

Die Einhaltung wird durch Marktaufsichtsbehörden zu kontrollieren; Man kann sich nur selber überlegen ob eher die Marken oder Noname-Hersteller sich daran halten werden.

=== Lebensdauervergleich===
Kompaktleuchtstofflampen werden gerne mit bis zu 10.000h - LED-Lampen sogar mit bis zu 50.000h angegeben.

Für LED Lampen fordert die DIM II eine maximale Frühausfallrate von 5% nach 1000h und eine maximale Ausfallrate von 10% nach 6000h. (ab Stufe 1)

Kompaktleuchtstofflampen dürfen maximale 5% Frühausfallrate nach 500h haben und nach 6000h dürfen maximal 50% ausgefallen sein. (Stufe 1; Stufe 3: 70%)

Ein weiterer Punkt ist die alterungsbedingte Lichtstromabnahme: Nach der Richtlinie müssen für Kompaktleuchtstofflampen nach 2000h noch 80% (Stufe 2) bzw 83% nach 2000h und 70% nach 6000h (Stufe 3)

LEDs müssen nach 6000h noch mindestens 80% Lichtstrom haben. (Stufe 2)

Zum Vergleich: 50% der Glühlampen müssten >1000h (Stufe 1), 2000h (Stufe 2) bzw. für Kleinspannungslampen ab Stufe 3 4000h leben.
Dabei müssen sie bei 3/4 der obigen Lebensdauerforderung noch mindestens 80% der Helligkeit haben. Frühausfallraten wären <5% bei 200h.
Wären, da bekannterweise die Glühlampen die Anforderungen

=== Leistungsvergleich===

Nach der DIM II ist es vorgeschrieben das die Lampen oder die Verpackung den Lichtstromwert in Lumen ausweisen. Damit werden die Leuchtmittel direkt vergleichbar in Punkto Helligkeit. Zusätzlich darf die Äquivalenzwerte angegeben werden wobei die Umrechnung vom Lichtstrom vorgegeben ist. In der Regel benötigen hier dann LED-Lampen "mehr" Lumen als herkömmliche Glühlampen um die selbe Äquivalenzleistung zu haben.

Beispiel: eine GU20 40D 35W Halogen hat ca. 140lm. Die selbe Lichtmenge reicht nur für das Labeln von 25W (Äquivalent). 35W würden 230lm brauchen. (Beispiel von [http://www.lighting.philips.com/pwc_li/main/led/assets/final%20dim2-philips_presentation.pdf hier, Seite 8])

Im direketen Vergleich ist der Lichstrom sinnvoller, da hier die Augenempfindlichkeit schon berücksichtigt ist.

=== Farbwiedergabe- und Lichtfarbenvergleich ===

Auch Anforderungen an die Farbwiedergabe und an die Lichtfarbe werden in der DIM 2 formuliert:

==== Farbwiedergabe ====

Glühlampen haben per Definition einen Farbwiedergabewert Ra=100.
Für LED und Kompaktleuchtstofflampen sind die Mindestanforderungen Ra>85 (bzw. Ra>65 für Aussen- oder Industrieanwendungen). Gute Lampen gibt es aber auch mit Ra>90.

==== Lichtfarbe ====

Auch die [https://de.wikipedia.org/wiki/Farbtemperatur Lichtfarbe] muss angegeben werden. Hier ist die Einheit Kelvin und je kleiner der Wert desto "wärmer" das Licht.

Normalerweise bekommt man hier nur "warmweiss" oder 3000K.
Damit sollten die Zeiten vorbei sein wo man vom Chinamann eine 8000K LED-Lampe als warmweiss verkauft bekommt und dann sich über das blaue Licht wundert.

Bei LEDs darf maximale Farbabweichung darf hier nicht mehr als 6 [http://fastvoice.net/2013/09/18/farbkonsistenz-macadam-sdcm-wie-unterschiedlich-leuchten-leds/ Schwellwerteinheiten] sein. Der Wert sollte angegeben sein, gut Lampen erreichen hier weniger als 3 Schwellwerteinheiten.

=== Vor- und Nachteile der LED-Lampen ===

LED-Lampen haben einige Vorteile gegenüber den Kompaktleuchtstofflampen und vor allem gegenüber den Glühfadenlampen:

* Die Energieeffizienz ist in der Regel höher, als bei Kompaktleuchststofflampen
* Die Kosteneffizienz ist bei einfachen Ausführungen ähnlich gut
* Die Lichtfarbe bzw. Farbtemperatur der LED-Lampe ist flexibler und kann auf Wunsch der Glühfadenlampenfarbe besser angepasst werden. Dazu gibt es kaltweiße, warmweiße und auch farbige Ausführungen
* enthält keine leicht freisetzbaren Giftstoffe, wie Quecksilber
* erreicht bereits nach wenigen Millisekunden nach dem Einschalten die volle Leuchtkraft
* kann eine sehr lange Lebensdauer haben (meist >= 30000 Stunden)
* nach Lebensende "nur" als Elektroschrott zu entsorgen (aber kein Sondermüll wie Energiesparlampen)

Jedoch gibt es auch einige Nachteile:

* bei birnenähnlichen Designs und höheren Leistungen höherer Preis
* ähnlich wie bei ESLs befinden sich sehr viel billige Produkte am Markt, bei denen die Elektronik rasch kaputt geht
* schlechterer Farbwiedergabeindex Ra=80-95 (Glühbirne als Referenz Ra=100)
* Bei Billigprodukten oftmals starke EMV-Probleme (Störungen im Kurzwellenbereich)

=== Kostenvergleich von Energiesparlampen ===
[[Datei:Kostenvergleich-led-esl-birnen.jpg|left|300px|Kostenvergleich]]

Die Grafik zeigt 3 Fälle von Kostenrechnungen für konventionelle Glühlampen, Kompaktleuchtstofflampe (als ESL bezeichnet) und LED-Lampen.

Berechnet werden jeweils die beiden Extremfälle einer Lampe mit niedrigem Preis und hoher Lebensdauer (günstiger Fall) und einer "Montagslampe", die schnell kaputt geht, trotz hohen Preises. Daraus wird ein wahrscheinlichster Mittelwert (geometrische Mitte) - einmal für geringe und einmal für starke Nutzung gebildet.

Aufgeführt ist auch die Unterscheidung der privaten und geschäftlichen Nutzung, bei der die Beschaffungs- und Wartungszeiten viel stärker zu Buche schlagen, da ein Angestellter bezahlt werden muss. Hier zeigt sich der Vorteil der langen Nutzungsdauer der LED-Lampen besonders deutlich.

Es zeigt sich auch, dass Privatnutzer durchaus noch einen geringen Sparvorteil haben können, wenn sie auf LED-Lampen umrüsten.

Excel für eigene Berechnungen: [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/0/09/Lampenrechner.xls Lampenvergleichsrechner]

Externer Link auf Excel:
[http://shop.bioledex.de/files/BIOLEDEX-LED-Stromkosten-Rechner.xls Stromkostenrechner]

{{Absatz}}

== Bauformen ==
=== Hochvolt-LED-Lampen===

=== Niederspannungs-LED-Lampen===
==== Halogenersatzlampen ====
Üblicherweise werden Niederspannungs-LED-Lampen an einem dezentralen Transformator betrieben, wie z.B mit 24V. Mit einer geeigneten Vorschaltung zur Spannungsherabsetzung im Lampengehäuse, sind sie auch indirekt an 230V-Netzen benutzbar.

==== Betrieb von Standard-LEDs an 230V ====
[[Datei:led_230v.png|left|300px|230V-Vorschaltung]]
Mit der nebenstehenden Schaltung besteht die Möglichkeit, eine normale LED direkt an 230V anzuschließen. Diese Schaltung funktioniert so, dass die Spannung mittels Z-Dioden begrenzt wird; in diesem Fall auf 30V. Diese sind deshalb wichtig, weil die Gleichrichtdioden für hohen Frequenzanteile als Kapazität wirken und der Elko diese nicht aufnehmen kann, wodurch sie direkt auf die LEDs wirken würden. Gfs sollte dem Elko noch eine keramischer Kondensator beigefügt werden.
{{Absatz}}

[[Datei:Led an 220V.png|left|300px|230V-Schaltung]]
Statt eines Gleichrichters, kann auch eine Antiparallelschaltung von LEDs verwendet werden. Auch dabei werden beide Halbwellen genutzt. Die Ausfallwahrscheinlichkeit ist geringer, weil weniger Bauteile und vor allem kein Elko genutzt wird. Allerdings muss die Schaltung genau dimensioniert werden, d.h. die strombegrenzende Wirkung des Kondensators ist sehr wichtig. Daher werden zur Sicherheit einige in Serie geschaltet, um das Problem der Alterung oder Defektbildung zu minimieren. Die LEDs leuchten bei dieser Schaltungsform aber etwas dunkler als oben, weil kein konstanter Strom fliessen kann und man mit Rücksicht auf die Lebensdauer der LEDs nicht einfach die Spannung so erhöhen kann, dass der Effektivwert erreicht wird.
{{Absatz}}

{{warnung|Spannungen ab 60V sind lebensgefährlich!}}

== Funktion einer LED-Lampe am Beispiel==
von [[Benutzer:Didi34]]
=== Aufbau ===
[[Datei:aufbau.JPG|left|300px]]
Ich beschreibe in diesem Beitrag den Aufbau eines 4W Philips LED-Leuchtmittels mit E-14 Sockel. Über dem LED-Chip befindet sich ein Glaskolben, der in den weißen Kunststoffsockel geklebt ist. Der Glaskolben ist aus Milchglas, dies dient als Diffusor. Um näher in die Lampe zu kommen, muss der Glaskolben abgenommen werden.
{{Absatz}}

[[Datei:sockel.JPG|left|300px]]
Nun sieht man den LED-Chip in der Mitte der Lampe. Über dem Chip befindet sich eine weitere Abdeckung, die abgenommen werden muss.
{{Absatz}}

[[Datei:chip_anschluss.JPG|left|300px]]
Auf dem nächsten Bild sieht man die Aluminium-Platine, worauf sich der LED-Chip befindet. Die beiden Drähte stellen die Versorgung der LED (300V Gleichspannung) dar. Die Platine besteht aus dem Basismaterial Aluminium, um eine bessere Kühlung zu erreichen.
{{Absatz}}

=== Innenleben ===
[[Datei:platine_unten.jpg|left|300px]]
Im Inneren der LED-Lampe befindet sich folgende Platine:

Man sieht nun auf der Platine eine kleine Gleichrichterschaltung. Die Anschlüsse Blau und Braun sind Neutralleiter(N) und Außenleiter(L1) unserer Energieversorgung mit 230V Wechselspannung.
{{Absatz}}

[[Datei:platine_oben.JPG|left|300px]]

Die beiden Drähte Rot(+) und Schwarz(-) sind die Ausgänge der Schaltung. Sie führen eine Gleichspannung von 300V und werden direkt an der Aluminiumplatine der LED angeschlossen, da die LED für diese Spannung ausgelegt ist. Näheres zur Schaltung:
[http://www.mikrocontroller.net/articles/LED-Gl%C3%BChbirne#Schaltung/ Schaltung]
{{Absatz}}

==== LED-Chip ====
[[Datei:ledchip_dunkel.jpg|left|300px]]
Der LED-Chip besteht aus mehreren in Serie geschalteten LEDs. Die in Serie geschalteten LEDs sind um eine warm-weiße Farbe zu erreichen teils rot und teils weiß. Die LED ist für 300V DC ausgelegt. Auf dem LED-Chip befinden sich zwei weiße und zwei rote LED-Arrays. Die gelbe Schicht der weißen LEDs ist ein Phosphor (also ein Leuchtstoff) der aus dem blauen Licht der Kristalle weißes Licht macht.
{{Absatz}}

[[Datei:ledchip_hell.jpg|left|300px]]
Eine weitere Ansicht des LED-Chips im Betrieb unter Spannung.
{{Absatz}}

==== Schaltung ====
[[Datei:netzteilschaltung.png|left|300px|Einfache Gleichrichterschaltung für LEDs]]
Für den Betieb an Netzspannung wird ein Kondensatornetzteil verwendet, welches aus 230V AC 300V DC macht. Die Schaltung ist mit 1A abgesichert. {{Absatz}}

=== Messung ===
[[Datei:messung.bmp|left|300px|Messung]]
Es wurde zwischen dem roten und schwarzen Ausgang der oben genannten Schaltung gemessen. CH1 roter Anschluss CH2 schwarzer Anschluss.
Die rote Linie am Oszillogramm ist Die Spannung zwischen den beiden Drähten (CH1-CH2).
{{Absatz}}

{{warnung|Spannungen ab 60V sind lebensgefährlich!}}

== Interne Links ==
* [[LED]]

== Externe Links ==

* [http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode Wikipedia: LED]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Kompaktleuchtstofflampe Wikipedia: Kompaktleuchtstofflampe]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Glühlampe Wikipedia: Glühbirne ]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Kondensatornetzteil Wikipedia: Kondensatornetzteil]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Energiesparende Leuchtmittel Wikipedia: Energiesparende Leuchtmittel allgemein]

[[Kategorie:Bauteile]]
[[Kategorie:Displays und Anzeigen]]

LED-"Birnen"

2015-06-30T13:58:59Z

194.169.251.10: Da war soviel Bullshit drin das es weh tat... Aufgeräumt bis "Vor und Nachteile"

Dieser Beitrag beschreibt Aufbau und Funktion von [[LED]]-basierten Leuchtmitteln (LED-Lampen), umgangssprachlich auch manchmal als '''"LED-Birnen"''' bezeichnet.

== Einleitung ==
Immer häufiger werden neben Kompaktleuchtstofflampen (Quecksilberdampf-Niederdrucklampe) auch LED-Lampen als Ersatz für die herkömmlichen Glühfadenlampen ("Glühbirnen") verwendet. Dabei existieren kostengünstige Versionen mit Gruppen aneinander gereihter Standard-LEDs, sowie Ausführungen, die gezielt in Form klassischer Glühfadenbirnen gestaltet sind und für 230V optimierte Halbleiter enthalten.

== Vergleich mit anderen Leuchtmitteln ==
Auf den Packungen der Hersteller sind sowohl bei Kompaktleuchtstofflampen, als auch bei LED-Birnen sehr optimistische Werte für die Lebensdauer und die Helligkeit angegeben.

Seit 1. September 2013 ist die [http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2012:342:0001:0022:DE:PDF DIM II – EU 1194/2012 EU Verordnung] in Kraft, die gewisse Mindestanforderungen an die angegeben Werte gibt. Die Anforderungen werden schrittweise in 3 Stufen verschärft:
- Stufe 1: 1. September 2013,
- Stufe 2: 1. September 2014
- Stufe 3: 1. September 2016

Die Einhaltung wird durch Marktaufsichtsbehörden zu kontrollieren; Man kann sich nur selber überlegen ob eher die Marken oder Noname-Hersteller sich daran halten werden.

=== Lebensdauervergleich===
Kompaktleuchtstofflampen werden gerne mit bis zu 10.000h - LED-Lampen sogar mit bis zu 50.000h angegeben.

Für LED Lampen fordert die DIM II eine maximale Frühausfallrate von 5% nach 1000h und eine maximale Ausfallrate von 10% nach 6000h. (ab Stufe 1)

Kompaktleuchtstofflampen dürfen maximale 5% Frühausfallrate nach 500h haben und nach 6000h dürfen maximal 50% ausgefallen sein. (Stufe 1; Stufe 3: 70%)

Ein weiterer Punkt ist die alterungsbedingte Lichtstromabnahme: Nach der Richtlinie müssen für Kompaktleuchtstofflampen nach 2000h noch 80% (Stufe 2) bzw 83% nach 2000h und 70% nach 6000h (Stufe 3)

LEDs müssen nach 6000h noch mindestens 80% Lichtstrom haben. (Stufe 2)

Zum Vergleich: 50% der Glühlampen müssten >1000h (Stufe 1), 2000h (Stufe 2) bzw. für Kleinspannungslampen ab Stufe 3 4000h leben.
Dabei müssen sie bei 3/4 der obigen Lebensdauerforderung noch mindestens 80% der Helligkeit haben. Frühausfallraten wären <5% bei 200h.
Wären, da bekannterweise die Glühlampen die Anforderungen

=== Leistungsvergleich===

Nach der DIM II ist es vorgeschrieben das die Lampen oder die Verpackung den Lichtstromwert in Lumen ausweisen. Damit werden die Leuchtmittel direkt vergleichbar in Punkto Helligkeit. Zusätzlich darf die Äquivalenzwerte angegeben werden wobei die Umrechnung vom Lichtstrom vorgegeben ist. In der Regel benötigen hier dann LED-Lampen "mehr" Lumen als herkömmliche Glühlampen um die selbe Äquivalenzleistung zu haben.

Beispiel: eine GU20 40D 35W Halogen hat ca. 140lm. Die selbe Lichtmenge reicht nur für das Labeln von 25W (Äquivalent). 35W würden 230lm brauchen. (Beispiel von [http://www.lighting.philips.com/pwc_li/main/led/assets/final%20dim2-philips_presentation.pdf hier, Seite 8])

Im direketen Vergleich ist der Lichstrom sinnvoller, da hier die Augenempfindlichkeit schon berücksichtigt ist.

=== Farbwiedergabe- und Lichtfarbenvergleich ===

Auch Anforderungen an die Farbwiedergabe und an die Lichtfarbe werden in der DIM 2 formuliert:

==== Farbwiedergabe ====

Glühlampen haben per Definition einen Farbwiedergabewert Ra=100.
Für LED und Kompaktleuchtstofflampen sind die Mindestanforderungen Ra>85 (bzw. Ra>65 für Aussen- oder Industrieanwendungen). Gute Lampen gibt es aber auch mit Ra>90.

==== Lichtfarbe ====

Auch die [https://de.wikipedia.org/wiki/Farbtemperatur Lichtfarbe] muss angegeben werden. Hier ist die Einheit Kelvin und je kleiner der Wert desto "wärmer" das Licht.

Normalerweise bekommt man hier nur "warmweiss" oder 3000K.
Damit sollten die Zeiten vorbei sein wo man vom Chinamann eine 8000K LED-Lampe als warmweiss verkauft bekommt und dann sich über das blaue Licht wundert.

Bei LEDs darf maximale Farbabweichung darf hier nicht mehr als 6 [http://fastvoice.net/2013/09/18/farbkonsistenz-macadam-sdcm-wie-unterschiedlich-leuchten-leds/ Schwellwerteinheiten] sein. Der Wert sollte angegeben sein, gut Lampen erreichen hier weniger als 3 Schwellwerteinheiten.

=== Vor- und Nachteile der LED-Lampen ===

LED-Lampen haben einige Vorteile gegenüber den Kompaktleuchtstofflampen und vor allem gegenüber den Glühfadenlampen:

* Die Energieeffizienz ist in der Regel höher, als bei Kompaktleuchststofflampen
* Die Kosteneffizienz ist bei einfachen Ausführungen ähnlich gut
* Die Lichtfarbe bzw. Farbtemperatur der LED-Lampe ist flexibler und kann auf Wunsch der Glühfadenlampenfarbe besser angepasst werden. Dazu gibt es kaltweiße, warmweiße und auch farbige Ausführungen
* enthält keine leicht freisetzbaren Giftstoffe, wie Quecksilber
* erreicht bereits nach wenigen Millisekunden nach dem Einschalten die volle Leuchtkraft
* kann eine sehr lange Lebensdauer haben (meist >= 30000 Stunden)

Jedoch gibt es auch einige Nachteile:

* begrenzte Maximalleistung: LED-Lampen erreichen bei gleicher Grösse nicht dieselbe Helligkeit wie Kompaktleuchststofflampen
* hat einen grösseren Platzbedarf bei gleicher Leuchtkraft
* bei birnenähnlichen Designs und höheren Leistungen höherer Preis
* enthält schwer zu recycelnde Giftstoffe wie Arsenverbindungen
* Derzeit noch nicht in allen Elektrogeschäften verfügbar
* ähnlich wie bei ESLs befinden sich sehr viel billige Produkte am Markt, bei denen die Elektronik rasch kaputt geht
* schlechter Farbwiedergabeindex Ra=80-95 (Glühbirne als Referenz Ra=100)
*Bei Billigprodukten oftmals starke EMV-Probleme (Störungen im Kurzwellenbereich)

=== Kostenvergleich von Energiesparlampen ===
[[Datei:Kostenvergleich-led-esl-birnen.jpg|left|300px|Kostenvergleich]]

Die Grafik zeigt 3 Fälle von Kostenrechnungen für konventionelle Glühlampen, Kompaktleuchtstofflampe (als ESL bezeichnet) und LED-Lampen.

Berechnet werden jeweils die beiden Extremfälle einer Lampe mit niedrigem Preis und hoher Lebensdauer (günstiger Fall) und einer "Montagslampe", die schnell kaputt geht, trotz hohen Preises. Daraus wird ein wahrscheinlichster Mittelwert (geometrische Mitte) - einmal für geringe und einmal für starke Nutzung gebildet.

Aufgeführt ist auch die Unterscheidung der privaten und geschäftlichen Nutzung, bei der die Beschaffungs- und Wartungszeiten viel stärker zu Buche schlagen, da ein Angestellter bezahlt werden muss. Hier zeigt sich der Vorteil der langen Nutzungsdauer der LED-Lampen besonders deutlich.

Es zeigt sich auch, dass Privatnutzer durchaus noch einen geringen Sparvorteil haben können, wenn sie auf LED-Lampen umrüsten.

Excel für eigene Berechnungen: [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/0/09/Lampenrechner.xls Lampenvergleichsrechner]

Externer Link auf Excel:
[http://shop.bioledex.de/files/BIOLEDEX-LED-Stromkosten-Rechner.xls Stromkostenrechner]

{{Absatz}}

== Bauformen ==
=== Hochvolt-LED-Lampen===

=== Niederspannungs-LED-Lampen===
==== Halogenersatzlampen ====
Üblicherweise werden Niederspannungs-LED-Lampen an einem dezentralen Transformator betrieben, wie z.B mit 24V. Mit einer geeigneten Vorschaltung zur Spannungsherabsetzung im Lampengehäuse, sind sie auch indirekt an 230V-Netzen benutzbar.

==== Betrieb von Standard-LEDs an 230V ====
[[Datei:led_230v.png|left|300px|230V-Vorschaltung]]
Mit der nebenstehenden Schaltung besteht die Möglichkeit, eine normale LED direkt an 230V anzuschließen. Diese Schaltung funktioniert so, dass die Spannung mittels Z-Dioden begrenzt wird; in diesem Fall auf 30V. Diese sind deshalb wichtig, weil die Gleichrichtdioden für hohen Frequenzanteile als Kapazität wirken und der Elko diese nicht aufnehmen kann, wodurch sie direkt auf die LEDs wirken würden. Gfs sollte dem Elko noch eine keramischer Kondensator beigefügt werden.
{{Absatz}}

[[Datei:Led an 220V.png|left|300px|230V-Schaltung]]
Statt eines Gleichrichters, kann auch eine Antiparallelschaltung von LEDs verwendet werden. Auch dabei werden beide Halbwellen genutzt. Die Ausfallwahrscheinlichkeit ist geringer, weil weniger Bauteile und vor allem kein Elko genutzt wird. Allerdings muss die Schaltung genau dimensioniert werden, d.h. die strombegrenzende Wirkung des Kondensators ist sehr wichtig. Daher werden zur Sicherheit einige in Serie geschaltet, um das Problem der Alterung oder Defektbildung zu minimieren. Die LEDs leuchten bei dieser Schaltungsform aber etwas dunkler als oben, weil kein konstanter Strom fliessen kann und man mit Rücksicht auf die Lebensdauer der LEDs nicht einfach die Spannung so erhöhen kann, dass der Effektivwert erreicht wird.
{{Absatz}}

{{warnung|Spannungen ab 60V sind lebensgefährlich!}}

== Funktion einer LED-Lampe am Beispiel==
von [[Benutzer:Didi34]]
=== Aufbau ===
[[Datei:aufbau.JPG|left|300px]]
Ich beschreibe in diesem Beitrag den Aufbau eines 4W Philips LED-Leuchtmittels mit E-14 Sockel. Über dem LED-Chip befindet sich ein Glaskolben, der in den weißen Kunststoffsockel geklebt ist. Der Glaskolben ist aus Milchglas, dies dient als Diffusor. Um näher in die Lampe zu kommen, muss der Glaskolben abgenommen werden.
{{Absatz}}

[[Datei:sockel.JPG|left|300px]]
Nun sieht man den LED-Chip in der Mitte der Lampe. Über dem Chip befindet sich eine weitere Abdeckung, die abgenommen werden muss.
{{Absatz}}

[[Datei:chip_anschluss.JPG|left|300px]]
Auf dem nächsten Bild sieht man die Aluminium-Platine, worauf sich der LED-Chip befindet. Die beiden Drähte stellen die Versorgung der LED (300V Gleichspannung) dar. Die Platine besteht aus dem Basismaterial Aluminium, um eine bessere Kühlung zu erreichen.
{{Absatz}}

=== Innenleben ===
[[Datei:platine_unten.jpg|left|300px]]
Im Inneren der LED-Lampe befindet sich folgende Platine:

Man sieht nun auf der Platine eine kleine Gleichrichterschaltung. Die Anschlüsse Blau und Braun sind Neutralleiter(N) und Außenleiter(L1) unserer Energieversorgung mit 230V Wechselspannung.
{{Absatz}}

[[Datei:platine_oben.JPG|left|300px]]

Die beiden Drähte Rot(+) und Schwarz(-) sind die Ausgänge der Schaltung. Sie führen eine Gleichspannung von 300V und werden direkt an der Aluminiumplatine der LED angeschlossen, da die LED für diese Spannung ausgelegt ist. Näheres zur Schaltung:
[http://www.mikrocontroller.net/articles/LED-Gl%C3%BChbirne#Schaltung/ Schaltung]
{{Absatz}}

==== LED-Chip ====
[[Datei:ledchip_dunkel.jpg|left|300px]]
Der LED-Chip besteht aus mehreren in Serie geschalteten LEDs. Die in Serie geschalteten LEDs sind um eine warm-weiße Farbe zu erreichen teils rot und teils weiß. Die LED ist für 300V DC ausgelegt. Auf dem LED-Chip befinden sich zwei weiße und zwei rote LED-Arrays. Die gelbe Schicht der weißen LEDs ist ein Phosphor (also ein Leuchtstoff) der aus dem blauen Licht der Kristalle weißes Licht macht.
{{Absatz}}

[[Datei:ledchip_hell.jpg|left|300px]]
Eine weitere Ansicht des LED-Chips im Betrieb unter Spannung.
{{Absatz}}

==== Schaltung ====
[[Datei:netzteilschaltung.png|left|300px|Einfache Gleichrichterschaltung für LEDs]]
Für den Betieb an Netzspannung wird ein Kondensatornetzteil verwendet, welches aus 230V AC 300V DC macht. Die Schaltung ist mit 1A abgesichert. {{Absatz}}

=== Messung ===
[[Datei:messung.bmp|left|300px|Messung]]
Es wurde zwischen dem roten und schwarzen Ausgang der oben genannten Schaltung gemessen. CH1 roter Anschluss CH2 schwarzer Anschluss.
Die rote Linie am Oszillogramm ist Die Spannung zwischen den beiden Drähten (CH1-CH2).
{{Absatz}}

{{warnung|Spannungen ab 60V sind lebensgefährlich!}}

== Interne Links ==
* [[LED]]

== Externe Links ==

* [http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode Wikipedia: LED]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Kompaktleuchtstofflampe Wikipedia: Kompaktleuchtstofflampe]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Glühlampe Wikipedia: Glühbirne ]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Kondensatornetzteil Wikipedia: Kondensatornetzteil]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Energiesparende Leuchtmittel Wikipedia: Energiesparende Leuchtmittel allgemein]

[[Kategorie:Bauteile]]
[[Kategorie:Displays und Anzeigen]]