感光电路板之科学实验设计

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1、感光電路板之科學實驗設計*劉益宏張仲維魏慧雯胡焯淳國立臺東大學自然科學教育學系壹、前言感光電路板為一般電子學實驗中常用之材料，在一般的電子材料店很容易購得。當使用者須自行設計電路板時，可利用繪圖軟體繪製所需電路圖，以雷射印表機輸出於投影片上，經過曝光、顯影、定影等步驟而得所需電路版；一般在網路上亦可搜尋到已繪製好的電路圖以供學習使用。在電子材料行購得的材料包含(1)感光電路板(如圖一)(2)顯影劑(3)氯化鐵溶液，依照電路板內附的操作步驟，即使圖一、市售感光電路板一般人士均可自製所需的電路板。現有文獻中雖有對光化學反應加以介紹(林松還原反應、錯合反應及合金製備等。實驗香，

2、2002；薛敬和，2000)，然卻無系統性過程約需兩個小時，製作出來的成品會因介紹。本文擬以此易得的材料發展科學實不同的化學反應而有許多不同的顏色，適驗課程，介紹各式化學反應，除原有的反合培養一般大眾、高國中學生甚至國小高應外更加入錯合反應及金屬合金製備，延年級學童對化學實驗的興趣，同時對理工伸原有的知識領域並開發新的科學教育素背景的大學部學生亦可進一步驗證教科書材。中所述之實驗原理。貳、目的參、原理利用市售銅箔感光電路板蝕刻上自ㄧ、光化學反應己喜歡的圖案，來啟發大眾對化學實驗的一般市售的感光電路板上的光阻劑興趣。本實驗設計包含了數種重要的化學為正形光阻劑，其外表為綠色。

3、照光反應反應類型：光化學反應、酸鹼反應、氧化後，產生Wolff重排反應，經過水解後得到的產物產生酸基，其化學反應如圖二*為本文通訊作者所示。-31-科學教育月刊第293期中華民國九十五年十月OON2Breakbond：照光+N2RR不溶於鹼的光敏劑WolffrearrangementOOCOHH2O產生的酸與NaOH反應RR圖二、光阻劑照光後產生wolff重排反應，經水解產生酸基，此酸基可與鹼作用而被洗去。二、酸鹼中和反應(顯影)：將尚含有光阻劑的銅箔板再度放入利用氫氧化鈉與照光後之光阻劑所氫氧化鈉中可將綠色的光阻劑洗去，出現產生的酸進行酸鹼中和反應，可洗去曝光金屬銅的圖

4、樣。此步驟如步驟二所述，亦部分的光阻劑。此步驟亦可以酒精取代，可使用酒精取代氫氧化鈉，將曝光後的光經曝光後的光阻劑可直接以95%酒精拭阻劑洗去。去，而得到基本圖案。因經曝光後的光阻劑產生可溶於酒精的產物，若使用酒精即五、γ態鋅銅合金製備：為一般的溶解過程，而非酸鹼中和反應。把含銅的圖案浸入氫氧化鈉與鋅粉的混合液中且加熱。此反應第一個步驟為2-三、氧化還原反應(蝕刻)：Zn(s)與NaOH溶液反應而產生Zn(OH)42-使用氯化鐵與照光區域的銅片產生錯合離子與氫氣，第二個步驟為Zn(OH)4氧化還原反應，將金屬銅氧化為銅離子而得到兩個電子形成γ態的黃銅合金沉積溶於水中，三價

5、的鐵離子則還原為二價的在銅表面，而溶液中的鋅粉則繼續與氫氧亞鐵離子。基板上的銅被蝕刻後，露出原根離子形成錯合離子釋放出兩個電子而達來基板的顏色。到平衡狀態，此反應為自發性反應不需外加電位。此時因表面的鋅原子含量較高，四、酸鹼中和反應(鹼洗)：看起來為銀白色的圖樣。-32-感光電路板之科學實驗設計六、α態鋅銅合金製備：含量降低，轉化成較穩定的α態黃銅合金最後再把銀白色圖案的銅箔基版放而形成金黃色圖樣。其詳細的化學反應如置酒精燈上面加熱後，因為表面的鋅原子Szczepankiewixzetal.(1995)之研究。會擴散進入內部的銅，而使表面的鋅原子照光Wolffrearra

6、ngement圖四(A)顯影NaOH3+2+2+Fe+CuÎCu+Fe蝕刻(氧化還原反應)FeCl3圖五成品圖四(B)成品NaOH△heatZnNaOH△heat圖三、總反應圖示-33-科學教育月刊第293期中華民國九十五年十月肆、材料與藥品銅箔基板(10x15公分)1片0.4MNaOH500mL2.5MFeCl3500mL5MNaOH與5%Zn的混合溶液100mL塑膠盆2個檯燈1個大玻璃片1個投影片1片酒精燈1個(A)(B)伍、實驗步驟圖四、(A)感光電路板曝光中(B)曝光後1.利用雷射印表機將所欲蝕刻的圖案經鹼洗反應後之成品，以銅箔板為印於投影片上。底之綠色圖樣。2.

7、將電路板取出切割成適當大小(切割前最好先畫線)此步驟視自己想要圖5.將電路板放入氯化鐵溶液中進行蝕案大小而定。撕去保護膜，將印有圖刻，過程中亦需不斷搖晃電路板，以案的投影片置於其上，以玻璃片壓使反應均勻進行。蝕刻完畢後取出電住。路板，以清水清洗電路板上殘留的氯3.置於日光燈下約30公分，曝光約化鐵，經過此氧化還原反應後，未被15~20分鐘，如圖四(A)所示。光阻劑保護的銅氧化成銅離子，可得4.將曝光好的電路板放入NaOH溶液中以底板為底色，圖樣為綠色的成品，顯影(直至照光部份不再有綠色微粒此時若以酒精將部份綠色感光劑拭析出)，