Research

กรดกัดปริ้น Recycle ตอนที่ 2


อาจารย์กฤษณพงศ์ นันทศรี  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์​ ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
27 กันยายน 2558  

       จากตอนที่แล้วเราได้สร้างลายวงจรลงบนแผ่น PCB เรียบร้อยแล้ว หลังจากทำแบบบนแผ่น PCB แล้ว ขึ้นตอนต่อไปก็คือการกัดปริ้น กระบวนการกัดปริ้นเป็นขบวนการทางเคมี เพื่อจะนำเอาทองแดงส่วนเกินที่ไม่ใช้สำหลับเป็นลายวงจรออกไปจากผิวหน้าจากแผ่น PCB โดยทั่วไปแล้วเมื่อนึกถึงการกัด PCB แล้วเรามักจะนึกถึง สิ่งที่เรียกว่า “กรดกัดปริ้น” 

       กรดกัดปริ้นที่มีขายกันทั่วๆไปนั้น มีทั้งแบบที่มาเป็นก้อนๆ สีเหลืองๆ น้ำตาลๆ ซื่งเวลาจะนำมาใช้งานนนั้นจะต้องนำมาละลายน้ำให้เป็นของเหลวก่อนจึงจะนำมาใช้งานได้ หรืออาจจะซื้อแบบที่ผสมน้ำมาเป็นของเหลวบรรจุขวดพร้อมใช้งาน
       กรดกัดปริ้นท์ ที่จริงไม่ใช่กรดแต่ที่จริงมันเป็นเกลือคลอไรด์ของเหล็ก FeCl3 หรือที่เรียกว่า “เฟอริคคลอไรด์” เฟอริคคลอไรด์ เป็นของเสียหนึ่งในกระบวนการอุตสาหกรรม ที่เผอิญเอามากัดปริ้นท์ต่อได้ ในยุโรปหลายประเทศและอเมริกาห้ามใช้ FeCl3 มานานแล้วเพราะเกลือเหล็กบำบัดได้ยาก และเป็นมลพิษในดินและน้ำมาก เฟอริคคลอไรด์ มีข้อเสียที่สำคัญคือกำจัดยาก ตัวก้อนเกลือที่ยังไม่ได้ใช้มันจะดูดความชื้นในอากาศ ทำให้ตัวมันเหลวเยิ้มได้เอง การจัดเก็บจะต้องระวัง และสีเหลืองของมัน จะเป็นอะไรที่เลอะเทอะมาก สามารถเกาะดิดสารพัดสิ่งของ ไม่ว่าจะเสื้อผ้า อ่างน้ำ ท่อน้ำ ฯลฯ ดังนั้นในโรงงานผลิต PCB จะไม่ใช้ตัวนี้ แต่พวกเราที่ทำ PCB เองที่บ้าน จะใช้กันมาก อาจจะเพราะรู้จักอยู่ตัวเดียว แล้วก็เป็นตัวเดียวที่มีวางขายที่บ้านหม้อ ในการใช้งาน FeCl3 ในการกัดปริ้นนั้นค่อนข้างง่ายและปลอดภัยเมื่อเรานำเอาแผ่นปริ้นลงไปแช่ในสารละลาย ทองแดงก็จะค่อยๆถูกละลายออกไป เนื่องจาก Fe มีค่า E0 มากกว่าทองแดง มันจึงเปลี่ยน Cu จาก Cu0 ซึ่งเป็นของแข็งที่เกาะอยู่บน PCB ให้มาละลายใน Solution กลายเป็น Cu2+ เมื่อมี Chloride ion ในสารละลาย ทองแดงจึงแย่งจับกับ Cl กลายเป็น CuCl2 ส่วนลายที่เคลือบไว้ ไม่สัมผัสกับ FeCl3 จึงไม่ถูก oxidize โดยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นไม่มีฟองก๊าซออกมามากนัก แต่เมื่อเราใช้งานไปซักพักสารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีเขียวขึ้นทีละน้อยและประสิทธิภาพในการกัดทองแดงก็จะค่อยๆลดลงเรื่อยๆ
       คำถามที่มักจะได้ยินก็คือ หลังจากเรากัด PCB ด้วยกรดแล้วเสร็จแล้ว? หรือเสื่อมแล้ว เราจะมีวิธี กำจัดน้ำยาเหล่านี้ ได้อย่างไร? ทิ้งลงท่อได้เลยไหม ? หรือใส่ถุงใส่ขวด แล้วนำไปทิ้งถังขยะ จะปลอดภัยแค่ไหน? โดยทั่วไปๆ ในงานทำต้นแบบ PCB DIY เรามักจะ ใช้งานกรดกัดปริ้นนี้เพียงเล็กน้อย เราจึงเห็นหลายๆคนมักง่าย โดยการเททิ้งลงท่อระบายน้ำ หรือเททิ้งลงดิน ซึ่งการเททิ้งลงท่อระบายน้ำ ตัวสารละลายที่จะมีฤทธิ ในการกัดกร่อนระบบท่อระบายน้ำได้โดยเฉพาะส่วนที่เป็นโลหะ และในที่สุดก็จะไหลไปร่วมกับแหล่งน้ำ เมื่อทิ้งลงดินสารละลายก็จะไหลไปปนเปื้อนกับแหล่งน้ำได้ ทองแดงในน้ำและดินก็จะสามารถกลับมาทำร้ายเราได้ ผ่านน้ำดื่ม พืช สัตว์ และผลิตผลทางการเกษตรต่างๆ 
       การเกิดพิษขึ้นอยู่กับปริมาณที่ได้รับเข้าไป ช่องทางที่ได้รับและสภาพร่างกายของแต่ละบุคคล ทองแดงถูกดูดซึมได้ดีในกระเพาะอาหารและลำไส้ส่วนบน โดยซึมผ่านเข้าผนังลำไส้ไปที่ตับ จากนั้นจะรวมตัวกับน้ำดี แล้วถูกหลั่งออกมาบริเวณลำไส้ ขับออกไปกับอุจจาระ หรืออาจถูกดูดกลับเข้าสู่ร่างกายได้30% โดยไปสะสมที่กระดูก กล้ามเนื้อ ตับ สมอง การสะสมจะมากที่ตับและสมอง 
       เมื่อได้รับทองแดงในปริมาณมากจะทำให้เกิดความเป็นพิษต่อร่างกาย คือ คลื่นเหียนอาเจียน เกิดการอักเสบในช่องท้องและกล้ามเนื้อ ท้องเสีย การทำงานของหัวใจผิดปกติ กดระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายและอาจส่งผลให้เกิดความผิดปกติทางจิต ส่วนอาการเรื้อรังจากการได้รับติดต่อกันเป็นเวลานาน และตับทำหน้าที่บกพร่อง ไม่สามารถขับทองแดงออกจากร่างกายได้ตามปกติ จึงทำให้มีการสะสมอยู่ในร่างกายเป็นปริมาณมาก ส่งผลให้เกิดความผิดปกติของร่างกาย หรือกลุ่มอาการ Wilson' Diseases คือ ร่างกายสั่นเทาอยู่ตลอดเวลา กล้ามเนื้อแข็งเกร็ง มีน้ำมูกน้ำลายไหล ควบคุมการพูดลำบาก
       ดังนั้นถ้าจะกำจัดน้ำยากัดปริ้นที่ใช้แล้วให้ถูกต้องปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมนั้นจะต้องทำให้ทั้ง FeCl3 และ CuCl2 กลายเป็นตะกอนที่ไม่ละลายน้ำ โดยทำให้ทั้งสองอยู่ในรูปของออกไซด์ ด้วยการเติม OH- ลงไป นั่นคือ NaOH หรือ KOH เมื่อ OH- แย่งจับกับ Fe3+ และ Cu2+ ก็จะกลายเป็น complex ในรูปของตะกอนที่ไม่ละลายน้ำ มีค่าคงที่ของการละลายต่ำมาก มันจึงตกตะกอนลงสู่ก้นภาชนะ และเมื่อทำให้แห้งและเผาก็จะได้ผลึกของ Fe2O3 และ CuO จะเห็นได้ว่ามีกรรมวิธีที่ค่อนข้างยุ่งยากและวุ่นวายดังนั้นเราจึงควรเลือกใช้สารตัวอื่นในการกัดปริ้นแทนซึ่งในปัจจุบันมีตัว oxidize หลาย ๆ ตัวที่แรงและเร็วกว่า FeCl3 และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมกว่า ให้เลือกใช้ได้ เช่น “คอปเปอร์คลอไรด์” ซึ่งเป็นน้ำยาที่สามารถรีไซเคิลหรือนำมาใช้ใหม่ได้
       คอปเปอร์คลอไรด์ หรือ Cupric Chloride Acid เหมาะสำหรับใช้งานอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ถ้าจะลองวิธีนี้ที่บ้าน สามารถทำได้โดยการผสมกรดเกลือ (30%) 1 ส่วน  เข้ากับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 3% ที่ใช้ล้างแผล 2 ส่วน ต้องระวังด้วย เพราะจะเกิดควันและฟอง ให้ค่อยๆ เทกรดเกลือลงในไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ผสมให้เข้ากันดี จะได้น้ำยาใสๆ แล้วก็เอา PCB ลงแช่ ปฏิกริยาจะค่อนข้างเร็ว และสารละลายจะกลายเป็นสีเขียวใส และเมื่อใช้งานไปซักพักจนน้ำยาเริ่มเสื่อม เราสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ด้วยการเติมออกซิเจน อาจจะใช้ปั๊มลมลงไป หรือวางทิ้งไว้ในอากาศ สังเกตสีของสารละลายจะกลับเป็นสีเขียวใส ซึ่งสามารถนำมาใช้กัด PCB ได้อีก แต่ถ้ามันไม่ยอมเปลี่ยนสีกลับมา ให้เติมกรดเกลือเพิ่มเข้าไป แต่ข้อเสียของสารละลายนี้คือมีความเป็นกรด ดังนั้นถ้าโดนผิวหนังอาจจะทำให้เกิดความระคายเคืองและแสบร้อนได้ ดังนั้นถ้าโดนผิวหนังให้รีบล้างด้วยน้ำสบู่เยอะๆ และระหว่างการใช้งานนั้นจะมีฟองก๊าซที่มีอันตรายถ้าสูดดมเข้าไป ดังนั้นในระหว่างกัดปริ้นด้วยน้ำยาคอปเปอร์คลอไรด์ จึงควรทำในที่ที่อากาศถ่ายเทสะดวก
       เท่านี้เราก็จะสามารถทำแผ่น PCB ของเราเองได้อย่างง่ายดาย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และไม่จำเป็นต้องซื้อซื้อน้ำยากัดปริ้นใหม่อีกต่อไป

<< ย้อนกลับ