برای خطوط توسعه برد مدار چاپی با استفاده از اچ های قلیایی، آیا تیتانیوم خالص تجاری می تواند جایگزین تانتالوم به عنوان ماده غلاف گرمکن غوطه وری شود؟

این یک چالش مواد خاص در خطوط توسعه برای بردهای مدار چاپی با استفاده از اچ های قلیایی، معمولاً محلول های هیدروکسید سدیم یا پتاسیم در دمای 50{5}}60 درجه سانتی گراد است. تانتالوم به دلیل مقاومت عالی در برابر حملات سوزاننده، ماده انتخابی برای بخاری های غوطه وری در این سرویس بوده است. با این حال، هزینه بالای تانتالیوم (حدود 15-20 برابر تیتانیوم) علاقه به تیتانیوم خالص از نظر اقتصادی را به عنوان یک جایگزین مناسب حفظ می‌کند. سوال این نیست که آیا تیتانیوم در اچ‌کننده‌های قلیایی زنده می‌ماند یا خیر - در برخی شرایط این کار را انجام می‌دهد - اما اینکه آیا می‌تواند با قابلیت اطمینان و عمر مفید تانتالم در محیط خاص خطوط توسعه PCB که در آن شیمی اچ‌کننده نه تنها هیدروکسید، بلکه عوامل کمپلکس‌کننده، سورفاکتانت‌ها و یون‌های فلزی کمیاب از مس محلول در آن وجود دارد، مطابقت داشته باشد. مقاومت به خوردگی تیتانیوم درجه 2 و تانتالیوم در اچانتهای PCB قلیایی مقایسه شده و شرایط برای جایگزینی موفقیت آمیز تیتانیوم به جای تانتالیوم تعیین می شود.

رفتار خوردگی تیتانیوم در محیط قلیایی
تیتانیوم دارای یک پوشش اکسید آمفوتریک است که در محیط های اسیدی و قلیایی پایدار است، اگرچه محدوده پایداری آن محدود است. در محلول های هیدروکسید سدیم در غلظت های کمتر از 20 درصد و دمای زیر 80 درجه، تیتانیوم درجه 2 یک لایه غیرفعال با نرخ خوردگی کمتر از 0.02 میلی متر در سال را حفظ می کند. با افزایش غلظت یا دما، لایه غیرفعال شروع به حل شدن می کند و تیتانیوم گونه های تیتانات محلول (Na 2 TiO 3 یا Na 4 TiO 4 ) تولید می کند. تیتانیوم درجه 2 در حدود 0.03-0.05 میلی‌متر در سال در دمای 60 درجه سانتیگراد در 15 درصد NaOH خورده می‌شود، که نمونه‌ای از خطوط توسعه قلیایی PCB است، و در محدوده قابل قبول برای لوله دیواری 1.65 میلی‌متری که انتظار می‌رود 5 تا 7 سال دوام بیاورد.

مشکل جدی تر، ترک خوردگی ناشی از تنش سوزآور (SCC) است. تیتانیوم می تواند در برابر SCC در محلول های هیدروکسید غلیظ در دماهای بالا (بیش از 70 درجه) زمانی که تنش های کششی باقیمانده از خم شدن لوله یا جوش وجود دارد آسیب پذیر باشد. خطر SCC حداقل است اما در دمای متوسط ​​توسعه PCB 55 تا 60 درجه سانتیگراد قابل چشم پوشی نیست. انتهای لوله های جوش داده شده و ورق های لوله به طور مکانیکی منبسط شده دارای کرنش های باقیمانده ای هستند که ممکن است در صورت افزایش غلظت اچانت به سمت بالا یا ایجاد تغییرات دما، باعث ایجاد ترک شوند. با این حال، تانتالیوم عملاً در برابر SCC سوزاننده تا 150 درجه غیرقابل نفوذ است.

اثر افزودنی های اچانت و آلودگی مس
افزودنی‌های اچانت PCB قلیایی تجاری تأثیر چشمگیری برای عملکرد تیتانیوم دارند. مواد شیمیایی کیلیت آلی مانند EDTA یا ترکیبات مبتنی بر آمونیاک{1}} ممکن است یون های تیتانیوم را کیلیات کنند و تجزیه لایه غیرفعال را تسریع کنند. سورفکتانت ها می توانند در سطح جذب شوند و از آن محافظت کنند یا در معایب لایه پخش شوند و به سطح حمله کنند. مهمتر از همه، مس حل شده از تخته های مدار اچ شده در حمام اچانت جمع می شود. با استفاده از واکنش‌های جابجایی (Ti + Cu{6}} → Ti2+ + Cu0) می‌توان مس فلزی را بر روی سطوح تیتانیوم به صورت یون مس (Cu2+) رسوب داد. این رسوب مس یک زوج گالوانیکی را تشکیل می دهد: مس به تیتانیوم در محلول های قلیایی کاتدی است و باعث انحلال آندی تیتانیوم در مرزهای رسوبات می شود. حمله موضعی زیر رسوبات مس باعث سوراخ شدن لوله های تیتانیوم 1.65 میلی متری در کارکرد PCB در 12 تا 18 ماه شده است، در حالی که تانتالیوم به اندازه ای نجیب است که مس رسوب نمی کند یا حمله گالوانیکی ایجاد نمی کند.

ماتریس کاربرد: تیتانیوم در مقابل تانتالوم برای بخاری های PCB قلیایی پارامتر شرایط حمام معمولی برای اچینگ تیتانیوم به جای تانتالیوم؟ عمر مورد انتظار تیتانیوم (1.65 میلی متر) مواد پیشنهادی
توسعه دهنده تازه بدون سیستم تمیز مسی 10-15% NaOH یا KOH 55 درجه بدون افزودنی بله، تیتانیوم درجه 2 5-8 سال کامل.
توسعه دهنده تولید، مس کم (<5 g/L) Same plus 2-5 g/L CuYes, with monitoring 3-5 years Grade 2 titanium
توسعه دهنده تولید، مس بالا (5-15 گرم در لیتر) مشابه به علاوه مس 5-15 گرم در لیتر، حمله سریع 12-24 ماه تانتالیوم یا اچانت تیتانیوم درجه 7 با EDTA یا ترکیبات کمپلکس NaOH 10-15٪ + شلاتورها بدون، حمله سریع فیلم 6-12 ماه منحصراً تانتالم
خط دمای بالا (65-70 درجه) 15-20٪ NaOH، استرس حرارتی خطر SCC بدون<12 months Tantalum
خط استریپر (پایه + حلال آلی) آمین های آلی (متغیر)* تیتانیوم مورد حمله شماره *<6 months Tantalum or steel lined
نتیجه گیری برای PCB Heater Spec.
تیتانیوم خالص تجاری ممکن است به عنوان جایگزینی برای تانتالیوم به عنوان یک ماده غلاف گرمکن غوطه ور در خطوط توسعه PCB قلیایی در نظر گرفته شود، اما فقط در شرایط خاص و بسیار تنظیم شده: غلظت هیدروکسید کمتر از 15٪، دمای کمتر از 60 درجه، مس محلول کمتر از 5 گرم در لیتر و بدون عوامل کمپلکس تهاجمی. در چنین شرایطی، تیتانیوم درجه 2، با ضخامت دیواره 1.65 میلی متر، 3-5 سال خدمات را با حدود 5 تا 10 درصد هزینه تانتالیوم ارائه می دهد. اگر تجمع مس در خط تولید بیشتر از 5 گرم در لیتر باشد، یا اگر خط از اچانت کلات یا هر سرویسی فراتر از 60 درجه استفاده کند، تیتانیوم به دلیل حمله گالوانیکی یا SCC سوزاننده زودرس از بین می رود. در این شرایط تانتالم همچنان استاندارد ثابت شده است و تلاش برای جایگزینی تیتانیوم منجر به خرابی و آلودگی پیش‌بینی نشده حمام می‌شود که بسیار بیشتر از صرفه‌جویی در مواد اولیه است.