Чи може комерційно чистий титан замінити тантал як матеріал оболонки занурювального нагрівача для ліній розробки друкованих плат із використанням лужних травників?

Це особлива матеріальна проблема в лініях розробки друкованих плат із використанням лужних травників, як правило, розчинів гідроксиду натрію або калію при 50-60oC. Тантал був обраним матеріалом для занурювальних нагрівачів у цій сфері через його чудову стійкість до їдкого впливу. Однак висока вартість танталу (приблизно в 15-20 разів вища за титан) підтримує інтерес до економічно чистого титану як життєздатної заміни. Питання полягає не в тому, чи виживає титан у лужних травителях – за певних умов це так, – а в тому, чи може він відповідати надійності та терміну служби танталу в специфічному середовищі ліній проявлення друкованих плат, де хімічний склад травителя містить не лише гідроксид, але й комплексоутворювачі, поверхнево-активні речовини та сліди іонів металу з розчиненої міді. Порівняно корозійну стійкість титану 2 класу та танталу в лужних травителях ПХБ та визначено умови успішної заміни танталу на титан.

Корозійна поведінка титану в лужному середовищі
Титан має амфотерне оксидне покриття, яке є стабільним у кислому та лужному середовищах, хоча діапазон його стабільності обмежений. У розчинах гідроксиду натрію при концентраціях нижче 20% і температурах нижче 80 градусів титан класу 2 збереже пасивний шар зі швидкістю корозії нижче 0,02 мм на рік. З підвищенням концентрації або температури пасивна плівка починає розчинятися, і титан утворює розчинні форми титанату (Na 2 TiO 3 або Na 4 TiO 4 ). Титан 2-го класу піддається корозії зі швидкістю ~0,03-0,05 мм/рік при 60°C у 15% NaOH, що є типовим для ліній лужного проявлення друкованих плат, у допустимих межах для трубки зі стінкою 1,65 мм, яка, як очікується, прослужить 5-7 років.

Більш серйозною проблемою є їдке корозійне розтріскування під напругою (SCC). Титан може бути вразливим до SCC у концентрованих розчинах гідроксиду при підвищених температурах (понад 70 градусів), коли наявні залишкові напруги розтягування від згинання або зварювання труб. Небезпека SCC є мінімальною, але не є незначною при середній температурі розробки PCB від 55 до 60 C. Зварені кінці труб і механічно розширені трубні дошки мають залишкові деформації, які можуть спричинити тріщини, якщо концентрація травника зростає або відбуваються коливання температури. Однак тантал практично непроникний для каустичної SCC до 150 градусів.

Вплив травильних добавок і забруднення міддю
Комерційні лужні травильні добавки для ПХБ мають значний вплив на характеристики титану. Органічні хелатні хімічні речовини, такі як EDTA або сполуки на основі-аміаку, можуть хелатувати іони титану та прискорювати розпад пасивного шару. Поверхнево-активні речовини можуть адсорбуватися на поверхні та захищати її або дифундувати в дефекти плівки та атакувати поверхню. Найважливіше те, що розчинена мідь із протравлених плат збирається у ванні для травлення. За допомогою реакцій заміщення (Ti + Cu2+ → Ti2+ + Cu0) можна осадити металеву мідь на поверхні титану у вигляді іонів міді (Cu2+). Цей мідний відкладення утворює гальванічну пару: мідь є катодом титану в лужних розчинах, викликаючи анодне розчинення титану на кордонах відкладень. Локалізована атака під мідними відкладеннями призвела до перфорації 1,65-міліметрових титанових трубок у друкованих платах за 12-18 місяців, тоді як тантал достатньо благородний, щоб мідь не відкладалася та не викликала гальванічної атаки.

Матриця застосування: титан проти танталу для лужних нагрівачів PCB Параметр Типові умови ванни для травлення Титан, а не тантал? Очікуваний термін служби титану (1,65 мм) Пропонований матеріал
свіжий проявник без міді чиста система 10-15% NaOH або KOH 55 градусів без добавок Так, завершити 5-8 років Titanium 2 класу.
Розробник виробництва, низький вміст міді (<5 g/L) Same plus 2-5 g/L CuYes, with monitoring 3-5 years Grade 2 titanium
Виробничий проявник, високий вміст міді (5-15 г/л) Те саме плюс Cu 5-15 г/LNo, швидка атака 12-24 місяці Тантал або титан класу 7 Травник з EDTA або комплексоутворюючими сполуками NaOH 10-15% + хелатори Ні, швидка атака плівки 6-12 місяців Тільки тантал
Високотемпературна лінія (65-70 градусів) 15-20% NaOH, термічний стрес, ризик SCC Ні<12 months Tantalum
Лінія стрипперу (основа + органічний розчинник)Органічні аміни (змінні)* Пошкоджений титаном № *<6 months Tantalum or steel lined
Висновок для специфікації нагрівача друкованої плати.
Комерційно чистий титан можна розглядати як замінник танталу як матеріалу оболонки занурювального нагрівача в лініях проявлення лужних друкованих плат, але лише за певних, суворо регульованих умов: концентрація гідроксиду менше 15%, температура менше 60 градусів, розчинена мідь менше 5 г/л і відсутність агресивних комплексоутворювачів. За таких умов титан класу 2 із товщиною стінки 1,65 мм забезпечує 3-5 років служби за приблизно 5-10% вартості танталу. Якщо накопичення міді на виробничій лінії перевищує 5 г/л, або якщо на лінії використовується хелатний травитель або будь-яка інша служба, що перевищує 60 градусів, титан передчасно вийде з ладу через гальванічний вплив або каустичний SCC. За цих обставин тантал продовжує залишатися перевіреним стандартом, а спроби замінити титан призводять до непередбачуваних простоїв і забруднення ванни, що значно переважує будь-яку початкову економію матеріалів.