Đối với các dây chuyền phát triển bảng mạch in sử dụng chất ăn mòn kiềm, liệu Titan nguyên chất về mặt thương mại có thể thay thế Tantalum làm vật liệu vỏ bọc lò sưởi ngâm không?

Đây là một thách thức cụ thể về vật liệu trong dây chuyền phát triển bảng mạch in sử dụng chất ăn mòn kiềm, thường là dung dịch natri hoặc kali hydroxit ở 50-60oC. Tantalum là vật liệu được lựa chọn cho các lò sưởi ngâm trong dịch vụ này vì khả năng chống lại sự ăn da tuyệt vời của nó. Tuy nhiên, giá tantalum cao (khoảng 15{6}}20 lần so với titan) khiến người ta quan tâm đến titan nguyên chất về mặt kinh tế như một chất thay thế khả thi. Câu hỏi đặt ra không phải là liệu titan có tồn tại được trong chất ăn mòn kiềm hay không - trong một số điều kiện - mà là liệu nó có thể phù hợp với độ tin cậy và tuổi thọ sử dụng của tantalum trong môi trường cụ thể của dây chuyền phát triển PCB, nơi hóa chất ăn mòn không chỉ chứa hydroxit mà còn chứa các chất tạo phức, chất hoạt động bề mặt và các ion kim loại vết từ đồng hòa tan. Khả năng chống ăn mòn của titan cấp 2 và tantalum trong chất ăn mòn PCB kiềm được so sánh và xác định các điều kiện để thay thế thành công titan cho tantalum.

Hành vi ăn mòn của Titan trong môi trường kiềm
Titan sở hữu lớp phủ oxit lưỡng tính ổn định trong môi trường axit và kiềm, mặc dù phạm vi ổn định của nó bị hạn chế. Trong dung dịch natri hydroxit ở nồng độ dưới 20% và nhiệt độ dưới 80 độ, titan loại 2 sẽ giữ lại một lớp thụ động với tốc độ ăn mòn dưới 0,02 mm mỗi năm. Khi nồng độ hoặc nhiệt độ tăng lên, màng thụ động bắt đầu hòa tan và titan tạo ra các loại titanat hòa tan (Na 2 TiO 3 hoặc Na 4 TiO 4 ). Titan loại 2 sẽ ăn mòn ở mức ~0,03-0,05 mm/năm ở 60C trong 15% NaOH, điển hình của dây chuyền phát triển kiềm PCB, nằm trong giới hạn chấp nhận được đối với ống vách 1,65 mm dự kiến ​​có tuổi thọ từ 5-7 năm.

Vấn đề nghiêm trọng hơn là nứt do ăn mòn ứng suất ăn da (SCC). Titan có thể dễ bị tổn thương bởi SCC trong dung dịch hydroxit đậm đặc ở nhiệt độ cao (trên 70 độ) khi xuất hiện ứng suất kéo dư do uốn hoặc hàn ống. Nguy cơ SCC là tối thiểu nhưng không đáng kể ở nhiệt độ phát triển PCB trung bình từ 55 đến 60 C. Các đầu ống hàn và các tấm ống giãn nở cơ học có biến dạng dư có thể gây ra vết nứt nếu nồng độ chất ăn mòn tăng lên hoặc xảy ra chênh lệch nhiệt độ. Tuy nhiên, tantalum hầu như không thấm đối với SCC ăn da ở nhiệt độ lên tới 150 độ.

Ảnh hưởng của phụ gia Echant và ô nhiễm đồng
Các chất phụ gia khắc axit PCB có tính kiềm thương mại có tác dụng đáng kể đối với hiệu suất của titan. Các hóa chất chelat hữu cơ như EDTA hoặc các hợp chất dựa trên amoniac-có thể chelat hóa các ion titan và đẩy nhanh quá trình phân hủy của lớp thụ động. Chất hoạt động bề mặt có thể hấp phụ trên bề mặt và bảo vệ nó hoặc khuếch tán vào các vết nứt của màng và tấn công bề mặt. Điều quan trọng nhất là đồng hòa tan từ các bảng mạch bị ăn mòn sẽ tích tụ trong bể chứa chất ăn mòn. Bằng cách sử dụng các phản ứng dịch chuyển (Ti + Cu2+ → Ti2+ + Cu0), có thể lắng đọng đồng kim loại trên bề mặt titan dưới dạng các ion đồng (Cu2+). Cặn đồng này tạo thành một cặp điện: đồng ở trạng thái catốt với titan trong dung dịch kiềm, gây ra sự hòa tan anốt của titan ở ranh giới của cặn. Sự tấn công cục bộ dưới lớp lắng đọng đồng đã làm thủng các ống titan 1,65 mm khi làm nhiệm vụ PCB trong 12-18 tháng, trong khi tantalum đủ cao để đồng không lắng đọng hoặc tạo ra sự tấn công điện.

Ma trận ứng dụng: Titanium so với Tantalum cho bộ gia nhiệt PCB kiềm Thông số Điều kiện tắm điển hình để khắcTitan thay vì Tantalum?Tuổi thọ dự kiến ​​của Titan (1,65 mm) Vật liệu được đề xuất
nhà phát triển mới không có hệ thống làm sạch bằng đồng 10-15% NaOH hoặc KOH 55 độ không bổ sung Có, hoàn thành 5-8 năm Titan cấp 2.
Nhà phát triển sản xuất, đồng thấp (<5 g/L) Same plus 2-5 g/L CuYes, with monitoring 3-5 years Grade 2 titanium
Nhà phát triển sản xuất, đồng cao (5-15 g/L) Tương tự cộng với Cu 5-15 g/LKhông, tấn công nhanh 12-24 tháng Tantalum hoặc titan cấp 7 Etchant với EDTA hoặc hợp chất tạo phức NaOH 10-15% + chelatKhông, tấn công màng nhanh 6-12 tháng Riêng Tantalum
Đường nhiệt độ cao (65-70 độ ) 15-20% NaOH, ứng suất nhiệt Nguy cơ SCC Không<12 months Tantalum
Dây tẩy (bazơ + dung môi hữu cơ)Amin hữu cơ (có thể thay đổi)* Số lượng titan bị tấn công *<6 months Tantalum or steel lined
Kết luận cho thông số kỹ thuật của lò sưởi PCB.
Titan tinh khiết về mặt thương mại có thể được coi là vật liệu thay thế cho tantalum làm vật liệu vỏ bọc gia nhiệt ngâm trong dây chuyền phát triển PCB kiềm, nhưng chỉ trong một số điều kiện được quản lý chặt chẽ: nồng độ hydroxit dưới 15%, nhiệt độ dưới 60 độ, đồng hòa tan dưới 5 g/L và không có tác nhân tạo phức mạnh. Trong những điều kiện như vậy, titan Loại 2, với độ dày thành 1,65 mm, có thời gian sử dụng 3-5 năm với mức giá bằng khoảng 5-10% chi phí tantalum. Nếu lượng đồng tích tụ trên dây chuyền sản xuất lớn hơn 5 g/L hoặc nếu dây chuyền sử dụng chất ăn mòn chelat hoặc bất kỳ dịch vụ nào vượt quá 60 độ thì titan sẽ sớm bị hỏng do tấn công điện hoặc SCC ăn da. Trong những trường hợp này, tantalum tiếp tục là tiêu chuẩn đã được chứng minh và những nỗ lực thay thế titan sẽ dẫn đến thời gian ngừng hoạt động không lường trước được và tình trạng ô nhiễm trong bể vượt xa mọi khoản tiết kiệm vật liệu ban đầu.