За линије за развијање штампаних плоча које користе алкалне једилице, може ли комерцијално чисти титанијум да замени тантал као материјал омотача имерзионог грејача?

Ово је посебан изазов за материјале у развојним линијама за штампане плоче које користе алкалне нагризајуће материје, обично растворе натријум или калијум хидроксида на 50-60оЦ. Тантал је био материјал избора за урањајуће грејаче у овом сервису због своје одличне отпорности на каустичне нападе. Међутим, висока цена тантала (око 15-20 пута већа од титанијума) одржава интересовање за економски чист титанијум као одрживу замену. Питање није да ли титанијум опстаје у алкалним нагризајима - јесте, под неким условима - већ да ли може да одговара поузданости и веку трајања тантала у специфичном окружењу линија за развој ПЦБ-а где хемија за нагризање садржи не само хидроксид већ и агенсе за комплексирање, површински активне материје и металне јоне у траговима из раствореног бакра. Упоређена је отпорност на корозију титанијума и тантала степена 2 у алкалним нагризајима за ПЦБ и утврђени су услови за успешну замену титанијума за тантал.

Корозионо понашање титанијума у ​​алкалним медијима
Титанијум поседује омотач од амфотерног оксида који је стабилан у киселим и алкалним срединама, иако је опсег његове стабилности ограничен. У растворима натријум хидроксида при концентрацијама испод 20% и температурама испод 80 степени, титанијум 2. степена ће задржати пасивни слој са стопама корозије испод 0,02 мм годишње. Са порастом концентрације или температуре, пасивни филм почиње да се раствара и титанијум производи растворљиве врсте титаната (На 2 ТиО 3 или На 4 ТиО 4 ). Титанијум 2. степена ће кородирати при ~0,03-0,05 мм/год на 60Ц у 15% НаОХ, типично за ПЦБ алкалне развојне линије, у границама прихватљивих за зидну цев од 1,65 мм која ће трајати 5-7 година.

Озбиљнији проблем је пуцање од корозије од каустичног стреса (СЦЦ). Титанијум може бити осетљив на СЦЦ у концентрованим растворима хидроксида на повишеним температурама (преко 70 степени) када су присутни заостали затезни напони услед савијања цеви или заваривања. Опасност од СЦЦ је минимална, али није занемарљива при просечној температури развоја ПЦБ-а од 55 до 60 Ц. Заварени крајеви цеви и механички проширени цевни листови имају заостала напрезања која могу да изазову пукотине ако концентрација нагризања расте или дође до температурних одступања. Међутим, тантал је практично непропустан за каустични СЦЦ до 150 степени.

Утицај адитива за нагризање и контаминације бакром
Комерцијални алкални ПЦБ адитиви за јеткање имају драматичан ефекат на перформансе титанијума. Органске хелатне хемикалије као што су ЕДТА или једињења на бази амонијака- могу хелирати јоне титанијума и убрзати дезинтеграцију пасивног слоја. Сурфактанти се могу адсорбовати на површини и заштитити или дифундовати у недостатке филма и напасти површину. Најважније је да се растворени бакар са угравираних плоча сакупља у кади за нагризање. Коришћењем реакција померања (Ти + Цу2+ → Ти2+ + Цу0) могуће је наношење металног бакра на површине титанијума као јона бакра (Цу2+). Ова наслага бакра формира галвански пар: бакар је катодан титанијуму у алкалним растворима, што изазива анодно растварање титанијума на границама наслага. Локализовани напад испод наслага бакра је пробушио титанијумске цеви од 1,65 мм у раду ПЦБ-а за 12-18 месеци, док је тантал довољно племенит да се бакар не таложи или не производи галвански напад.

Матрица за примену: Титан у односу на тантал за алкалне ПЦБ грејаче Параметар Типични услови купатила за јеткање Титанијума уместо тантала? Очекивани животни век титанијума (1,65 мм) Предложени материјал
свеж развијач без бакра чисти систем 10-15% НаОХ или КОХ 55 степени без додатака Да, комплетно 5-8 година Титанијум 2. степена.
Програмер производње, мало бакра (<5 g/L) Same plus 2-5 g/L CuYes, with monitoring 3-5 years Grade 2 titanium
Производни развијач, висок ниво бакра (5-15 г/Л) Исто плус Цу 5-15 г/ЛНо, брзи напад 12-24 месеци Тантал или титанијум 7 степена једињење са ЕДТА или комплексним једињењима НаОХ 10-15% + хелаториНе, брзи напад филмом 6-12 месеци Искључиво тантал
Линија високе температуре (65-70 степени) 15-20% НаОХ, термички стрес, ризик од СЦЦ Не<12 months Tantalum
Линија за скидање (база + органски растварач)Органски амини (варијабилна)* Титанијум нападнут бр. *<6 months Tantalum or steel lined
Закључак за ПЦБ грејач Спец.
Комерцијално чист титанијум се може сматрати заменом за тантал као материјал омотача за грејаче у алкалним линијама за развијање ПЦБ-а, али само под одређеним, високо регулисаним условима: концентрација хидроксида мања од 15%, температура мања од 60 степени, растворени бакар мање од 5 г/Л и без агресивних агенаса за формирање комплекса. У таквим условима, титанијум 2. степена, са дебљином зида од 1,65 мм, нуди 3-5 година рада уз око 5-10% цене тантала. Ако је накупљање бакра на производној линији веће од 5 г/Л, или ако линија користи хелатирани нагризајући материјал или било коју услугу изнад 60 степени, онда ће титан прерано отказати због галванског напада или каустичног СЦЦ-а. У овим околностима тантал је и даље доказани стандард, а покушаји да се замени титанијум резултирају неочекиваним застојима и контаминацијом у купатилу који далеко надмашују сваку почетну уштеду материјала.