У линијама за гравирање ПЦБ-а које користе бакров хлорид, која максимална радна температура може да издржи титанијумски потопни грејач без корозије на прирубничким спојевима?

Линије за нагризање штампаних плоча које користе бакров хлорид (ЦуЦл2) као главни нагризач раде под неким јединственим агресивним условима: висока концентрација хлорида (150-250 г/Л), високе температуре потребне за контролу брзине нагризања и присуство бакрових и бакрових јона који стварају јака оксидирајућа окружења. Ови системи су генерално специфицирани за грејаче за урањање од титанијума, због одличне отпорности на хлоридну тачку у условима оксидације, али посебан начин квара, корозија у пукотинама на прирубничким спојевима, навојним спојевима и спојевима са заптивком, ограничава максималну безбедну радну температуру. Ћелије за диференцијалну аерацију могу да се формирају у стагнирајућим деловима између прирубнице грејача од титанијума и полимерне заптивке или различите металне монтажне плоче и могу да изазову корозију у пукотинама. Док титан има добру отпорност на удубљење у расутом раствору бакровог хлорида до 60 степени, хемија унутар пукотина може се драматично променити, што доводи до убрзаног напада и перфорације прирубнице за неколико недеља. У овом чланку максимална радна температура титанијумских грејача у линијама за нагризање ПЦБ-а дефинисана је као функција облика пукотина, садржаја хлорида и оксидационе моћи раствора бакрових јона.

Механизам пукотине корозије у растворима бакровог хлорида
Процес корозије у пукотинама титанијума у ​​подешавањима која садрже хлорид- одвија се кроз неколико добро утврђених фаза. Раствор бакровог хлорида (концентрација Цу^2+ обично 1,5–2,5 М, концентрација Цл^- 3–5 М) у почетку има веома јак оксидациони потенцијал због редокс пара Цу^2+/Цу^+. Стандардни потенцијал редукције за Цу 2+ + е- ? Цу + је око +0.153 В у односу на СХЕ, али у концентрованим растворима хлорида потенцијал може бити висок од +0.4 до +0.6 В према. ОНА путем комплексне формације. У овим великим условима титанијум Граде 2 је пасиван са стабилним ТиО2 филмом. – Дифузија кисеоника је ограничена у пукотину која настаје када ПТФЕ или полипропиленска заптивка удари у титанијумску прирубницу. Катодне реакције гутају првобитно постојећи кисеоник и формира се зона{24}осиромашена кисеоником. У недостатку кисеоника, титан се анодно раствара, користећи Цл⁻ јоне и формирајући Ти³⁺ и Ти⁴⁺ врсте. Хидролиза ових јона титанијума доводи до јона водоника (Х+) који снижавају пХ пукотине са скоро неутралног (пХ 6-7) на пХ 1-2.

У растворима бакровог хлорида, хемија пукотина је додатно погоршана хемијом јона бакра. Јони бакра у пукотини се редукују у јоне бакра (Цу⁺) или метални бакар, трошећи оксидирајуће врсте које би иначе репасивирале титанијум. Добијени депозит бакра у пукотини служи као катодно место које даље подстиче анодно растварање суседног титанијума. Овај аутокаталитички процес, када се једном покрене, повећава напад на пукотине и има стопе ширења у растворима бакровог хлорида на 50 степени забележене на 0,5 до 2,0 мм годишње, што је довољно за перфорацију прирубнице грејача дебљине 1,65 мм за један до четири месеца. Корозија пукотина се разликује од удубљења по томе што доводи до широког и подрезаног напада, који брзо нарушава интегритет заптивања прирубница.

Зависност од температуре иницијације пукотина
Критична температура пукотина (ЦЦТ) за титанијум степена 2 у растворима бакровог хлорида је температура изнад које ће напад пукотина почети у одређеном временском периоду, обично 72 сата изложености под конвенционалним околностима испитивања (АСТМ Г78-15 техника која користи више склопова пукотина). Експериментални подаци из тестирања урањањем откривају да је за синтетички ПЦБ нагризач од 200 г/Л ЦуЦл2.2Х2О (приближно . 170 г/Л Цл-) при пХ 0,8 (подешено са ХЦл), ЦЦТ за титанијум степена 2 са ПТФЕ3 степеном испирања пукотина је ПТФЕ35. На 35 степени или нижим температурама након 1000 сати није откривен напад пукотина. Мања пенетрација у пукотину (0,1 мм) је примећена након 500 сати на 40 степени. Сви тестни узорци указују на напад кроз пукотину на 50 степени у року од 200 сати. Перфорација пукотина на 60 степени је мање од 72 сата.

У међувремену, за титанијум степена 7 (Ти-0,15Пд), ЦЦТ у истом раствору бакровог хлорида се повећава до ца. 55 степена. Смањење резидуалног бакровог јона катализованог садржајем паладијума промовише спонтану репасивацију у окружењу пукотина, одржавајући племенитији потенцијал чак и под ограниченим условима масовног транспорта. Узорци степена 7 на 60 степени, са површинским нападом пукотина (пенетрација 0,05-0,1 мм) након 1000 сати, али без перфорације кроз зид. На 70 степени, степен 7 показује значајан напад пукотина са стопама пенетрације већим од 0,5 мм/годишње. Ови подаци дефинишу максималну безбедну радну температуру титанијумског грејача за урањање степена 2 у бакровом хлорид ПЦБ нагризају како би се избегла корозија пукотина на прирубничким спојевима као 35 степени. Сигурна максимална температура за титанијум 7 је 55 степени.

Ефекти дизајна и геометрије прирубнице
Није свака пукотина подједнако штетна. Важни фактори су ширина пукотина, дубина пукотина и однос спољашње површине према унутрашњој површини пукотина. Испитивање према АСТМ Г78 показује да најтеже услове стварају празнине мањих од 0,1 мм, што је типично за добро{4}}затегнуте ПТФЕ заптивке на машински обрађеној површини прирубнице, јер уски зазор максимизира ограничење дифузије кисеоника и стагнације раствора. Празнине од 0,1 до 0,25 мм производе јачину напада у средњем опсегу, са празнинама већим од 0,5 мм обично омогућавају довољно размене раствора да се избегне аутокаталитичко закисељавање. Парадоксално, меке еластомерне заптивке (Витон, ЕПДМ) на прирубницама грејача од титанијума које прихватају површинске недостатке, али не постижу контакт са нултим-зазором, могу повећати отпорност на пукотине у поређењу са крутим ПТФЕ заптивачима који постижу скоро-савршено заптивање.

Завршна обрада површине прирубнице ће такође утицати на ЦЦТ. Механички полиране прирубнице (Ра 0,4 µм) имају бољу отпорност на пукотине него -обрађене (Ра 1,6 µм) или киселе површине. Полирана површина минимизира количину микро-пукотина и уклања површинске џепове који задржавају стагнирајући раствор. Оптимални дизајн за сервис бакровог хлорида на температурама изнад 40 степени су заварени прирубнички спојеви, у којима је цев грејача заварена директно на титанијумску монтажну плочу без посебне заптивке, чиме се у потпуности елиминише пукотина. Али заварене прирубнице отежавају замену грејача и квалитет завара мора бити пажљиво контролисан како би се избегла преосетљивост зоне{9}}захваћене топлотом.

Матрица максималне радне температуре грејача за нагризање ПЦБ-а
Табела 1 комбинује податке о корозији у пукотинама, температурна ограничења и опције дизајна прирубница да би се дале изводљиве радне границе за линије за нагризање бакровог хлорида. Све вредности претпостављају урањање у газирани материјал за нагризање са типичним мењањем ПЦБ купатила (потпуна замена сваке 2-4 недеље).

Конфигурација грејача Тип прирубнице/заптивке у купатилу Цл⁻ (г/Л) Максимална безбедна радна температураВреме до перфорације пукотина (прирубница од 1,65 мм)
Grade 2 titanium flange PTFE gasket, 0.1 mm gap (torqued) 150-200 30°C >24 месеца (30 степени); 2-3 месеца (50 степени)
Титанијум степена 2, полирана прирубница Витон заптивка, регулисани зазор 0,3 мм 150-200 35 степен 12-18 месеци (на 35 степени); 4-6 месеци (на 45 степени)
Титанијум степен 2, заварена прирубница са пуним продором (без заптивке) 150-200 40 степен 8-12 месеци (на 40 степени); ограничена удубљењем, а не пукотином
Titanium grade 7 machined flange PTFE gasket torqued 150-200 50°C >24 месеца (50 степени) 6-8 месеци (60 степени)
Титанијум 7 степена, ЕПДМ заптивка полиране прирубнице, размак од 0,25 мм 200-250 55 степен 18-24 месеца (55 степени); заваривање пожељно изнад 55 степени
Титанијум степена 7 Заварена прирубница са заваром растерећеним напрезањем 200-250 60 степена Пукотине су уклоњене; питтинг регулише живот (обично 3-5 година)
Оперативне варијабле које утичу на границе температуре
The maximum safe operating temperatures calculated above are based on typical PCB etching bath conditions: pH 0.5-1.0 (adjusted with HC1), cupric ion concentration 150-250 g/L CuCl2-2H2O and aeration by normal bath circulation. Any departure from these standards will lead to a drastic change in CCT. At higher pH (>1.5), ризик од корозије пукотина је смањен јер раствор у расутом стању има мање агресивну хемију хлорида и нижу концентрацију водоничних јона. Међутим, брзине нагризања ПЦБ-а опадају на неприхватљиво ниске нивое изнад пХ 1,2 и стога пХ не може да се повећа без пада производног протока. Додавање органских адитива (инхибитора корозије, сурфактаната или појачивача брзине нагризања) може побољшати или умањити отпорност на пукотине. Неки инхибитори на бази бензотриазола формирају заштитне филмове и резултирају повећањем ЦЦТ за 5-10 степени, док је познато да јонски сурфактанти продиру у пукотине и убрзавају напад.

Прозрачивање и мешање купатила су од кључне важности. Активно прскање ваздухом или кисеоником одржава већи редокс потенцијал у расутом раствору и промовише транспорт кисеоника у отворе пукотина, подижући ЦЦТ за 8-12 степени и за Граде 2 и Граде 7. Линије за гравирање ПЦБ-а природном конвекцијом имају стопе корозије у пукотинама које су знатно веће од оних које користе потопљене шипке за распршивање или млазни агрегат. С друге стране, најтеже ситуације у пукотинама се јављају у статичним купатилима или водовима са повременом циркулацијом (нпр. ноћна искључења) пошто стационарни интервали омогућавају потпуно исцрпљивање кисеоника унутар пукотина.

Практичне смернице за спецификацију грејача
За уобичајену циљну температуру од 45-50 степени (оптимално за брзину нагризања и квалитет бочних зидова) за објекте за производњу ПЦБ-а који раде на линијама за јеткање бакров хлоридом, титанијумски потопни грејачи 2. степена са прирубничким прикључцима нису прикладни независно од дебљине зида. Предвиђени век трајања корозије у пукотинама за степен 2 је три до шест месеци на 45 степени, што узрокује прерану контаминацију каде јонима титанијума (који ометају хемију гравирања) и непланирана обустава производње. Инжењери треба да одреде титанијум степена 7 са завареним прирубницама (препоручено) или да направе систем грејача да ради на нижим температурама (макс. 35 степени) са коригованим временом нагризања за рад на 45-50 степени.

За нове инсталације линије за гравирање ПЦБ-а, најпоузданији избор је грејач од титанијума степена 7 где су цев и монтажна прирубница направљене од једног комада кованог титанијума елиминишући све пукотине осим оних на електричним улазима. Тамо где су прирубнички прикључци неопходни – обично за грејаче који се повремено морају уклањати ради чишћења – наведите титанијум степена 7 са полираним површинама прирубница, ЕПДМ заптивкама компримованим до регулисаног размака од 0,2-0,3 мм и активном циркулацијом купатила која се одржава током периода мировања. У овим подешавањима, прирубница Граде 7 дебљине 1,65 мм даје пет година рада на 50 степени и три године на 55 степени.

Закључак Инжењери линије за гравирање ПЦБ-а
Максимална радна температура за грејач титанијума за урањање у бакров хлорид ПЦБ нагризајућег материјала није ограничена отпорношћу на питтинг у расутом раствору, већ подложношћу корозији у пукотинама на прирубничким спојевима и спојевима са заптивкама. Безбедна граница је 35 степени -изнад ове температуре, напад пукотина се дешава у року од месеци за титанијум степена 2 и доводи до перфорације која контаминира купатило и зауставља производњу. За титанијум степена 7, безбедна граница је подигнута на 55 степени, са полираним површинама прирубница и контролисаним празнинама заптивки. Могућ је рад степена 7 до 60 степени, а конструкција заварене прирубнице чини пукотине прошлошћу. Када одређују грејач за нагризање ПЦБ-а, инжењери треба да дефинишу не само жељену температуру купатила и концентрацију хлорида, већ и дизајн прирубнице, материјал заптивке и да ли ће купатило бити у непрекидном мешању или у мировању. Овај ниво детаља осигурава да ће добављач обезбедити конфигурацију грејача која одговара стварном ризику од корозије пукотина и елиминише уобичајени режим квара који је одговоран за преко 80% замене титанијумских грејача у сервису за гравирање ПЦБ-а.