알칼리 에칭제를 사용하는 인쇄 회로 기판 개발 라인의 경우 침수 히터 피복 재료로서 상업적으로 순수 티타늄이 탄탈륨을 대체할 수 있습니까?

이는 일반적으로 50-60oC에서 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 용액과 같은 알칼리 에칭액을 사용하는 인쇄 회로 기판 개발 라인에서 특히 중요한 문제입니다. 탄탈륨은 부식성 공격에 대한 탁월한 저항성으로 인해 이 서비스에서 침수식 히터로 선택되는 재료입니다. 그러나 탄탈륨의 높은 가격(티타늄의 약 15-20배)으로 인해 경제적으로 순수한 티타늄이 실행 가능한 대체재로서 관심을 유지하고 있습니다. 문제는 티타늄이 알칼리 에칭액에서 살아남는지 여부가 아니라(일부 조건에서는 그렇습니다) 에칭액 화학에 수산화물뿐만 아니라 착화제, 계면활성제 및 용해된 구리의 미량 금속 이온이 포함되어 있는 PCB 개발 라인의 특정 환경에서 티타늄이 탄탈륨의 신뢰성과 사용 수명과 일치할 수 있는지 여부입니다. 알칼리성 PCB 에칭액에 포함된 2등급 티타늄과 탄탈륨의 내식성을 비교하고 탄탈륨을 티타늄으로 성공적으로 대체하기 위한 조건을 결정합니다.

알칼리 매체에서 티타늄의 부식 거동
티타늄은 안정성 범위가 제한되어 있지만 산성 및 알칼리성 환경에서 안정적인 양쪽성 산화물 코팅을 보유하고 있습니다. 농도가 20% 미만이고 온도가 80도 미만인 수산화나트륨 용액에서 2등급 티타늄은 부식 속도가 연간 0.02mm 미만인 수동층을 유지합니다. 농도나 온도가 증가하면 부동태 피막이 용해되기 시작하고 티타늄은 용해성 티탄산염 종(Na 2 TiO 3 또는 Na 4 TiO 4 )을 생성합니다. 2등급 티타늄은 일반적인 PCB 알칼리 현상 라인인 15% NaOH의 60C에서 ~0.03-0.05mm/yr로 부식됩니다. 이는 5-7년 동안 지속될 것으로 예상되는 1.65mm 벽 튜브의 허용 한계 내에 있습니다.

더 심각한 문제는 가성응력부식균열(SCC)이다. 티타늄은 튜브 굽힘이나 용접으로 인해 잔류 인장 응력이 존재할 때 높은 온도(70도 이상)에서 농축된 수산화물 용액에서 SCC에 취약할 수 있습니다. SCC의 위험은 최소화되지만 평균 PCB 개발 온도인 55~60°C에서는 무시할 수 없습니다. 용접된 튜브 끝과 기계적으로 확장된 튜브 시트에는 에칭액 농도가 위로 올라가거나 온도 편차가 발생할 경우 균열을 유발할 수 있는 잔류 변형이 있습니다. 그러나 탄탈륨은 최대 150도까지 가성 SCC에 거의 영향을 받지 않습니다.

식각액 첨가제와 구리 오염의 영향
상업용 알칼리성 PCB 에칭제 첨가제는 티타늄 성능에 극적인 영향을 미칩니다. EDTA 또는 암모니아- 기반 화합물과 같은 유기 킬레이트 화학물질은 티타늄 이온을 킬레이트화하고 수동층의 분해 속도를 높일 수 있습니다. 계면활성제는 표면에 흡착되어 표면을 보호하거나 필름의 결함으로 확산되어 표면을 공격할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 에칭된 회로 기판에서 용해된 구리가 에칭액 수조에 모인다는 것입니다. 치환 반응(Ti + Cu2+ → Ti2+ + Cu0)을 사용하면 티타늄 표면에 금속 구리를 구리 이온(Cu2+)으로 증착할 수 있습니다. 이 구리 침전물은 갈바니 쌍을 형성합니다. 구리는 알칼리성 용액에서 티타늄에 음극을 나타내어 침전물 경계에서 티타늄의 양극 용해를 유발합니다. 구리 침전물 아래의 국부적인 공격으로 인해 PCB 작업에서 12~18개월 만에 1.65mm 티타늄 튜브가 천공된 반면, 탄탈륨은 구리가 침전되거나 갈바닉 공격을 일으키지 않을 만큼 충분히 귀합니다.

응용 매트릭스: 알칼리성 PCB 히터의 티타늄 대 탄탈륨 매개변수 에칭을 위한 일반적인 조 조건 탄탈륨이 아닌 티타늄? 예상 티타늄 수명(1.65mm) 권장 재료
신선한 현상액 구리 없음 클린 시스템 10-15% NaOH 또는 KOH 55도 추가 없음예, 5-8년 완료 2등급 티타늄.
생산개발자, 저구리(<5 g/L) Same plus 2-5 g/L CuYes, with monitoring 3-5 years Grade 2 titanium
생산 현상액, 고 구리(5-15g/L) 동일 + Cu 5-15g/L아니요, 빠른 공격 12-24개월 탄탈륨 또는 7등급 티타늄 EDTA 또는 복합 화합물 NaOH 10-15% + 킬레이트제 포함아니요, 빠른 필름 공격 6-12개월 탄탈륨 단독
고온 라인(65~70도) 15~20% NaOH, 열 스트레스SCC 위험 없음<12 months Tantalum
스트리퍼 라인(염기+유기용매)유기아민(가변)* 티타늄 공격 No.*<6 months Tantalum or steel lined
PCB 히터 사양에 대한 결론.
상업적으로 순수한 티타늄은 알칼리성 PCB 개발 라인에서 침지 히터 외피 재료로 탄탈륨을 대체하는 것으로 간주될 수 있지만 엄격하게 규제된 특정 조건에서만 가능합니다. 수산화물 농도 15% 미만, 온도 60도 미만, 용존 구리 5g/L 미만, 공격적인 착화제 없음. 이러한 조건에서 벽 두께가 1.65mm인 2등급 티타늄은 탄탈륨 비용의 약 5~10%로 3{9}}5년의 수명을 제공합니다. 생산 라인의 구리 축적량이 5g/L보다 크거나 라인에서 킬레이트 에칭액 또는 60도를 초과하는 서비스를 사용하는 경우 티타늄은 갈바닉 공격이나 부식성 SCC로 인해 조기에 파손됩니다. 이러한 상황에서 탄탈륨은 계속해서 입증된 표준이며 티타늄을 대체하려는 시도는 예상치 못한 가동 중지 시간과 초기 재료 절약보다 훨씬 큰 용액 오염을 초래합니다.