Para linhas de desenvolvimento de placas de circuito impresso usando agentes alcalinos, o titânio comercialmente puro pode substituir o tântalo como material de bainha de aquecedor de imersão?

Este é um desafio material específico nas linhas de desenvolvimento de placas de circuito impresso que utilizam agentes corrosivos alcalinos, geralmente soluções de hidróxido de sódio ou potássio a 50-60oC. O tântalo tem sido o material escolhido para aquecedores de imersão neste serviço devido à sua excelente resistência ao ataque cáustico. No entanto, o alto custo do tântalo (cerca de 15-20 vezes o do titânio) mantém o interesse no titânio economicamente puro como um substituto viável. A questão não é se o titânio sobrevive em agentes alcalinos - sobrevive, sob algumas condições - mas se pode igualar a confiabilidade e a vida útil do tântalo no ambiente específico das linhas de desenvolvimento de PCB onde a química do ácido contém não apenas hidróxido, mas também agentes complexantes, surfactantes e vestígios de íons metálicos de cobre dissolvido. A resistência à corrosão do titânio Grau 2 e do tântalo em agentes corrosivos alcalinos de PCB é comparada e as condições para a substituição bem-sucedida do titânio por tântalo são determinadas.

Comportamento de corrosão do titânio em meios alcalinos
O titânio possui um revestimento de óxido anfotérico que é estável em ambientes ácidos e alcalinos, embora a sua faixa de estabilidade seja limitada. Em soluções de hidróxido de sódio em concentrações abaixo de 20% e temperaturas abaixo de 80 graus, o titânio Grau 2 reterá uma camada passiva com taxas de corrosão abaixo de 0,02 mm por ano. Com o aumento da concentração ou da temperatura, o filme passivo começa a se dissolver e o titânio produz espécies de titanato solúveis (Na 2 TiO 3 ou Na 4 TiO 4 ). O titânio de grau 2 irá corroer a ~0,03-0,05 mm/ano a 60°C em 15% de NaOH, típico de linhas de desenvolvimento alcalinas de PCB, bem dentro dos limites aceitáveis ​​para um tubo de parede de 1,65 mm com duração prevista de 5 a 7 anos.

O problema mais sério é a fissuração por corrosão sob tensão cáustica (SCC). O titânio pode ser vulnerável ao SCC em soluções concentradas de hidróxido em temperaturas elevadas (acima de 70 graus) quando tensões de tração residuais estão presentes devido à dobra ou soldagem do tubo. O perigo de SCC é mínimo, mas não negligenciável na temperatura média de desenvolvimento de PCB de 55 a 60 C. As extremidades dos tubos soldados e as placas dos tubos expandidas mecanicamente têm deformações residuais que podem induzir rachaduras se a concentração do agente corrosivo aumentar ou ocorrerem variações de temperatura. No entanto, o tântalo é virtualmente impermeável ao SCC cáustico até 150 graus.

Efeito de aditivos de ataque e contaminação de cobre
Os aditivos corrosivos alcalinos comerciais para PCB têm um efeito dramático no desempenho do titânio. Produtos químicos quelantes orgânicos, como EDTA ou compostos à base de{1}amônia, podem quelar íons de titânio e acelerar a desintegração da camada passiva. Os surfactantes podem ser adsorvidos na superfície e protegê-la ou difundir-se nas falhas do filme e agredir a superfície. Mais importante ainda, o cobre dissolvido das placas de circuito gravadas é coletado no banho de corrosão. Pelo uso de reações de deslocamento (Ti + Cu2+ → Ti2+ + Cu0) é possível depositar cobre metálico em superfícies de titânio como íons de cobre (Cu2+). Este depósito de cobre forma um par galvânico: o cobre é catódico ao titânio em soluções alcalinas, causando dissolução anódica do titânio nas bordas dos depósitos. O ataque localizado sob depósitos de cobre perfurou tubos de titânio de 1,65 mm em serviço de PCB em 12 a 18 meses, enquanto o tântalo é nobre o suficiente para que o cobre não se deposite ou produza ataque galvânico.

Matriz de aplicação: Titânio versus tântalo para aquecedores de PCB alcalinos Parâmetro Condições típicas de banho para gravaçãoTitânio em vez de tântalo? Vida útil esperada do titânio (1,65 mm) Material sugerido
revelador fresco sem sistema de limpeza de cobre 10-15% NaOH ou KOH 55 graus sem adiçõesSim, completar 5-8 anos de titânio Grau 2.
Desenvolvedor de produção, baixo teor de cobre (<5 g/L) Same plus 2-5 g/L CuYes, with monitoring 3-5 years Grade 2 titanium
Revelador de produção, alto teor de cobre (5-15 g/L) Igual mais Cu 5-15 g/LNo, ataque rápido 12-24 meses Tântalo ou titânio Grau 7 Condicionante com EDTA ou compostos complexantes NaOH 10-15% + quelantesNão, ataque rápido de filme 6-12 meses Exclusivamente Tântalo
Linha de alta temperatura (65-70 graus) 15-20% NaOH, estresse térmico Risco SCC Não<12 months Tantalum
Linha stripper (base + solvente orgânico)Aminas orgânicas (variável)* Nº atacado de titânio *<6 months Tantalum or steel lined
Conclusão para especificações do aquecedor PCB.
O titânio comercialmente puro pode ser considerado um substituto do tântalo como material de revestimento de aquecedor de imersão em linhas alcalinas de desenvolvimento de PCB, mas apenas sob certas condições altamente regulamentadas: concentração de hidróxido inferior a 15%, temperatura inferior a 60 graus, cobre dissolvido inferior a 5 g/L e sem agentes complexantes agressivos. Sob tais condições, o titânio grau 2, com espessura de parede de 1,65 mm, oferece 3-5 anos de serviço por cerca de 5-10% do custo do tântalo. Se o acúmulo de cobre na linha de produção for superior a 5 g/L, ou se a linha empregar ácido quelatado ou qualquer serviço além de 60 graus, então o titânio falhará prematuramente devido ao ataque galvânico ou SCC cáustico. Nestas circunstâncias, o tântalo continua a ser o padrão comprovado e as tentativas de substituir o titânio resultam em tempos de inatividade imprevistos e contaminação do banho que superam em muito qualquer economia inicial de material.