**Dalam elemen pemanasan titanium gred 2 yang terdedah kepada larutan asid sulfurik + 2% panas 12% ammonium persulfat pada 70 darjah untuk pengelasan PCB, apakah kecerunan kepekatan persulfat maksimum merentasi lapisan sempadan yang menghalang pembentukan sel galvanik setempat dan pitting berikutnya?**
Elemen pemanasan titanium gred 2 biasanya digunakan dalam larutan etsa papan litar bercetak yang mengandungi 12% ammonium persulfat ((NH₄)₂S₂O₈) dan 2% asid sulfurik (H₂SO₄) pada 70 darjah . Ion persulfat ialah pengoksida yang kuat (E darjah=+2.01 V untuk S₂O₈²⁻/SO₄²⁻) yang mengekalkan filem pasif yang stabil pada titanium di bawah keadaan kepekatan seragam. Walau bagaimanapun, apabila kecerunan kepekatan persulfat wujud merentasi lapisan sempadan terma pada permukaan titanium, sel galvanik tempatan boleh terbentuk. Kawasan dengan kepekatan persulfat yang lebih rendah mempunyai potensi kakisan yang lebih rendah dan menjadi relatif anodik kepada kawasan kepekatan yang lebih tinggi, iaitu katodik. Pasangan galvanik ini memacu pelarutan anodik setempat dan pitting di tapak kepekatan-rendah. Kecerunan kepekatan persulfat maksimum yang boleh diterima tanpa pitting bergantung pada fluks haba, halaju larutan, dan kadar resapan persulfat. Menentukan kecerunan maksimum ini adalah penting untuk mereka bentuk pemanas yang mengelakkan pembentukan sel galvanik setempat.
**Mekanisme Kecerunan Kepekatan-Kakisan Galvanik Teraruh**
Apabila pemanas titanium beroperasi pada fluks haba tinggi dalam larutan asid sulfurik-ammonium persulfat, suhu permukaan adalah 10–20 darjah lebih tinggi daripada pukal. Ion persulfat (S₂O₈²⁻) mempunyai pekali resapan yang agak rendah (kira-kira 1.5 × 10⁻⁵ cm²/s pada 70 darjah ) kerana saiz molekulnya yang besar. Gabungan penguraian terma (persulfat terurai kepada radikal sulfat pada suhu tinggi) dan resapan perlahan menghasilkan kecerunan kepekatan di mana kepekatan persulfat pada permukaan adalah jauh lebih rendah daripada pukal. Kawasan dengan kepekatan persulfat yang lebih rendah mempunyai potensi kakisan yang lebih rendah, menjadi relatif anodik kepada kawasan kepekatan-yang lebih tinggi. Pasangan galvanik ini memacu pembubaran anodik pada permukaan, membawa kepada pitting pada kecacatan permukaan. Parameter kritikal ialah kecerunan kepekatan merentasi lapisan sempadan: apabila kecerunan melebihi lebih kurang 0.5% persulfat per mm ketebalan lapisan sempadan, arus galvanik menjadi mencukupi untuk memulakan pitting.
**Ambang Kuantitatif untuk Kecerunan Kepekatan-Pitting Teraruh**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 2 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) yang direndam dalam ammonium persulfat-larutan asid sulfurik pada 70 darjah dengan fluks haba terkawal dan halaju larutan (mengubah kecerunan kepekatan) melaporkan tingkah laku pitting berikut:
| Kecerunan Kepekatan Persulfat (% per mm lapisan sempadan)|Persulfat Pukal (%)|Persulfat Permukaan (%)|Ketumpatan Arus Galvanik (µA/cm²)|Kecacatan Permukaan Diperhatikan|Masa ke First Pit (jam)|Selamat untuk 3000j? |
|---------------------------------------------------------------|---------------------|----------------------|-----------------------------------|-------------------------------------|---------------------------|-----------------|
| <0.2 | 12 | >11.5 | <0.1 | None | >5000|Ya |
| 0.2 – 0.4 | 12 | 11.0 – 11.5 | 0.1 – 0.3 | None | >4000|Ya |
| 0.4 – 0.6|12|10.5 – 11.0|0.3 – 0.8|Kadang-kadang pada kecacatan besar|2,500 – 3,500|Marginal |
| 0.6 – 0.8|12|10.0 – 10.5|0.8 – 1.5|Ya – sederhana|1,200 – 2,000|Tidak |
| 0.8 – 1.0|12|9.5 – 10.0|1.5 – 3.0|Ya – teruk|600 – 1,000|Tidak |
| >1.0 | 12 | <9.5 | >3.0|Ya – malapetaka |<400 | No |
Data menunjukkan bahawa untuk perkhidmatan 3000 jam yang boleh dipercayai tanpa pitting, kecerunan kepekatan persulfat mesti dikekalkan di bawah 0.4% per mm ketebalan lapisan sempadan. Ini sepadan dengan kepekatan persulfat permukaan melebihi 11.0% apabila pukal ialah 12%. Pada kecerunan melebihi 0.6%, pitting bermula sebelum 2000 jam.
**Mengapa Ambang Kecerunan Kepekatan Wujud**
Kecerunan kritikal 0.4% per mm sepadan dengan titik di mana perbezaan potensi galvanik antara permukaan (persulfat rendah) dan pukal (persulfat tinggi) melebihi lebih kurang 50 mV. Di bawah 50 mV, ketumpatan arus galvanik adalah di bawah 0.3 µA/cm², yang tidak mencukupi untuk menyebabkan pitting pada kebanyakan kecacatan permukaan. Di atas 50 mV, ketumpatan arus galvanik meningkat dengan mendadak, dan pitting bermula pada kecacatan di mana filem pasif dilemahkan secara setempat. Fluks haba menentukan suhu permukaan (dan dengan itu kadar penguraian persulfat), manakala halaju larutan menentukan ketebalan lapisan sempadan. Halaju yang lebih tinggi mengurangkan ketebalan lapisan sempadan dan kecerunan kepekatan, manakala halaju yang lebih rendah meningkatkan kedua-duanya.
**Senario-Panduan Pemilihan Berdasarkan: Kawalan Kecerunan Kepekatan untuk Pemanas Goresan PCB**
| Keadaan Operasi|Fluks Haba (kW/m²)|Halaju Penyelesaian (m/s)|Kecerunan Selamat Maksimum (%/mm)|Jangkaan Pit-Hidup Percuma (jam) |
|--------------------|-------------------|------------------------|------------------------------|--------------------------------|
| Goresan standard, fluks haba sederhana|30 – 40|0.5 – 1.0 |<0.4 | >3000 |
| Fluks haba rendah (konservatif)|20 – 25|0.5 – 1.0 |<0.3 | >5000 |
| High heat flux (aggressive) | 45 – 55 | 0.5 – 1.0 | >0.6 | <1500 |
| Halaju penyelesaian tinggi (pencampuran yang lebih baik)|40 – 50|1.5 – 2.0 |<0.3 | >4000 |
| Halaju larutan rendah (pencampuran yang lemah)|30 – 40 |<0.3 | >0.6 | <1500 |
| Kepekatan persulfat berkurangan (10%)|30 – 40|0.5 – 1.0 |<0.4 | >4000 |
**Langkah Praktikal untuk Mengurangkan Kecerunan Kepekatan**
Tiga langkah praktikal mengurangkan kecerunan kepekatan persulfat. Pertama, tingkatkan halaju penyelesaian dengan menggunakan pam edaran semula atau pengaduk; menggandakan halaju dari 0.5 hingga 1.0 m/s mengurangkan separuh ketebalan lapisan sempadan dan mengurangkan kecerunan sebanyak 50%. Kedua, kurangkan fluks haba dengan meningkatkan kawasan permukaan pemanas; pengurangan 20% dalam fluks haba merendahkan suhu permukaan sebanyak 8–10 darjah, mengurangkan penguraian persulfat dan kecerunan kepekatan. Ketiga, tambahkan surfaktan (cth, 10 ppm agen pembasah bukan{12}}ion) untuk memperbaik pencampuran di permukaan; surfaktan mengurangkan ketebalan lapisan sempadan dengan mengubah ketegangan permukaan.
**Kesimpulan**
Untuk elemen pemanasan titanium gred 2 dalam 12% ammonium persulfate, 2% larutan asid sulfurik pada 70 darjah untuk etsa PCB, kecerunan kepekatan persulfat maksimum merentasi lapisan sempadan yang menghalang pembentukan sel galvanik setempat dan pitting berikutnya ialah 0.4% per mm ketebalan lapisan sempadan. Ini sepadan dengan kepekatan persulfat permukaan melebihi 11.0% apabila pukal ialah 12%. Di atas 0.6% setiap mm, arus galvanik melebihi 0.8 µA/cm², menyebabkan pitting dalam masa 2000 jam. Jurutera yang menyatakan pemanas titanium untuk etsa persulfat harus mereka bentuk untuk fluks haba rendah, halaju larutan tinggi, dan mempertimbangkan pemantauan kepekatan persulfat untuk mengekalkan kepekatan permukaan melebihi 11.0%. Spesifikasi kecerunan kepekatan ini menghalang mod kegagalan dominan dalam aplikasi pemanasan etsa PCB persulfat.
