Решења за јеткање ПЦБ-а-било да су гвожђе хлорид, бакар хлорид или алкални амонијак- су дизајнирани да растварају бакар. Подједнако су агресивни према већини метала који се користе у конструкцији измењивача топлоте. Материјал који је отпоран на овај немилосрдни напад није-преговоран.ПТФЕ измењивач топлоте ПЦБ јеткањеапликације обезбеђују потпуну хемијску отпорност, доследну контролу температуре и дуг радни век у овом захтевном окружењу.
Процес гравирања ПЦБ-а и његови топлотни захтеви
Гравирање штампаних плоча (ПЦБ) уклања нежељени бакар са ламината обложеног бакром, остављајући само жељене трагове кола. Процес нагризања може бити или потапањем (даске умочене у резервоар) или прскањем (нагризање нанесено на плоче). Три најчешћа нагризања су:
гвожђе хлорид (ФеЦл₃): Кисели, оксидирајући раствор. Користи се за производњу прототипа и малог обима. Обично ради на 45-55 степени.
бакров хлорид (ЦуЦл₂): Регенерисани нагризач који се често користи у производњи великих количина. Ради на 50-55 степени.
Алкални амонијак (амонијачни нагризачи): Бакар-амонијачни комплекси. Користи се за фино гравирање. Ради на 45-50 степени.
Брзина нагризања у великој мери зависи од температуре. Промена од ±2 степена може значајно да промени брзину, утичући на ширину линије, фактор нагризања и профил бочне стране. Одржавање константне температуре нагризања је од суштинског значаја за конзистентан квалитет производа. У многим линијама за јеткање ПЦБ-а, средство за нагризање се у почетку загрева до радне температуре, а затим се хлади да би се уклонила топлота настала егзотермним растварањем бакра. Измењивачи топлоте су стога потребни и за грејање и за хлађење.
Зашто стандардни материјали за измењивач топлоте не раде
Најчешћи материјали измјењивача топлоте су брзо нападнути од стране ПЦБ-а за нагризање:
| Материјал | Ферриц Цхлориде | Цуприц Цхлориде | Алкални амонијак |
|---|---|---|---|
| Нерђајући челик (316Л) | Јака корозија удубљења и пукотина | Тешка удубљења | Напонска корозија пуцање |
| Титанијум | Отпоран на ФеЦл₃, али нападнут од ЦуЦл₂ | Нападнуто (бакарно превлачење, питтинг) | Добро |
| Графит | Отпоран, али се може оксидирати | Отпоран, али може да апсорбује нагризање | Добро, али смола може деградирати |
| Хастеллои Ц‑276 | Умерени отпор | Умерено | лоше (пуцање) |
Измењивачи метала уносе производе корозије (гвожђе, хром, јони никла) у нагризач. Ови јони могу променити хемију нагризања, смањујући животни век у купатилу и изазивајући непредвидиво понашање јеткања. Графитни измењивачи су крхки и могу да апсорбују нагризање, што доводи до контаминације течности за грејање/хлађење ако дође до цурења.
Предности ПТФЕ измењивача топлоте у јеткању ПЦБ-а
ПТФЕ (политетрафлуороетилен) и његове перфлуорисане варијанте (ПФА, ФЕП) нуде јасне предности које их чине пожељним избором за термичко управљање ПЦБ нагризањем.
Потпуни хемијски имунитет
ПТФЕ је инертан према сва три уобичајена ПЦБ нагризала на њиховим радним температурама (45–55 степени). Не долази до корозије, удубљења или деградације материјала. Нагризај долази у контакт само са површином флуорополимера, која остаје непромењена годинама. Овај имунитет се протеже на:
Гвожђе хлорид (све концентрације)
бакров хлорид (са регенерантом хлороводоничне киселине)
Амонијачни нагризачи (амонијум хлорид, амонијум хидроксид, комплекси бакра)
Хлороводонична киселина (користи се у регенерацији бакровог хлорида)
Натријум хлорат или водоник пероксид (оксиданти који се користе у неким системима за јеткање)
Без металне контаминације
Пошто ПТФЕ не садржи металне јоне и не кородира, он не уноси гвожђе, бакар, хром, никл или друге елементе у нагризајући материјал. Ово чува хемију нагризања, продужава животни век каде и обезбеђује конзистентне брзине нагризања. У производњи ПЦБ-а, од суштинског је значаја да средство за нагризање остане без загађивача који би могли да изазову подрезивање или неравномерно нагризање.
Униформна контрола температуре
ПТФЕ намотаји за урањање могу се поставити директно у резервоар за нагризање, равномерно распоређујући грејање или хлађење по купатилу. Флексибилна ПТФЕ цев омогућава да се калем обликује тако да прати контуру резервоара, елиминишући хладне тачке или вруће зоне које би могле утицати на плоче постављене у близини измењивача. Уједначеност температуре на целом панелу је критична за одржавање конзистентне ширине линије и фактора нагризања на целој плочи.
Дуг радни век
ПТФЕ измењивач топлоте у сервису јеткања ПЦБ-а обично траје 5-10 година или више. Не постоји дозвољена количина корозије за потрошњу, нема пасивизације за одржавање и нема ризика од пуцања корозије под стресом. Нелепљива површина такође је отпорна на накупљање оксида бакра или наслага соли, што би изоловало метални измењивач.
Лако чишћење и одржавање
Ако се соли бакра или други остаци таложе на површини ПТФЕ, они се лако уклањају. Ниска површинска енергија ПТФЕ спречава јаку адхезију. Једноставно испирање водом или благом киселином (нпр. 5% ХЦл) обнавља површину. За разлику од металних измењивача, ПТФЕ не захтева пасивизацију након чишћења.
Уобичајене конфигурације ПТФЕ измењивача топлоте за гравирање ПЦБ-а
Две примарне конфигурације се користе у линијама за гравирање ПЦБ-а.
Иммерсион Цоилс
Намотај направљен од ПТФЕ цеви (обично 6-12 мм ОД) је потопљен директно у резервоар за нагризање. Течност за грејање или хлађење (врућа вода, пара, охлађена вода или мешавина гликола) протиче кроз цеви. Намотај је подржан металним оквиром обложеним ПТФЕ или зидовима резервоара. Више намотаја може бити распоређено око периметра резервоара или преко дна.
Предности:
Једноставна, јефтина инсталација
Директан пренос топлоте у каду
Нема спољне пумпе или цеви (без ризика од цурења нагризајућег материјала)
Лако се уклања ради чишћења
Недостаци:
Нижи коефицијент преноса топлоте од измењивача са принудном конвекцијом
Захтева адекватан простор унутар резервоара
Екстерни измењивач шкољке и цеви
За веће линије за нагризање ПЦБ-а са рециркулисаним нагризањем, ПТФЕ измењивач топлоте са шкољком и цеви је инсталиран у рециркулацијској петљи. Нагризање се пумпа кроз ПТФЕ цеви (или изван њих), док помоћна течност тече на другој страни. Шкољка је обично направљена од метала, али је обложена ПТФЕ или гумом како би се заштитила од случајног контакта са нагризањем.
Предности:
Веће брзине преноса топлоте због принудног струјања
Нема препрека унутар резервоара за нагризање
Лакше за димензионисање за велика оптерећења грејања/хлађења
Недостаци:
Већи капитални трошкови
Захтева пумпе и додатне цеви
Потенцијалне тачке цурења (заптивке пумпе, прирубнице)
Контрола температуре и стабилност процеса
Код гравирања ПЦБ-а, брзина гравирања се удвостручује за отприлике сваких 10 степени повећања температуре. Због тога је уобичајено држање каде унутар ±1 степен задате вредности. ПТФЕ измењивачи, када су упарени са ПИД контролером и термоелементом обложеним ПТФЕ, постижу ову прецизност.
За грејање, пара ниског притиска (1–2 бара, 120–130 степени) или топла вода (60–70 степени) циркулише кроз ПТФЕ калем. За хлађење се користи охлађена вода (5-15 степени) или петља расхладног торња. Термички одговор ПТФЕ измењивача је спорији од оног код метала због ниске топлотне проводљивости полимера, али велика површина компензује. У пракси, температурна стабилност је у потпуности адекватна за нагризање ПЦБ-а.
Напомена о процесу: Важност уједначености температуре на целој плочи
Код нагризања спрејом, температура нагризања може да варира од центра распршивача до ивица. Ово узрокује различите стопе нагризања на ПЦБ панелу, што доводи до неуједначених ширина линија и потенцијално одбачених плоча. ПТФЕ имерзиони калемови постављени у отвор прскалице за нагризање обезбеђују да се средство за нагризање увучено у пумпу за распршивање равномерно загрева пре него што се испоручи у млазнице за прскање. За гравирање потапањем, калем постављен дуж дна и бочних страна резервоара промовише природну конвекцију, елиминишући топлотне градијенте. Правилно димензионисање и постављање измењивача су подједнако важни као и избор материјала.
Поређење: ПТФЕ наспрам других материјала за измењиваче за нагризање ПЦБ-а
| Имовина | ПТФЕ | Титанијум | Графит | нерђајући челик |
|---|---|---|---|---|
| Отпорност на ФеЦл₃ (55 степени) | Одлично | Добро (али ЦуЦл₂ напада) | Добро | Јадно |
| Отпорност на ЦуЦл₂ (55 степени) | Одлично | Лоше (бакарно превлачење) | Добро | Јадно |
| Отпорност на алкални амонијак | Одлично | Добро | Поштено (деградација смоле) | лоше (пуцање) |
| Испирање металних јона | Ниједан | Могући ти јони | Нема (осим угљеничних глоба) | Фе, Цр, Ни |
| Топлотна проводљивост | Ниска (0,25 В/м·К) | Висока (21 В/м·К) | Висока (100–150 В/м·К) | Висока (15 В/м·К) |
| Век трајања у гравурању ПЦБ-а | 5–10 година | 1–3 године | 2–4 године | Недеље до месеци |
| Релативни трошак | Умерено | Високо | Умерено | Низак (али кратак живот) |
Док је топлотна проводљивост ПТФЕ ниска, дизајн компензује велике површине (дуги намотаји, више цеви). Смањење времена застоја и трошкова замене превазилази већи отисак.
Оперативне препоруке за ПТФЕ измењиваче у јеткању ПЦБ-а
Одржавајте одговарајућу брзину протока унутар ПТФЕ цеви: За грејање топлом водом, брзина од 1–2 м/с обезбеђује добар пренос топлоте и спречава локализовано прегревање. За грејање паром, уверите се да је квалитет паре добар (без прекомерног накупљања кондензата).
Избегавајте механичка оштећења: ПТФЕ цеви се могу сећи оштрим ивицама на резервоару или руковањем. Све ивице у контакту са калемом треба да буду заобљене или прекривене ПТФЕ цевима.
Повремено проверавајте да ли се накупља бакар: Док је ПТФЕ непријањајући, бакарни оксид се на крају може таложити. Недељно испирање разблаженом хлороводоничном киселином (5–10%) уклања све накупине без оштећења ПТФЕ.
Користите сито на улазу за нагризање у спољне измењиваче: Спречава абразију великих честица на ПТФЕ цевима.
Не прелазите 110 степени на ПТФЕ површини: Температура паре треба да буде ограничена на приближно 120 степени . За веће потребе за грејањем користите систем топле воде уместо директне паре.
Закључак
ПТФЕ размењивачи топлоте су поуздан избор за термичко управљање ПЦБ нагризањем. Отпорне су на гвожђе хлорид, бакар хлорид и алкални амонијак на њиховим типичним радним температурама од 45–55 степени без корозије или деградације. Потпуна хемијска имуност спречава металну контаминацију која би променила хемију нагризања и смањила век трајања купатила. ПТФЕ имерзиони калемови и измењивачи шкољке и цеви обезбеђују уједначену контролу температуре, обезбеђујући конзистентну ширину линије и фактор нагризања преко ПЦБ панела. Дуг радни век (5–10 година) и лако чишћење додатно смањују оперативне трошкове. У производњи електронике, компатибилност материјала је најважнија, иПТФЕ измењивач топлоте ПЦБ јеткањерешења су се показала као издржљив, инертан и исплатив стандард у индустрији.
