Applicering av titananod i PCB-kopparelektropläteringsprocessen

Med tidens framsteg och de ökande kraven på tunnare och lättare elektroniska produkter, förbättras också kretskortstillverkningsprocesserna ständigt. Under de senaste åren har titananoder gradvis erkänts och förståtts av fler människor i PCB-kopparpläteringsprocessen. Jämfört med traditionella fosforkopparkulor, som fortsätter att lösas upp under användning, förblir titananoder stabila i formen och genomgår inte upplösningsreaktioner under användning, så de kallas olösliga anoder och kallas även dimensionsstabila anoder. Med förbättringen av produktkraven ökar också kraven på PCB-kopparpläteringsprocessen. Titananoder visar gradvis fördelar jämfört med fosforbronskulor och ersätter gradvis marknadsandelen för fosforbronskulor. Den här artikeln kommer att ge en allmän introduktion till titananoder, och kombinera våra decennier av erfarenhet av utveckling och tillverkning av titananoder för att dela lite kunskap och erfarenhet inom design och användning av titananoder, så att fler människor kan förstå titananoder. Anode har ytterligare djup förståelse.

Titananod kallas allmänt DSA (DimensionallyStable Anode), vilket är en dimensionsstabil anod. Under användning genomgår inte titananoden någon upplösningsreaktion, vilket bibehåller dimensionsstabilitet. Därför är titananoden en olöslig anod. Titananoden är inte en enkel metallelektrod, utan en belagd elektrod: titananoden är ett kompositelektrodmaterial som använder titan som basmetall och är belagt med en elektrokatalytisk beläggning på ytan. Även om många material kan göras till beläggningar, är de mest använda beläggningarna platinagruppelement, ofta kallade ädelmetallbeläggningar, som huvudsakligen inkluderar följande tre typer: platina (metaller), ruteniumoxid och iridiumoxid (alla keramiska metalloxider) ). Därför kan en titananod definieras som ett elektrodmaterial som använder metalliskt titan som basmaterial, använder platinagruppmetaller och deras oxider som ytbeläggningar och har elektrisk ledningsförmåga och hög kemisk katalytisk aktivitet.

På tal om titananodernas historia är dess födelse oskiljaktig från holländaren Henry Beer (HB Beer). Beer gick tillbaka till 1957 och tog ledningen för att uppfinna tekniken för galvanisering av platina på titanmetall, ansökte om ett patent och grundade MAGNETOChemie (föregångaren till MAGNETO Chemie). 1967 uppfann Beer en metod för att bilda en metalloxidfilm på titanmetall. Ett specifikt implementeringsexempel använde ruteniumoxid som en anod för saltvattenelektrolys, vilket främjade stora förändringar i klor-alkaliindustrin. Denna beläggning används fortfarande i stor utsträckning i olika elektrokemiska klorutvecklingsreaktioner idag. Med den djupgående forskningen om olika platinagruppmetaller och deras oxider, på 1970-talet, utvecklades iridium-tantal blandade metalloxidbeläggningar framgångsrikt och började gradvis användas i elektrokemiska syreutvecklingsreaktioner. Idag är titananoder beroende av sin överlägsna prestanda och används i stor utsträckning inom många elektrokemiska områden, inklusive kemisk industri (kloralkaliindustrin), elektrolytisk organisk syntes, elektroplätering, katodiskt skydd, industriell och civil elektrolytisk klorproduktion och desinfektion och andra applikationsområden .

Sedan 1990-talet har titananoder använts i PCB-kopparplätering, och de utvecklades och förbättrades ytterligare under det första decenniet av detta århundrade. Under de senaste 10 åren, med förbättringen av PCB-processkapacitetskraven, har titananoder gradvis börjat ersätta lösliga anoder-fosforkopparkulor med sina unika fördelar. Beroende på elektropläteringskraven kan titananoder användas inte bara för DC-plätering utan även för omvänd pulsplätering. I framtiden, när kraven på kopparpläteringsprocessen ökar ytterligare, kommer titananoder att fortsätta att undersökas och utvecklas för att anpassa sig till nya galvaniseringsförhållanden.

Titananod är en olöslig anod, och anodreaktionsprocessen under drift skiljer sig väsentligt från den för lösliga anoder (fosforkopparkulor).

Den lösliga anodens anodreaktion är en enkel kemisk reaktionsprocess där metall förlorar elektroner och löses upp; den anodiska reaktionen av den olösliga anoden är i huvudsak en reaktion av elektrolys av vatten, och reaktionsprodukterna är syre- och vätejoner. Skillnaden i anodkemiska reaktioner mellan olösliga anoder och lösliga anoder kan sammanfattas som följande tre punkter: i. Olika reaktionsprodukter; ii. Olika reaktionsprocesser; iii. Olika reaktionspotentialer. Detta avgör också att titananodernas prestanda och kraven på utrustning har sina egna särdrag under specifika tillämpningsförhållanden.

i. Reaktionsprodukterna är olika

Som framgår av reaktionsekvationen ovan är det mest bekväma med att använda lösliga anoder att all metall som avsatts på katoden kommer från metallen som lösts upp i anodreaktionen och därigenom uppnår metallbalans i galvaniseringssystemet. Vid användning av en olöslig anod produceras inte bara några motsvarande metalljoner vid anodänden, utan även ytterligare vätejoner. Därför, för olösliga anoder, samtidigt som kopparjoner fylls på, måste överskott av vätejoner också förbrukas för att upprätthålla balansen i hela galvaniseringssystemet. För närvarande är huvudlösningen att använda kopparoxid. Därför kräver all användning av titananoder nästan alltid ett extra kopparoxidpulvertillsatssystem, vilket är den största skillnaden från fosforkopparkulsystemet.

ii. Reaktionsprocessen är annorlunda

Anodreaktionsprocessen för den lösliga anoden är relativt enkel. Den sista reaktionen som inträffar är att koppar (0 valens) omvandlas till kopparjoner (+2 valens), och dess bireaktion kommer också delvis att producera kopparjoner (+1 valens); den olösliga anodens anod Reaktionen är en elektrokatalytisk reaktionsprocess som involverar beläggningen av ädelmetalloxid på ytan av titananoden. Den grundläggande reaktionen är anodreaktionen av elektrolyserande vatten, och slutprodukterna är syre- och vätejoner. Under denna reaktionsprocess kommer inte bara beläggningen att orsaka en stor mängd nedbrytning av tillsatserna i pläteringslösningen genom kontakt, utan reaktionen kommer också att producera starkt oxiderande mellanprodukter inklusive syreatomer, hydroxylradikaler, etc., vilket också kommer att orsaka ytterligare sönderdelning av tillsatserna. Detta skapar ett mycket stort hinder för användningen av olösliga anoder - jämfört med lösliga anoder kommer olösliga anoder att orsaka ytterligare additivförbrukning och avsevärt öka driftskostnaderna för PCB-kopparpläteringsprocessen.

iii. Olika reaktionspotentialer

Under elektropläteringsprocessen genomgår anodänden av den olösliga anoden en reaktion av elektrolyserande vatten, och standardelektrodpotentialen för denna reaktion är betydligt högre än den för den lösliga anoden. Samtidigt, eftersom resistiviteten hos titan är större än koppar; och i allmänhet används ofta högre strömtäthet vid användning av titananoder. Detta resulterar i att spänningen för hela galvaniseringssystemet är betydligt högre än den för lösliga anoder när titananoder används. Denna spänningsskillnad är åtminstone större än 1V, eller till och med 2V. Jämfört med strömförsörjningen lämplig för fosforkopparkulor, måste spänningsdesignen för strömförsörjningen för olösliga anoder övervägas i förväg. Ur ett kostnadsperspektiv kommer naturligtvis också kostnaden för strömförsörjningen att öka i motsvarande mån.

Jämfört med fosforkopparkulor ger titananoder ojämförliga fördelar eftersom de är en helt annan anodtyp. Sammanfattningsvis återspeglas fördelarna med titananoder huvudsakligen i följande punkter.

i. Fördelar med stabil pläteringslikformighet

Fördelen med elektropläteringslikformighet hos titananoder innebär att användningen av olösliga anoder kan bibehålla stabil galvaniseringslikformighet under lång tid, vilket bestäms av den olösliga anodens egenskaper. Under elektropläteringsprocessen, för att säkerställa stabiliteten hos galvaniseringslikformighet, är det nödvändigt att säkerställa att galvaniseringsförhållandena är kontrollerbara och stabila. En mycket viktig punkt är att upprätthålla enhetligheten i urladdningen från anodänden till katodänden. Stabiliteten av urladdningen från anodänden till katodänden bestäms till stor del av de relativa storlekarna av de två. I PCB-kopparpläteringsprocessen kommer de lösliga fosforkopparkulorna som används att lösas upp när galvaniseringen fortskrider, vilket resulterar i en minskning av anodens storlek (främst anodens höjd) och en förändring av den relativa arean. Därför är det omöjligt att bibehålla anodurladdningslikformigheten under lång tid med användning av fosforkopparkulor. Olösliga anoder kallas även "dimensionellt stabila anoder", vilket innebär att anodstorleken på olösliga anoder förblir stabil under lång användningstid. För närvarande är det bara nödvändigt att säkerställa att beläggningen på titananodens yta inte har gått sönder under anodens livslängd och fortfarande har urladdnings- och elektrokatalytisk förmåga, för att säkerställa urladdningsstabiliteten från anodänden till anodens ände. katodände. Vanligtvis, efter att den olösliga anoden har installerats online, är det bara nödvändigt att justera pläteringslikformigheten för första gången (som att justera storleken och positionen på skärmplattan), och en stabil pläteringstjockleksfördelning kan erhållas under lång tid , vilket kan uppnås under hela anodens livscykel. "en gång för alla" inom.

ii. Högre produktionseffektivitet

Jämfört med fosforkopparkulor återspeglas den förbättring av produktionseffektiviteten som titananoder ger huvudsakligen i följande två aspekter:

Å ena sidan kan titananoder arbeta vid högre strömtätheter. På grund av passiveringen av fosfidfilmen på ytan av fosforkopparkulan kan den maximala driftsströmtätheten för fosforkopparkulan inte överstiga 2,5 ~ 3 ASD; medan den maximala strömtätheten som titananoden kan motstå är dussintals gånger den för fosforkopparkulan (till exempel inom området för galvanisering av stål kan arbetsströmtätheten för titananoder nå mer än 100 ASD). Därför, genom stöd av utrustning och matchning av motsvarande galvaniseringsförhållanden, har titananoder potential att uppnå högre utrustningsproduktivitet och produktionseffektivitet.

Å andra sidan undviker titananoder de produktionsavbrottsproblem som orsakas av regelbunden tillsats och underhåll av fosforkopparkulprocessen. Vid användning av fosforbronskulor måste de förbrukade fosforbronskulorna fyllas på med jämna mellanrum. Innan du lägger till nya fosforbronsbollar måste de rengöras. De kan inte produceras direkt efter att de lagts till. Det tar en viss period av elektrolytisk cylinderdrift för att bilda en fosfaterande film på ytan. De fosforbronskulor som har använts under lång tid ligger nära resttillståndet, så de måste rengöras helt ur titankorgen för att undvika problem med galvaniseringskvaliteten. Dessa oundvikliga underhållsoperationer gör att utrustning för kopparplätering som använder fosforbronskulor inte bara kan fungera oavbrutet under lång tid, utan också förbrukar mycket arbetskraft. När du använder titananoder är kopparoxidpulvertillsatsanordningen för att fylla på kopparjoner oberoende, och det finns inget behov av att stänga av maskinen för att fylla på kopparoxidpulver. Samtidigt är själva titananoden också "underhållsfri", det vill säga under titananodens livscykel behövs i princip ingen ytterligare rengöring av titananoden. Användning av titananoder kan därför teoretiskt uppnå helt oavbruten produktion, vilket sparar mycket underhållstid och arbetskraftsinvesteringar.

iii. Stabilare processkontroll

Användningen av titananoder kan hålla komponenterna i galvaniseringslösningen i ett mer stabilt tillstånd, vilket är fördelen med att tillsätta kopparoxidpulver.
 

Å ena sidan, eftersom tjockleken på fosfateringsfilmen på ytan av fosforkopparkulan är svår att perfekt kontrollera, på förutsättningen att man undviker att fosfatfilmen är för tjock, vilket kommer att leda till passivering av fosforkopparkulan, fosforkopparkulan kommer ofta att vara alltför upplöst, vilket kommer att leda till förlust av vätska i drycken. Kontinuerlig ökning av kopparjonkoncentrationen. Koncentrationen av kopparjoner spelar en avgörande roll för TP-värdet för pläterade hål. Därför kommer fluktuationer i kopparjonkoncentrationen att påverka stabiliteten av hålpläteringseffekten i viss utsträckning. Samtidigt, under upplösningsprocessen av fosforkopparkulorna, kommer ytterligare kloridjoner i pläteringslösningen att förbrukas. Å ena sidan kommer fluktuationen av kloridjoner att reagera på tjockleken på fosfateringsfilmen, och å andra sidan kommer det också att få effekten av elektropläteringstillsatser att fluktuera. Denna situation uppstår inte när titananoder används. Du behöver bara strikt kontrollera mängden kopparoxidpulver som tillsätts för att fullständigt kontrollera kopparjonkoncentrationen; samtidigt kan koncentrationen av själva kloridjonerna också hållas i ett mycket stabilt tillstånd.

Å andra sidan är det mer sannolikt att användningen av fosforkopparkulor orsakar kontaminering av pläteringslösningen, vilket leder till att pläteringstillsatserna misslyckas i förtid. Fosforkopparkulor bearbetas genom smältning och valsning, medan kopparoxidpulver framställs genom att lösa upp kopparråvaran i lösningen, ytterligare rena och fälla ut kopparoxidprekursorn i lösningen och slutligen kalcinera den. Kopparoxidpulver. Jämfört med de två bearbetningsprocesserna är bearbetningsprocessen för kopparoxidpulver mer bekväm att kontrollera renheten av råvaror. Relativt sett, under goda kontrollförhållanden, kommer föroreningshalten i kopparoxidpulver att vara lägre än i fosforkopparkulor. Vid långvarig användning, oavsett om det är fosforkopparkulor eller kopparoxidpulver, kommer föroreningar att lösas upp och ackumuleras i pläteringslösningen. Galvaniseringstillsatser är ofta ganska känsliga för innehållet av föroreningsjoner i galvaniseringslösningen. När föroreningsjonerna i galvaniseringslösningen når en viss koncentration kommer de att påverka effekten av galvaniseringstillsatserna och därigenom negativt påverka galvaniseringseffekten. Därför kan galvaniseringssystemet som använder titananoder hålla badvätskan i ett relativt lågt föroreningstillstånd och få badvätskan att hålla längre. Detta minskar inte bara den extra kostnaden för tankpreparering orsakad av att pläteringsbadet misslyckas i förtid, utan minskar också kostnaden för badet under användning. Effekten av föroreningar kommer också att vara mer säker.

iv. Högre processkapacitet

Elektropläteringsprocessens förmåga beror huvudsakligen på två aspekter: utformningen av utrustningen och stödet för galvaniseringssystemet.

När det gäller utrustningsdesign begränsar användningen av fosforbronsbollar utrustningens utformning, eftersom fosforbronskulsystemet inte kan bli av med kombinationsläget "fosforbronskulor-titankorg-anodpåse". Detta kulsystem av fosforbrons bestämmer också galvaniseringsmetoden. Det är en vertikal pläteringsmetod. Att använda titananoder kan helt bli av med det vertikala pläteringsläget. Eftersom titananoder kan anpassas helt och hållet kan utrustningens jetflöde, cirkulation, anodfördelning, anodform och andra aspekter designas om och optimeras. Detta ger utrustningen en mängd olika möjligheter och ger även kapacitet för galvaniseringsutrustning (såsom ytterligare förbättring av galvaniseringslikformighet, driftströmtäthet etc. ger förutsättningar.

När det gäller stöd för elektropläteringssystem, jämfört med pläteringslösningens föroreningsproblem som orsakas av fosforkopparkulsystemet, kan titananoder ge högre galvaniseringskapacitet. Därför har utvecklingsriktningen för nya elektropläteringstillsatser i princip skiftat till anpassningen av titananoder, särskilt det är utveckling och anpassning av tillsatser för nya applikationer och högre krav. Att välja titananod innebär att man väljer möjligheten till framtida utveckling.

Jämfört med fosforkopparkulor kan nackdelarna med titananoder sammanfattas som en, vilket är kostnaden. Kostnaden är den viktigaste orsaken till att titananoder inte helt ersätter fosforkopparkulor.

i. Investeringskostnaden för utrustning är hög

Problemet med investeringskostnaden för utrustning är huvudsakligen koncentrerat till följande aspekter: För det första kräver titananodsystemet ett ytterligare kopparoxidpulvertillsatssystem. För bättre kontroll rekommenderas det att samtidigt använda ett onlinekontrollsystem för medicin; för det andra måste strömförsörjningen som är lämplig för titananoder vara högre. Arbetsspänningskonstruktionen har medfört en ökning av kostnaden för tillverkning av nätaggregat för titananoder; För det tredje är kostnaden för titananoder långt över den för titan korgar med fosforbrons kulsystem (på grund av ädelmetalloxiden på ytan av titananoder kostnaden för beläggning). Sammanfattningsvis kommer användningen av titananoder att ge betydande förbättringar av den totala budgeten för en rad utrustningar.

ii. Högre driftskostnader

Driftskostnaderna inkluderar återanskaffningskostnaden för tillbehör (titananoder) samt produktions- och tillverkningskostnader.

Dels måste titananoden ha motsvarande livslängd. Efter en tids användning kommer titananodens urladdningsprestanda eller galvaniseringsprestanda att minska, och den kanske till och med inte kan fortsätta att uppfylla de höga kraven för galvanisering. Generellt sett måste titananoder utvärderas och bytas ut efter 1 till 2 års användning. Ersättningskostnaden för titananod är mycket högre än för titankorg av fosforbronskulsystem.

Å andra sidan, när det gäller tillverkningskostnader, jämfört med fosforkopparkulor, kommer merkostnaden som orsakas av titananoder huvudsakligen från den extra förbrukningen av kopparpläteringstillsatser. Jämfört med fosforkopparkulor kommer titananoder att leda till en betydande ökning av enhetsförbrukningsnivån för kopparpläteringstillsatser. Därför är hur man kontrollerar tillsatsförbrukningen inom en rimlig nivå en viktig bedömningsindikator för kunder att bedöma kvaliteten på titananodprodukter. När det gäller kopparförbrukning, med hänsyn till enhetspriset och materialförlusthastigheten för fosforkopparkulor och kopparoxidpulver, kommer det inte att finnas ett särskilt stort gap i de faktiska användningskostnaderna för de två.

Att välja titananod är ett val mellan kostnad och kvalitet. Å ena sidan kan användningen av titananoder faktiskt förbättra processkapaciteten och förbättra produktkvaliteten. I vissa fall avgör användningen eller inte av titananoder om en tillverkare har tillverkningskapaciteten för en viss produkt; å andra sidan, , kommer användningen av titananoder att vara en uppenbar förbättring jämfört med fosforbronskulor, både när det gäller investeringskostnader för engångsutrustning och efterföljande driftskostnader. När fördelarna överväger kostnaderna är det klart att titananoder verkligen kommer att vara det naturliga valet. Dessutom, i vissa fall, om titananoder inte används, kommer tillverkningsförmågan hos en viss produkt att gå förlorad, titananoder har blivit ett oundvikligt val. Eftersom efterfrågan på produkter fortsätter att öka, är förbättringar av processkapaciteten också pågående krav. På lång sikt kommer valet av titananoder oundvikligen att bli en allt mer säker utvecklingsriktning.

https://www.ehisenanode.com/precious-metal-insoluble-anode/titanium-anode-for-pcb/titanium-anode-for-copper-plating.html

https://www.ehisenanode.com/precious-metal-insoluble-anode/titanium-anode-for-pcb/introduction-of-titanium-anode-for-vertical.html