Применение титанового анода в процессе гальваники меди на печатных платах

С развитием времени и ростом требований к более тонким и легким электронным продуктам процессы производства печатных плат также постоянно совершенствуются. В последние годы титановые аноды постепенно стали узнавать и понимать все больше людей, участвующих в процессе меднения печатных плат. По сравнению с традиционными медно-фосфорными шариками, которые продолжают растворяться во время использования, титановые аноды сохраняют стабильную форму и не подвергаются реакциям растворения во время использования, поэтому их называют нерастворимыми анодами, а также анодами со стабильными размерами. С улучшением требований к продукции также возрастают требования к процессу меднения печатных плат. Титановые аноды постепенно демонстрируют преимущества перед шариками из фосфористой бронзы и постепенно вытесняют долю рынка шариков из фосфористой бронзы. В этой статье мы дадим общее представление о титановых анодах и объединим наш многолетний опыт в разработке и производстве титановых анодов, чтобы поделиться некоторыми знаниями и опытом в проектировании и использовании титановых анодов, чтобы больше людей могли понять титановые аноды. Анод имеет более глубокое понимание.

Титановый анод обычно называют DSA (DimensionallyStable Anode), который представляет собой анод со стабильными размерами. Во время использования титановый анод не подвергается реакции растворения, что позволяет сохранять стабильность размеров. Следовательно, титановый анод является нерастворимым анодом. Титановый анод представляет собой не простой металлический электрод, а электрод с покрытием: титановый анод представляет собой композитный электродный материал, в котором в качестве основного металла используется титан, а поверхность покрыта электрокаталитическим покрытием. Хотя покрытия могут быть использованы из многих материалов, наиболее широко используются покрытия из элементов платиновой группы, часто называемые покрытиями из драгоценных металлов, которые в основном включают следующие три типа: платина (металлы), оксид рутения и оксид иридия (все оксиды керамических металлов). ). Таким образом, титановый анод можно определить как электродный материал, в котором в качестве основного материала используется металлический титан, в качестве поверхностного покрытия используются металлы платиновой группы и их оксиды, а также который обладает электропроводностью и высокой химической каталитической активностью.

Если говорить об истории титановых анодов, то ее рождение неотделимо от голландца Генри Бира (HB Beer). Начиная с 1957 года, Бир возглавил изобретение технологии гальванического нанесения платины на металлический титан, подал заявку на патент и основал MAGNETOChemie (предшественник MAGNETO Chemie). В 1967 году Бир изобрел метод формирования пленки оксида металла на металлическом титане. В одном конкретном примере реализации в качестве анода для электролиза соленой воды использовался оксид рутения, что способствовало большим изменениям в хлорщелочной промышленности. Это покрытие до сих пор широко используется в различных электрохимических реакциях выделения хлора. Благодаря углубленным исследованиям различных металлов платиновой группы и их оксидов в 1970-х годах были успешно разработаны покрытия из смешанных оксидов металлов иридий-тантал, которые постепенно начали использоваться в электрохимических реакциях выделения кислорода. Сегодня титановые аноды отличаются превосходными характеристиками и широко используются во многих электрохимических областях, включая химическую промышленность (хлор-щелочную промышленность), электролитический органический синтез, гальванику, катодную защиту, промышленное и гражданское электролитическое производство хлора и дезинфекцию, а также другие области применения. .

С 1990-х годов титановые аноды используются в процессах меднения печатных плат и получили дальнейшее развитие и усовершенствование в первом десятилетии этого столетия. За последние 10 лет, с улучшением требований к возможностям производства печатных плат, титановые аноды постепенно начали заменять растворимые аноды - фосфорно-медные шарики с их уникальными преимуществами. В зависимости от требований гальванотехники титановые аноды можно использовать не только для нанесения покрытий постоянным током, но и для нанесения покрытий с обратным импульсом. В будущем, по мере дальнейшего увеличения требований к процессу меднения, титановые аноды будут продолжать исследоваться и разрабатываться для адаптации к новым условиям гальваники.

Титановый анод является нерастворимым анодом, и процесс анодной реакции при эксплуатации существенно отличается от процесса анода растворимого (медно-фосфорных шариков).

Анодная реакция растворимого анода представляет собой простой процесс химической реакции, в котором металл теряет электроны и растворяется; анодная реакция нерастворимого анода по существу является реакцией электролиза воды, а продуктами реакции являются ионы кислорода и водорода. Разницу в анодных химических реакциях между нерастворимыми и растворимыми анодами можно резюмировать в следующих трех моментах: i. Различные продукты реакции; ii. Различные реакционные процессы; iii. Различные потенциалы реакции. Это также определяет, что в конкретных условиях применения работоспособность титановых анодов и требования к оборудованию имеют свои особенности.

я. Продукты реакции разные.

Как видно из приведенного выше уравнения реакции, наиболее удобным в использовании растворимых анодов является то, что весь металл, осаждаемый на катоде, происходит из металла, растворенного в анодной реакции, тем самым достигается баланс металлов в гальванической системе. При использовании нерастворимого анода на конце анода не только не образуются соответствующие ионы металлов, но также образуются дополнительные ионы водорода. Поэтому для нерастворимых анодов при пополнении ионов меди необходимо также расходовать избыток ионов водорода для поддержания баланса всей гальванической системы. В настоящее время основным решением является использование оксида меди. Поэтому любое использование титановых анодов почти всегда требует дополнительной системы добавления порошка оксида меди, что является самым большим отличием от системы с шариками из фосфористой меди.

ii. Процесс реакции разный

Процесс анодной реакции растворимого анода относительно прост. Последняя реакция, которая происходит, заключается в том, что медь (валентность 0) превращается в ионы меди (валентность +2), и ее побочная реакция также частично приводит к образованию ионов меди (валентность +1); анод нерастворимого анода Реакция представляет собой электрокаталитический процесс реакции с участием покрытия из оксида драгоценного металла на поверхности титанового анода. Основной реакцией является анодная реакция электролиза воды, а конечными продуктами являются ионы кислорода и водорода. Во время этого процесса реакции покрытие не только вызовет разложение большого количества добавок в гальваническом растворе в результате контакта, но также в результате реакции будут образовываться сильно окисляющие промежуточные продукты, включая атомы кислорода, гидроксильные радикалы и т. д., что также вызовет дополнительные разложение добавок. Это создает очень большое препятствие для использования нерастворимых анодов – по сравнению с растворимыми анодами нерастворимые аноды вызовут дополнительный расход добавок и значительно увеличат эксплуатационные затраты на процесс меднения печатных плат.

iii. Различные потенциалы реакции

Во время процесса гальванического покрытия анодный конец нерастворимого анода подвергается реакции электролиза воды, и стандартный электродный потенциал этой реакции значительно выше, чем у растворимого анода. В то же время, поскольку удельное сопротивление титана больше, чем у меди; и вообще, при использовании титановых анодов часто используется более высокая плотность тока. Это приводит к тому, что напряжение всей гальванической системы значительно выше, чем у растворимых анодов при использовании титановых анодов. Эта разница напряжений составляет как минимум более 1 В или даже 2 В. По сравнению с источником питания, подходящим для шариков из люминофорной меди, необходимо заранее продумать схему напряжения источника питания для нерастворимых анодов. Конечно, с точки зрения затрат стоимость источника питания также соответственно увеличится.

По сравнению с медно-фосфорными шариками титановые аноды обладают несравненными преимуществами, поскольку представляют собой анод совершенно другого типа. Подводя итог, преимущества титановых анодов в основном отражаются в следующих моментах.

i.Преимущества стабильной однородности покрытия

Преимущество титановых анодов в однородности гальванического покрытия означает, что использование нерастворимых анодов может поддерживать стабильную однородность гальванического покрытия в течение длительного времени, что определяется характеристиками самого нерастворимого анода. В процессе гальванического покрытия, чтобы обеспечить стабильность и однородность гальванического покрытия, необходимо обеспечить контролируемость и стабильность условий гальванического покрытия. Очень важным моментом является сохранение равномерности разряда от анодного конца к катодному. Стабильность разряда от анодного конца к катодному во многом определяется их относительными размерами. В процессе меднения печатной платы используемые растворимые фосфорно-медные шарики растворяются по мере проведения гальванического покрытия, что приводит к уменьшению размера анода (в основном высоты анода) и изменению относительной площади. Поэтому невозможно длительное время сохранять однородность анодного разряда, используя медно-фосфорные шарики. Нерастворимые аноды также называют «аноды со стабильными размерами», что означает, что размер нерастворимых анодов остается стабильным в течение длительного периода использования. В настоящее время необходимо только убедиться, что покрытие на поверхности титанового анода не разрушилось в течение срока службы анода и по-прежнему обладает разрядными и электрокаталитическими способностями, чтобы обеспечить стабильность разряда от конца анода до конца. катодный конец. Обычно после того, как нерастворимый анод установлен онлайн, необходимо только в первый раз отрегулировать однородность покрытия (например, отрегулировать размер и положение защитной пластины), и стабильное распределение толщины покрытия может быть получено в течение длительного времени. , что может быть достигнуто на протяжении всего жизненного цикла анода. «раз и навсегда» внутри.

ii. Более высокая эффективность производства

По сравнению с фосфорно-медными шариками повышение эффективности производства благодаря титановым анодам в основном отражается в следующих двух аспектах:

С одной стороны, титановые аноды могут работать при более высоких плотностях тока. Из-за пассивации фосфидной пленки на поверхности медно-люминофорного шарика максимальная плотность рабочего тока медно-фосфорного шарика не может превышать 2,5 ~ 3 ASD; при этом максимальная плотность тока, которую может выдержать титановый анод, в десятки раз превышает плотность люминофорного медного шарика (например, в области гальваники стали рабочая плотность тока титановых анодов может достигать более 100 АСД). Таким образом, благодаря поддержке оборудования и подбору соответствующих условий гальванизации титановые аноды имеют потенциал для достижения более высокой производительности оборудования и эффективности производства.

С другой стороны, титановые аноды позволяют избежать проблем с прерыванием производства, вызванных регулярным добавлением и обслуживанием процесса фосфорно-медных шариков. При использовании шариков из фосфористой бронзы израсходованные шарики из фосфористой бронзы необходимо регулярно пополнять. Перед добавлением новых шариков из фосфористой бронзы их необходимо очистить. Их нельзя произвести сразу после добавления. Для образования на поверхности фосфатирующей пленки требуется определенное время работы электролизера. Шарики из фосфористой бронзы, используемые в течение длительного времени, близки к остаточному состоянию, поэтому их необходимо полностью очистить от титановой корзины, чтобы избежать проблем с качеством гальваники. Эти неизбежные операции по техническому обслуживанию приводят к тому, что оборудование для меднения, использующее шарики из фосфористой бронзы, не только не может работать бесперебойно в течение длительного времени, но и требует большого количества рабочей силы. При использовании титановых анодов устройство добавления порошка оксида меди для пополнения ионов меди является независимым, и нет необходимости останавливать машину для пополнения порошка оксида меди. При этом сам титановый анод также «необслуживаемый», то есть в течение жизненного цикла титанового анода в принципе нет необходимости в дополнительной очистке титанового анода. Таким образом, использование титановых анодов теоретически может обеспечить полностью бесперебойное производство, тем самым сэкономив много времени на техническое обслуживание и инвестиции в рабочую силу.

iii. Более стабильное управление процессом

Использование титановых анодов позволяет поддерживать компоненты гальванического раствора в более стабильном состоянии, что является преимуществом добавления порошка оксида меди.
 

С одной стороны, поскольку толщину фосфатирующей пленки на поверхности медно-фосфорного шарика трудно идеально контролировать, исходя из того, что необходимо избегать слишком толстой фосфатирующей пленки, что приведет к пассивации медно-фосфорного шарика, фосфорно-медный шарик часто будет чрезмерно растворяться, что приведет к потере жидкости в зелье. Постоянное увеличение концентрации ионов меди. Концентрация ионов меди играет жизненно важную роль в значении TP металлизированных отверстий. Следовательно, колебания концентрации ионов меди в определенной степени будут влиять на стабильность эффекта дырочного покрытия. В то же время в процессе растворения медно-фосфорных шариков будут расходоваться дополнительные ионы хлорида в гальваническом растворе. С одной стороны, колебания хлорид-ионов будут влиять на толщину фосфатирующей пленки, а с другой стороны, это также приведет к колебанию эффекта гальванических добавок. Такой ситуации не произойдет при использовании титановых анодов. Вам нужно только строго контролировать количество добавляемого порошка оксида меди, чтобы полностью контролировать концентрацию ионов меди; в то же время сама концентрация хлорид-ионов также может поддерживаться в очень стабильном состоянии.

С другой стороны, использование медно-фосфорных шариков с большей вероятностью приведет к загрязнению гальванического раствора, что приведет к преждевременному выходу из строя гальванических добавок. Медно-фосфорные шарики обрабатываются путем плавки и прокатки, а порошок оксида меди получают путем растворения медного сырья в растворе, дальнейшей очистки и осаждения предшественника оксида меди в растворе и, наконец, его прокаливания. Порошок оксида меди. По сравнению с двумя процессами обработки процесс обработки порошка оксида меди более удобен для контроля чистоты сырья. Условно говоря, при хороших условиях контроля содержание примесей в порошке оксида меди будет ниже, чем в шариках фосфористой меди. При длительном использовании, будь то фосфорно-медные шарики или порошок оксида меди, примеси растворяются и накапливаются в гальваническом растворе. Гальванические добавки часто весьма чувствительны к содержанию примесных ионов в гальваническом растворе. Когда ионы примесей в гальваническом растворе достигают определенной концентрации, они будут влиять на действие гальванических добавок, тем самым отрицательно влияя на гальванический эффект. Таким образом, гальваническая система с использованием титановых анодов может поддерживать жидкость в ванне в относительно низком состоянии загрязнения и продлевать срок службы жидкости в ванне. Это не только снижает дополнительные затраты на подготовку резервуара, вызванные преждевременным выходом гальванической ванны из строя, но и снижает стоимость ванны в процессе эксплуатации. Воздействие примесей также будет более гарантированным.

iv. Более высокие технологические возможности

Возможности процесса гальваники в основном зависят от двух аспектов: конструкции оборудования и поддержки гальванической системы.

С точки зрения конструкции оборудования, использование шариков из фосфористой бронзы ограничивает конструкцию оборудования, поскольку система шариков из фосфористой бронзы не может избавиться от комбинированного режима «шарики из фосфористой бронзы-титановая корзина-анодный мешок». Эта система шариков из фосфористой бронзы также определяет метод гальванического покрытия. Это метод вертикальной обшивки. Использование титановых анодов позволяет полностью избавиться от режима вертикального покрытия. Поскольку титановые аноды можно полностью настраивать, поток струи оборудования, циркуляция, распределение анодов, форма анода и другие аспекты могут быть перепроектированы и оптимизированы. Это дает оборудованию разнообразные возможности, а также обеспечивает возможности гальванического оборудования (такие как дальнейшее улучшение однородности гальванического покрытия, плотности рабочего тока и т. д.).

С точки зрения поддержки системы гальванического покрытия, по сравнению с проблемой загрязнения гальванического раствора, вызванной системой шариков из фосфористой меди, титановые аноды могут обеспечить более высокие гальванические возможности. Таким образом, направление разработки новых гальванических добавок в основном сместилось в сторону адаптации титановых анодов, особенно это разработка и адаптация добавок для новых применений и более высоких требований. Выбор титанового анода означает выбор возможности дальнейшего развития.

По сравнению с медно-фосфорными шариками недостатки титановых анодов можно свести к одному – стоимости. Стоимость является наиболее важной причиной, не позволяющей титановым анодам полностью заменить фосфорно-медные шарики.

я. Инвестиционные затраты на оборудование высоки

Проблема инвестиций в оборудование в основном сосредоточена в следующих аспектах: во-первых, система титанового анода требует дополнительной системы добавления порошка оксида меди. Для лучшего контроля рекомендуется одновременно использовать систему онлайн-контроля лекарств; во-вторых, источник питания, подходящий для титановых анодов, должен быть выше. Конструкция рабочего напряжения привела к удорожанию изготовления источников питания для титановых анодов; в-третьих, стоимость титановых анодов намного превышает стоимость титановых корзин с шариковыми системами из фосфористой бронзы (из-за стоимости покрытия оксидом драгоценного металла на поверхности титановых анодов). Таким образом, использование титановых анодов приведет к значительному улучшению общего бюджета ряда оборудования.

ii. Более высокие эксплуатационные расходы

Эксплуатационные затраты включают стоимость замены аксессуаров (титановых анодов) и производственные затраты.

С одной стороны, титановый анод должен иметь соответствующий срок службы. После определенного периода использования разрядные характеристики или гальванические характеристики титанового анода снизятся, и он может даже не соответствовать высоким требованиям гальванотехники. Как правило, титановые аноды необходимо проверять и заменять через 1–2 года использования. Стоимость замены титанового анода намного выше, чем стоимость замены титановой корзины шариковой системы из фосфористой бронзы.

С другой стороны, с точки зрения производственных затрат, по сравнению с медно-фосфорными шариками, дополнительные затраты, вызванные титановыми анодами, в основном связаны с дополнительным потреблением добавок для меднения. По сравнению с медно-фосфорными шариками титановые аноды приведут к значительному повышению уровня удельного расхода медняющих добавок. Поэтому то, как контролировать расход присадки в пределах разумного уровня, является важным показателем оценки для клиентов качества титановой анодной продукции. Что касается потребления меди, принимая во внимание цену за единицу и уровень потерь материала фосфорных медных шариков и порошка оксида меди, не будет особенно большого разрыва в фактических затратах на использование этих двух материалов.

Выбор титанового анода – это выбор между стоимостью и качеством. С одной стороны, использование титановых анодов действительно может улучшить возможности процесса и улучшить качество продукции. В некоторых случаях использование или отсутствие титановых анодов определяет, имеет ли производитель производственные возможности для производства определенного продукта; с другой стороны, использование титановых анодов будет очевидным улучшением по сравнению с шариками из фосфористой бронзы как с точки зрения единовременных инвестиционных затрат на оборудование, так и с точки зрения последующих эксплуатационных затрат. Когда выгоды перевешивают затраты, становится ясно, что титановые аноды действительно станут естественным выбором. Более того, в некоторых случаях, если титановые аноды не используются, технологичность определенного продукта будет потеряна, титановые аноды стали неизбежным выбором. Поскольку спрос на продукцию продолжает расти, улучшение технологических возможностей также является постоянной потребностью. В долгосрочной перспективе выбор титановых анодов неизбежно станет все более определенным направлением развития.

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

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