Ứng dụng cực dương titan trong quá trình mạ điện đồng PCB

Với sự tiến bộ của thời đại và yêu cầu ngày càng cao về các sản phẩm điện tử mỏng hơn, nhẹ hơn, quy trình sản xuất bảng mạch cũng không ngừng được cải tiến. Trong những năm gần đây, cực dương titan dần dần được nhiều người công nhận và hiểu biết hơn trong quá trình mạ đồng PCB. So với các quả bóng đồng phốt pho truyền thống tiếp tục hòa tan trong quá trình sử dụng, cực dương titan vẫn ổn định về hình dạng và không trải qua phản ứng hòa tan trong quá trình sử dụng nên được gọi là cực dương không hòa tan và còn được gọi là cực dương ổn định kích thước. Với việc cải thiện yêu cầu về sản phẩm, yêu cầu của quy trình mạ đồng PCB cũng ngày càng tăng. Cực dương titan đang dần thể hiện ưu điểm so với bóng đồng phốt-pho và đang dần thay thế thị phần của bóng đồng phốt-pho. Bài viết này sẽ giới thiệu chung về cực dương titan và kết hợp kinh nghiệm hàng thập kỷ của chúng tôi trong việc phát triển và sản xuất cực dương titan để chia sẻ một số kiến ​​thức và kinh nghiệm trong việc thiết kế và sử dụng cực dương titan để nhiều người có thể hiểu hơn về cực dương titan. Anode có sự hiểu biết sâu sắc hơn.

Cực dương titan thường được gọi là DSA (Anode ổn định kích thước), là cực dương ổn định kích thước. Trong quá trình sử dụng, cực dương titan không trải qua phản ứng hòa tan, do đó duy trì sự ổn định về kích thước. Do đó, cực dương titan là cực dương không hòa tan. Cực dương titan không phải là một điện cực kim loại đơn giản mà là một điện cực được phủ: cực dương titan là vật liệu điện cực tổng hợp sử dụng titan làm kim loại cơ bản và được phủ một lớp xúc tác điện trên bề mặt. Mặc dù nhiều vật liệu có thể được chế tạo thành lớp phủ, nhưng loại được sử dụng rộng rãi nhất là lớp phủ nguyên tố nhóm bạch kim, thường được gọi là lớp phủ kim loại quý, chủ yếu bao gồm ba loại sau: bạch kim (kim loại), oxit ruthenium và oxit iridium (tất cả các oxit kim loại gốm ). Do đó, cực dương titan có thể được định nghĩa là vật liệu điện cực sử dụng titan kim loại làm vật liệu cơ bản, sử dụng kim loại nhóm bạch kim và oxit của chúng làm lớp phủ bề mặt, đồng thời có tính dẫn điện và hoạt tính xúc tác hóa học cao.

Nói về lịch sử của cực dương titan, sự ra đời của nó không thể tách rời với Bia Henry người Hà Lan (Bia HB). Bắt đầu từ năm 1957, Beer đã đi đầu trong việc phát minh ra công nghệ mạ điện bạch kim trên kim loại titan, xin cấp bằng sáng chế và thành lập MAGNETOChemie (tiền thân của MAGNETO Chemie). Năm 1967, Beer đã phát minh ra phương pháp tạo màng oxit kim loại trên kim loại titan. Một ví dụ triển khai cụ thể đã sử dụng oxit ruthenium làm cực dương cho quá trình điện phân nước muối, điều này đã thúc đẩy những thay đổi lớn trong ngành công nghiệp clo-kiềm. Lớp phủ này vẫn được sử dụng rộng rãi trong các phản ứng tiến hóa clo điện hóa khác nhau ngày nay. Với nghiên cứu chuyên sâu về các kim loại nhóm bạch kim khác nhau và oxit của chúng, vào những năm 1970, lớp phủ oxit kim loại hỗn hợp iridium-tantalum đã được phát triển thành công và dần dần bắt đầu được sử dụng trong các phản ứng tiến hóa oxy điện hóa. Ngày nay, cực dương titan dựa vào hiệu suất vượt trội của chúng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực điện hóa, bao gồm công nghiệp hóa chất (công nghiệp clo-kiềm), tổng hợp hữu cơ điện phân, mạ điện, bảo vệ cathode, sản xuất và khử trùng clo điện phân công nghiệp và dân dụng, cũng như các lĩnh vực ứng dụng khác .

Từ những năm 1990, cực dương titan đã được sử dụng trong quy trình mạ đồng PCB và được phát triển và cải tiến hơn nữa trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ này. Trong 10 năm qua, với sự cải thiện các yêu cầu về khả năng xử lý PCB, cực dương titan đã dần bắt đầu thay thế các quả bóng đồng cực dương-phốt pho hòa tan với những ưu điểm riêng của chúng. Tùy thuộc vào yêu cầu mạ điện, cực dương titan không chỉ có thể được sử dụng để mạ DC mà còn có thể được sử dụng để mạ xung ngược. Trong tương lai, khi yêu cầu của quy trình mạ đồng ngày càng tăng cao, cực dương titan sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển để thích ứng với các điều kiện mạ điện mới.

Cực dương titan là cực dương không hòa tan và quá trình phản ứng cực dương trong quá trình hoạt động khác biệt đáng kể so với cực dương hòa tan (bóng đồng phốt pho).

Phản ứng anốt của cực dương hòa tan là một quá trình phản ứng hóa học đơn giản trong đó kim loại mất electron và hòa tan; Phản ứng anốt của cực dương không hòa tan về cơ bản là phản ứng điện phân nước và sản phẩm phản ứng là các ion oxy và hydro. Sự khác biệt trong các phản ứng hóa học ở anốt giữa cực dương không hòa tan và cực dương hòa tan có thể được tóm tắt như ba điểm sau: i. Sản phẩm phản ứng khác nhau; ii. quá trình phản ứng khác nhau; iii. Khả năng phản ứng khác nhau. Điều này cũng xác định rằng trong các điều kiện ứng dụng cụ thể, hiệu suất của cực dương titan và các yêu cầu đối với thiết bị có những đặc điểm riêng.

Tôi. Sản phẩm phản ứng là khác nhau

Có thể thấy từ phương trình phản ứng trên, điều tiện lợi nhất khi sử dụng cực dương hòa tan là toàn bộ kim loại lắng đọng trên cực âm đều đến từ kim loại hòa tan trong phản ứng cực dương, nhờ đó đạt được sự cân bằng kim loại trong hệ thống mạ điện. Khi sử dụng cực dương không hòa tan, không những không tạo ra ion kim loại tương ứng ở đầu cực dương mà còn tạo ra thêm các ion hydro. Vì vậy, đối với cực dương không hòa tan, trong khi bổ sung ion đồng, lượng ion hydro dư thừa cũng phải được tiêu thụ để duy trì sự cân bằng của toàn bộ hệ thống mạ điện. Hiện nay giải pháp chính là sử dụng oxit đồng. Do đó, bất kỳ việc sử dụng cực dương titan nào hầu như luôn cần có thêm hệ thống bổ sung bột oxit đồng, đây là điểm khác biệt lớn nhất so với hệ thống bóng đồng phốt-pho.

ii. Quá trình phản ứng là khác nhau

Quá trình phản ứng cực dương của cực dương hòa tan tương đối đơn giản. Phản ứng cuối cùng xảy ra là đồng ({0}} hóa trị) được chuyển thành các ion đồng (+2 hóa trị) và phản ứng phụ của nó cũng sẽ tạo ra một phần ion đồng (+1 hóa trị); cực dương của cực dương không hòa tan Phản ứng là một quá trình phản ứng điện hóa liên quan đến lớp phủ oxit kim loại quý trên bề mặt cực dương titan. Phản ứng cơ bản là phản ứng cực dương của nước điện phân và sản phẩm cuối cùng là các ion oxy và hydro. Trong quá trình phản ứng này, không chỉ lớp phủ sẽ gây ra sự phân hủy lớn của các chất phụ gia trong dung dịch mạ thông qua tiếp xúc mà phản ứng còn tạo ra các chất trung gian có tính oxy hóa mạnh bao gồm các nguyên tử oxy, gốc hydroxyl, v.v., điều này cũng sẽ gây ra thêm phân hủy các chất phụ gia. Điều này tạo ra trở ngại rất lớn cho việc sử dụng anode không hòa tan - so với anode hòa tan, anode không hòa tan sẽ gây tiêu tốn thêm phụ gia và làm tăng đáng kể chi phí vận hành của quá trình mạ đồng PCB.

iii. Tiềm năng phản ứng khác nhau

Trong quá trình mạ điện, đầu cực dương của cực dương không hòa tan trải qua phản ứng điện phân nước và thế điện cực tiêu chuẩn của phản ứng này cao hơn đáng kể so với cực dương hòa tan. Đồng thời, do điện trở suất của titan lớn hơn đồng; và nói chung, mật độ dòng điện cao hơn thường được sử dụng khi sử dụng cực dương titan. Điều này dẫn đến điện áp của toàn bộ hệ thống mạ điện cao hơn đáng kể so với điện áp của cực dương hòa tan khi sử dụng cực dương titan. Sự chênh lệch điện áp này ít nhất phải lớn hơn 1V, thậm chí là 2V. So với nguồn điện phù hợp với bóng đồng phốt pho, cần phải xem xét trước việc thiết kế điện áp của nguồn điện cho cực dương không hòa tan. Tất nhiên, xét từ góc độ chi phí thì chi phí cung cấp điện cũng sẽ tăng theo.

So với bóng đồng phốt pho, cực dương titan mang lại những ưu điểm không thể so sánh được vì chúng là loại cực dương hoàn toàn khác. Tóm lại, ưu điểm của cực dương titan chủ yếu được thể hiện ở những điểm sau.

i.Ưu điểm của tính đồng nhất mạ ổn định

Ưu điểm về tính đồng nhất mạ điện của cực dương titan có nghĩa là việc sử dụng cực dương không hòa tan có thể duy trì tính đồng nhất mạ điện ổn định trong một thời gian dài, điều này được xác định bởi các đặc tính của chính cực dương không hòa tan. Trong quá trình mạ điện, để đảm bảo tính ổn định của tính đồng nhất của mạ điện, cần đảm bảo các điều kiện mạ điện có thể kiểm soát được và ổn định. Một điểm rất quan trọng là duy trì tính đồng nhất của sự phóng điện từ đầu cực dương đến đầu cực âm. Độ ổn định của sự phóng điện từ đầu cực dương đến đầu cực âm phần lớn được xác định bởi kích thước tương đối của cả hai. Trong quy trình mạ đồng PCB, các quả bóng đồng phốt pho hòa tan được sử dụng sẽ hòa tan khi quá trình mạ điện diễn ra, dẫn đến giảm kích thước của cực dương (chủ yếu là chiều cao của cực dương) và thay đổi diện tích tương đối. Vì vậy, không thể duy trì tính đồng nhất phóng điện cực dương trong thời gian dài bằng cách sử dụng bóng đồng phốt-pho. Cực dương không hòa tan còn được gọi là "cực dương ổn định kích thước", có nghĩa là kích thước cực dương của cực dương không hòa tan vẫn ổn định trong một thời gian dài sử dụng. Lúc này, chỉ cần đảm bảo rằng lớp phủ trên bề mặt cực dương titan không bị hỏng trong suốt thời gian sử dụng của cực dương và vẫn có khả năng phóng điện và xúc tác điện, để đảm bảo độ ổn định phóng điện từ đầu cực dương đến đầu cực dương. đầu cực âm. Thông thường, sau khi lắp đặt cực dương không hòa tan trực tuyến, chỉ cần điều chỉnh độ đồng đều của lớp mạ lần đầu tiên (chẳng hạn như điều chỉnh kích thước và vị trí của tấm che chắn) và có thể đạt được sự phân bố độ dày lớp mạ ổn định trong thời gian dài. , có thể đạt được trong suốt vòng đời của cực dương. "một lần và mãi mãi" bên trong.

ii. Hiệu quả sản xuất cao hơn

So với bóng đồng phốt-pho, sự cải thiện hiệu quả sản xuất do cực dương titan mang lại chủ yếu được thể hiện ở hai khía cạnh sau:

Một mặt, cực dương titan có thể hoạt động ở mật độ dòng điện cao hơn. Do sự thụ động của màng photphua trên bề mặt của quả bóng đồng phốt pho, mật độ dòng điện hoạt động tối đa của quả bóng đồng phốt pho không thể vượt quá 2,5 ~ 3 ASD; trong khi mật độ dòng điện tối đa mà cực dương titan có thể chịu được gấp hàng chục lần so với bóng đồng phốt pho (ví dụ, trong lĩnh vực mạ điện thép, mật độ dòng điện làm việc của cực dương titan có thể đạt hơn 100 ASD). Do đó, thông qua sự hỗ trợ của thiết bị và kết hợp các điều kiện mạ điện tương ứng, cực dương titan có khả năng đạt được năng suất thiết bị và hiệu quả sản xuất cao hơn.

Mặt khác, cực dương titan tránh được các vấn đề gián đoạn sản xuất do việc bổ sung và bảo trì thường xuyên quá trình bóng đồng phốt pho. Khi sử dụng bóng đồng phốt pho, các quả bóng đồng phốt pho đã tiêu thụ phải được bổ sung đều đặn. Trước khi thêm các quả bóng đồng phốt pho mới, chúng cần được làm sạch. Chúng không thể được sản xuất ngay sau khi thêm chúng. Phải mất một thời gian nhất định của hoạt động xi lanh điện phân để tạo thành màng photphat trên bề mặt. Những quả bóng đồng phốt-pho đã qua sử dụng lâu ngày gần như ở trạng thái cặn nên phải làm sạch hoàn toàn ra khỏi giỏ titan để tránh các vấn đề về chất lượng mạ điện. Những hoạt động bảo trì không thể tránh khỏi này khiến cho thiết bị mạ đồng sử dụng bóng đồng phốt-pho không những không thể hoạt động liên tục trong thời gian dài mà còn tiêu tốn rất nhiều nhân lực. Khi sử dụng cực dương titan, thiết bị bổ sung bột oxit đồng để bổ sung ion đồng là độc lập và không cần phải tắt máy để bổ sung bột oxit đồng. Đồng thời, bản thân cực dương titan cũng "không cần bảo trì", nghĩa là trong vòng đời của cực dương titan, về nguyên tắc, không cần phải làm sạch thêm cực dương titan. Do đó, sử dụng cực dương titan về mặt lý thuyết có thể đạt được quá trình sản xuất hoàn toàn không bị gián đoạn, do đó tiết kiệm rất nhiều thời gian bảo trì và đầu tư nhân lực.

iii. Kiểm soát quá trình ổn định hơn

Việc sử dụng cực dương titan có thể giữ cho các thành phần của dung dịch mạ điện ở trạng thái ổn định hơn, đó là lợi ích của việc bổ sung bột oxit đồng.
 

Một mặt, do độ dày của màng photphat trên bề mặt quả bóng đồng photphor khó kiểm soát một cách hoàn hảo nên trên cơ sở tránh màng photphat quá dày sẽ dẫn đến sự thụ động của quả bóng đồng photpho, quả bóng đồng phốt pho thường sẽ bị hòa tan quá mức, dẫn đến mất chất lỏng trong lọ thuốc. Tăng liên tục nồng độ ion đồng. Nồng độ ion đồng đóng vai trò quan trọng trong giá trị TP của lỗ mạ. Do đó, sự dao động về nồng độ ion đồng sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định của hiệu ứng mạ lỗ ở một mức độ nhất định. Đồng thời, trong quá trình hòa tan các quả bóng đồng phốt pho, các ion clorua bổ sung trong dung dịch mạ sẽ bị tiêu hao. Một mặt, sự dao động của các ion clorua sẽ tác động lên độ dày của màng phosphat, mặt khác cũng sẽ làm cho tác dụng của phụ gia mạ điện bị dao động. Tình trạng này sẽ không xảy ra khi sử dụng cực dương titan. Bạn chỉ cần kiểm soát chặt chẽ lượng bột oxit đồng được thêm vào để kiểm soát hoàn toàn nồng độ ion đồng; đồng thời, bản thân nồng độ ion clorua cũng có thể được duy trì ở trạng thái rất ổn định.

Mặt khác, việc sử dụng bóng đồng phốt pho có nhiều khả năng gây ô nhiễm dung dịch mạ, dẫn đến chất phụ gia mạ bị hỏng sớm. Các quả bóng đồng phốt pho được xử lý bằng cách nấu chảy và cán, trong khi bột oxit đồng được tạo ra bằng cách hòa tan nguyên liệu đồng trong dung dịch, tiếp tục tinh chế và kết tủa tiền chất oxit đồng trong dung dịch, và cuối cùng nung nó. Bột oxit đồng. So với hai quy trình chế biến, quy trình chế biến bột oxit đồng thuận tiện hơn trong việc kiểm soát độ tinh khiết của nguyên liệu thô. Nói một cách tương đối, trong điều kiện kiểm soát tốt, hàm lượng tạp chất trong bột oxit đồng sẽ thấp hơn so với bóng đồng phốt pho. Trong quá trình sử dụng lâu dài, dù là bóng đồng phốt pho hay bột oxit đồng, các tạp chất sẽ hòa tan và tích tụ trong dung dịch mạ. Phụ gia mạ điện thường khá nhạy cảm với hàm lượng ion tạp chất có trong dung dịch mạ điện. Khi các ion tạp chất trong dung dịch mạ điện đạt tới nồng độ nhất định sẽ ảnh hưởng đến tác dụng của các chất phụ gia mạ điện, từ đó ảnh hưởng xấu đến hiệu quả mạ điện. Do đó, hệ thống mạ điện sử dụng cực dương titan có thể duy trì chất lỏng tắm ở trạng thái ô nhiễm tương đối thấp và làm cho chất lỏng tắm tồn tại lâu hơn. Điều này không chỉ làm giảm chi phí bổ sung cho việc chuẩn bị bể do bể mạ bị hỏng sớm mà còn giảm chi phí cho bể trong quá trình sử dụng. Tác động của tạp chất cũng sẽ chắc chắn hơn.

iv. Khả năng xử lý cao hơn

Khả năng của quá trình mạ điện chủ yếu phụ thuộc vào hai khía cạnh: thiết kế của thiết bị và sự hỗ trợ của hệ thống mạ điện.

Về mặt thiết kế thiết bị, việc sử dụng bóng đồng phốt-pho hạn chế thiết kế của thiết bị, bởi vì hệ thống bóng đồng phốt-pho không thể thoát khỏi chế độ kết hợp "bóng đồng phốt-pho-giỏ titan-túi anode". Hệ thống bóng đồng phốt pho này cũng quyết định phương pháp mạ điện. Đó là một phương pháp mạ dọc. Sử dụng cực dương titan có thể loại bỏ hoàn toàn chế độ mạ dọc. Vì cực dương titan có thể được tùy chỉnh hoàn toàn nên dòng phản lực, sự tuần hoàn, phân bổ cực dương, hình dạng cực dương và các khía cạnh khác của thiết bị có thể được thiết kế lại và tối ưu hóa. Điều này mang lại cho thiết bị nhiều khả năng khác nhau và cũng cung cấp các khả năng của thiết bị mạ điện (chẳng hạn như Việc cải thiện hơn nữa tính đồng nhất của mạ điện, mật độ dòng điện hoạt động, v.v. cung cấp các điều kiện tiên quyết.

Về mặt hỗ trợ hệ thống mạ điện, so với vấn đề ô nhiễm dung dịch mạ do hệ thống bóng đồng phốt pho gây ra, cực dương titan có thể mang lại khả năng mạ điện cao hơn. Do đó, hướng phát triển của phụ gia mạ điện mới về cơ bản đã chuyển sang thích ứng với cực dương titan, đặc biệt là phát triển và thích ứng phụ gia cho các ứng dụng mới và nhu cầu cao hơn. Chọn cực dương titan có nghĩa là chọn khả năng phát triển trong tương lai.

So với bóng đồng phốt-pho, nhược điểm của cực dương titan có thể được tóm tắt là một, đó là giá thành. Chi phí là lý do quan trọng nhất ngăn cản cực dương titan thay thế hoàn toàn các quả bóng đồng phốt pho.

Tôi. Chi phí đầu tư thiết bị cao

Vấn đề chi phí đầu tư thiết bị chủ yếu tập trung ở các khía cạnh sau: Thứ nhất, hệ thống cực dương titan cần có thêm hệ thống bổ sung bột oxit đồng. Để kiểm soát tốt hơn, nên sử dụng đồng thời hệ thống kiểm soát thuốc trực tuyến; thứ hai, nguồn điện phù hợp với cực dương titan cần phải cao hơn. Việc thiết kế điện áp làm việc đã làm tăng chi phí sản xuất nguồn điện cho cực dương titan; thứ ba, giá thành của cực dương titan cao hơn nhiều so với giỏ titan với hệ thống bóng đồng phốt-pho (do chi phí phủ oxit kim loại quý trên bề mặt cực dương titan). Tóm lại, việc sử dụng cực dương titan sẽ mang lại những cải thiện đáng kể cho tổng ngân sách của nhiều loại thiết bị.

ii. Chi phí vận hành cao hơn

Chi phí vận hành bao gồm chi phí thay thế phụ kiện (cực dương titan) và chi phí sản xuất, chế tạo.

Một mặt, cực dương titan phải có tuổi thọ sử dụng tương ứng. Sau một thời gian sử dụng, hiệu suất phóng điện hoặc hiệu suất mạ điện của cực dương titan sẽ giảm, thậm chí có thể không tiếp tục đáp ứng được yêu cầu cao về mạ điện. Thông thường, cực dương titan cần được đánh giá và thay thế sau 1 đến 2 năm sử dụng. Chi phí thay thế cực dương titan lớn hơn nhiều so với giỏ titan của hệ thống bóng đồng phốt pho.

Mặt khác, về mặt chi phí sản xuất, so với bóng đồng phốt pho, chi phí tăng thêm do cực dương titan gây ra chủ yếu đến từ việc tiêu thụ thêm phụ gia mạ đồng. So với bóng đồng phốt-pho, cực dương titan sẽ dẫn đến mức tiêu thụ đơn vị phụ gia mạ đồng tăng lên đáng kể. Vì vậy, làm thế nào để kiểm soát mức tiêu hao phụ gia ở mức hợp lý là chỉ tiêu đánh giá quan trọng để khách hàng đánh giá chất lượng sản phẩm cực dương titan. Về tiêu thụ đồng, có tính đến đơn giá và tỷ lệ hao hụt vật liệu của bóng đồng phốt pho và bột oxit đồng, sẽ không có khoảng cách đặc biệt lớn về chi phí sử dụng thực tế của cả hai.

Chọn cực dương titan là sự lựa chọn giữa chi phí và chất lượng. Một mặt, việc sử dụng cực dương titan thực sự có thể cải thiện khả năng xử lý và cải thiện chất lượng sản phẩm. Trong một số trường hợp, việc sử dụng cực dương titan hay không quyết định liệu nhà sản xuất có khả năng sản xuất một sản phẩm nhất định hay không; mặt khác, việc sử dụng cực dương titan sẽ là một cải tiến rõ ràng so với bóng đồng phốt pho, cả về chi phí đầu tư thiết bị một lần và chi phí vận hành tiếp theo. Khi lợi ích lớn hơn chi phí, rõ ràng cực dương titan thực sự sẽ là sự lựa chọn tự nhiên. Hơn nữa, trong một số trường hợp, nếu không sử dụng cực dương titan thì khả năng sản xuất của một sản phẩm nào đó sẽ bị mất, cực dương titan đã trở thành một lựa chọn tất yếu. Khi nhu cầu sản phẩm tiếp tục tăng, việc cải thiện khả năng xử lý cũng là yêu cầu thường xuyên. Về lâu dài, việc lựa chọn cực dương titan chắc chắn sẽ là một hướng phát triển ngày càng chắc chắn.

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

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