Primjena titanijumske anode u procesu galvanizacije PCB bakra

Sa napretkom vremena i sve većim zahtjevima za tanjim i lakšim elektronskim proizvodima, procesi proizvodnje ploča se također stalno poboljšavaju. Poslednjih godina, titanijumske anode su postepeno prepoznavale i razumele sve više ljudi u procesu bakrenja PCB-a. U poređenju sa tradicionalnim fosfornim bakrenim kuglicama, koje se i dalje rastvaraju tokom upotrebe, titanijumske anode ostaju stabilnog oblika i ne prolaze kroz reakcije rastvaranja tokom upotrebe, pa se nazivaju nerastvorljivim anodama, a nazivaju se i dimenzionalno stabilnim anodama. Sa poboljšanjem zahtjeva za proizvodima, povećavaju se i zahtjevi procesa bakrovanja PCB-a. Titanijumske anode postepeno pokazuju prednosti u odnosu na kuglice od fosforne bronze i postepeno zamenjuju tržišni udeo kuglica od fosforne bronce. Ovaj članak će dati opšti uvod u titanijumske anode i kombinovati naše decenije iskustva u razvoju i proizvodnji titanijumskih anoda kako bismo podelili neko znanje i iskustvo u dizajnu i upotrebi titanijumskih anoda, tako da više ljudi može razumeti titanijumske anode. Anoda ima dalje dubinsko razumijevanje.

Titanijumska anoda se općenito naziva DSA (DimensionallyStable Anode), što je dimenzionalno stabilna anoda. Tokom upotrebe, titanijumska anoda ne prolazi kroz reakciju rastvaranja, čime se održava stabilnost dimenzija. Stoga je titanijumska anoda nerastvorljiva anoda. Titanijumska anoda nije jednostavna metalna elektroda, već obložena elektroda: titanijumska anoda je kompozitni elektrodni materijal koji koristi titan kao osnovni metal i obložen je elektrokatalitičkim premazom na površini. Iako se mnogi materijali mogu napraviti u premaze, najčešće korišteni su premazi elemenata platinske grupe, koji se često nazivaju premazi od plemenitih metala, koji uglavnom uključuju sljedeće tri vrste: platinu (metali), rutenijum oksid i iridijum oksid (svi keramički metalni oksidi ). Stoga se titanijumska anoda može definirati kao materijal elektrode koji koristi metalni titan kao osnovni materijal, koristi metale platinske grupe i njihove okside kao površinske prevlake, te ima električnu provodljivost i visoku kemijsku katalitičku aktivnost.

Govoreći o istoriji titanijumskih anoda, njeno rođenje je neodvojivo od Holanđanina Henry Beera (HB Beer). Počevši od 1957. godine, Beer je preuzeo vodeću ulogu u pronalasku tehnologije galvanizacije platine na metal titanijuma, prijavio se za patent i osnovao MAGNETOChemie (prethodnicu MAGNETO Chemie). Godine 1967. Beer je izumio metodu formiranja filma od metalnog oksida na metalu titanijuma. Jedan specifičan primjer implementacije koristio je rutenijum oksid kao anodu za elektrolizu slane vode, što je podstaklo velike promjene u hlor-alkalnoj industriji. Ovaj premaz se i danas široko koristi u različitim elektrohemijskim reakcijama evolucije hlora. Uz dubinsko istraživanje različitih metala platinske grupe i njihovih oksida, 1970-ih godina uspješno su razvijene prevlake od miješanog metalnog oksida iridijum-tantal i postupno se počele koristiti u reakcijama elektrokemijske evolucije kisika. Danas se titanijumske anode oslanjaju na svoje superiorne performanse i naširoko se koriste u mnogim elektrohemijskim poljima, uključujući hemijsku industriju (hlor-alkalnu industriju), elektrolitičku organsku sintezu, galvanizaciju, katodnu zaštitu, industrijsku i civilnu proizvodnju i dezinfekciju elektrolitičkog hlora i druga polja primene. .

Od 1990-ih, titanijumske anode se koriste u procesima bakrovanja PCB-a, a dalje su razvijene i poboljšane u prvoj deceniji ovog veka. U proteklih 10 godina, sa poboljšanjem zahtjeva u pogledu mogućnosti PCB procesa, titanijumske anode su postepeno počele da zamenjuju rastvorljive anode-fosfor bakrene kuglice sa svojim jedinstvenim prednostima. Ovisno o zahtjevima galvanizacije, titanijumske anode se mogu koristiti ne samo za jednosmjernu galvanizaciju, već i za reverzno pulsiranje. U budućnosti, kako se zahtjevi za procesom bakrenog oblaganja dalje povećavaju, titanijumske anode će se nastaviti istraživati ​​i razvijati kako bi se prilagodile novim uvjetima galvanizacije.

Titanijumska anoda je nerastvorljiva anoda, a proces anodne reakcije tokom rada značajno se razlikuje od rastvorljivih anoda (fosfor-bakarnih kuglica).

Anodna reakcija rastvorljive anode je jednostavan proces hemijske reakcije u kojem metal gubi elektrone i otapa se; anodna reakcija nerastvorljive anode je u suštini reakcija elektrolize vode, a produkti reakcije su ioni kiseonika i vodika. Razlika u anodnim hemijskim reakcijama između nerastvorljivih anoda i rastvorljivih anoda može se sažeti u sledeće tri tačke: i. Različiti produkti reakcije; ii. Različiti procesi reakcija; iii. Različiti potencijali reakcije. Ovo takođe određuje da u specifičnim uslovima primene, performanse titanijumskih anoda i zahtevi za opremu imaju svoje specifičnosti.

i. Proizvodi reakcije su različiti

Kao što se može vidjeti iz gornje jednačine reakcije, najpogodnija stvar kod korištenja rastvorljivih anoda je da sav metal deponovan na katodi dolazi od metala otopljenog u anodnoj reakciji, čime se postiže ravnoteža metala u sistemu galvanizacije. Kada se koristi nerastvorljiva anoda, ne samo da se ne proizvode odgovarajući ioni metala na kraju anode, već se također proizvode dodatni ioni vodika. Stoga, za nerastvorljive anode, dok se obnavljaju joni bakra, višak jona vodonika mora se takođe potrošiti da bi se održala ravnoteža čitavog sistema galvanizacije. Trenutno je glavno rješenje korištenje bakrenog oksida. Stoga, svaka upotreba titanijumskih anoda gotovo uvijek zahtijeva dodatni sistem dodavanja praha bakrenog oksida, što je najveća razlika u odnosu na sistem fosfornih bakarnih kuglica.

ii. Proces reakcije je drugačiji

Proces anodne reakcije rastvorljive anode je relativno jednostavan. Konačna reakcija koja se dešava je da se bakar (0 valencija) pretvara u bakrene jone (+2 valentnost), a njegova sporedna reakcija će također djelomično proizvesti ione bakra (+1 valentnost); anoda nerastvorljive anode Reakcija je proces elektrokatalitičke reakcije koji uključuje prevlaku od oksida plemenitih metala na površini titanijumske anode. Osnovna reakcija je anodna reakcija elektrolize vode, a konačni produkti su kisik i vodikovi ioni. Tokom ovog procesa reakcije, ne samo da će premaz uzrokovati veliku količinu razgradnje aditiva u otopini za oblaganje kontaktom, već će reakcija također proizvesti jako oksidirajuće intermedijere uključujući atome kisika, hidroksilne radikale, itd., što će također uzrokovati dodatne raspadanje aditiva. Ovo stvara vrlo veliku prepreku za upotrebu nerastvorljivih anoda - u poređenju sa rastvorljivim anodama, nerastvorljive anode će uzrokovati dodatnu potrošnju aditiva i značajno povećati operativne troškove procesa bakrenja PCB-a.

iii. Različiti potencijali reakcije

Tokom procesa galvanizacije, anodni kraj nerastvorljive anode prolazi kroz reakciju elektrolize vode, a standardni elektrodni potencijal ove reakcije je znatno veći od potencijala rastvorljive anode. U isto vrijeme, jer je otpornost titanijuma veća od bakra; i općenito, veća gustoća struje se često koristi kada se koriste titanijske anoda. To dovodi do toga da je napon čitavog sistema galvanizacije znatno veći od napona rastvorljivih anoda kada se koriste titanijumske anode. Ova razlika napona je najmanje veća od 1V, ili čak 2V. U poređenju sa napajanjem pogodnim za fosforne bakrene kuglice, dizajn napona napajanja za nerastvorljive anode treba unapred razmotriti. Naravno, sa stanovišta troškova, troškovi napajanja će takođe porasti u skladu sa tim.

U poređenju sa fosfornim bakrenim kuglicama, titanijumske anode donose neuporedive prednosti jer su potpuno drugačiji tip anode. Da sumiramo, prednosti titanijumskih anoda se uglavnom ogledaju u sledećim tačkama.

i. Prednosti stabilne ujednačenosti oplate

Prednost ujednačenosti galvanizacije titanijumskih anoda znači da upotreba nerastvorljivih anoda može održati stabilnu uniformnost galvanizacije dugo vremena, što je određeno karakteristikama same nerastvorljive anode. Tokom procesa galvanizacije, kako bi se osigurala stabilnost ujednačenosti galvanizacije, potrebno je osigurati da su uvjeti galvanizacije kontrolirani i stabilni. Vrlo važna stvar je održavanje ujednačenosti pražnjenja od kraja anode do kraja katode. Stabilnost pražnjenja od kraja anode do kraja katode je u velikoj mjeri određena relativnim veličinama ova dva. U procesu bakrenja PCB-a, korištene topljive fosforne bakrene kuglice će se otopiti kako se galvanizacija odvija, što rezultira smanjenjem veličine anode (uglavnom visine anode) i promjenom relativne površine. Zbog toga je nemoguće održavati ujednačenost anodnog pražnjenja dugo vremena upotrebom fosfornih bakrenih kuglica. Nerastvorljive anode se nazivaju i "dimenzionalno stabilne anode", što znači da veličina anode nerastvorljivih anoda ostaje stabilna tokom dužeg perioda upotrebe. U ovom trenutku, potrebno je samo osigurati da premaz na površini titanijumske anode nije otkazao tokom vijeka trajanja anode i da još uvijek ima sposobnost pražnjenja i elektrokatalitičke sposobnosti, kako bi se osigurala stabilnost pražnjenja od kraja anode do kraja. kraj katode. Obično, nakon što se netopiva anoda instalira na mreži, potrebno je samo prvi put podesiti ujednačenost obloge (kao što je podešavanje veličine i položaja zaštitne ploče), a stabilna raspodjela debljine ploče može se postići dugo vremena , što se može postići tokom životnog ciklusa anode. "jednom za svagda" iznutra.

ii. Veća efikasnost proizvodnje

U poređenju sa fosfornim bakrenim kuglicama, poboljšanje efikasnosti proizvodnje koje donose titanijumske anode uglavnom se ogleda u sledeća dva aspekta:

S jedne strane, titanijumske anode mogu raditi pri većim gustinama struje. Zbog pasivizacije fosfidnog filma na površini fosforne bakarne kuglice, maksimalna radna gustina struje fosforne bakarne kuglice ne može preći 2,5~3 ASD; dok je maksimalna gustoća struje koju titanijum anoda može izdržati je desetine puta veća od fosforne bakrene kuglice (na primjer, u području galvanizacije čelika, radna gustoća struje titanijskih anoda može doseći više od 100 ASD). Stoga, kroz podršku opreme i usklađivanje odgovarajućih uslova galvanizacije, titanijumske anode imaju potencijal da postignu veću produktivnost opreme i efikasnost proizvodnje.

S druge strane, titanijske anode izbjegavaju probleme prekida proizvodnje uzrokovane redovnim dodavanjem i održavanjem procesa fosforne bakarne kuglice. Kada koristite kuglice od fosforne bronze, potrošene kuglice od fosforne bronze moraju se redovno dopunjavati. Prije dodavanja novih kuglica od fosforne bronce, potrebno ih je očistiti. Ne mogu se proizvoditi odmah nakon dodavanja. Potreban je određeni period rada elektrolitskog cilindra da se na površini formira fosfatni film. Fosfor bronzane kuglice koje su korišćene dugo vremena su blizu stanja ostatka, tako da se moraju potpuno očistiti iz titanijumske korpe kako bi se izbegli problemi sa kvalitetom galvanizacije. Zbog ovih neizbježnih operacija održavanja oprema za bakreno oblaganje koja koristi kuglice od fosforne bronze ne samo da ne može raditi bez prekida dugo vremena, već i troši mnogo radne snage. Kada se koriste titanijumske anode, uređaj za dodavanje bakrenog oksida u prahu za dopunu iona bakra je nezavisan i nema potrebe da se mašina isključi da bi se napunio prah bakrenog oksida. Istovremeno, sama titanijumska anoda je takođe "bez održavanja", odnosno tokom životnog ciklusa titanijumske anode u principu nema potrebe za dodatnim čišćenjem titanijumske anode. Stoga se korištenjem titanijskih anoda teoretski može postići potpuno neprekidna proizvodnja, čime se štedi mnogo vremena za održavanje i ulaganja u radnu snagu.

iii. Stabilnija kontrola procesa

Upotreba titanijumskih anoda može održati komponente rastvora za galvanizaciju u stabilnijem stanju, što je prednost dodavanja praha bakrenog oksida.
 

S jedne strane, budući da je debljinu fosfatnog filma na površini fosforne bakrene kuglice teško savršeno kontrolisati, uz pretpostavku izbjegavanja da fosfatni film bude predebeo, što će dovesti do pasivizacije kuglice fosforne bakre, fosforna bakrena kuglica će često biti previše rastvorena, što će dovesti do gubitka tečnosti u napitku. Kontinuirano povećanje koncentracije iona bakra. Koncentracija iona bakra igra vitalnu ulogu u TP vrijednosti obloženih rupa. Stoga će fluktuacije u koncentraciji iona bakra do određene mjere utjecati na stabilnost efekta oblaganja rupa. Istovremeno, tokom procesa rastvaranja fosfornih bakarnih kuglica, dodatni hloridni joni u rastvoru za oblaganje će se potrošiti. S jedne strane, fluktuacija hloridnih jona će reagovati na debljinu fosfatnog filma, a sa druge strane će takođe izazvati fluktuaciju efekta aditiva za galvanizaciju. Ova situacija se neće dogoditi kada se koriste titanijske anoda. Potrebno je samo striktno kontrolirati količinu dodanog praha bakrenog oksida kako biste u potpunosti kontrolirali koncentraciju iona bakra; istovremeno se i sama koncentracija hloridnih jona može održavati u vrlo stabilnom stanju.

S druge strane, upotreba fosfornih bakrenih kuglica vjerojatnije će uzrokovati kontaminaciju otopine za oblaganje, što dovodi do prijevremenog kvara aditiva za oblaganje. Fosforne bakrene kuglice se obrađuju taljenjem i valjanjem, dok se prah bakarnog oksida proizvodi rastvaranjem bakrene sirovine u rastvoru, daljim prečišćavanjem i taloženjem prekursora bakrenog oksida u rastvoru i konačno kalcinacijom. Prašak bakrenog oksida. U poređenju sa dva procesa obrade, proces obrade praha bakarnog oksida je pogodniji za kontrolu čistoće sirovina. Relativno govoreći, pod dobrim kontrolnim uslovima, sadržaj nečistoća u prahu bakarnog oksida biće niži nego u kuglicama fosfornog bakra. Tokom dugotrajne upotrebe, bilo da se radi o kuglicama fosfornog bakra ili prahu bakarnog oksida, nečistoće će se rastvoriti i akumulirati u rastvoru za oblaganje. Aditivi za galvanizaciju često su prilično osjetljivi na sadržaj iona nečistoća u otopini za galvanizaciju. Kada ioni nečistoća u otopini za galvanizaciju dosegnu određenu koncentraciju, oni će utjecati na učinak aditiva za galvanizaciju, čime će negativno utjecati na učinak galvanizacije. Stoga, sistem galvanizacije koji koristi titanijumske anoda može održavati tečnost za kupanje u relativno niskom stanju zagađenja i učiniti da tečnost za kupanje traje duže. Ovo ne samo da smanjuje dodatne troškove pripreme rezervoara uzrokovane preranim kvarom kupke za oblaganje, već i smanjuje troškove kupke tokom upotrebe. Uticaj nečistoća će takođe biti sigurniji.

iv. Veće procesne sposobnosti

Sposobnost procesa galvanizacije uglavnom zavisi od dva aspekta: dizajna opreme i podrške sistema galvanizacije.

Što se tiče dizajna opreme, upotreba kuglica od fosforne bronze ograničava dizajn opreme, jer sistem fosfornih bronzanih kuglica ne može da se oslobodi kombinovanog režima "fosfor bronzane kuglice-titanijumska korpa-anodna vreća". Ovaj sistem kuglica od fosforne bronze takođe određuje metodu galvanizacije. To je metoda vertikalnog polaganja. Korištenje titanijumskih anoda može se u potpunosti riješiti vertikalnog načina nanošenja. Budući da se titanijumske anode mogu potpuno prilagoditi, protok mlaza opreme, cirkulacija, raspodjela anode, oblik anode i drugi aspekti mogu se redizajnirati i optimizirati. Ovo daje opremi razne mogućnosti, a također pruža mogućnosti opreme za galvanizaciju (kao što je daljnje poboljšanje uniformnosti galvanizacije, gustina radne struje, itd. pruža preduslove.

Što se tiče podrške sistema za galvanizaciju, u poređenju sa problemom zagađenja rešenja za galvanizaciju izazvanog sistemom fosfornih bakarnih kuglica, titanijumske anode mogu pružiti veće mogućnosti galvanizacije. Stoga se smjer razvoja novih aditiva za galvanizaciju u osnovi pomjerio na adaptaciju titanijskih anoda, a posebno je to razvoj i prilagođavanje aditiva za nove primjene i veće zahtjeve. Odabir titanijumske anode znači odabir mogućnosti budućeg razvoja.

U poređenju sa fosfornim bakrenim kuglicama, nedostaci titanijumskih anoda mogu se sažeti kao jedan, a to je cena. Troškovi su najvažniji razlog koji sprečava titanijumske anode da u potpunosti zamene fosforne bakrene kuglice.

i. Troškovi ulaganja u opremu su visoki

Problem troškova ulaganja u opremu uglavnom je koncentrisan u sljedećim aspektima: Prvo, sistem titanijumske anode zahtijeva dodatni sistem za dodavanje praha bakarnog oksida. Za bolju kontrolu, preporučljivo je istovremeno koristiti i online kontrolni sistem lijekova; drugo, napajanje pogodno za titanijumske anode mora biti veće. Dizajn radnog napona doveo je do povećanja troškova proizvodnje napajanja za titanijumske anode; treće, trošak titanijumskih anoda je daleko veći od cene titanijumskih korpi sa sistemima kuglica od fosforne bronze (zbog oksida plemenitih metala na površini titanijumskih anoda, cene premaza). Ukratko, upotreba titanijumskih anoda će doneti značajna poboljšanja u ukupnom budžetu niza opreme.

ii. Veći operativni troškovi

Operativni troškovi uključuju troškove zamjene pribora (titanijumske anode) i troškove proizvodnje i proizvodnje.

S jedne strane, titanijumska anoda mora imati odgovarajući vijek trajanja. Nakon perioda upotrebe, performanse pražnjenja ili performanse galvanizacije titanijumske anode će pasti, a možda čak i neće moći da nastavi da ispunjava visoke zahteve galvanizacije. Generalno, titanijumske anode treba procijeniti i zamijeniti nakon 1 do 2 godine korištenja. Trošak zamjene titanijumske anode je mnogo veći od cijene titanijumske korpe u sistemu kuglica od fosforne bronze.

S druge strane, u pogledu troškova proizvodnje, u poređenju sa fosfornim bakrenim kuglicama, dodatni trošak uzrokovan titanijumskim anodama uglavnom dolazi od dodatne potrošnje aditiva za bakreno prevlačenje. U poređenju sa fosfornim bakrenim kuglicama, titanijumske anode će dovesti do značajnog povećanja nivoa jedinične potrošnje aditiva za bakreno oblaganje. Stoga je kako kontrolisati potrošnju aditiva u razumnom nivou važan indikator za procjenu kupaca za procjenu kvaliteta proizvoda od titanijumskih anoda. Što se tiče potrošnje bakra, uzimajući u obzir jediničnu cijenu i stopu gubitka materijala fosfornih bakarnih kuglica i praha bakarnog oksida, neće biti posebno velikog jaza u stvarnim troškovima upotrebe njih dvoje.

Odabir titanijumske anode je izbor između cijene i kvalitete. S jedne strane, upotreba titanijumskih anoda može zapravo poboljšati procesne sposobnosti i poboljšati kvalitet proizvoda. U nekim slučajevima, upotreba ili ne titanijumskih anoda određuje da li proizvođač ima proizvodne mogućnosti određenog proizvoda; s druge strane, upotreba titanijumskih anoda će biti očigledno poboljšanje u odnosu na kuglice od fosforne bronze, kako u pogledu jednokratnih troškova ulaganja u opremu, tako i naknadnih operativnih troškova. Kada su prednosti veće od troškova, jasno je da će titanijumske anode zaista biti prirodan izbor. Štoviše, u nekim slučajevima, ako se titanijske anode ne koriste, proizvodna sposobnost određenog proizvoda će se izgubiti, anode od titana postale su neizbježan izbor. Kako potražnja za proizvodima nastavlja da raste, poboljšanja u procesnim sposobnostima su također stalni zahtjevi. Dugoročno gledano, odabir titanijumskih anoda neizbježno će biti sve izvjesniji smjer razvoja.

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