Avec l’avancée des temps et les exigences croissantes en matière de produits électroniques plus fins et plus légers, les processus de fabrication des circuits imprimés s’améliorent également constamment. Ces dernières années, les anodes en titane ont été progressivement reconnues et comprises par un plus grand nombre de personnes dans le processus de cuivrage des PCB. Par rapport aux billes de cuivre phosphoreux traditionnelles, qui continuent à se dissoudre pendant l'utilisation, les anodes en titane restent de forme stable et ne subissent pas de réactions de dissolution pendant l'utilisation, c'est pourquoi elles sont appelées anodes insolubles et sont également appelées anodes dimensionnellement stables. Avec l'amélioration des exigences en matière de produits, les exigences du processus de cuivrage des PCB augmentent également. Les anodes en titane montrent progressivement des avantages par rapport aux billes en bronze phosphoreux et remplacent progressivement la part de marché des billes en bronze phosphoreux. Cet article donnera une introduction générale aux anodes en titane et combinera nos décennies d'expérience dans le développement et la fabrication d'anodes en titane pour partager des connaissances et de l'expérience dans la conception et l'utilisation des anodes en titane, afin que davantage de personnes puissent comprendre les anodes en titane. Anode a une compréhension plus approfondie.
1. Introduction à l'anode en titane
1.1 Définition de l'anode en titane
L'anode en titane est généralement appelée DSA (DimensionallyStable Anode), qui est une anode dimensionnellement stable. Lors de son utilisation, l'anode en titane ne subit pas de réaction de dissolution, conservant ainsi sa stabilité dimensionnelle. L’anode en titane est donc une anode insoluble. L'anode en titane n'est pas une simple électrode métallique, mais une électrode enrobée : l'anode en titane est un matériau d'électrode composite qui utilise le titane comme métal de base et est recouvert d'un revêtement électrocatalytique en surface. Bien que de nombreux matériaux puissent être transformés en revêtements, les plus largement utilisés sont les revêtements d'éléments du groupe du platine, souvent appelés revêtements de métaux précieux, qui comprennent principalement les trois types suivants : le platine (métaux), l'oxyde de ruthénium et l'oxyde d'iridium (tous des oxydes métalliques céramiques). ). Par conséquent, une anode en titane peut être définie comme un matériau d'électrode qui utilise du titane métallique comme matériau de base, utilise des métaux du groupe du platine et leurs oxydes comme revêtements de surface, et présente une conductivité électrique et une activité catalytique chimique élevée.
1.2 Historique du développement des anodes en titane
En parlant de l'histoire des anodes en titane, sa naissance est indissociable du Néerlandais Henry Beer (HB Beer). En 1957, Beer a pris les devants en inventant la technologie de galvanoplastie du platine sur du titane métallique, a déposé un brevet et a fondé MAGNETO Chemie (le prédécesseur de MAGNETO Chemie). En 1967, Beer a inventé une méthode pour former un film d'oxyde métallique sur du titane. Un exemple de mise en œuvre spécifique a utilisé l’oxyde de ruthénium comme anode pour l’électrolyse de l’eau salée, ce qui a favorisé de grands changements dans l’industrie du chlore-alcali. Ce revêtement est encore largement utilisé aujourd’hui dans diverses réactions électrochimiques de dégagement de chlore. Grâce à des recherches approfondies sur divers métaux du groupe du platine et leurs oxydes, dans les années 1970, des revêtements d'oxydes métalliques mixtes iridium-tantale ont été développés avec succès et ont progressivement commencé à être utilisés dans les réactions électrochimiques de dégagement d'oxygène. Aujourd'hui, les anodes en titane s'appuient sur leurs performances supérieures et sont largement utilisées dans de nombreux domaines électrochimiques, notamment l'industrie chimique (industrie du chlore-alcali), la synthèse organique électrolytique, la galvanoplastie, la protection cathodique, la production et la désinfection électrolytique de chlore industrielle et civile, et d'autres domaines d'application. .
Depuis les années 1990, les anodes en titane sont utilisées dans les processus de placage de cuivre des PCB et ont été développées et améliorées au cours de la première décennie de ce siècle. Au cours des 10 dernières années, avec l'amélioration des exigences de capacité du processus PCB, les anodes en titane ont progressivement commencé à remplacer les anodes solubles-billes de cuivre phosphore avec leurs avantages uniques. En fonction des exigences de galvanoplastie, les anodes en titane peuvent être utilisées non seulement pour le placage CC, mais également pour le placage par impulsion inverse. À l'avenir, à mesure que les exigences du processus de placage de cuivre continueront d'augmenter, les anodes en titane continueront à faire l'objet de recherches et de développements pour s'adapter aux nouvelles conditions de galvanoplastie.
2. Principe de réaction de l'anode en titane
L'anode en titane est une anode insoluble et le processus de réaction de l'anode pendant le fonctionnement est très différent de celui des anodes solubles (billes de cuivre phosphoreux).
La réaction anodique de l'anode soluble est un processus de réaction chimique simple dans lequel le métal perd des électrons et se dissout ; la réaction anodique de l'anode insoluble est essentiellement une réaction d'électrolyse de l'eau, et les produits de réaction sont des ions oxygène et hydrogène. La différence dans les réactions chimiques anodiques entre les anodes insolubles et les anodes solubles peut être résumée par les trois points suivants : i. Différents produits de réaction ; ii. Différents processus de réaction ; iii. Différents potentiels de réaction. Cela détermine également que dans des conditions d'application spécifiques, les performances des anodes en titane et les exigences en matière d'équipement ont leurs propres particularités.
je. Les produits de réaction sont différents
Comme le montre l'équation de réaction ci-dessus, la chose la plus pratique dans l'utilisation d'anodes solubles est que tout le métal déposé sur la cathode provient du métal dissous dans la réaction anodique, obtenant ainsi un équilibre métallique dans le système de galvanoplastie. Lors de l'utilisation d'une anode insoluble, non seulement aucun ion métallique correspondant n'est produit à l'extrémité de l'anode, mais des ions hydrogène supplémentaires sont également produits. Par conséquent, pour les anodes insolubles, tout en reconstituant les ions cuivre, les ions hydrogène en excès doivent également être consommés pour maintenir l’équilibre de l’ensemble du système de galvanoplastie. Actuellement, la principale solution consiste à utiliser de l’oxyde de cuivre. Par conséquent, toute utilisation d’anodes en titane nécessite presque toujours un système supplémentaire d’ajout de poudre d’oxyde de cuivre, ce qui constitue la plus grande différence par rapport au système à billes de cuivre phosphoreux.
ii. Le processus de réaction est différent
Le processus de réaction anodique de l’anode soluble est relativement simple. La réaction finale qui se produit est que le cuivre (valence 0) est converti en ions cuivre (valence +2), et sa réaction secondaire produira également partiellement des ions cuivre (valence +1) ; l'anode de l'anode insoluble La réaction est un processus de réaction électrocatalytique impliquant le revêtement d'oxyde de métal précieux sur la surface de l'anode en titane. La réaction de base est la réaction anodique d’électrolyse de l’eau, et les produits finaux sont des ions oxygène et hydrogène. Au cours de ce processus de réaction, non seulement le revêtement provoquera une grande quantité de décomposition des additifs dans la solution de placage par contact, mais la réaction produira également des intermédiaires fortement oxydants, notamment des atomes d'oxygène, des radicaux hydroxyles, etc., qui provoqueront également des décomposition des additifs. Cela crée un très gros obstacle à l'utilisation d'anodes insolubles : par rapport aux anodes solubles, les anodes insolubles entraîneront une consommation d'additifs supplémentaire et augmenteront considérablement les coûts d'exploitation du processus de cuivrage des PCB.
iii. Différents potentiels de réaction
Pendant le processus de galvanoplastie, l'extrémité anodique de l'anode insoluble subit une réaction d'électrolyse de l'eau, et le potentiel d'électrode standard de cette réaction est nettement supérieur à celui de l'anode soluble. En même temps, parce que la résistivité du titane est supérieure à celle du cuivre ; et, en général, une densité de courant plus élevée est souvent utilisée lors de l'utilisation d'anodes en titane. Il en résulte que la tension de l'ensemble du système de galvanoplastie est nettement supérieure à celle des anodes solubles lorsque des anodes en titane sont utilisées. Cette différence de tension est au moins supérieure à 1V, voire 2V. Par rapport à l'alimentation adaptée aux billes de cuivre phosphoreux, la conception de tension de l'alimentation pour anodes insolubles doit être prise en compte à l'avance. Bien entendu, du point de vue des coûts, le coût de l’alimentation électrique augmentera également en conséquence.
3. Avantages et inconvénients des anodes en titane
3.1 Avantages des anodes en titane
Par rapport aux billes de cuivre phosphoreux, les anodes en titane apportent des avantages incomparables car il s'agit d'un type d'anode complètement différent. En résumé, les avantages des anodes en titane se reflètent principalement dans les points suivants.
i.Avantages de l'uniformité du placage stable
L'avantage d'uniformité de galvanoplastie des anodes en titane signifie que l'utilisation d'anodes insolubles peut maintenir une uniformité de galvanoplastie stable pendant une longue période, qui est déterminée par les caractéristiques de l'anode insoluble elle-même. Pendant le processus de galvanoplastie, afin d'assurer la stabilité de l'uniformité de la galvanoplastie, il est nécessaire de garantir que les conditions de galvanoplastie sont contrôlables et stables. Un point très important est de maintenir l’uniformité de la décharge de l’extrémité anodique à l’extrémité cathodique. La stabilité de la décharge de l’extrémité anodique à l’extrémité cathodique est largement déterminée par les tailles relatives des deux. Dans le processus de placage de cuivre des PCB, les billes de cuivre phosphoreux solubles utilisées se dissolvent au fur et à mesure de la galvanoplastie, ce qui entraîne une réduction de la taille de l'anode (principalement la hauteur de l'anode) et une modification de la surface relative. Par conséquent, il est impossible de maintenir l’uniformité de la décharge anodique pendant une longue période en utilisant des billes de cuivre phosphoreux. Les anodes insolubles sont également appelées « anodes dimensionnellement stables », ce qui signifie que la taille de l'anode insoluble reste stable sur une longue période d'utilisation. À ce stade, il suffit de s'assurer que le revêtement sur la surface de l'anode en titane ne s'est pas rompu pendant la durée de vie de l'anode et qu'il possède toujours des capacités de décharge et électrocatalytiques, afin d'assurer la stabilité de la décharge de l'extrémité de l'anode au extrémité cathodique. Habituellement, une fois l'anode insoluble installée en ligne, il suffit d'ajuster l'uniformité du placage pour la première fois (par exemple en ajustant la taille et la position de la plaque de blindage), et une répartition stable de l'épaisseur du placage peut être obtenue pendant une longue période. , qui peut être réalisé tout au long du cycle de vie de l'anode. "une fois pour toutes" à l'intérieur.
ii. Efficacité de production plus élevée
Par rapport aux billes de cuivre phosphoreux, l'amélioration de l'efficacité de production apportée par les anodes en titane se reflète principalement dans les deux aspects suivants :
D'une part, les anodes en titane peuvent fonctionner à des densités de courant plus élevées. En raison de la passivation du film de phosphure sur la surface de la boule de cuivre phosphoreux, la densité de courant de fonctionnement maximale de la boule de cuivre phosphoreux ne peut pas dépasser 2,5 ~ 3 ASD ; tandis que la densité de courant maximale à laquelle l'anode en titane peut résister est des dizaines de fois celle de la bille de cuivre phosphoreux (par exemple, dans le domaine de la galvanoplastie de l'acier, la densité de courant de travail des anodes en titane peut atteindre plus de 100 ASD). Par conséquent, grâce au support de l'équipement et à l'adaptation des conditions de galvanoplastie correspondantes, les anodes en titane ont le potentiel d'atteindre une productivité d'équipement et une efficacité de production plus élevées.
D'autre part, les anodes en titane évitent les problèmes d'interruption de production causés par l'ajout et l'entretien réguliers du processus de billes de cuivre phosphoreux. Lors de l'utilisation de billes de bronze phosphoreux, les billes de bronze phosphoreux consommées doivent être réapprovisionnées à intervalles réguliers. Avant d'ajouter de nouvelles billes de bronze phosphoreux, celles-ci doivent être nettoyées. Ils ne peuvent pas être produits immédiatement après leur ajout. Il faut une certaine période de fonctionnement du cylindre électrolytique pour former un film de phosphatation sur la surface. Les billes de bronze phosphoreux utilisées depuis longtemps sont proches de l'état de résidu, elles doivent donc être complètement nettoyées du panier en titane pour éviter des problèmes de qualité de galvanoplastie. Ces opérations de maintenance inévitables rendent les équipements de cuivrage utilisant des billes de bronze phosphoreux non seulement incapables de fonctionner de manière ininterrompue pendant une longue période, mais consomment également beaucoup de main d'œuvre. Lors de l'utilisation d'anodes en titane, le dispositif d'ajout de poudre d'oxyde de cuivre pour reconstituer les ions de cuivre est indépendant et il n'est pas nécessaire d'arrêter la machine pour reconstituer la poudre d'oxyde de cuivre. Dans le même temps, l'anode en titane elle-même est également « sans entretien », c'est-à-dire que pendant le cycle de vie de l'anode en titane, il n'est en principe pas nécessaire de procéder à un nettoyage supplémentaire de l'anode en titane. Par conséquent, l’utilisation d’anodes en titane peut théoriquement permettre une production totalement ininterrompue, économisant ainsi beaucoup de temps de maintenance et d’investissement en main-d’œuvre.
iii. Contrôle de processus plus stable
L'utilisation d'anodes en titane peut maintenir les composants de la solution de galvanoplastie dans un état plus stable, ce qui constitue l'avantage de l'ajout de poudre d'oxyde de cuivre.
D'une part, étant donné que l'épaisseur du film de phosphatation sur la surface de la bille de cuivre phosphoreux est difficile à contrôler parfaitement, en partant du principe d'éviter que le film de phosphatation soit trop épais, ce qui conduirait à la passivation de la bille de cuivre phosphoreux, la boule de cuivre phosphoreux sera souvent trop dissoute, ce qui entraînera une perte de liquide dans la potion. Augmentation continue de la concentration en ions cuivre. La concentration en ions cuivre joue un rôle essentiel dans la valeur TP des trous métallisés. Par conséquent, les fluctuations de la concentration en ions cuivre affecteront dans une certaine mesure la stabilité de l’effet de placage des trous. Dans le même temps, pendant le processus de dissolution des billes de cuivre phosphoreux, des ions chlorure supplémentaires dans la solution de placage seront consommés. D'une part, la fluctuation des ions chlorure réagira sur l'épaisseur du film de phosphatation, et d'autre part, elle fera également fluctuer l'effet des additifs de galvanoplastie. Cette situation ne se produira pas lors de l'utilisation d'anodes en titane. Il vous suffit de contrôler strictement la quantité de poudre d'oxyde de cuivre ajoutée pour contrôler complètement la concentration en ions cuivre ; en même temps, la concentration en ions chlorure elle-même peut également être maintenue dans un état très stable.
D'un autre côté, l'utilisation de billes de cuivre phosphoreux est plus susceptible de provoquer une contamination de la solution de placage, conduisant à une défaillance prématurée des additifs de placage. Les boules de cuivre phosphoreux sont traitées par fusion et laminage, tandis que la poudre d'oxyde de cuivre est produite en dissolvant la matière première de cuivre dans la solution, en purifiant et en précipitant davantage le précurseur d'oxyde de cuivre dans la solution, et enfin en le calcinant. Poudre d'oxyde de cuivre. Comparé aux deux processus de traitement, le processus de traitement de la poudre d'oxyde de cuivre est plus pratique pour contrôler la pureté des matières premières. Relativement parlant, dans de bonnes conditions de contrôle, la teneur en impuretés de la poudre d'oxyde de cuivre sera inférieure à celle des billes de cuivre phosphoreux. Lors d'une utilisation à long terme, qu'il s'agisse de billes de cuivre phosphoreux ou de poudre d'oxyde de cuivre, les impuretés se dissolvent et s'accumulent dans la solution de placage. Les additifs de galvanoplastie sont souvent très sensibles à la teneur en ions impuretés de la solution de galvanoplastie. Lorsque les ions d'impuretés dans la solution de galvanoplastie atteignent une certaine concentration, ils affecteront l'effet des additifs de galvanoplastie, affectant ainsi négativement l'effet de galvanoplastie. Par conséquent, le système de galvanoplastie utilisant des anodes en titane peut maintenir le liquide du bain dans un état de pollution relativement faible et prolonger la durée de vie du liquide du bain. Cela réduit non seulement le coût supplémentaire de préparation de la cuve provoqué par la défaillance prématurée du bain de placage, mais réduit également le coût du bain pendant son utilisation. L'impact des impuretés sera également plus assuré.
iv. Capacités de processus plus élevées
La capacité du processus de galvanoplastie dépend principalement de deux aspects : la conception de l’équipement et le support du système de galvanoplastie.
En termes de conception de l'équipement, l'utilisation de billes de bronze phosphoreux limite la conception de l'équipement, car le système de billes de bronze phosphoreux ne peut pas se débarrasser du mode de combinaison « billes de bronze phosphoreux-panier en titane-sac d'anode ». Ce système de billes en bronze phosphoreux détermine également la méthode de galvanoplastie. C'est une méthode de placage vertical. L'utilisation d'anodes en titane peut éliminer complètement le mode de placage vertical. Étant donné que les anodes en titane peuvent être entièrement personnalisées, le débit du jet, la circulation, la distribution des anodes, la forme de l'anode et d'autres aspects peuvent être repensés et optimisés. Cela donne à l'équipement une variété de possibilités et fournit également des capacités d'équipement de galvanoplastie (telles que l'amélioration supplémentaire de l'uniformité de la galvanoplastie, de la densité de courant de fonctionnement, etc. fournit des conditions préalables).
En termes de support du système de galvanoplastie, par rapport au problème de pollution de la solution de placage provoqué par le système à billes en cuivre phosphoreux, les anodes en titane peuvent offrir des capacités de galvanoplastie plus élevées. Par conséquent, l’orientation du développement de nouveaux additifs de galvanoplastie s’est essentiellement déplacée vers l’adaptation des anodes en titane, en particulier le développement et l’adaptation d’additifs pour de nouvelles applications et des exigences plus élevées. Choisir l'anode en titane, c'est choisir la possibilité d'un développement futur.
3.2 Inconvénients et choix des anodes en titane
Par rapport aux billes de cuivre phosphoreux, les inconvénients des anodes en titane peuvent être résumés en un seul, à savoir le coût. Le coût est la raison la plus importante qui empêche les anodes en titane de remplacer complètement les billes de cuivre phosphoreux.
je. Le coût d’investissement en équipement est élevé
Le problème du coût d'investissement en équipement se concentre principalement sur les aspects suivants : Premièrement, le système d'anode en titane nécessite un système supplémentaire d'ajout de poudre d'oxyde de cuivre. Pour un meilleur contrôle, il est recommandé d’utiliser en même temps un système de contrôle des médicaments en ligne ; Deuxièmement, l'alimentation électrique adaptée aux anodes en titane doit être plus élevée. La conception de la tension de fonctionnement a entraîné une augmentation du coût de fabrication des alimentations électriques pour les anodes en titane ; troisièmement, le coût des anodes en titane est bien supérieur à celui des paniers en titane avec des systèmes à billes en bronze phosphoreux (en raison du coût de revêtement de l'oxyde de métal précieux à la surface des anodes en titane). En résumé, l’utilisation d’anodes en titane apportera des améliorations significatives au budget global d’une gamme d’équipements.
ii. Des coûts d’exploitation plus élevés
Les coûts d'exploitation comprennent le coût de remplacement des accessoires (anodes en titane) et les coûts de production et de fabrication.
D'une part, l'anode en titane doit avoir une durée de vie correspondante. Après une période d'utilisation, les performances de décharge ou de galvanoplastie de l'anode en titane diminueront et il se peut même qu'elle ne soit plus en mesure de continuer à répondre aux exigences élevées de la galvanoplastie. Généralement, les anodes en titane doivent être évaluées et remplacées après 1 à 2 ans d'utilisation. Le coût de remplacement de l'anode en titane est bien supérieur à celui du panier en titane du système à billes en bronze phosphoreux.
En revanche, en termes de coûts de fabrication, par rapport aux billes en cuivre phosphoreux, le surcoût occasionné par les anodes en titane provient principalement de la consommation supplémentaire d'additifs de cuivrage. Par rapport aux billes de cuivre phosphoreux, les anodes en titane entraîneront une augmentation significative du niveau de consommation unitaire d'additifs de cuivrage. Par conséquent, la manière de contrôler la consommation d’additifs à un niveau raisonnable est un indicateur d’évaluation important permettant aux clients d’évaluer la qualité des produits d’anodes en titane. En termes de consommation de cuivre, compte tenu du prix unitaire et du taux de perte de matière des billes de cuivre phosphoreux et de la poudre d'oxyde de cuivre, il n'y aura pas d'écart particulièrement important dans les coûts d'utilisation réels des deux.
3.3 Sélection de l'anode en titane
Choisir une anode en titane est un choix entre coût et qualité. D'une part, l'utilisation d'anodes en titane peut réellement améliorer les capacités du processus et la qualité du produit. Dans certains cas, l’utilisation ou non d’anodes en titane détermine si un fabricant possède les capacités de fabrication d’un certain produit ; d'autre part, l'utilisation d'anodes en titane constituera une amélioration évidente par rapport aux billes en bronze phosphoreux, à la fois en termes de coûts d'investissement ponctuels dans l'équipement et de coûts d'exploitation ultérieurs. Lorsque les avantages dépassent les coûts, il est clair que les anodes en titane seront effectivement le choix naturel. De plus, dans certains cas, si les anodes en titane ne sont pas utilisées, la capacité de fabrication d'un certain produit sera perdue, les anodes en titane sont devenues un choix inévitable. Alors que la demande de produits continue d’augmenter, l’amélioration des capacités des processus constitue également une exigence permanente. À long terme, le choix des anodes en titane constituera inévitablement une orientation de développement de plus en plus certaine.
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