Z napredovanjem časa in naraščajočimi zahtevami po tanjših in lažjih elektronskih izdelkih se nenehno izboljšujejo tudi postopki izdelave vezij. V zadnjih letih je titanove anode postopoma prepoznalo in razumelo več ljudi v postopku bakrenja PCB. V primerjavi s tradicionalnimi fosforjevimi bakrenimi kroglicami, ki se med uporabo še naprej raztapljajo, ostanejo titanove anode stabilne oblike in med uporabo niso podvržene reakcijam raztapljanja, zato jih imenujemo netopne anode in tudi dimenzijsko stabilne anode. Z izboljšanjem zahtev za izdelke se povečujejo tudi zahteve po postopku bakrenja PCB. Titanove anode postopoma kažejo prednosti pred kroglicami iz fosforjevega brona in postopoma nadomeščajo tržni delež kroglic iz fosforjevega brona. Ta članek bo podal splošen uvod v titanove anode in združil naše desetletja izkušenj pri razvoju in izdelavi titanovih anod, da bi delil nekaj znanja in izkušenj pri načrtovanju in uporabi titanovih anod, tako da bo lahko več ljudi razumelo titanove anode. Anode ima nadaljnje poglobljeno razumevanje.
1. Uvod v titanovo anodo
1.1 Opredelitev titanove anode
Titanovo anodo na splošno imenujemo DSA (dimenzionalno stabilna anoda), ki je dimenzijsko stabilna anoda. Med uporabo titanova anoda ni podvržena reakciji raztapljanja, s čimer ohranja dimenzijsko stabilnost. Zato je titanova anoda netopna anoda. Titanova anoda ni preprosta kovinska elektroda, ampak prevlečena elektroda: titanova anoda je kompozitni elektrodni material, ki kot osnovno kovino uporablja titan in je na površini prevlečen z elektrokatalitsko prevleko. Čeprav je veliko materialov mogoče narediti v prevleke, so najpogosteje uporabljeni prevleke iz platinske skupine, pogosto imenovane prevleke iz plemenitih kovin, ki vključujejo predvsem naslednje tri vrste: platino (kovine), rutenijev oksid in iridijev oksid (vsi keramični kovinski oksidi ). Zato lahko titanovo anodo definiramo kot elektrodni material, ki uporablja kovinski titan kot osnovni material, uporablja kovine platinske skupine in njihove okside kot površinske prevleke ter ima električno prevodnost in visoko kemično katalitično aktivnost.
1.2 Zgodovina razvoja titanovih anod
Ko govorimo o zgodovini titanovih anod, je njeno rojstvo neločljivo povezano z Nizozemcem Henryjem Beerom (HB Beer). Iz leta 1957 je Beer prevzel vodilno vlogo pri izumljanju tehnologije galvanizacije platine na kovinski titan, zaprosil za patent in ustanovil MAGNETOChemie (predhodnik MAGNETO Chemie). Leta 1967 je Beer izumil metodo za oblikovanje filma kovinskega oksida na kovinskem titanu. En konkreten primer izvedbe je uporabil rutenijev oksid kot anodo za elektrolizo slane vode, kar je spodbudilo velike spremembe v kloralkalni industriji. Ta premaz se še danes pogosto uporablja v različnih elektrokemičnih reakcijah sproščanja klora. S poglobljenimi raziskavami različnih kovin platinske skupine in njihovih oksidov so v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja uspešno razvili prevleke iz mešanih kovinskih oksidov iridija in tantala, ki so se postopoma začele uporabljati v elektrokemičnih reakcijah sproščanja kisika. Danes se titanove anode zanašajo na njihovo vrhunsko delovanje in se pogosto uporabljajo na številnih elektrokemijskih področjih, vključno s kemično industrijo (kloralkalna industrija), elektrolitsko organsko sintezo, galvanizacijo, katodno zaščito, industrijsko in civilno proizvodnjo in dezinfekcijo elektrolitskega klora ter na drugih področjih uporabe. .
Od devetdesetih let prejšnjega stoletja se titanove anode uporabljajo v postopkih bakrenja PCB, v prvem desetletju tega stoletja pa so bile nadalje razvite in izboljšane. V zadnjih 10 letih so z izboljšanjem zahtev glede procesnih zmogljivosti PCB titanove anode postopoma začele nadomeščati topne anode-fosfor bakrene kroglice s svojimi edinstvenimi prednostmi. Titanove anode je mogoče uporabiti ne le za galvanizacijo z enosmernim tokom, temveč tudi za obratno impulzno galvanizacijo. V prihodnosti, ko se bodo zahteve za proces bakrenja še povečale, bodo titanove anode še naprej raziskovali in razvijali za prilagajanje novim pogojem galvanizacije.
2. Načelo reakcije titanove anode
Titanova anoda je netopna anoda in anodni reakcijski proces med delovanjem se bistveno razlikuje od procesa topnih anod (fosfor bakrene kroglice).
Anodna reakcija topne anode je preprost kemični reakcijski proces, pri katerem kovina izgubi elektrone in se raztopi; anodna reakcija netopne anode je v bistvu reakcija elektrolize vode, produkti reakcije pa so kisikovi in vodikovi ioni. Razliko v anodnih kemijskih reakcijah med netopnimi anodami in topnimi anodami lahko povzamemo kot naslednje tri točke: i. Različni produkti reakcije; ii. Različni reakcijski procesi; iii. Različni reakcijski potenciali. To tudi določa, da imajo pod posebnimi pogoji uporabe delovanje titanovih anod in zahteve za opremo svoje posebnosti.
jaz. Produkti reakcije so različni
Kot je razvidno iz zgornje reakcijske enačbe, je najbolj priročna stvar pri uporabi topnih anod ta, da vsa kovina, ki se nanese na katodo, izvira iz kovine, raztopljene v anodni reakciji, s čimer se doseže kovinsko ravnovesje v sistemu galvanizacije. Pri uporabi netopne anode ne samo, da na koncu anode ne nastajajo ustrezni kovinski ioni, ampak nastajajo tudi dodatni vodikovi ioni. Zato je treba pri netopnih anodah med dopolnjevanjem bakrovih ionov porabiti tudi odvečne vodikove ione, da se ohrani ravnovesje celotnega sistema galvanizacije. Trenutno je glavna rešitev uporaba bakrovega oksida. Zato vsaka uporaba titanovih anod skoraj vedno zahteva dodaten sistem dodajanja prahu bakrovega oksida, kar je največja razlika od sistema fosfornih bakrenih kroglic.
ii. Reakcijski proces je drugačen
Postopek anodne reakcije topne anode je relativno preprost. Končna reakcija, ki se zgodi, je, da se baker (0 valenca) pretvori v bakrove ione (+2 valenca), njegova stranska reakcija pa bo prav tako delno proizvedla bakrove ione (+1 valenca); anoda netopne anode Reakcija je elektrokatalitski reakcijski proces, ki vključuje prevleko iz oksida plemenite kovine na površini titanove anode. Osnovna reakcija je anodna reakcija elektrolize vode, končni produkt pa so kisikovi in vodikovi ioni. Med tem reakcijskim postopkom ne bo samo prevleka povzročila velike količine razgradnje aditivov v raztopini za galvanizacijo s stikom, ampak bo reakcija proizvedla tudi močno oksidirajoče intermediate, vključno z atomi kisika, hidroksilnimi radikali itd., kar bo prav tako povzročilo dodatne razgradnjo dodatkov. To ustvarja zelo veliko oviro za uporabo netopnih anod - v primerjavi s topnimi anodami bodo netopne anode povzročile dodatno porabo aditivov in znatno povečale operativne stroške postopka bakrenja PCB.
iii. Različni reakcijski potenciali
Med postopkom galvanizacije je anodni konec netopne anode podvržen reakciji elektrolize vode, standardni elektrodni potencial te reakcije pa je znatno višji od potenciala topne anode. Hkrati, ker je upornost titana večja od bakra; in na splošno se pri uporabi titanovih anod pogosto uporablja večja gostota toka. Posledica tega je, da je napetost celotnega sistema za galvanizacijo znatno višja od napetosti topnih anod, če se uporabljajo titanove anode. Ta napetostna razlika je vsaj večja od 1V ali celo 2V. V primerjavi z napajalnikom, primernim za kroglice iz fosfornega bakra, je treba načrt napetosti napajalnika za netopne anode upoštevati vnaprej. Seveda se bo s stroškovnega vidika ustrezno povečal tudi strošek napajalnika.
3. Prednosti in slabosti titanovih anod
3.1 Prednosti titanovih anod
Titanove anode v primerjavi s fosfornimi bakrenimi kroglicami prinašajo neprimerljive prednosti, saj so popolnoma drugačna vrsta anode. Če povzamemo, se prednosti titanovih anod odražajo predvsem v naslednjih točkah.
i. Prednosti stabilne enakomernosti prevleke
Prednost titanovih anod pri enakomernosti galvanizacije pomeni, da lahko uporaba netopnih anod dolgo časa ohranja stabilno enakomernost galvanizacije, ki je določena z značilnostmi same netopne anode. Med postopkom galvanizacije je treba zagotoviti, da so pogoji galvanizacije nadzorovani in stabilni, da se zagotovi stabilnost enakomernosti galvanizacije. Zelo pomembna točka je ohraniti enakomernost praznjenja od konca anode do konca katode. Stabilnost razelektritve od konca anode do konca katode je v veliki meri določena z relativnimi velikostmi obeh. V postopku bakrenja PCB se uporabljene topne fosforne bakrene kroglice raztopijo med postopkom galvanizacije, kar povzroči zmanjšanje velikosti anode (predvsem višine anode) in spremembo relativne površine. Zato je nemogoče vzdrževati enakomernost praznjenja anode dolgo časa z uporabo kroglic fosfornega bakra. Netopne anode imenujemo tudi "dimenzionalno stabilne anode", kar pomeni, da velikost anode netopnih anod ostane stabilna v daljšem obdobju uporabe. V tem času je treba le zagotoviti, da prevleka na površini titanove anode med življenjsko dobo anode ni pokvarila in ima še vedno razelektritvene in elektrokatalitske sposobnosti, da se zagotovi stabilnost razelektritve od konca anode do katodni konec. Običajno je po namestitvi netopne anode na spletu potrebno samo prvič prilagoditi enakomernost prevleke (na primer prilagoditev velikosti in položaja zaščitne plošče) in dolgo časa je mogoče doseči stabilno porazdelitev debeline prevleke , kar je mogoče doseči v celotnem življenjskem ciklu anode. "enkrat za vselej" znotraj.
ii. Večja proizvodna učinkovitost
V primerjavi s fosfornimi bakrenimi kroglicami se izboljšanje proizvodne učinkovitosti, ki ga prinašajo titanove anode, odraža predvsem v naslednjih dveh vidikih:
Po eni strani lahko titanove anode delujejo pri višjih gostotah toka. Zaradi pasivizacije fosfidnega filma na površini bakrene kroglice iz fosforja največja delovna gostota toka kroglice iz fosfornega bakra ne sme preseči 2,5 ~ 3 ASD; medtem ko je največja gostota toka, ki jo lahko prenese titanova anoda, več desetkrat večja od fosforne bakrene krogle (na primer na področju galvanizacije jekla lahko delovna gostota toka titanovih anod doseže več kot 100 ASD). Zato imajo titanove anode potencial za doseganje višje produktivnosti opreme in proizvodne učinkovitosti s pomočjo opreme in ujemanja ustreznih pogojev galvanizacije.
Po drugi strani pa se titanove anode izognejo težavam s prekinitvijo proizvodnje, ki jih povzroča redno dodajanje in vzdrževanje postopka izdelave fosforne bakrene kroglice. Pri uporabi kroglic iz fosfornega brona je treba porabljene krogle iz fosfornega brona redno dopolnjevati. Pred dodajanjem novih fosfor bronastih kroglic jih je potrebno očistiti. Ni jih mogoče proizvesti takoj po dodajanju. Potrebno je nekaj časa delovanja elektrolitskega cilindra, da na površini nastane fosfatirni film. Kroglice iz fosfornega brona, ki so bile uporabljene dlje časa, so skoraj v stanju ostankov, zato jih je treba popolnoma očistiti iz titanove košare, da se izognete težavam s kakovostjo galvanizacije. Zaradi teh neizogibnih vzdrževalnih posegov oprema za bakrenje, ki uporablja kroglice iz fosforjevega brona, ne le ne more neprekinjeno delovati dolgo časa, ampak tudi porabi veliko delovne sile. Pri uporabi titanovih anod je naprava za dodajanje praška bakrovega oksida za dopolnitev bakrovih ionov neodvisna in ni treba zaustaviti stroja, da bi dopolnili prašek bakrovega oksida. Hkrati pa je tudi sama titanova anoda »brez vzdrževanja«, to pomeni, da v življenjskem ciklu titanove anode načeloma ni potrebe po dodatnem čiščenju titanove anode. Zato lahko z uporabo titanovih anod teoretično dosežemo popolnoma nemoteno proizvodnjo, s čimer prihranimo veliko časa za vzdrževanje in naložbe v delovno silo.
iii. Bolj stabilen nadzor procesa
Uporaba titanovih anod lahko ohrani komponente raztopine za galvanizacijo v bolj stabilnem stanju, kar je prednost dodajanja prahu bakrovega oksida.
Po eni strani, ker je debelino fosfatiranega filma na površini bakrene krogle fosforja težko popolnoma nadzorovati, ob predpostavki, da bi se izognili temu, da bi bil fosfatni film predebel, kar bo povzročilo pasivizacijo bakrene krogle fosforja, fosfor bakrena kroglica bo pogosto preveč raztopljena, kar bo povzročilo izgubo tekočine v napitku. Nenehno povečevanje koncentracije bakrovih ionov. Koncentracija bakrovih ionov igra ključno vlogo pri vrednosti TP prevlečenih lukenj. Zato bodo nihanja v koncentraciji bakrovih ionov do določene mere vplivala na stabilnost učinka luknjanja. Hkrati se bodo med postopkom raztapljanja bakrenih fosfornih kroglic porabili dodatni kloridni ioni v raztopini za nanos. Po eni strani bo nihanje kloridnih ionov vplivalo na debelino fosfatirajočega filma, po drugi strani pa bo povzročilo tudi nihanje učinka dodatkov za galvanizacijo. Do te situacije ne bo prišlo pri uporabi titanovih anod. Samo količino dodanega praška bakrovega oksida morate strogo nadzorovati, da popolnoma nadzorujete koncentracijo bakrovih ionov; hkrati pa lahko tudi samo koncentracijo kloridnih ionov vzdržujemo v zelo stabilnem stanju.
Po drugi strani pa je verjetneje, da bo uporaba fosfornih bakrenih kroglic povzročila kontaminacijo raztopine za galvanizacijo, kar vodi do prezgodnje okvare dodatkov za galvanizacijo. Fosforne bakrene kroglice se obdelujejo s taljenjem in valjanjem, medtem ko se prah bakrovega oksida proizvaja z raztapljanjem bakrene surovine v raztopini, nadaljnjim čiščenjem in obarjanjem prekurzorja bakrovega oksida v raztopini in končnim kalciniranjem. Bakrov oksid v prahu. V primerjavi z obema procesoma obdelave je postopek obdelave prahu bakrovega oksida bolj primeren za nadzor čistosti surovin. Relativno gledano bo pod dobrimi nadzornimi pogoji vsebnost nečistoč v prahu bakrovega oksida nižja kot v kroglicah fosfornega bakra. Med dolgotrajno uporabo, ne glede na to, ali gre za fosforne bakrene kroglice ali prah bakrovega oksida, se bodo nečistoče raztopile in kopičile v raztopini za galvanizacijo. Aditivi za galvanizacijo so pogosto precej občutljivi na vsebnost ionov nečistoč v raztopini za galvanizacijo. Ko ioni nečistoč v raztopini za galvanizacijo dosežejo določeno koncentracijo, bodo vplivali na učinek dodatkov za galvanizacijo in s tem negativno vplivali na učinek galvanizacije. Zato lahko sistem za galvanizacijo, ki uporablja titanove anode, vzdržuje tekočino za kopel v razmeroma nizkem onesnaženem stanju in poskrbi za daljšo obstojnost tekočine za kopel. To ne le zmanjša dodatne stroške priprave rezervoarja, ki jih povzroča prezgodnja okvara kopeli za prevleko, ampak tudi zmanjša stroške kopeli med uporabo. Tudi vpliv nečistoč bo bolj zagotovljen.
iv. Večje procesne zmogljivosti
Zmogljivost postopka galvanizacije je v glavnem odvisna od dveh vidikov: zasnove opreme in podpore sistema galvanizacije.
Kar zadeva zasnovo opreme, uporaba fosfornih bronastih kroglic omejuje zasnovo opreme, ker se sistem fosforno bronastih kroglic ne more znebiti kombiniranega načina "fosforno bronaste kroglice-titanova košara-anodna vrečka". Ta sistem kroglic iz fosfornega brona določa tudi metodo galvanizacije. Gre za navpično metodo prevleke. Z uporabo titanovih anod se lahko popolnoma znebite navpičnega načina prevleke. Ker je mogoče titanove anode popolnoma prilagoditi, je mogoče pretok curka opreme, cirkulacijo, porazdelitev anode, obliko anode in druge vidike preoblikovati in optimizirati. To daje opremi različne možnosti in tudi zmogljivosti opreme za galvanizacijo (kot je nadaljnje izboljšanje enakomernosti galvanizacije, gostota delovnega toka itd. zagotavlja predpogoje.
Kar zadeva podporo sistemu za galvanizacijo, lahko titanove anode v primerjavi s problemom onesnaževanja raztopine za galvanizacijo, ki ga povzroča sistem kroglic iz fosfornega bakra, zagotovijo večje zmogljivosti za galvanizacijo. Zato se je razvojna smer novih aditivov za galvanizacijo v bistvu premaknila k prilagoditvi titanovih anod, predvsem gre za razvoj in prilagoditev aditivov za nove aplikacije in višje zahteve. Izbira titanove anode pomeni izbiro možnosti prihodnjega razvoja.
3.2 Slabosti in izbira titanovih anod
V primerjavi s fosfornimi bakrenimi kroglicami lahko slabosti titanovih anod povzamemo kot eno, to je strošek. Stroški so najpomembnejši razlog, ki preprečuje, da bi titanove anode v celoti nadomestile kroglice iz fosfornega bakra.
jaz. Stroški naložbe v opremo so visoki
Problem stroškov naložbe v opremo je v glavnem osredotočen na naslednje vidike: Prvič, sistem titanove anode zahteva dodaten sistem za dodajanje prahu bakrovega oksida. Za boljši nadzor je priporočljiva sočasna uporaba spletnega nadzornega sistema zdravil; drugič, napajanje, primerno za titanove anode, mora biti višje. Zasnova delovne napetosti je prinesla povečanje stroškov proizvodnje napajalnika za titanove anode; tretjič, stroški titanovih anod daleč presegajo stroške titanovih košar s krogličnimi sistemi iz fosfornega brona (zaradi oksida plemenite kovine na površini titanovih anod stroški prevleke). Če povzamemo, bo uporaba titanovih anod znatno izboljšala skupni proračun vrste opreme.
ii. Višji obratovalni stroški
Obratovalni stroški vključujejo nadomestne stroške dodatkov (titanove anode) ter stroške proizvodnje in izdelave.
Po eni strani mora imeti titanova anoda ustrezno življenjsko dobo. Po določenem obdobju uporabe se bo zmogljivost praznjenja ali galvanizacije titanove anode zmanjšala in morda celo ne bo mogla več izpolnjevati visokih zahtev galvanizacije. Na splošno je treba titanove anode oceniti in zamenjati po 1 do 2 letih uporabe. Nadomestni strošek titanove anode je veliko višji od nadomestnega stroška titanove košare krogličnega sistema iz fosforjevega brona.
Po drugi strani pa v smislu proizvodnih stroškov v primerjavi s fosfornimi bakrenimi kroglicami dodatni stroški, ki jih povzročajo titanove anode, izvirajo predvsem iz dodatne porabe dodatkov za bakrenje. V primerjavi s fosfornimi bakrenimi kroglicami bodo titanove anode znatno povečale raven porabe dodatkov za bakrenje na enoto. Zato je, kako nadzorovati porabo aditivov znotraj razumne ravni, pomemben kazalnik ocene za stranke, da ocenijo kakovost izdelkov iz titanove anode. Kar zadeva porabo bakra, ob upoštevanju cene na enoto in stopnje izgube materiala fosfornih bakrenih kroglic in prahu bakrovega oksida ne bo posebno velike razlike v dejanskih stroških uporabe obeh.
3.3 Izbira titanove anode
Izbira titanove anode je izbira med ceno in kakovostjo. Po eni strani lahko uporaba titanovih anod dejansko izboljša procesne zmogljivosti in izboljša kakovost izdelkov. V nekaterih primerih uporaba ali neuporaba titanovih anod določa, ali ima proizvajalec proizvodne zmogljivosti določenega izdelka; po drugi strani pa bo uporaba titanovih anod očitno izboljšanje v primerjavi s kroglicami iz fosfornega brona, tako v smislu enkratnih stroškov naložbe v opremo kot poznejših operativnih stroškov. Ko koristi odtehtajo stroške, je jasno, da bodo titanove anode resnično naravna izbira. Poleg tega se v nekaterih primerih, če se titanove anode ne uporabljajo, proizvodna sposobnost določenega izdelka izgubi, titanove anode so postale neizogibna izbira. Ker povpraševanje po izdelkih še naprej narašča, so stalne zahteve tudi izboljšave procesnih zmogljivosti. Dolgoročno bo izbira titanovih anod neizogibno vse bolj zanesljiva razvojna smer.
sorodni izdelki v ehisen
