不溶性陽極設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用

一、不溶性陽極定義

電鍍過程中電流通過時(shí)，陽極自身不溶解只發(fā)生氧化反應(yīng)的陽極，統(tǒng)稱為不溶性陽極。電鍍中不溶性陽極的材料有鉛、碳、鉑、石墨、鎳、不銹鋼、鈦底鍍鉑、鍍銥鉭、鍍釕銥、銠等。

二、線路板行業(yè)電鍍銅高端陽極用

不溶性陽極特點(diǎn)

線路板行業(yè)應(yīng)用不溶性陽極的場(chǎng)景主要有電鍍銅，電鍍金，電鍍銀還有環(huán)保處理氨氮及COD等。線路板目前應(yīng)用最廣泛的HDI板鍍銅不溶性銥鉭陽極對(duì)光劑耗用量有較高的要求，電鍍光劑在電鍍過程中的穩(wěn)定對(duì)電鍍品質(zhì)有至關(guān)重要的影響。

不溶性陽極在整個(gè)電鍍過程中起到陽極導(dǎo)電作用，析出氧氣或者氧化金屬離子。線路板用不溶性陽極對(duì)槽液的影響主要有兩個(gè)，第一陽極表面析氧同時(shí)會(huì)造成電鍍光劑的額外損耗，在陽極催化涂層表面上發(fā)生的是一個(gè)直接的氧化反應(yīng)，其主要反應(yīng)是槽液中的氫氧根被貴金屬催化涂層催化以較低的電位失去一個(gè)電子變成氧氣，同時(shí)槽液中的有機(jī)物也有機(jī)會(huì)在陽極上放電被氧化，陽極制作過程中的要點(diǎn)就是控制析氧電位，不要讓槽液中的有機(jī)物有機(jī)會(huì)直接在陽極上放電被氧化。第二影響槽液的溶氧量。陽極表面產(chǎn)生的氧氣需要盡快的脫離陽極跑出槽液，減少其在槽液中的停留時(shí)間。(脈沖含鐵離子的反應(yīng)機(jī)理不同，析出非常少的氧氣)。

不溶性陽極在使用上比銅球有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

01、陽極電流不受限制，可以突破陽極銅球4.2asd（電流密度過高陽極膜易脫落鈍化）電流密度瓶頸，提高產(chǎn)速，提高產(chǎn)能，尤其對(duì)于FPC產(chǎn)線，RTR的連續(xù)生產(chǎn)，已經(jīng)有全廠都是不溶性陽極。

02、在電鍍過程中，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)從氫氧根上獲得電子產(chǎn)生氧氣，沒有陽極泥，只放出氧氣能使電鍍液中的金屬離子濃度分布保持在一個(gè)穩(wěn)定水平；（在解決脈沖對(duì)陽極壽命影響后，對(duì)于脈沖生產(chǎn)線有很大的好處，可以顯著提高產(chǎn)品品質(zhì)，減少保養(yǎng)成本，提高產(chǎn)品稼動(dòng)率）。

03、陽極的尺寸穩(wěn)定，在電鍍過程中陽極面積不發(fā)生變化，一次電流密度分布可以認(rèn)為是恒定狀態(tài)對(duì)于改善電流密度分布有極大好處，尤其對(duì)于HDI細(xì)密線路，填孔，脈沖有較大幫助。

三、不溶性陽極工藝要求

我們?cè)诰€路板電鍍中常用的不溶性陽極與普通的不溶性陽極差別在于有機(jī)物的損耗。此取決與貴金屬涂層即催化層的成分及結(jié)構(gòu)。

在生產(chǎn)制作過程中需要確保兩個(gè)方面，一，保證有很牢固的結(jié)合力，指涂層與鈦基板的結(jié)合力。二，保證涂層的貴金屬轉(zhuǎn)化成有效催化劑的轉(zhuǎn)化率。

在第一個(gè)方面保證結(jié)合力需要：1.清潔干凈的表面；2.合適的表面粗糙度;3.催化層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)與底層結(jié)晶結(jié)構(gòu)相似（金紅石結(jié)構(gòu)）根據(jù)相似相溶的原理，形成鉚合的結(jié)構(gòu)可以極大增強(qiáng)結(jié)合力。

第二方面涂層貴金屬的轉(zhuǎn)化率，這個(gè)需要在配方及生產(chǎn)工藝上做大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，找出最佳的配方及生產(chǎn)工藝。

四、不溶性陽極生產(chǎn)流程簡介

鈦錠熱軋/冷軋 海綿鈦?zhàn)兂刹煌穸肉伆澹?/p>

沖網(wǎng)（裁切） 鈦板制作成不同網(wǎng)眼鈦網(wǎng)：

前處理 清洗鈦網(wǎng)表面，得到潔凈的鈦網(wǎng)表面：

涂層/燒結(jié)均勻涂覆貴金屬形成需要的氧化物：

焊接組裝 焊接組裝成成品：

經(jīng)過以上幾個(gè)大的步驟，嚴(yán)格按生產(chǎn)品質(zhì)管控，生產(chǎn)高性能低成本的陽極，為客戶提供高品質(zhì)保障的陽極。

鈦陽極的設(shè)計(jì)原理

一、鈦陽極的使用需求

從使用者實(shí)際需求出發(fā)，當(dāng)鍍銅制程從磷銅球切換成鈦陽極以后，首要的需求就是能夠切實(shí)穩(wěn)定地提升電鍍均勻性，并由此帶來品質(zhì)的提升；其次要求鈦陽極品質(zhì)穩(wěn)定，能夠達(dá)到預(yù)期的使用壽命以及在此期間穩(wěn)定的添加劑消耗量水準(zhǔn)，以保證運(yùn)行成本可控。因此，概括來說，主要的要求有以下幾點(diǎn)：優(yōu)良的電鍍均勻性、穩(wěn)定的使用壽命、可控的添加劑消耗量水準(zhǔn)。

對(duì)于陽極制造商而言，如何將客戶需求轉(zhuǎn)化為內(nèi)部對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，這是陽極制造商最需要研究并給予相應(yīng)支持的地方。鈦陽極結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成：鈦基材和涂層。針對(duì)具體要求分解開來，電鍍均勻性要求主要是由鈦基材的機(jī)械設(shè)計(jì)決定的，而另外兩個(gè)要求則與涂層的設(shè)計(jì)密切關(guān)聯(lián)。

二、鈦陽極放電均勻性設(shè)計(jì)

鈦陽極主要的機(jī)械設(shè)計(jì)由于需要與設(shè)備匹配，主要工作是由設(shè)備商完成的。面對(duì)如何優(yōu)化鈦陽極放電均勻性的設(shè)計(jì)問題，陽極制造商應(yīng)當(dāng)給予相應(yīng)的建議和支持，主要可以從以下幾個(gè)方面來考慮。

1、電阻率問題

鈦陽極放電均勻性設(shè)計(jì)，首先需要關(guān)注的點(diǎn)就是鈦材的電阻率問題。純鈦的電阻率約為0.47μΩ·m，接近于同等條件下純銅的30倍。使用磷銅球時(shí)，陽極電流通過整個(gè)鈦籃引入，陽極內(nèi)部是通過銅球進(jìn)行傳導(dǎo)阻值基本可以忽略不計(jì)。而使用鈦陽極的話，由于鈦材的導(dǎo)電性相對(duì)較差，尤其是當(dāng)鈦陽極工作在較高電流密度下，電流通過陽極上部傳導(dǎo)到下部時(shí)，本身鈦材的電阻會(huì)導(dǎo)致電壓從上到下存在明顯降低。這樣會(huì)導(dǎo)致在鈦陽極最下部，放電電流密度會(huì)顯著低于鈦陽極最上部。

在進(jìn)行陽極設(shè)計(jì)時(shí)，首要考慮的是如何減少由于鈦材的長距離傳導(dǎo)導(dǎo)致電壓降問題。主要可以通過以下兩個(gè)方面來進(jìn)行優(yōu)化：①降低傳導(dǎo)電阻率，使用更寬更厚的鈦材進(jìn)行電流傳導(dǎo)，或者使用鈦銅復(fù)合材料來輔助電流傳導(dǎo)；②分散電流傳導(dǎo)點(diǎn)，在陽極表面設(shè)置多個(gè)電流傳導(dǎo)點(diǎn)，避免傳輸距離過長。

2、陽極基材類型的針對(duì)性優(yōu)化

目前鈦陽極的設(shè)計(jì)中，陽極基材類型的選用基本有兩種：一種是鈦板，另一種是鈦網(wǎng)。

鈦網(wǎng)是由鈦板進(jìn)行沖切拉伸而成，其主要優(yōu)點(diǎn)有是鈦網(wǎng)只能做雙面涂覆，即使是不面對(duì)產(chǎn)品的背面，由于網(wǎng)狀材料是鏤空的結(jié)構(gòu)，背面涂層也可以參與放電，因此整個(gè)網(wǎng)狀陽極的有效放電面積比鈦板要大，這樣可以降低實(shí)際陽極工作條件的電流密度。網(wǎng)狀陽極往往機(jī)械強(qiáng)度更差，而且對(duì)比板狀陽極，電阻率也更高。針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)合適的框架并優(yōu)化焊點(diǎn)位置，可以改善鈦網(wǎng)陽極的平整性和放電均勻性問題。

使用板狀陽極最大的優(yōu)點(diǎn)在于，板狀陽極的基材是可以重復(fù)利用的。在陽極涂層失效以后，可以對(duì)殘余涂層剝離，并對(duì)基材表面進(jìn)行徹底清潔后，可以重新涂覆涂層，這樣今后在陽極的應(yīng)用中，可以一定程度上節(jié)省長期使用的成本（雖然一次性投入會(huì)稍大些）。另一方面，板狀陽極基材厚度通常選擇2mm和3mm，而網(wǎng)狀陽極一般適合由1mm鈦板拉制而成（中間鏤空），因此板狀陽極的導(dǎo)電性要好于網(wǎng)狀陽極。同時(shí)，板狀陽極相對(duì)機(jī)械強(qiáng)度要比網(wǎng)狀陽極更強(qiáng)，平整度會(huì)更好。但這并不意味著板狀陽極放電均勻性一定優(yōu)于網(wǎng)狀陽極。相比而言，板狀陽極的整體機(jī)械設(shè)計(jì)會(huì)比網(wǎng)狀陽極（帶框架）更為簡單，但如果要適應(yīng)于更高的電鍍均勻性要求，板狀陽極電流接入點(diǎn)的分布還是有優(yōu)化空間的。

3、氣泡對(duì)導(dǎo)電均勻性的影響

由于鈦陽極在使用過程中，陽極反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氧氣，因此氧氣的產(chǎn)生會(huì)形成陰陽極之間的屏蔽效應(yīng)，并對(duì)放電均勻性造成一定的影響。由于產(chǎn)生的氧氣氣泡會(huì)上浮，導(dǎo)致陽極上部和下部累積的氧氣氣泡量形成了一定的梯度，從而造成屏蔽效果，也呈現(xiàn)了一定的梯度效應(yīng)。需要平衡氧氣氣泡的屏蔽作用對(duì)電鍍均勻性的影響。

三、催化涂層的設(shè)計(jì)

陽極涂層的設(shè)計(jì)工作，是陽極制造商的核心價(jià)值體現(xiàn)。鈦陽極是一種高度定制化的產(chǎn)品，其高度定制化不僅通過基材多變的加工形狀體現(xiàn)，更重要的是針對(duì)客戶端的需求，選取合適的涂層配方設(shè)計(jì)，以最終滿足客戶個(gè)性化需求為最終目標(biāo)。陽極涂層設(shè)計(jì)通常從貴金屬含量和涂層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)兩個(gè)方面來進(jìn)行考慮。針對(duì)適用于PCB鍍銅制程的陽極，貴金屬含量主要是指銥金屬的含量；而涂層結(jié)構(gòu)則包含了涂層具體原材料種類的選用、涂層配比的調(diào)整、涂層涂覆先后次序的改變等各種加工制造環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。

首先，陽極涂層的設(shè)計(jì)需要與具體的電鍍條件相適配。PCB鍍銅條件有直流電鍍和反向脈沖電鍍之分，而兩種鍍銅條件相適配的涂層設(shè)計(jì)是完全不同的。如果選用了錯(cuò)誤的涂層設(shè)計(jì)，不僅無法滿足電鍍產(chǎn)品最終的要求，陽極的壽命和表現(xiàn)也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。

其次，陽極涂層如何達(dá)到壽命要求，主要依靠實(shí)際使用條件，以及客戶預(yù)期壽命要求等具體情況綜合考慮。決定貴金屬含量多少，不只是根據(jù)陽極過電量多少進(jìn)行簡單轉(zhuǎn)化，還需要根據(jù)使用條件，例如藥水中有機(jī)物含量的多少，是否具有嚴(yán)重影響陽極壽命的物質(zhì)存在，設(shè)備是否具有設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的陽極無法正常工作等多種因素確定。如果對(duì)涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，也能在一定程度上降低貴金屬消耗率，選擇適合的涂層設(shè)計(jì)方案比簡單規(guī)定貴金屬含量更為符合實(shí)際和更為重要。

對(duì)于電鍍陽極涂層設(shè)計(jì)最重要就是針對(duì)添加劑消耗量的控制要求，這是陽極涂層設(shè)計(jì)最為核心的部分。簡單而言，控制添加劑消耗量，需要對(duì)具有高度催化活性的涂層進(jìn)行一定的屏蔽，使其減少對(duì)添加劑的直接接觸機(jī)會(huì)。通常，我們將這類特殊的涂層稱之為隔離涂層（barrier coating）。同時(shí)，針對(duì)各廠商的添加劑，以及添加劑性質(zhì)的不同，我們也需要對(duì)涂層設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和適配。通過改變涂層性質(zhì)（例如表面粗糙度、表面能、電荷性質(zhì)等），可以針對(duì)某些添加劑做出針對(duì)性吸附或排斥，從而一定程度上調(diào)整某些添加劑的消耗量水準(zhǔn)。總而言之，涂層的設(shè)計(jì)真正體現(xiàn)了陽極高度定制化以及廠商核心專業(yè)能力和競(jìng)爭(zhēng)力。

四、總結(jié)

隨著PCB產(chǎn)品要求的提升，PCB工廠自動(dòng)化的提升，鈦陽極憑借其優(yōu)秀的性能，將會(huì)逐漸取代磷銅球在PCB鍍銅制程中的地位。設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，尤其在脈沖電鍍領(lǐng)域，不溶性陽極取代銅球的趨勢(shì)較為明顯。同時(shí)一些新應(yīng)用的出現(xiàn)，也對(duì)鈦陽極的產(chǎn)品開發(fā)提出了新要求。這對(duì)于鈦陽極的設(shè)計(jì)開發(fā)，既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。

審核編輯：郭婷