MMO titananode for etsing

Etsing, en kjerneteknologi innen elektronikkproduksjon og presisjonsmaskinering, er mye brukt i applikasjoner som PCB (trykte kretskort) produksjon, halvlederbrikker og presisjonsstøping av metallkomponenter. Etsevæske, et nøkkelmedium i denne teknologien, er avhengig av stabil ytelse for å direkte bestemme etsingens nøyaktighet og effektivitet. Imidlertid kan konsentrasjonen av metallioner (som kobber- og nikkelioner) under etsing kontinuerlig øke, noe som fører til en reduksjon i etsevæskens aktivitet eller til og med dens ineffektivitet. Dette øker ikke bare kostnadene, men skaper også miljøpress på grunn av avfallsutslipp.

Etter storskala bruk av MMO (blandet metalloksid) titananoder i ulike systemer, inkludert sure, alkaliske og mikroetsingsløsninger, har regenereringseffektiviteten til etsevæsker økt med 40 %, kobbergjenvinningsrenheten har nådd over 99.5 %, og den totale produksjonskostnaden er redusert med 30 %.

Arbeidsprinsipp for MMO-titananoder

Søknaden av MMO titan anoder i etseløsninger dreier seg om to hovedmål: «regenerering av etseløsning» og «gjenvinning av edelmetaller». Som en uløselig anode utfører MMO-titananoden primært elektronoverføring og katalytiske funksjoner i det elektrolytiske systemet, og deltar ikke i selve den kjemiske reaksjonen. Driften kan deles inn i tre hovedtrinn:

StrømledningEtter tilkobling til en ekstern strømkilde fungerer titansubstratet som et ledende rammeverk for å lede strøm jevnt til MMO-beleggoverflaten. Positive og negative ioner i etseløsningen migrerer på en målrettet måte under påvirkning av det eksterne elektriske feltet – kationer (som Cu²⁺) beveger seg mot katoden, og anioner (som Cl⁻ og OH⁻) beveger seg mot anoden.

Anodisk katalytisk reaksjonAnioner som når anoden gjennomgår en oksidasjonsreaksjon, den spesifikke reaksjonstypen varierer med etseløsningssystemet. I sure etseløsninger oksideres kloridioner av rutenium-iridiumbelegget for å produsere klorgass (2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑). I alkaliske og mikroetsende løsninger katalyserer iridium-tantalbelegget oksidasjonen av vannmolekyler eller hydroksidioner for å produsere oksygen (2H₂O – 4e⁻ = O₂↑ + 4H⁺ eller 4OH⁻ – 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O).

Regenerering av etseløsningDen anodiske reaksjonen justerer pH-verdien og redokspotensialet til etseløsningen, og gjenoppretter dermed aktiviteten til den brukte etseløsningen. Samtidig tiltrekker metallkationer i katodeområdet seg elektroner og avsettes som rent metall (f.eks. Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu↓), noe som oppnår både ressursutvinning og resirkulering av etseløsningen.

Etseløsningssystem

Forskjellene i sammensetningen mellom ulike typer etseløsninger fører til detaljerte forskjeller i deres elektrolytiske regenereringsprinsipper. De kan primært kategoriseres i tre systemer: sure, alkaliske og mikroetseløsninger.

Sure etseløsningerHovedårsaken til feil i sure etseløsninger (som inneholder CuCl₂ og HCl) er for høye Cu²⁺-konsentrasjoner. Ionebyttermembranelektrolysesystemer som bruker rutenium-iridium-belagte titanoder kan nettopp løse dette problemet. Under elektrolyse oksiderer Cl⁻ ved anoden for å produsere Cl₂, som videre reagerer med vann for å produsere HCl og HClO, og etterfyller oksidasjonsmidlet i etseløsningen. Cu²⁺ avsettes effektivt som rent kobber ved katoden. Når Cu²⁺-konsentrasjonen faller under 50 g/L, kan etseløsningen regenereres og brukes på nytt.

Alkalisk etseløsningNår en alkalisk etseløsning (som inneholder Cu(NH₃)₄Cl₂) blir ineffektiv, brukes en iridium-tantalbelagt titananode til ekstraksjon. Oksidasjonsreaksjonen ved anoden opprettholder et alkalisk miljø, noe som forhindrer nedbrytning av kobber-ammin-kompleksionet. Etter at kobbersulfat er separert gjennom ekstraksjon, avsettes rent kobber ved katoden gjennom elektrolysesystemet. Den regenererte etseløsningen kan returneres direkte til produksjonslinjen, noe som oppnår en kobberutvinningsgrad på over 98 %.

MikroetsingsløsningerHydrogenperoksidet i mikroetseløsningen (Cu₂SO₄ + H₂O₂) brytes lett ned. Den iridium-tantalbelagte titananoden dekomponerer først katalytisk overflødig H₂O₂ i en oksygenreduserende elektrolysecelle, noe som eliminerer forstyrrelsen av den påfølgende elektrolysen. Deretter katalyserer anoden i elektroutvinningscellen oksygenutviklingen for å justere løsningens pH-verdi, mens katoden avsetter kobbermetall, noe som oppnår samtidig regenerering av etseløsningen og kobberutvinning.

Den langsiktige, stabile driften av MMO-titananoden er avhengig av den synergistiske effekten av belegget og substratet. Titansubstratets høye korrosjonsbestandighet sikrer motstand mot korrosjon i sterke syre- og alkaliske etseløsninger, mens krystallstrukturen og sammensetningsforholdet til MMO-belegget bestemmer dets elektrokatalytiske aktivitet og levetid. Optimalisering av beleggforberedelse (som flere sykluser med belegg og sintring) kan forbedre adhesjonen mellom belegget og substratet, og forhindre avflassing av belegget ved høye strømtettheter. Videre sprer flerkomponentoksidstrukturen til MMO-belegget reaksjonsspenninger, reduserer dannelsen av et passiveringslag og sikrer en stabil strømeffektivitet over 90 % under kontinuerlige driftsforhold.

Fordelene med Wstitanium

WstitaniumMMO-titananoder, spesielt utviklet for etseløsninger, tilbyr betydelige konkurransefortrinn innen beleggteknologi, strukturell design og ytelseskompatibilitet. Gjennom teknologisk innovasjon har de oppnådd kostnadsreduksjon, effektivitetsforbedring og miljøforbedringer i etseindustrien.

(I) Beleggteknologi

Wstitanium har etablert et bibliotek med tilpassede beleggformler for ulike etseløsningssystemer. Kjernefordelen ligger i den presise kontrollen av beleggsammensetningen og den omhyggelige forberedelsen.

For sure etseløsninger, et høyt forhold rutenium-iridium komposittbelegg benyttes. Nanoskala kornoptimaliseringsteknologi reduserer klorutviklingsoverpotensialet til under 1.1 V, en reduksjon på 12 % sammenlignet med gjennomsnittet i bransjen. Dette reduserer energiforbruket med over 25 % ved samme produksjonskapasitet.

For alkaliske og mikroetsende løsningerden iridium-tantal Det utviklede belegget bruker dopingteknologi med sjeldne jordartsmetaller, noe som forbedrer beleggets oksidasjonsmotstand med 30 %. Etter tre år med kontinuerlig drift i alkaliske etseløsninger ved 45 °C, holder beleggets slitasjehastighet seg under 0.5 μm/år.

Bruk av teknologien «vakuumsprøyting + trinnsintring», nøyaktigheten for kontroll av beleggtykkelsen når ±0.02 μm, noe som sikrer ensartet strømfordeling med en feil på mindre enn 5 %. Dette reduserer tykkelsesfeilen for etsede produkter fra den tradisjonelle ±5 μm til ±1 μm, og øker utbyttet til 98 %.

(II) Strukturelle designmuligheter

Basert på en dyp forståelse av etseutstyr og -teknologi har Wstitanium utviklet omfattende strukturelle tilpasningsevner:

Den utviklede «bikakenettanoden» kan skryte av en økning på 50 % i spesifikt overflateareal sammenlignet med tradisjonelle nettanoder, og en økning på 40 % i reaksjonseffektivitet ved samme strømtetthet. Den er spesielt godt egnet for rask behandling av etseavfallsvæske med høy konsentrasjon, med en enkelt enhet som kan behandle over 50 tonn per dag.

For lite presisjonsetseutstyr har vi introdusert en ultratynn plateanode (kun 0.8 mm tykk). Ved å bruke et lett titanlegeringssubstrat er den 30 % lettere enn tradisjonelle anoder. Dessuten sikrer den forsterkede strukturdesignen deformasjonsfri drift ved strømtettheter på 1000 A/m².

Vi tilbyr en integrert «anode-katode»-løsning, som matcher titanlegeringskatoden til etseløsningens egenskaper. Ved å optimalisere elektrodeavstanden og overflateruheten kan vi redusere elektrolysecellespenningen med 0.3–0.5 V, noe som ytterligere forbedrer energibesparelsene.

(III) Utmerket ytelse

Wstitaniums MMO-titananoder viser enestående levetid og ytelsesstabilitet.
Produktene har bestått akselerert levetidstesting i en 1 mol/L H₂SO₄-løsning. Ved en strømtetthet på 500 A/m² har den rutenium-iridiumbelagte anoden en levetid på over 3.5 år, mens den iridium-tantalbelagte anoden har en levetid på over 4 år. MMO-titananoden fungerer stabilt i etseløsninger med temperaturer fra 20 °C til 60 °C og strømtettheter fra 100 til 3000 A/m². Spesielt opprettholder den en strømeffektivitet på over 95 % i komplekse systemer med kloridionkonsentrasjoner på 5–50 ppm.

Som et kjernemateriale i etseløsninger har MMO-titananoder drevet utviklingen av etseindustrien. Gjennom presis beleggformulering er anoder som rutenium-iridiumoksid og iridium-tantaloksid egnet for sure, alkaliske og mikroetsingsløsninger, og løser manglene ved tradisjonelle anoder, som dårlig korrosjonsbestandighet, høyt energiforbruk og høy forurensning.