CN103849922A - 基于cae分析的旋转电镀阴极电流密度分布的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电镀技术领域，尤其涉及一种基于CAE分析的旋转电镀阴极电流密度分布的评价方法，包括以下步骤：a、建立旋转电镀装置有限元模型，选取阴极圈为分析对象；b、设定垂直旋转电镀锡的阳极篮电流值、阴极导电孔处的电位；c、对阴极圈内壁电流密度分布进行仿真；d、将仿真结果与基准参考值进行比较，若仿真结果大于基准参考值，则说明此部位容易发生流动不良，反之，为合格。本发明结构简单，工艺参数修改方便，大大减少实验次数，缩短实验周期，降低实验成本，基于该评价结果的改善大大降低了MLCC制品流动不良率，提升了MLCC制品的品质，更适于对未知的复杂系统的研究。
Description
技术领域
本发明涉及电镀技术领域，尤其涉及一种基于CAE分析的旋转电镀阴极电流密度分布的评价方法。
背景技术
随着制造业的发展，电镀加工件的形状越来越复杂，要求及标准不断提高，特别是小型复杂的零件，单靠传统的挂镀+阴极移动，很难达到较高的成品合格率，旋转电镀相对于传统的电镀方式具有明显的优点。旋转电镀是一种在电镀过程中实现待镀工件（阴极）相对阳极不断旋转，实现了工件在电镀槽内的溶液中沿中心轴作圆周旋转，这使得镀液对镀件表面不断的大幅度的冲刷和充分的接触交换，同时工件的旋转也使得在旋转电镀装置内的电力线分布较均匀，从而最终达到镀件的镀层均匀、质量好、成本低的目的。在水平旋转电镀、垂直旋转电镀、倾斜旋转电镀等方式中，垂直旋转电镀方式是适应现代化自动化生产发展要求的，最具前景的旋转电镀方式。
虽然旋转电镀可以满足生产的需要，但随着MLCC小型化的发展，对镀层的质量要求越来越高，电镀过程中发生的不良越来越难以控制。由于镀层质量与阴极的电流密度直接相关，而旋转电镀过程中由于电镀发生在密闭的空间内，阴极的电流密度无法进行直接测量，因此寻找一种操作简单、方便修改工艺参数，减少实验次数，缩短实验周期，降低实验成本的电流密度评价方法，成为现阶段本领域技术人员亟待解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于CAE分析的旋转电镀阴极电流密度分布的评价方法，方便修改工艺参数，减少实验次数，缩短实验周期，降低实验成本。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于CAE分析的旋转电镀阴极电流密度分布的评价方法，包括以下步骤：
a、建立旋转电镀装置有限元模型，选取阴极圈为分析对象；
b、设定垂直旋转电镀锡的阳极篮电流值、阴极导电孔处的电位；
c、对阴极圈内壁电流密度分布进行仿真；
d、将仿真结果与基准参考值进行比较，若仿真结果大于基准参考值，则说明此部位容易发生流动不良，反之，为合格。
优选地，所述阳极篮电流值为30A-90A,阴极导电孔处的电位为0V。
优选地，所述步骤d中基准参考值为12.9mA/mm2
本发明的有益效果是: 本发明结构简单，工艺参数修改方便，大大减少实验次数，缩短实验周期，降低实验成本，基于该评价结果的改善大大降低了MLCC制品流动不良率，提升了MLCC制品的品质，更适于对未知的复杂系统的研究。
附图说明
图1是 旋转电镀装置改善前的模型图；
图2是 旋转电镀装置改善后的模型图；
图3是改善前边界条件设定及求解结果说明图；
图4是改善后边界条件设定及求解结果说明图；
图5 是改善前镀层表面形貌SEM 图；
图6 是改善后右镀层表面形貌SEM 图；
图7是改善前后不良率趋势对比图。
图中：1、阳极；2、Canopy；3、阴极圈；4、阴极圈绝缘底板；5、导电底座；6、阴极导电孔。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。实施例1
应用上述方法对改善前阴极圈内壁电流密度分布进行模拟，如图1和3所示，步骤如下：
（1）打开Workbench，从工具箱中调入电场分析系统【Electric】到项目流程图【Project Schematic】，工具栏中单击【Save】按钮，保存文件Current Density.wbpj。
（2）双击【Engineering Data】单元格。
（3）定义工程材料数据：数据大纲列表中新建材料名称【阳极】。
（4）工具箱中单击【Electric】→【Isotropic Resistivity】，输入各项同性电阻率，属性窗口中输入【Isotropic Resistivity】数值。
（5）工具栏中单击【Return to Project】返回项目流程图。
（6）创建改善前几何模型：右键单击【Geometry】，导入3D模型。
（7）稳态电流传导分析：
1）切换回Workbench窗口，双击【Model】单元格进入稳态电场分析环境。
2）明细窗口中指定材料：【Material】→【Assignment】。
3）采用默认网格划分（该步略），导航树中选择【Steady-State Electric Conduction】，工具栏中添加电流【Current】，并将加入的电压重命名为【Current-anode】。
4)图形区中选中阳极篮表面。
5）明细窗口【Geometry】处单击Apply确认。
6）输入电流值：【Magnitude】=90A。
7）同样在导电孔处加实测电压【Voltage-Ground】，输入电压值【Magnitude】=0V。
8）导航树中选择【Solution】，加入电流密度结果：工具栏中单击【Electric】→【Current Density】，工具栏中单击【Solve】求解。
（8）查看电流密度分布结果导航树选择【Current Density】，如图5。
实施例2
应用上述方法对改善后阴极圈内壁电流密度分布进行模拟，如图2和图4所示，步骤如下：
（1）打开Workbench，从工具箱中调入电场分析系统【Electric】到项目流程图【Project Schematic】，工具栏中单击【Save】按钮，保存文件Current Density.wbpj。
（2）双击【Engineering Data】单元格。
（3）定义工程材料数据：数据大纲列表中新建材料名称【阳极】。
（4）工具箱中单击【Electric】→【Isotropic Resistivity】，输入各项同性电阻率，属性窗口中输入【Isotropic Resistivity】数值。
（5）工具栏中单击【Return to Project】返回项目流程图。
（6）创建改善后几何模型：右键单击【Geometry】，导入3D模型。
（7）稳态电流传导分析：
1）切换回Workbench窗口，双击【Model】单元格进入稳态电场分析环境。
2）明细窗口中指定材料：【Material】→【Assignment】。
3）采用默认网格划分（该步略），导航树中选择【Steady-State Electric Conduction】，工具栏中添加电流【Current】，并将加入的电压重命名为【Current-anode】。
4)图形区中选中阳极篮表面。
5）明细窗口【Geometry】处单击Apply确认。
6）输入电流值：【Magnitude】=90A。
7）同样在导电孔处加实测电压【Voltage-Ground】，输入电压值【Magnitude】=0V。
8）导航树中选择【Solution】，加入电流密度结果：工具栏中单击【Electric】→【Current Density】，工具栏中单击【Solve】求解。
（8）查看电流密度分布结果导航树选择【Current Density】，如图6。
由实例1分析，阴极圈内壁底部由于边缘效应电流密度较大，使得电镀时发生流动不良，因此将阴极圈底部的绝缘板由原来的平板改为“凸”字形的底板，将阴极圈内壁底部电流密度较大的区域进行遮蔽。实例2结果显示变更后阴极内壁与制品接触区域的电流密度减小，并且实验证明制品的流动不良率大大下降。
在低电流密度下，离子放电速度缓慢，易于加快既有的结晶的生长速度，因此镀层呈现比较粗糙的结晶核，晶粒较粗大，而不是生成新的结晶核。在高电流密度下，新核的生长速度提高，电沉积结晶比较微细，形成的晶粒较多较细；证明了双倍CELL阴极的电流密度值整体较单倍CELL偏大。因此适当减小局部区域的电流密度可以减少流动不良的发生。
将改善前后实际不良率进行统计，改善后Lot流动不良率下降15.56%，Cell流动不良率下降17.71% 。
表1 改善前后不良率数据对比
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于CAE分析的旋转电镀阴极电流密度分布的评价方法，包括以下步骤：
a、建立旋转电镀装置有限元模型，选取阴极圈为分析对象；
b、设定垂直旋转电镀锡的阳极篮电流值、阴极导电孔处的电位；
c、对阴极圈内壁电流密度分布进行仿真；
d、将仿真结果与基准参考值进行比较，若仿真结果大于基准参考值，则说明此部位容易发生流动不良，反之，为合格。
2.根据权利要求1所述的基于CAE分析的旋转电镀阴极电流密度分布的评价方法，其特征在于：所述阳极篮电流值为30A-90A,阴极导电孔处的电位为0V。
3.根据权利要求1或2所述的基于CAE分析的旋转电镀阴极电流密度分布的评价方法，其特征在于：所述步骤d中基准参考值为12.9mA/mm2。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104213160A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-17 | 常熟市董浜镇徐市鸿磊五金机械厂 | 一种五金件电镀工艺 |
Citations (5)
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| JPH11302895A (ja) * | 1998-04-20 | 1999-11-02 | Japan Steel Works Ltd:The | 筒体内面のめっき方法及び内面をめっき施工された筒体 |
| TW574435B (en) * | 1999-11-19 | 2004-02-01 | Ebara Corp | Plating analysis method |
| US20040099532A1 (en) * | 2002-11-26 | 2004-05-27 | Hachman John T. | Apparatus and method for controlling plating uniformity |
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