Pulse Plating

Die Oberflächentechnik und insbesondere die Galvanotechnik ist eine wichtige Querschnittsdisziplin, ohne die die gesamte Palette der heute hergestellten Produkte nicht existieren würde. Die Bildung funktionaler Oberflächen ist ein Schlüssel zur Innovation in allen Industriezweigen. Im Bereich der Galvanotechnik ermöglicht die Verwendung von gepulsten Abscheidungsströmen, bekannt als „Pulsplattieren”, die Herstellung einer größeren Bandbreite an Beschichtungsschichten als mit Gleichstrom möglich, mit äußerst attraktiven funktionalen Eigenschaften. Allerdings ist das Pulsplattieren eine wissensbasierte Technologie. Um sie voll auszuschöpfen, sind detaillierte Kenntnisse der Elektrodenkinetik und des Stofftransports im Elektrolyten unerlässlich.

Dieser Band, herausgegeben von zwei führenden Autoritäten auf diesem Gebiet, präsentiert den aktuellen Stand der Wissenschaft und der damit verbundenen Technologie und Ausrüstung. Aufbauend auf dem bisher als Standardwerk zu diesem Thema geltenden Werk aus den 1990er Jahren werden auf 400 Seiten in englischer Sprache die aktuellen Erkenntnisse zu den Grundprinzipien sowie die gesamte Bandbreite der derzeit verfügbaren Verfahren vorgestellt. Zu den bedeutenden Entwicklungen im Bereich der Impulsbeschichtung sowohl aus wässrigen Lösungen als auch aus ionischen Flüssigkeiten gehören die Abscheidung von binären und ternären Legierungen, Verbundbeschichtungen, Beschichtungen mit abgestufter Zusammensetzung und Mehrschichtbeschichtungen. Ebenfalls beschrieben werden nanokristalline Ablagerungen und selektive Beschichtungen, die in der Elektronikfertigung und in Hochgeschwindigkeits-Abscheidungsprozessen für die Beschichtung von Halbleitern (Elektronik, Solarzellen ...) weit verbreitet sind. Die Technologie wird auch in anodischen Prozessen (Oxidation, elektrochemische Bearbeitung, Elektropolieren usw.) eingesetzt.

Der erste dieser Abschnitte beginnt mit einer eingehenden Behandlung der Thermodynamik und Reaktionskinetik der Metallabscheidung an der Metall-Elektrolyt-Grenzfläche. Besonderes Augenmerk wird auf die Kinetik mehrstufiger Prozesse, auf die Legierungsabscheidung sowie auf die Bedeutung und Wirkungsweise von Additiven gelegt, wobei all dies durch Beispiele und Dokumentationen untermauert wird. Es werden die Keimbildungs- und Wachstumsprozesse bei der Elektroabscheidung und die Bildung von Mikrostrukturen sowie nanokristallinen Ablagerungen unter Verwendung von Gleichstrom- und Impulsplattierung beschrieben. Außerdem wird ein systematischer Ansatz zur Wirkung von Additiven vorgestellt, der in der Literatur bisher kaum beschrieben wurde. Die Wirkung der Impulsplattierungsparameter auf die sekundäre Stromverteilung (unterhalb der Grenzstromdichte) ist von entscheidender Bedeutung. Die Verwendung von Simulationen und Modellierungen wird ebenfalls diskutiert, nicht zuletzt im industriellen Umfeld. Ein wichtiges Beispiel hierfür ist die Modellierung der Kupferelektroabscheidung für die Füllung von Blinddurchkontaktierungen. Von besonderer Bedeutung bei der Metallelektroabscheidung mittels Impulsplattierung sind Phänomene an der Elektroden-Doppelschicht in Bezug auf den Massentransport und die Auswirkungen von Stromimpulsen auf die Doppelschichtstruktur, die wiederum die Stromeffizienz beeinflussen. Die Auswirkungen von Impulsstrom auf Additive und Mikrostruktur sowie die Legierungsabscheidung werden ebenfalls diskutiert. Abschließend werden die verschiedenen Modelle beschrieben, die bei der Simulation der Metall- und Legierungselektroabscheidung verwendet werden.

Im zweiten Abschnitt werden verschiedene Aspekte und Anforderungen für industrielle Anwendungen der Impuls-Elektroabscheidung dargelegt. Dank elektronischer und elektrotechnischer Entwicklungen in modernen Stromversorgungen können diese jedes denkbare Impulsregime in Bezug auf Strom und schnelle Spannungstransienten wie Rechteckimpulse liefern. Wenn geeignete Geräte installiert sind, kann der Abscheidungsprozess optimiert werden. Es wird gezeigt, wie das Verständnis der Grundprinzipien für die praktische Metallabscheidung genutzt werden kann, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Identifizierung der wichtigsten Parameter für die Impulsbeschichtung liegt. Besonders hilfreich ist in dieser Hinsicht ein systematischer Ansatz zur Bestimmung dieser Parameter für die Gestell- und Trommelbeschichtung. Abschließend werden die Umweltaspekte der Impulsbeschichtung in Bezug auf den Energieverbrauch und die damit verbundenen CO2-Emissionen betrachtet.

Der dritte Teil des Buches befasst sich ausführlich mit den industriellen Anwendungen der Impulsbeschichtung. Die derzeit wichtigste davon ist die Kupferelektroabscheidung für die Herstellung von Leiterplatten, wobei der Schwerpunkt auf der Impuls-Reverse-Beschichtung für die Durchkontaktierung und das Füllen von Blindvias liegt. Gerade bei diesen speziellen Anwendungen werden die Stärken der Impulsbeschichtung besonders deutlich. Ebenfalls behandelt werden die Abscheidung von Nickel und seinen Legierungen sowie die Abscheidung von Nickel-Phosphor-Abscheidungen, die Galvanoformung und die Bildung von nanokristallinen Nickelschichten. Weitere Verfahren sind die galvanische Abscheidung von Zinn und seinen Legierungen sowie das breite Thema der Verchromung für dekorative oder funktionale Anwendungen. Die Abscheidung von Edelmetallen und ihren Legierungen wird diskutiert, und der Abschnitt schließt mit einer eingehenden Behandlung der Abscheidung von Zink und Zinklegierungen, insbesondere Zink-Nickel.

Der vierte und letzte Abschnitt befasst sich mit speziellen Systemen. Dazu gehören die Verwendung von Impulsstrom zum Eloxieren von Aluminium und seinen Legierungen, die elektrochemische Bearbeitung (ECM) sowie das Elektropolieren. Weitere Anwendungen sind die Abscheidung von nanostrukturierten Mehrschichten (CMM) und die potenziellen Anwendungen der Impulsbeschichtung für die elektrochemische Abscheidung von Verbundbeschichtungen, insbesondere solchen, die nanoskalige Partikel der zweiten Phase enthalten. Das gesamte Werk ist systematisch aufgebaut und verschiedene Aspekte sind klar gegliedert. Es lässt keinen Zweifel an dem enormen Potenzial der Methode für zukünftige Entwicklungen in der elektrochemischen Oberflächenbehandlung und den damit verbundenen Anlagen. Dieses neue Werk, das sicherlich zum anerkannten Standard werden wird, richtet sich nicht nur an diejenigen, die an neuen Entwicklungen forschen, sondern auch an diejenigen, die in der Industrie tätig sind, und andere, die sich Kenntnisse in diesem Bereich aneignen möchten.

Prof. Dr. W. Paatsch, Berlin

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