Study All the Important Characteristics of Your Electrodeposition Cells

도금 공정을 이해하고, 최적화하고, 제어하는데 있어서 모델링과 해석은 비용을 절감하는 효과적인 방법입니다. 전형적인 해석은 전극의 표면에서 전류 밀도 분포와 증착된 면의 두께 및 조성을 산출합니다. 해석은 셀 형상, 전해질 조성, 전극 반응속도, 운전 전압 및 전류 뿐만 아니라 온도 효과와 같은 중요한 매개변수를 연구하는데 사용됩니다. 이러한 매개변수에 대한 정보가 있다면, 전기화학 셀과 마스크의 위치와 설계를 최적화하고 물질 및 에너지 손실을 최소화 하여 표면의 품질을 향상시킬 수 있습니다.

Relevant for an Array of Diverse Electrochemical Applications

Electrodeposition 모듈은 전자기기나 전자제품의 부품에 대한 금속 도금, 부식과 방식, 장식품 도금, 얇고 복잡한 형상을 지닌 부품의 전주, 에칭, 전기기계가공, 전해 채취, 그리고 전기 제련과 같은 다양한 응용분야에 적합합니다. Electrodeposition 모듈이 있다면, 이런 분야와 연관된 현상을 모두 고려할 수 있으며, 해석할 수 있습니다. 특히나, 전류 전달과 보존, 화학물질 전달, 전하 수지, 그리고 전기화학 반응을 모사하는 방정식과 연동할 수 있습니다. 몇몇 관련된 현상을 고려하는 기능 때문에, 전극 표면에서 도금 두께, 형상, 그리고 품질의 정확한 추정결과를 얻을 수 있습니다.

Electrodeposition 모듈이 있다면 공정의 물리적 특성을 정의하기 위한 도구와 물리 인터페이스를 이용할 수 있습니다. 내장된 수식은 1차, 2차, 그리고 3차 전류 분포 효과를 모델링 할 수 있으며, 공정의 생산품 품질과 표면 거칠기의 훌륭한 지침이 되기도 합니다.

Make Simulation a Part of Your Workflow

모든 화학공정이 그렇듯이, 목적에 따라 다른 규모의 도금 공정에 효과에 대한 많은 연구들을 할 수 있습니다. 미세 크기 단위에서 도금 반응속도에 대해 다른 단계나 두드러진 조건의 영향과 연관된 전기화학 반응속도를 연구하는 것을 의미합니다. 반대 전극에서 전기촉매와 전극 미세 구조의 신중한 선택이 요구되며, 특히 손실 최소화가 필요한 전해채취에서 요구됩니다. 공정을 해석하고 공정의 실험 또는 데이터를 비교하는 것은 전극 표면에서 전하 전달 반응 메커니즘을 이해하게 하며, 각 반응에서 교환전류밀도와 전하 전달 계수와 같은 전기화학반응속도 매개변수를 얻어야 할 것입니다. 이러한 메커니즘 및 매개변수를 아는 것은 큰 규모에서 도금 또는 에칭 분포 및 반응속도를 해석할 수 있게 합니다. 동시에, 셀과 전해질의 형상, 셀전압 또는 인가된 전류, 마스크나 쉴드와 같은 시스템의 운전조건을 고려할 수 있게 됩니다.

Electrodeposition 모듈에서 기본이 되는 표준화된 COMSOL Desktop® 사용자 인터페이스 COMSOL 제품군에 있는 모든 추가 제품들과도 사용될 수 있습니다. 이는 열적 효과를 연구하기 위한 Heat Transfer 모듈과 이상 유동의 효과를 해석하기 위한 CFD모듈과 같이 다른 모듈에서 도금과 에칭 공정과 관련된 물리현상을 연동하는 것이 가능합니다. 게다가, 구조적 무결성과 같이 다른 물리 특성은 전기화학 셀을 모델링 하기 위해 사용한 같은 모델 파일을 공유하여 모델링 할 수 있습니다. 이런 통일된 모델링 양식은 다른 분야 전반을 거쳐 같은 공정에서 일하는 엔지니어가 협력하도록 하는 완벽한 도구 입니다.

Easy-to-use Tools for Modeling Electrodeposition and Electroplating cells

Electrodeposition 모듈은 전기도금 및 전기도금 셀과 관련된 다양한 특성에 대해 쉽게 사용할 수 있는 수많은 기능을 사용할 수 있습니다. 다음과 같은 기능들을 포함합니다:

Electrochemical Reaction Kinetics

반응속도 식이 모델링된 변수들에 의한 임의의 함수로 정의될 때, 전기화학적 전하 전달 반응을 정의할 수 있습니다. 이러한 변수들의 예로 화학 종의 농도, 전극-전해질 계면에서 부분적인 전극 및 전해질의 전위, 그리고 온도가 해당됩니다. Secondary/Tertiary Current Distribution 인터페이스에서 교환전류밀도와 양극 및 음극 전하 전달 계수, 양론계수, 그리고 시스템의 전극 반응에 대한 평형 전위와 같이 전극 반응에 대해 매개변수를 입력할 수 있습니다. 또한 내장된 수식으로 버틀러-볼머(Butler-Volmer) 와 타펠(Tafel) 식을 이용할 수 있습니다. 게다가 전극 표면에서 수소 방출을 추가하는 것과 같이 단일 전극 표면에서 경쟁 반응을 추가할 수 있습니다. 3차 전류 분포의 경우, 농도에 대한 변수를 사용하여 전극 반응속도식에 전기활성 화학종의 부분적인 농도를 전기화학 반응에 연동할 수 있습니다. 또한 농도 과전위는 농도 과전위의 기여에 대한 네른스트 식(Nernst equation)을 사용하여 추정될 수 있습니다.

Fluid Flow

나비어-스톡스(Navier-Stokes), 다시 법칙(Darcy’s law), 그리고 브링크만 식(Brinkman equation) 을 통해서 층류 및 다공성 매질의 유동흐름 모델링에 대한 인터페이스를 Electrodeposition 모듈에서 이용가능 합니다. 난류 및 다상 유동은 CFD 모듈로부터 적절한 물리 인터페이스를 연동하여 해석에 고려할 수 있습니다.

Electrodeposited Layers

Electrodeposition 모듈은 음극의 두께에 증착막 성장에 대해 경계 움직임을 모델링 하여 전기화학 공정에 형상변화의 영향을 포함시킬 수 있게 합니다. 표면이 벗겨지거나 성장하는 것은 셀의 운전에 상당한 영향을 미칠 수 있으며, Electrodeposition 모듈은 해석에 일부로 이러한 변화를 고려할 수 있습니다. 게다가, 증착된 금속 막 또는 양극 두께 변화가 작은 경우에 대해 도금 도금 두께를 유지하는 물리 인터페이스를 선택할 수 있으며, 형상의 실제적인 변화 없이 전극에서 옴의 효과가 어떻게 영향을 주는지를 볼 수 있습니다. 대신, 두께의 변수는 전극의 부분적인 전기 전도에 영향을 줄 수 있습니다. 전극 반응에 대해 도금되거나 소모되는 금속의 양론 계수, 분자량, 밀도를 정의하여 전극 반응식으로부터 전극 두께를 자동적으로 계산할 수 있습니다.

Current Balances in the Electrolyte and Electrodes

전류, 전하 보존과 같이 전해질의 이온 전달과 전극의 전자 전도를 설명하는 것은 Electrodeposition 모듈의 중요한 요소입니다. Primary/Secondary Current Distribution 인터페이스에서 전해질에서 이온 전달은 확산의 영향을 무시하고, 이온의 전기영동을 통해서만 이동하도록 가정합니다. 이는 전해질에서 혼합이 농도구배를 충분히 무시할 수 있는 상황에서 유용합니다. 2차 전류 분포 수식은 전극 표면에서 경계층을 가로지르는 농도 변화에 대해 분석식을 사용하여 전극 표면 주변의 농도 구배를 가질 때 유용하게 사용할 수 있습니다. Tertiary Current Distribution 인터페이스에서 전해질의 이온 전달은 확산, 대류, 그리고 이온 영동(네른스트-플랭크 식, Nernst-Planck equation)을 사용하여 모사됩니다. 전류 밀도는 이온 전달부터 전류 밀도 까지 모든 영향를 추가하여 모듈에서 자동적으로 계산됩니다. 결론적으로 전류 밀도는 이온의 확산과 전기영동에 의해 표현되며, 전해질에 상당한 농도 변화가 존재할 때에 필요합니다. 전극에서 전류 수지는 전극 반응 속도를 통해 전극 표면에서 전해질의 전류 수지식과 완전히 연동됩니다. 옴의 법칙은 전극에서 전류의 전도를 설명합니다. 또한 Electrodeposition 모듈은 도금 공정의 시작에서 스트라이크를 모델링 하기 위하여 얇은 금속 구조 또는 쉘을 통해 전류 전달을 모델링 하기 위한 인터페이스를 포함합니다. 이는 전극에서 옴의 손실을 고려하여 전해질의 전류 수지식와 더불어 비전도 구조에 얇은 도금 층을 모델링 할 수 있게 합니다.

Material Transport

Electrodeposition 모듈은 희석/농축 용액에서 확산, 대류, 전기영동을 통해 화학 물질의 전달을 모델링 합니다. 모듈은 내장된 Nernst-Planck Equation 인퍼페이스를 포함하며, 전기 영동 또한 희석/농축 용역 뿐만 아니라 다공성 매질 내에서 Chemical Species Transport 인터페이스에 추가됩니다.

Heat Transfer

대류, 전도, 그리고 줄 가열은 Electrodeposition 모듈을 가진다면 모두 모델링 할 수 있으며, 이는 다공성 매질을 통한 열전달에 대해서 정의된 물리 인터페이스를 포함합니다. 모듈은 전기화학 공정부터 열 수지식까지 영향을 포함합니다. 예를 들어, 전극 경계에서 열원으로써 활성 과전위 때문에 발생하는 열손실을 추가합니다.