PCB電鍍工藝中超聲波濃度監測

  在印刷電路板（PCB）電鍍工藝中，超聲波技術被廣泛應用于電鍍液濃度的監測，同時優化電鍍質量和效率。超聲波的應用提高了電鍍過程的均勻性，並增強了電鍍層與基板之間的附著力 (Chuang et al., 2018)[1]  (Chuang et al., 2019)[2] 。

 超聲波在電鍍液中産生空化效應，空化泡的破裂會産生微射流和沖擊波，有助于：

1.提高傳質速率：空化作用能夠減薄電極表面的擴散層，加速離子向電極表面的遷移，從而提高電鍍速率 (Boulmé et al., 2014)[3]  (Asanuma et al., 2017)[4] 。

2.改善電鍍層質量：超聲波能夠細化晶粒，使電鍍層更加致密均勻，減少孔隙和缺陷，提高鍍層的耐腐蝕性和耐磨性 (Kim et al., 2009)[5]  (Chuang et al., 2019)[2] 。

3.增強結合力：超聲波可以有效去除基板表面的汙染物和鈍化層，增加鍍層與基板之間的結合力，從而提高産品的可靠性 (Kim et al., 2009)[5] .

4.濃度監測: 超聲波頻率的變化可用于測量漿料濃度，超聲波衰減與粉塵濃度相關，超聲波反射率可用于測量溶液濃度 (Yue et al., 2022)[6]  (Bamberger & Greenwood, 2004)[7]  (Zhang et al., 2018)[8]  (Soong et al., 1997)[9] 。

超聲波濃度監測主要基于超聲波在介質中的傳播特性與介質濃度之間的關系。常用的方法包括：

 1.超聲衰減法：超聲波在傳播過程中，其能量會因介質的吸收、散射等因素而衰減。衰減系數與介質的濃度密切相關，通過測量超聲波的衰減程度，可以推算介質的濃度 (Yue et al., 2022)[6]  (Mehrgardi & Daneshtalab, 2011)[10] . 超聲衰減法可用于測量生物懸浮液中的生物量濃度 (Mehrgardi & Daneshtalab, 2011)[10] 。

  研究表明，利用超聲衰減測量技術可以實時監測漿料混合過程中的濃度變化 (Bamberger & Greenwood, 2004)[7] 。

2.超聲速法：超聲波在溶液中傳播速度會隨著濃度的變化而變化，通過測量超聲波的速度可以反推溶液的濃度 (Feng et al., 2024)[11] 。

 3.超聲反射法：通過測量超聲波在不同濃度溶液中的反射系數來確定溶液濃度，此方法具有與超聲衰減法相同的精度 (Feng et al., 2024)[11] 。

  使用超聲反射技術可以實現在線監測懸浮液的混合狀態，通過測量超聲回波信號的變化來追蹤懸浮液的混合過程 (Zhan et al., 2016)[12] 。

1.PCB銅電鍍：在PCB制造中，銅電鍍是關鍵步驟。使用兆聲波（MS）輔助電鍍銅可以顯著提高通孔和盲孔的互連性，並降低成本。

  兆聲波電鍍可使盲孔互連的銅連接性提高700%  (Unknown, 2024)[13] 。

2.通孔填充：在矽通孔（TSV）填充中，超聲波攪拌可以改善電鍍液的流動性，提高填充效率和質量，有助于實現高速、高質量的TSV填充 (Zhan et al., 2016)[12] 。

  通過優化超聲波攪拌條件，可以顯著提高TSV填充的均勻性和致密性 (Zhan et al., 2016)[12] 。

3.合金電鍍：超聲波技術也被應用于合金電鍍中，例如錫-铈合金電鍍。

  研究發現，超聲波可以改善鍍層的耐腐蝕性能 (Ihara et al., 1994)[14] 。通過Hull Cell實驗優化電鍍液配方和工藝條件，並使用鹽酸浸泡測試評估鍍層的耐腐蝕性 (Ihara et al., 1994)[14] 。

 4.鎳磷合金電鍍：超聲波輔助的鎳磷合金電鍍可以提高钕鐵硼永磁材料的耐腐蝕性。

  超聲波攪拌能夠改善鍍層在钕鐵硼表面的附著力，提高鍍層的均勻性和致密性。

 5.貴金屬電鍍：在非氰化物鍍銀中，超聲波能夠消除陰極表面的鈍化層，增加極限電流密度，提高電鍍速率。

  循環伏安法研究表明，超聲波可以減小擴散層厚度，提高傳質速率 (Boulmé et al., 2014)[3] 。

 6.鋅電鍍：深共熔溶劑（DES）被廣泛用作鋅電鍍中的環保可持續工藝。超臨界二氧化碳（SC-CO2）輔助電鍍工藝也被用于鋅電鍍 (Chuang et al., 2018)[1] 。

 超聲波的頻率、功率等參數對電鍍層的性能有重要影響。例如，在超臨界CO2電鍍Ni-Co過程中，改變超聲參數會影響金屬薄膜的性能 (Chuang et al., 2020)[15] 。

最新研究表明，超聲波輔助技術在水産蛋白加工中展現出優勢，包括提取、改性和減少凍融引起的氧化 (Zheng et al., 2023)[17] 。

  超聲處理能夠優化反應條件，節約資源，實現更環保的化學化合物和有機/無機材料制備 (Leonelli & Mason, 2010)[18] 。

  此外，研究人員設計了壹種便攜式超聲設備（PUD），用于在不同溫度下測量固液混合物中超聲波的傳播，從而同時測量固體懸浮液的濃度和流速，適用于實時測量 (Huang et al., 2013)[19] 。

  在聚合物微零件制造中，超聲塑化注射成型（UPIM）通過界面摩擦生熱，實現節能，研究這種生熱機制有助于更好地控制UPIM過程，提高微零件的質量 (Peng et al., 2019)[20] 。

研究表明，超聲處理可以改善鎂合金的晶粒細化和除氣效果 (Hu et al., 2024)[22] 。通過測量鋼橋構件的超聲波厚度，可以評估其腐蝕和剩余壽命 (Otsuki et al., 2023)[23] 。

  超聲波技術還可用于檢測複合材料中的分層 (Douglass et al., 2020)[24] ，以及評估熱噴塗塗層的超聲參數 (Lemlikchi et al., 2019)[25] 。

  超聲波技術在食品工業、制藥、聚合物生産和環境監測等領域的多相體系中，對聚集過程的監測具有重要意義 (Rasteiro & Koponen, 2024)[26] 。

超聲處理實驗裝置

Source:  (Cho et al., 2024)[21]