Module Electrodeposition

Modéliser et contrôler les procédés d'électrodéposition

Le module Electrodeposition, un add-on de COMSOL Multiphysics®, permet aux ingénieurs et scientifiques de comprendre, d'optimiser et de contrôler les processus d'électrodéposition à l'aide de la simulation. Il s'agit d'une approche rentable en matière de coûts pour étudier l'influence de différents paramètres, notamment la géométrie de la cellule électrochimique, la composition de l'électrolyte, les cinétiques de réaction à l'électrode, les tensions et intensités de fonctionnement et les effets de température.

Dans le module Electrodeposition, les résultats de simulation retournent typiquement la distribution de courant à la surface des électrodes ainsi que l'épaisseur et la composition de la couche déposée. Les domaines d'applications sont variés, tels que la fabrication de conducteurs électriques et thermiques et l'électroformage de pièces minces aux formes complexes. Vous pouvez également combiner le module Electrodeposition avec d'autres modules de la suite de produits COMSOL pour étendre ses capacités multiphysiques et simuler, par exemple, des écoulements turbulents et diphasiques.

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Un modèle de wafer résistif dans la palette de couleurs Prisme.

Ce que vous pouvez modéliser avec le module Electrodeposition

Le module Electrodeposition est adapté à de nombreux domaines d'applications.

Vue rapprochée d'un modèle de portière de voiture dans avec la palette de couleurs Prisme.

Cataphorèse

Etudiez le dépôt d'un revêtement fortement résistif, qui modifie dynamiquement la distribution du courant sur les zones revêtues.

Vue rapprochée d'un ensemble de composants montrant l'épaisseur de dépôt à la cathode.

Galvanostégie

Examinez l'uniformité du dépôt sur des ensembles de composants.

Vue rapprochée d'un modèle de cellule électrochimique montrant le profil de vitesse.

Electroextraction1

Extrayez le cuivre d'une solution électrolytique et étudiez l'évolution du dépôt à la surface de la cathode.

Vue rapprochée d'un modèle de micro-alésage montrant la densité de courant.

Usinage électrochimique

Étudiez un procédé d'usinage électrochimique et l'impact des changements géométriques sur la progression du retrait de matière.

Un graphique 1D avec onze lignes.

Electrodéposition par courants pulsés inverses

Atténuez les petites protubérances produites durant l'électrodéposition, par dissolution via un courant pulsé avec inversion périodique.

Vue rapprochée d'un modèle de circuit imprimé montrant le champ électrique.

Circuits imprimés (PCBs)2

Simulez l'électrodéposition pour la fabrication de circuits imprimés.

Vue rapprochée des composants de l'anode en aluminium montrant l'épaisseur de la couche de dépôt.

Anodisation d'aluminium

Obtenez de manière uniforme un revêtement protecteur ou décoratif sur les métaux et les plastiques en simulant le procédé d'anodisation et en optimisant le recouvrement de l'électrode.

Vue rapprochée d'une géométrie déformée montrant la concentration.

Espèces adsorbantes–désorbantes

Modélisez les cinétiques d'adsorption–désorption dans les microcavités et les vias.

  1. Nécessite également le module CFD
  2. Nécessite également le module ECAD Import

Caractéristiques et fonctionnalités du module Electrodeposition

Découvrez les fonctionnalités permettant de modéliser différents phénomènes dans les cellules d'électrodéposition.

Vue rapprochée du Constructeur de modèles avec le noeud Distribution de courant secondaire mis en évidence et un modèle d'électrodéposition décoratif dans la fenêtre Graphiques.

Distributions de courant primaire, secondaire et tertiaire

COMSOL Multiphysics® et le module Electrodeposition fournissent aux utilisateurs des interfaces conviviales et prêtes à l'emploi pour modéliser des procédés d'électrodéposition. Les fonctionnalités de base sont couvertes par les interfaces Distribution de courant primaire, Distribution de courant secondaire et Distribution de courant tertiaire. Celles-ci permettent de modéliser la distribution de courant ainsi que les cinétiques en surface avec des courbes de polarisation et de prendre en compte les effets de transport de masse et de réactions à l'équilibre dans les modèles.

En choisissant l'une de ces interfaces, l'utilisateur peut sélectionner le niveau de précision nécessaire pour obtenir une description suffisamment fidèle du système en question, si le modèle doit uniquement inclure les effets ohmiques ou si celui-ci est plus complexe et nécessite d'inclure par exemple le transport de masse et les réactions d'équilibre pour plusieurs espèces. COMSOL Multiphysics® permet d'ajouter de manière transparente autant d'espèces et de réactions que nécessaire pour un système physique donné.

Vue rapprochée des réglages du noeud Electrode, Shell et d'un modèle d'écoulement de fontaine dans la fenêtre Graphiques.

Courant de conduction dans les électrodes minces

Le module Electrodeposition inclut une interface Electrode, Coque pour modéliser la conduction du courant électrique dans la direction tangentielle au niveau d'une frontière. Cette interface est adaptée à la modélisation d'électrodes minces où la variation de potentiel dans la direction normale à l'électrode est négligeable. Dans ce cas, le domaine géométrique d'électrode mince est remplacé par une formulation d'équations aux dérivées partielles sur la frontière. Cette substitution permet de réduire la taille du problème et d'éviter d'éventuelles difficultés liées à l'anisotropie du maillage à travers l'épaisseur.

Vue rapprochée des réglages du noeud Réaction à l'électrode et d'un graphique 1D dans la fenêtre Graphiques.

Cinétiques de réactions électrochimiques

Le module Electrodeposition permet de modéliser des réactions électrochimiques de transfert de charge où les expressions cinétiques peuvent être des fonctions arbitraires des variables représentées. Cela inclut, par exemple, les concentrations d'espèces chimiques, le potentiel local de l'électrode et de l'électrolyte à l'interface électrode-électrolyte, et la température.

Dans les interfaces Distribution de courant secondaire et Distribution de courant tertiaire, des paramètres peuvent être entrés pour les cinétiques à l'électrode, tels que la densité de courant d'échange, les coefficients de transfert anodique et cathodique, la stoechiométrie et le potentiel d'équilibre pour les réactions à l'électrode de votre système. D'autres réactions peuvent également être ajoutées sur une surface d'électrode, comme l'évolution d'hydrogène où le dépôt se forme. Egalement, dans la catégorie Transport d'espèces chimiques, l'interface Chimie est disponible pour définir diverses réactions homogènes et hétérogènes.

Vue rapprochée des réglages du noeud Ecoulement à bulles, écoulement laminaire et d'un modèle d'électroextraction dans la fenêtre Graphiques.

Analyses multiphysiques étendues

Le module Electrodeposition peut être combiné avec d'autres modules additionnels de la suite de produits COMSOL. Cela permet à l'utilisateur de coupler la physique décrivant un procédé de placage ou de gravure avec d'autres modules, par exemple avec le module Heat Transfer pour étudier des effets thermiques ou avec le module CFD pour comprendre les effets apportés par des écoulements tourbillonnaires, turbulents ou diphasiques.

Vue rapprochée du Constructeur de modèles et d'un modèle de bobine à induction dans la fenêtre Graphiques.

Couches de dépôt et composition

Lorsque les couches de dépôt de métal ou les variations d'épaisseur à l'anode sont faibles, le module dispose de fonctionnalités pour suivre l'épaisseur de la couche de dépôt et son influence sur les effets ohmiques dans l'électrode, sans reconstruction de la géométrie. Une variable pour l'épaisseur est alors introduite, affectant également de facon locale la conductivité électrique de l'électrode. Les changements d'épaisseur de l'électrode peuvent être calculés automatiquement à partir des expressions cinétiques à l'électrode en définissant les coefficients de stoechiométrie, la masse molaire et la densité de métal déposé ou dissous par les réactions à l'électrode.

Vue rapprochée du Constructeur de modèles et d'un modèle de canal en cuivre dans la fenêtre Graphiques.

Géométrie déformée pour les surfaces mobiles d'électrodes

Le module Electrodeposition inclut des interfaces multiphysiques prédéfinies pour la modélisation temporelle des déformations se manifestant suite aux processus de déposition ou de dissolution dans des cellules électrochimiques. Une telle modélisation implique l'utilisation d'une géométrie déformée où les vitesses appliquées sur les frontières sont imposées par les réactions électrochimiques.

En outre, l'interface Level Set et l'interface Champ de phase sont utilisées pour modéliser l'électrodéposition dans le cas où la topologie de la surface de l'électrode change en conséquence du procédé.

Vue rapprochée des réglages du noeud Propriétés de transport et d'un graphique 1D dans la fenêtre graphique.

Transport de matière

Le module Electrodeposition est utilisé pour modéliser le transport d'espèces chimiques par diffusion, convection et migration dans des solutions diluées. L'interface Transport d'espèces diluées en milieu poreux est adaptée au calcul de la concentration des espèces ainsi qu'aux phénomènes de transport en milieu libre et poreux. Elle est utilisée dans les cas où le substrat à l'état solide est totalement immobile ou lorsqu'un milieu rempli de gaz est également supposé immobile.

Une interface Équations de Nernst-Planck est disponible pour calculer les concentrations dans les électrolytes soumises à des champs électriques. Elle est également proposée pour la modélisation de cellules électrochimiques génériques, présentant des gradients de concentration significatifs pour les espèces porteuses de courant (ions). En outre, l'interface Réactions de surface est utilisée pour modéliser le transport d'espèces en surface avec la loi de Fick.

Vue rapprochée du Constructeur de modèles avec le noeud Transfert de chaleur dans des solides mis en évidence et un graphique 1D dans la fenêtre Graphiques.

Transferts thermiques

Dans les cellules électrochimiques, des pertes de tension irréversibles peuvent se produire en raison des transports de charges dans l'électrolyte ou dans les matériaux conducteurs solides, des surpotentiels d'activation dans les réactions à l'électrode, et de la chaleur de mélange. En outre, des sources et des puits de chaleur réversibles peuvent apparaître en raison des changements d'entropie dans les réactions aux électrodes.

Le couplage multiphysique Chauffage électrochimique est disponible pour définir les sources de chaleur basées sur la somme de chaleur irréversible (chauffage par effet Joule et pertes d'activation) et d'effets thermiques réversibles décrits dans une interface d'électrochimie. Vous disposez également des variables de sources de chaleur définies par les interfaces d'électrochimie lors de la mise en place de couplages manuels entre différents composants d'un modèle.

Chaque activité et chaque besoin en matière de simulation sont différents. Afin d'évaluer pleinement si le logiciel COMSOL Multiphysics® répond ou non à vos exigences, nous vous invitons à nous contacter. En parlant à l'un de nos représentants, vous obtiendrez des recommandations personnalisées et des exemples détaillés qui vous aideront à tirer le meilleur parti de votre évaluation et vous guideront pour choisir les options de licence les mieux adaptées à vos besoins.

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