How long does it take to electroplate Indium?

¿Cuánto tiempo se requiere para galvanizar indio?

Monday, March 27, 2023

A veces, recibo preguntas como: "¿Cuánto tiempo requiere depositar $20bf mu m$ cantidad de indio en mi plata con su baño de sulfamato de indio?" Bien, la respuesta a esta pregunta facilitaría muchas cosas para el cliente. Permítame demostrarle cómo calcular esto con facilidad. En esta publicación, derivaré una relación simple y fácil que funcionará para todos. Créame, es fácil; solo usa algunas relaciones fundamentales que estudiamos en la escuela secundaria. El cálculo comienza con la cantidad de electrones que necesita para reducir un ion In³⁺ a un átomo de In – $3$ , ¡genial!

Entonces, ¿cuánta carga representa ese– $3$ e?

El tiempo que toma directamente depende de cuánta carga tengamos que suministrar para reducir todos los iones de indio, y a qué ritmo de tiempo podemos suministrar esos –, ¡eso significa "corriente"!

Si han escuchado hablar de esta famosa relación corriente-carga, $i= frac{q}{t}$ , sí, de eso hablo.

Entonces, volvamos a lo básico,

$text{Tiempo}= frac{text{Carga necesaria para reducir todos los iones de indio}}{text{Corriente}}$

$text{Time}=frac{text{Charge needed to reduce one indium ion}times text{Total number of indium ions to reduce }}{text{Current}}$

$text{Time}=frac{3e times text{(no. of moles to reduce}times text{Avogadro's number)}}{text{Current}}$ $text{, where e is the charge of an electron (e=1.6}times 10^{-19}text{C)}$

$text{Time}=frac{ text{3e Na}times frac{text{Mass}}{text{Mol. Wt}}}{text{Current}}$ $text{, where Na is the Avogadro's number (Na=6.022}times 10^{23}text{/mole)}$

$text{Time}=frac{frac{text{3e Na}}{text{Mw}}times text{ Volume}timestext{density} }{text{Current}}$ $text{, where Mw is the Molecular weight (Mw=114.82 g/mole)$

$text{Time}=frac{frac{text{3e Na } rho}{text{Mw}}times text{ Surface area}timestext{thickness}}{text{Current}}$ $text{, where } rho text{ is the density of Indium (} rho text{=7.31 g/cm}^{3})$

$text{Time}=frac{frac{text{3e Na } rho}{text{Mw}}times text{thickness} }{frac{text{Current}}{text{Surface Area}}}$ $text{, where thickness = 20}mu text{m = 0.0020 cm}$

$text{Time}=frac{text{3e Na } rho}{text{Mw j}}times text{thickness}$ $text{, where j is the assumed Current Density (j = 20 {mA/cm}}^{2} text{= 0.020 A/cm}^{2})$

Si el cátodo (donde se electrodeposita el indio) no es $100%$ eficiente, tardará un poco más. Digamos, que σ sea la eficiencia. Entonces tomará, $frac{1}{sigma}$ veces más tiempo. Por ejemplo, si tiene una eficiencia de $50%$ , tardará, $frac{1}{0.5}=2$ veces más. Al incorporar la eficiencia, la ecuación para el tiempo se convierte en:

$text{Time}=frac{text{3e Na } rho}{sigmatext{ Mw j}}times text{thickness}$ $text{, where }sigma text{ is the assumed Cathodic efficiency (}sigma text{ = 0.9)}$

Es hora de conectar todos estos valores en la ecuación anterior, así se obtiene:

$text{Time}=frac{text{3e Na } rho}{sigmatext{ Mw j}}times text{thickness = 2045 seconds}approx text{34 minutes}$

Bien, entonces la respuesta es que, el tiempo estimado de deposición de $20 mubf m$ es de 34 minutos, y se sabe qué factores pueden cambiar esto.

Y esta es una fórmula fácil para calcular el tiempo en minutos para las unidades de espesor y densidad de corriente más utilizadas;

$text{Time (minutes)}=30.676 times frac{text{thickness (} mu bf m)}{sigmatext{ j (mA/cm}^{2})}$

Okay, why not call this number $30.676$ “Shital’s Inplate constant”!

Bien, ¿por qué no llamar a este número $30.676$ "constante de galvanizado de Shital"?

El baño de sulfamato de indio de Indium Corporation tiene una eficiencia catódica del 90%. ¡Mayor eficiencia significa menos tiempo! La densidad de corriente típica para hacer que esto funcione es aproximadamente $text{10-20 mA/cm}^2$ pero, puede aumentarla hasta $text{100 mA/cm}^2$ , mientras mantiene la temperatura del baño en $text{20 - 25}^otext{C}$ . Aumentar la densidad de corriente de $text{20 {mA/cm}}^2$ a $text{100 {mA/cm}}^2$ puede reducir el tiempo de deposición en un factor de 5, es decir, la misma cantidad de $20 mu bf m$ ahora se depositará en 7 minutos.

El extensivo uso actual del galvanizado con indio se remonta a la década de 1930 cuando los fundadores de Indium Corporation desarrollaron por primera vez un baño de galvanizado con indio comercializable. Los desarrollos recientes en la tecnología de semiconductores y en soldadura flip-chip utilizan indio para crear interconexiones entre capas de obleas. El indio se galvaniza sobre sustratos de obleas y crea protuberancias de indio de alta densidad, bajo tono y relación de aspecto elevada. La suavidad, ductilidad y humectabilidad del indio aseguran una conexión fuerte y confiable entre dos superficies, incluso si no son perfectamente planas o no están perfectamente alineadas. Además, el indio exhibe estabilidad incluso a temperaturas cercanas a cero, lo que lo hace muy adecuado para su uso en aplicaciones de semiconductores que operan en entornos extremos, como los que se encuentran en el espacio.

Si se plantea proyectos de galvanoplastia a pequeña escala, incluida la restauración y reparación de artículos metálicos antiguos con recubrimiento de indio, puede comenzar con un kit de galvanoplastia completo y fácil de usar como el que se ofrece aquí.

Consulte los siguientes documentos para obtener más información sobre la galvanoplastia con indio, el baño de sulfamato de indio y la galvanoplastia con protuberancias de indio.