How long does it take to electroplate Indium?

Combien de temps faut-il pour galvaniser l’Indium ?

Monday, March 27, 2023

Par moment, je reçois des questions du genre, "Combien de temps faut-il pour déposer $20bf mu m$ d’Indium sur ma plaque en utilisant votre bain Indium Sulfamate Bath ?" La réponse à cette question faciliterait la vie du client. Je vais vous montrer comment le calculer facilement. Dans ce post, je vais produire une relation simple et facile qui fonctionne pour tout le monde. Croyez-moi, c’est facile ; on n’utilise que des formules fondamentales que nous avons étudiées à la fac. Ça commence par combien d’électrons il faut pour réduire un ion In³⁺ en un atome In – $3$ !

Donc, combien de charges représente ce – $3$ e!

Le temps qu’il faut dépend de combien de charges nous devons fournir pour réduire ces ions indium, et à quel vitesse nous pouvons les fournir – c’est-à-dire le “courant” !

Si vous avez entendu parler de cette célèbre formule courant-charge, $i= frac{q}{t}$ , oui, c’est de ça que je parle.

Donc, revenons aux bases :

$text{Time}= frac{text{Charge needed to reduce all the indium ions}}{text{Current}}$

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

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

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

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

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

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

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

Si la cathode (où l’indium est électrodéposé) n’est pas 100 % efficace,ça prendra un peu plus de temps. Soit σ l’efficacité. Il faut alors $frac{1}{sigma}$ fois plus de temps. Par exemple, si on a 50 % moins d’efficacité, ça prendra $frac{1}{0.5}=2$ fois plus de temps. Donc, si on incorpore l’efficacité, l’équation pour le temps devient :

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

En reportant toutes ces valeurs dans l’équation ci-dessus, on obtient :

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

Donc, la réponse est qu'une estimation du temps pour déposer $20 mubf m$ est 34 minutes, et on sait quels facteurs peuvent modifier ceci.

Et voici une formule facile pour calculer un temps en minutes avec les unités les plus couramment utilisées pour l’épaisseur et la densité de courant.

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

Pourqui ne pas appeler ce nombre $30.676$ “constante de Shital” !

Le bain de sulfamate d’indium d’Indium Corporation a une efficacité cathodique de 90 %. Plus d’efficacité signifie moins de temps passé ! La densité de courant typique pour travailler est d’environ $text{10-20 mA/cm}^2$ mais on peut l’augmenter jusqu’à $text{100 mA/cm}^2$ , en maintenant la température du bain à $text{20 - 25}^otext{C}$ . Augmenter la densité de courant de $text{20 {mA/cm}}^2$ à $text{100 {mA/cm}}^2$ peut réduire la durée de déposition d’un facteur 5, autrement dit la même quantité de $20 mu bf m$ se déposera alors en 7 minutes.

L’utilisation actuelle extensive du plaquage d’indium remonte aux années 1930, quand les fondateurs d’Indium Corporation ont développé pour la première fois un bain de plaquage d’indium commercial. Les récents développements de la technologie des semiconducteurs et des liaisons en puce retournée utilisent l’indium pour créer des interconnexions entre couches de tranches. L’indium est électrodéposé sur des substrats de tranches pour créer des bosses d’indium à haute densité, faible pas et haut rapport d’aspect. La souplesse, la ductilité et la mouillabilité de l’indium garantissent une connexion forte et fiable entre deux surfaces, même si elles ne sont pas parfaitement planes ou alignées. En outre, l’indium est stable même à des températures proches de zéro, ce qui le rend tout à fait adéquat pour des utilisations dans des applications de semiconducteurs en environnements extrêmes, comme celles qu’on rencontre dans l’espace.

Si vous envisagez des projets d’électrodéposition à petite échelle, comme la restauration et la réparation de vieux articles en métal avec revêtement en indium, vous pouvez commencer par un excellent kit d’électrodépositon facile d’emploi, comme celui proposé ici.

Reportez-vous aux documents suivants pour en savoir plus sur l’électrodéposition à l’indium, Bain de sulfamate d’indium, et l’électrodéposition de bosses d’indium.