simulation von elektrochemischen Beschichtungsprozessen

Software: COMSOL Multiphysics
Module: Basic COMSOL Multiphysics, Elektrodeposition, Design

Die Software ermöglicht die Vorhersage der Schichtdickenverteilung, Position und Form von Blenden und Hilfselektroden, Hilfestellung beim Gestell- und Anlagenbau.

Das Basic COMSOL Multiphysics Module ermöglicht durch typische Simulationen von Elektrolysezellen, die Bestimmung der Stromverteilung an der Elektrodenoberfläche sowie die Dicke und Zusammensetzung der abgeschiedenen Schichten. Diese Simulationen sind für folgende Untersuchungen nützlich:

• Änderungen in der Zellgeometrie
• Gestaltung von Gestellen
• Bestückung von Gestellen
• Betriebsspannungen und -ströme
• Temperatureffekte

Mit dem COMSOL Electrodeposition Module ist die Simulation der primären, sekundären und teritären Stromverteilung in 3D, 2D und 1D anhand verschiedener Maßstäbe je nach Zielvorgaben möglich.

Mit dem Modul CAD-Import können 3D-Modelle von realen Bauteilen direkt in die Simulationssoftware importiert werden. Sind keine 3D-Modelle der Bauteile vorhanden, können die Bauteile in COMSOL Design skizziert werden.

Querschliff des Probenaufbaus für die selektive galvanische Abscheidung: 3D-gedruckter Kunststoff mit metallischer Startschicht, Cu-Kontaktfolie für die Stromversorgung, Blende für die selektive Abscheidung, Anode.

Simulation unter speziellen Abscheidebedingungen

Für spezielle Abscheidebedingungen stehen verschiedene Funktionen zur Verfügung. Es gibt z.B. die Möglichkeit, die Abscheidung dünner Schichten auf nichtleitende Oberflächen zu simulieren. Zusätzlich können Diffusion, Konvektion und Migration von chemischen Spezies in verdünnten und konzentrierten Lösungen sowie in porösen Medien modelliert werden.

Ergebnisse einer Simulation durch COMSOL Multiphysics

• 2D/3D-Zeichnungen der Zellgeometrie
• Stromdichten- und Schichtdickenverteilung über die Elektrodenoberfläche
• Konzentrationsverteilung
• Vergleich zwischen Anfangsbedingungen und nach Zelloptimierungen (z.B. Zellgeometrie, Blenden, Stromfänger, Temperatur, …)

Wichtige Angaben, die wir benötigen:

• Zellengeometrie einschließlich derjenigen des Bades und der Kathoden- und Anodenpositionen (isolierende Komponenten und Stromfänger)
• Betriebsbedingungen: Ströme und Spannungen
• Elektrolytzusammensetzung und Reaktionskinetik der Elektrode
• Hydrodynamische Bedingungen (mit Einschränkungen)

Zusätzliche Informationen, die wir bei speziellen Abscheidebedingungen benötigen:

• Dünne Schichten / Eigenwiderstand (falls relevant)
• Porosität

3D-Darstellung des Elektrolytvolumens einschließlich der Platzierung und Ausrichtung zum zu beschichtenden Bauteil und zur Anode. Abbildung der Schichtdickenverteilung auf dem Bauteil nach der galvanischen Abscheidung (µm).