Page 50 - 《应用声学）》2023年第5期

942 2023 年 9 月

2.1 超声辅助电镀声场分布 freq(1)=27875 Hz ʹ: ࡍᦊᤴए(RMS)/(mSs -1 )
0.78
对图 5(b) 实验布局进行声场分析，超声作用
0.7
下的电镀液分析包括两个域：Solid 域与 Water 域。 0.6
0.5
模拟分析得到的谐振频率为 27875 Hz，与理论值 0.4
28000 Hz 接近，在允许的误差范围内。换能器电压 0.3
0.2
设置为 300 V，声场模拟是通过压力声学、固体力 0.1
z
学、静力学三个物理场耦合求解。 x 6.29T10 -4
y
声场的压力分布如图 6 所示，声场的能量主要 (a) ڏ5(b)࣋ࡍ
聚集在换能器的头部位置。图 7 为换能器头部的位
freq(1)=27875 Hz ʹ: ࡍᦊᤴए(RMS)/(mSs -1 )
移情况，在此频率下可以达到较大的振动。 0.47
0.45
0.40
freq(1)=27875 Hz ᛫᭧ ঴ܦԍڤ/Pa
2.68T10 6 0.35
T10 6 0.30
2.5
2.0 0.25
1.5 0.20
1.0 0.15
0.5 0.10
0 x
-0.5 z 0.05
-1.0 y 9.7T10 -5
-1.5
-2.0 (b) ڏ5(c)࣋ࡍ
x z -2.5
-1.67T10 6
y 图 8 声场下速度分布图
Fig. 8 Velocity distribution diagram in sound field
图 6 超声辅助电镀声场声压分布
Fig. 6 Sound pressure distribution in ultrasonic 2.2 超声辅助电镀分析
assisted electroplating 电镀过程采用的电镀模拟方式是3 次电流分布
电中性，此方式除了会考虑化学极化、浓差极化，同
101 时会考虑电流分布，适合此设计的模拟要求。分析
12
过程中把声场下的镀液体速度导出为 txt 文件，在
ͯረڤ y Ѭ᧚/(10 -9 mm) 6 4 2 0 度场调用此插值函数进行分析，即把声场与电镀场
10
电镀场下加入插值函数，并在 3 次电流分布中的速
8
进行了耦合。表1为电镀过程参数。
电镀过程参数
表 1
-2
-4 Table 1 Parameters of the plating process
27.65 27.70 27.75 27.80 27.85 27.90 27.95 28.00
参数 值 描述
ᮠဋ/kHz
cinit_SQ 2− 780 mol/m 3 SQ 2− 离子浓度
4 4
图 7 换能器头部点位移场 cinit_Cu 2+ 780 mol/m 3 Cu 2+ 离子浓度
T 0 298 K 温度
Fig. 7 Displacement field of transducer head point 2
i 0 200 A/m 电流密度
Eeq_cel 0 V 外加电势
由图 8(a) 显示了在换能器的作用下，镀液的
Phis_anode 5 V 阳极电势
质点速度分布情况。因为结构对称，换能器位置 phis_cathode 0 V 阴极电势
对称，所以到达阴阳极的速度对称。并对图 5(c) alpha_a 0.5[1] 阳极的传递系数
l = 60 mm 的阴极布局进行声场体速度分析，结果 alpha_c 1.5[1] 阴极的传递系数
z_net 2[1] 电荷数
如图 8(b) 所示。阴极处于换能器下方，整体速度在
z_c1 z_net[1] Cu 2+ 离子电荷数
阴极两侧对称。声场分析说明了超声对镀液质点运 z_c2 −z_net[1] SQ 2− 离子电荷数
4
2
动产生了影响。因此后文电镀分析的基础是声场的 D_c1 2 × 10 −9 m /s Cu 2+ 扩散因子
体速度值。 D_c2 D_c1 SQ 2− 扩散因子
4