CN109963966B - 用于可靠、高通量、复杂电场生成的系统以及由其生产涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施方案包括用于沉积层状纳米层压合金的系统，所述系统包括用于电沉积方法的控制器，所述控制器包括波形合成器电路，所述波形合成器电路被配置为生成对应于要从电沉积电源输出的期望电沉积波形的复杂波形信号。控制器还包括合成器控制电路，所述合成器控制电路被配置为控制波形合成器电路。至少部分地基于具有与电沉积方法相关的信息的配方，合成器控制电路通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个来控制复杂波形信号的生成。控制器还包括控制器输出电路，所述控制器输出电路被配置为将复杂波形信号传输到电沉积电源的输入端。

Description

用于可靠、高通量、复杂电场生成的系统以及由其生产涂层的 方法

背景

技术领域

通过电化学制造方法在工件上以相对高的速率或产量沉积多层纳米层压涂层需要稳定和精确的电场发生器(例如波形发生器)。此外，改变沉积涂层的组成和微结构(例如沉积种类和/或微结构)需要同时对提供给一个或多个电极组的波形(例如电流和/或电压波形)进行精确控制。此外，基于涂层各层之间和/或涂层与工件之间期望的原电池反应，电沉积可能需要波形中的复杂特征和/或波形可能必须基于工艺步骤和/或过程反馈进行实时修改，以实现特性的特定组合。

相关技术的描述

传统的电沉积系统通常使用基于突变电压或电流转换的电流脉冲，这限制了可应用于电沉积方法的精度。尽管在一些相关的电镀系统中，例如半导体工业或涂料工业中的电镀系统，电源可以包括模拟电路和能够生成一系列波形的微控制器。然而，这些电镀系统中的波形范围受限于可用波形的数量和可生成的波形类型。此外，可以创建的波形类型进一步受限于预加载的全长波形和/或受限于标准波形轮廓模式。即波形不能实时修改。此外，传统系统中的电源和控制器通常只控制一对电极(即阳极和阴极)的电压或电流。

虽然一些传统系统通过包括现场可编程门阵列来提供控制器的灵活性，但是在已知的电源系统中，控制器需要连接到特定的一个或多个大容量电源。即每个控制器被配置为与例如特定型号或有限型号范围的电源、来自特定制造商的电源和/或具有特定输出范围的电源一起使用。这意味着用户需要为每个电源购买并学习不同的软件。此外，已知系统具有不同程度的不稳定性，这可能对涂覆过程生成不利影响。已知的系统不能校准和/或修改输出波形以解决过程的不稳定性。因此，需要改进功率控制系统和方法。本公开提供了这一改进和相关优点。

概述

在本技术的实施方案中，包括控制器和电源的电源系统通过实时调制或改变波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数和/或一些其它波形参数来动态生成具有任意期望的波形轮廓(waveform profile)的电沉积波形(例如生成复杂波形)。期望的波形轮廓可以应用于电沉积波形的电压和/或电流特征。然后，电沉积波形输出到电化学槽中的一组电极以执行电沉积方法。

在实施方案中，本公开提供了系统，包括：电化学处理槽；一组被配置为用于在工件上沉积多层纳米层压涂层的电极；连接到该组电极的电沉积电源，所述电沉积电源包括被配置为接收复杂波形信号的输入连接，所述电沉积电源被配置为放大复杂波形信号以生成期望的电沉积波形，所述期望的电沉积波形被配置为在工件上沉积至少一层多层纳米层压涂层；以及所述基于处理器的控制器，包括：波形合成器电路，其被配置为生成复杂波形信号；合成器控制电路，其被配置为至少部分地基于配方来控制波形合成器电路，所述配方具有与沉积至少一层多层纳米层压涂层相关的参数，合成器控制电路被配置为控制复杂波形信号，所述复杂波形信号通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合而生成；以及连接到电沉积电源的输入端的控制器输出电路，所述控制器输出电路被配置为将复杂波形信号传输到输入端。

在其它实施方案中，本公开提供了用于电沉积方法的控制器，包括：波形合成器电路，其被配置为生成对应于电沉积波形的复杂波形信号，并被配置为将复杂波形信号传输到电沉积电源；合成器控制电路，其被配置为至少部分地基于配方来控制波形合成器电路，所述配方具有与沉积至少一层多层纳米层压涂层相关的参数，合成器控制电路被配置为通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合来控制生成的复杂波形信号；以及控制器输出电路，其被配置为将复杂波形信号传输到电沉积电源的输入端。

在另一实施方案中，本公开提供了用于在工件上电沉积涂层的方法，所述方法包括：选择对应于电沉积方法的配方；通过基于与工件几何形状、工件表面积、电沉积电源或其组合相关的信息调整配方来生成专用配方；基于调整后的配方生成对应于期望电沉积波形的复杂波形信号，所述生成包括至少基于配方实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合；向电沉积电源提供复杂波形信号；由电源基于复杂波形信号生成电沉积波形；以及将电沉积波形传输到电沉积处理槽中的电极组，从而在工件上沉积涂层。

附图简要说明

参考附图说明对详述进行描述。在图中，附图标记的最左边的数字标识了附图标记首次出现的图。在不同的附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的部件或特征。

图1示出了电沉积系统的实施方案，描述了通过网络连接的控制器对电化学处理槽的控制。

图2A示出了可以在图1的系统中使用的控制器的实施方案。

图2B示出了可以在图1的系统中使用的控制器的另一实施方案。

图3示出了校准电沉积电源以创建电源驱动程序文件的方法。

图4A-4C示出了用于操作系统以在工件表面上执行电沉积方法的步骤的高级概述。

图5A示出了使用两个一阶波形的特征生成二阶波形。

图5B示出了可由图1的系统生成的复杂波形的实施方案。

详述

本文描述了用于在工件上电沉积涂层(例如层压涂层)的系统和设备。在实施方案中，这种系统用于在工件的全部或部分(例如工件表面)上电沉积一个或多个纳米层压或微层压的金属或金属合金涂层。工件可以是活化的工件，因为它已经为沉积过程准备好(即预处理过)。在某些实施方案中，工件至少部分由电化学蚀刻活化，所述电化学蚀刻由蚀刻波形或复杂波形的一部分控制，所述蚀刻波形或复杂波形的一部分在工件上产生一个或多个纳米层压或微层压涂层。

在更详细地阐述本公开之前，通过提供在此使用的某些术语的定义可能有助于理解本公开。本公开还阐述了其它定义。

如本文所用，“一组电极”或“电极组”是指至少一个阳极和相应的至少一个阴极。在实施方案中，一组电极是阳极/阴极对。然而，在所述实施方案中，阳极或阴极可以在两组或多组电极之间共用。例如，电化学槽可以具有一个、两个、三个、四个或更多个阳极和共阴极，“电极组”可指与共阴极结合的相应阳极。在其它实施方案中，电极组指对应于多个阳极的共阴极。

如本文所用，“电解质”是指可以电沉积一种或多种金属的电解质浴、电镀浴或电镀液。

“电沉积”或“电沉积的”分别指使用电解在工件上沉积涂层的过程或所得产品。换句话说，工件与包含一种或多种离子(例如金属、陶瓷等)的电解质溶液接触(例如部分浸入或完全浸入)。同时电流通过工件和电解质溶液，导致薄涂层沉积在工件表面上。

“涂层”包括电沉积在工件表面的薄层。因此，如本文所用，“涂层”包括包层，包层由心轴表面上的一系列薄电沉积层制成，心轴在电沉积层形成后被移除。包层通常在形成后作为保护层固定到另一个制品上。

如本文所用，“层压的”或“层压”是指包括两层或多层的材料(例如涂层)。在实施方案中，层压的或层压是指包括、基本上由或由一系列可呈交替或非交替方式的层组成的材料。交替层可以包括两种类型的层(例如A、B、A、B、A、B…)，三种类型的层(例如A、B、C、A、B、C、A、B、C…)，四种类型的层(例如A、B、C、D、A、B、C、D…)，或更多类型的层。非交替层可以包括三个或更多、四个或更多、或者五个或更多不同类型的层。如本文所用，层压材料包括纳米层压材料。

在本公开的含义中，“纳米层压”或“纳米层压的”是包括包含两层或更多层的涂层，其中每个单独层的厚度小于10,000纳米(即10微米)。换句话说，本公开中“纳米层压涂层”中的术语“纳米层压”是指涂层中各层的厚度，而非由各个层组成的涂层的总厚度。在实施方案中，“纳米层压”是指包含、基本上由或由一系列小于1微米的层压层组成的材料或涂层。在此描述的方法特别适合于提供纳米层压涂层，然而，当然其也可用于制造各个层厚度大于10微米的制品。

“工件”包括表面电沉积有涂层的任意物品。工件包括基底和心轴，基底是在其上施加涂层的物体，心轴是在形成后从其上去除涂层的基底。工件可由导电材料(例如金属)形成、可由导电和非导电材料的混合物(例如聚合物-金属混合物)形成，或涂有导电材料(例如通过化学沉积涂覆有金属层的非导电材料)。

本公开实施方案中采用的工件可以是任意合适的工件。在实施方案中，工件由聚合材料制成。在某些实施方案中，聚合材料是塑料材料。在其它实施方案中，工件由金属或合金制成。在某些实施方案中，金属是钢合金。

术语“波长”是指在电流密度是周期函数的实施方案中，在单个沉积循环中形成的两个相邻层的厚度。

如本文所用，“复杂波形”是指在电沉积方法中可以生成或修改的任意任意波形，包括由基频组成的波形、具有叠加谐波的基频的波形和/或由两个或多个波形的组合组成的波形。复杂波形可以包括关断周期(off period)和电流反向的周期(例如脉冲和脉冲反向电镀波形)。

如本文所用，“生成”包括新波形的初始创建和/或波形的后续修改或改变。完整波形的生成可以使用嵌套循环序列控制，其中，最终的电沉积波形是通过将按顺序排列的子波形循环预定循环计数、预定时间段或无限期直到电沉积方法因某种原因停止或更改。在某些实施方案中，定制电沉积波形是通过使用第二波形的特征调制基础波形来生成的，以生成“二阶(second-order)”波形，然后将其用作电沉积波形。第二波形的特征可以包括波形的振幅、频率、偏移、回转、过冲、波长、相位、速度和导数中的一个、两个、三个或更多个(以说明波形的急剧或连续转变)。用于生成二阶波形的波形在此也被称为“一阶(first-order)”波形。一阶波形可以从多个预加载波形(preloaded waveform)中选择，并且可以是标准波形，例如正弦波、三角波、方波等、和/或另一定制波形。来自一个或多个一阶波形的信息(例如与波形的振幅、频率、偏移、回转、波长、相位、速度、导数等相关的信息)可用于修改另一个一阶波形或现有的电沉积波形，以生成电沉积波形，所述电沉积波形被输出到电化学处理槽中的一组或多组电极。

除非另有说明或与上下文明显矛盾，在描述本公开上下文中使用的术语“a”、“an”、“the”以及类似的冠词或术语(特别是在以下权利要求的上下文中)应被解释为涵盖单数和复数(即，“一个或多个”)。本文所述的值的范围用于作为单独引用该范围内的每个单独值的简写方法。在本说明书中，除非另有说明，否则任何浓度范围、百分比范围、比率范围或整数范围应理解为包括所述范围内的任何整数的值，并且在适当时，包括其分数(例如，整数的十分之一和百分之一)。此外，除非另有说明，否则本文所述的与任何物理特征(例如尺寸或厚度)有关的任何数值范围应理解为包括所述范围内的任何整数。除非本文另有说明，否则每个单独的值被并入说明书中，如同其在本文中单独引用一样。

备选方案(例如“或”)的使用应理解为是指备选方案中的一种、两种或其任意种的组合。可以组合上述各种实施方案以提供其他的实施方案。本文描述的替代要素或本公开的实施方案的组群不应被解释为限制。组中的每个成员或者与该组中的其他成员或本文中找到的其他要素的任何组合被引用和单独要求保护。本说明书和权利要求书中使用的短语“或”应理解为表示如此结合的要素中的“一个或两个”，即在某些情况下结合存在并且在其他情况下分离存在的要素。用“或”列出的多个要素应以相同的方式解释，即，如此结合的“一个或多个”要素。除了与“或”子句具体标识的要素之外，可以可选地存在其他要素，无论是与具体标识的那些要素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”的开放式语言结合使用时，对“A或B”的引用可以在一个实施方案中仅指代A(可选地包括除B之外的要素)；在另一实施方案中，仅指代B(可选地包括除A之外的要素)；在又一实施方案中，同时指代A和B(任选地包括其他要素)；等等。

如本文所用，短语“和/或”应理解为意指如此结合的元素中的“一个或两个”，即在一些情况下结合存在而在其它情况下分离存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应以相同的方式解释，即“一个或多个”如此结合的元素。除了由“和/或”子句具体标识的元素之外，可以可选地存在其它元素，无论与具体标识的那些元素相关与否。因此，作为示例，当与诸如“包括”的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的引用，在一个实施方案中可以仅指A(可选地包括除“B”之外的元素)；在另一实施方案中，仅指B(可选地包括除A之外的元素)；在又一实施方案中，同时指A和B(可选地包括其它元素)；等等。

如本文所用，提及一系列的一个或多个元素的短语“至少一个”应理解为意指从元素列表中的任意一个或多个元素中选择的至少一个元素，但不一定包括元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个，也不排除元素列表中的元素的任意组合。所述定义还允许元素可以可选地存在于短语“至少一个”所指的元素列表中特定标识的元素之外，无论与那些特定标识的元素相关与否。因此，作为示例，“A和B中的至少一个”(或者等效地，“A或B中的至少一个”，或者等效地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施方案中可指至少一个，可选地包括多于一个A，而不存在B(并且可选地包括除B之外的元素)；在另一实施方案中，可指至少一个，可选地包括多于一个B，而不存在A(并且任选地包括除A以外的元素)；在又一个实施方案中，可指至少一个，可选地包括多于一个A，以及至少一个，可选地包括多于一个B(并且可选地包括其它元素)；等等。

在本公开的上下文中，词语“工艺”和“方法”是同义的。还应理解，除非明确指出相反的情况，否则在此描述的和下面要求保护的工艺可以包括除所述步骤之外的步骤，并且所述工艺的步骤或动作的顺序不一定限于所述工艺的步骤或动作的顺序。

本文公开的每个实施方案可以包括、基本上由或由特定的所述元素、步骤、成分或组分组成。术语“包括(comprise)”或“包括(comprises)”是指“包括但不限于”，并允许包含未指明的元素、步骤、成分或组分，即使是主要含量。短语“包括”不包括任意未指定的元素、步骤、成分或组成。短语“基本上由…组成”将实施方案的范围限制为特定的元素、步骤、成分或组分，以及那些实质上不影响所要求保护的公开的基本特征和新颖特征的元素、步骤、成分或组成。

在实施方案中，用于沉积层状纳米层压合金的系统包括一个或多个电化学处理槽，每个电化学处理槽具有一组或多组电极，用于在一个或多个工件上沉积多层纳米层压涂层。这种系统还可包括一个或多个电沉积电源，每个电源分别连接到一组或多组电极中的电极组。在实施方案中，每个电源具有输入连接，所述输入连接被配置为接收对应于要从电源输出的期望电沉积波形的复杂波形信号，并且每个电源被配置为放大所接收的复杂波形信号以生成期望的电沉积波形。每个电沉积电源可以将期望的电沉积波形传输到一组或多组电极中的相应电极组。在某些实施方案中，电沉积电源独立地向多于一个相应的电极组提供电沉积波形。由相应电源提供的所述电沉积波形驱动纳米层压涂层在相应工件上沉积。给定的电沉积电源具有最大转换速度，该最大转换速度测量电源从第一振幅水平到第二振幅水平的变化有多快。

在实施方案中，所述系统还包括所述基于处理器的控制器，所述控制器具有波形合成器电路，所述波形合成器电路被配置为生成要传输到相应电沉积电源的输入端的每个复杂波形信号。在某些实施方案中，所述基于处理器的控制器还包括合成器控制电路，其被配置为控制波形合成器电路。至少部分地基于具有与多层纳米层压涂层的沉积相关的信息的配方(recipe)，合成器控制电路通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个来控制相应复杂波形信号的生成。同样地，在某些实施方案中，所述基于处理器的控制器提供并实时调制切换周期、正向脉冲时间、反向脉冲时间或其组合。在另一实施方案中，所述基于处理器的控制器还包括分别连接到每个电沉积电源的输入端的一个或多个控制器输出电路，每个控制器输出电路被配置为将相应的复杂波形信号传输到每个电沉积电源的输入端。在实施方案中，合成器控制电路包括现场可编程门阵列(FPGA)。在某些实施方案中，实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个包括使用至少一个其它一阶波形的一个或多个第二特征来调制基本一阶波形(base first-order waveform)的一个或多个第一特征以生成相应的复杂波形信号，所述实时调控是基于第一特征和第二特征之间的函数关系。在某些实施方案中，实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个包括串行组合子波形序列以生成相应的复杂波形信号。

基于处理器的控制器具有最大采样速率(也称为时钟速率或时钟频率)，即功率输出的采样速率。为生成精确的波形，采样速率通常要比信号的最高频率大很多倍。采样速率定义了生成信号的步长(step width)以及最大可达到的信号频率。在实施方案中，采样速率在从DC到12GHz的范围内。在其它实施方案中，采样速率范围从DC到350KHz。在实施方案中，所述基于处理器的控制器调制采样速率。在某些实施方案中，所述基于处理器的控制器的采样速率高于给定电源的最大采样速率。在所述实施方案中，所述基于处理器的控制器可以调整采样速率以满足电源的最大采样速率，例如为了节省资源。

在另一实施方案中，基于处理器的控制器控制和/或调整电沉积电源的转换速度。转换速度可以在1皮秒到500毫秒的范围内。在实施方案中，转换速度小于约5毫秒。在另一实施方案中，转换速度约为5毫秒。

当与现有系统相比时，本文讨论的系统的实施方案通过部分地结合具有波形合成器电路和合成器控制电路的控制器，以基于工艺步骤和/或过程反馈，例如电解质的温度、沉积涂层的总厚度、一个或多个沉积层的厚度、涂层电阻率、单个电极之间的电流和/或电压读数和/或其它工艺和/或系统反馈，动态地改变电沉积波形，在延长的操作周期内表现出改进的稳定性。在某些实施方案中，合成器控制电路是提供并行处理能力的FPGA。此外，控制器能够生成具有任意期望波形轮廓的波形(例如具有任意期望波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数和/或其它波形参数的复杂波形)，以产生期望的涂层的组成和/或微结构。期望的波形轮廓可以应用于波形的电压和/或电流特征。

与传统电源相比，生成复杂波形的能力在电沉积方法中提供了更大的灵活性。为了在期望沉积种类、微观结构和/或厚度范围内制备纳米层压涂层，可能需要额外的灵活性。因此，能够生成具有任意期望波形轮廓的各种波形的电源系统代表了对用于控制纳米层压涂层生产的传统电源系统的改进。相反，传统的电源系统可以预加载和/或具有有限数量的波形轮廓图案(例如仅方波)。

在本公开的实施方案中，电沉积电源提供电沉积波形，包括具有任意期望参数的周期性波形和非周期性波形。在某些实施方案中，电沉积波形选自已经预加载到例如电沉积系统中的控制器或另一设备中的多个波形。

可选地，或者除了预加载波形之外，电沉积波形可以使用波形软件定制，所述波形软件可以创建全新的波形和/或修改现有波形(例如已经预加载到系统中的现有波形)。在某些实施方案中，定制电沉积波形由子波形生成，所述子波形也可以预加载到系统中，然后将这些子波形一起排序以生成完整的电沉积波形。

本公开的另一实施方案涉及用于电沉积方法的控制器，所述控制器包括波形合成器电路，所述波形合成器电路被配置为生成对应于要从电沉积电源输出的期望电沉积波形的复杂波形信号。在实施方案中，控制器还包括合成器控制电路，其被配置为控制波形合成器电路。至少部分地基于具有与电沉积方法相关的信息的配方，合成器控制电路通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个来控制复杂波形信号的生成。在某些实施方案中，控制器还包括控制器输出电路，其被配置为将复杂波形信号传输到电沉积电源的输入端。在实施方案中，合成器控制电路包括现场可编程门阵列。在某些实施方案中，实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个包括基于第一特征和第二特征之间的函数关系，使用至少一个其它一阶波形的一个或多个第二特征来调制基本一阶波形的一个或多个第一特征以生成相应的复杂波形信号。在某些实施方案中，实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个包括串行组合子波形序列以生成相应的复杂波形信号。

本公开的另一实施方案涉及用于在工件上电沉积涂层的方法。在实施方案中，所述方法包括选择对应于期望电沉积方法的标准化配方，并基于与工件几何形状、工件表面积和用于在工件上电沉积涂层的电沉积电源中的至少一个相关的信息来调整标准化配方。在某些实施方案中，所述方法还包括基于调整后的配方生成对应于期望电沉积波形的复杂波形信号，并将所述复杂波形提供给电沉积电源。所述方法还可包括基于复杂波形信号在电源中生成电沉积波形，并将电沉积波形从电源输出到对应于工件的电极组。在某些实施方案中，所述方法包括基于电沉积波形在工件上沉积涂层。所述方法还包括至少部分地基于具有与涂层沉积相关的信息的配方实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个。在任一所述实施方案中，工件可以是基底。

图1示出了电沉积操作环境100的实施方案，描述了经由一个或多个相应的控制器106、108、110对一个或多个电化学处理槽114、116、118的控制。所述系统用于在工件120、122、124上沉积涂层，例如纳米层状、纳米层压涂层。相应槽114、116、118中的工件120、122、124可以是金属(例如铁、钢等)、金属合金或聚合材料(例如热塑性、热固性和/或其复合材料等)。工件120、122、124分别连接到电极140a、142a、144a。在实施方案中，泵132、134、136在电沉积方法之前将电解液泵送到相应的电化学处理槽114、116、118。在某些实施方案中，如果需要，泵132、134、136用于在电沉积方法中添加电解液。控制阀156、158、160分别连接到处理槽114、116、118，以从相应的槽中去除电解液。搅拌器170、172、174在相应的槽114、116、118中混合电解质溶液。

在实施方案中，搅拌器170、172、174、泵132、134、136和控制阀156、158、160分别由槽自动控制器150、152、154控制。槽自动控制器150、152、154分别控制每个电化学处理槽114、116、118中的电解质水平、电解质浓度、电解质温度和流速中的至少一个。在其它实施方案中，单槽自动控制器独立地控制每个电化学处理槽中的电解质水平、电解质浓度、电解质温度和流速中的至少一个。槽自动控制器150、152、154可自主操控，或者可以基于从相应控制器106、108、110接收的命令进行操控。在实施方案中，控制器106、108、110通过直接通信连接(有线或无线)与相应的槽自动控制器150、152、154通信，和/或与公共网络180连接。公共网络可以是任意合适的网络，例如以太网、Modbus网络、CAN总线网络或一些其它合适的通信网络。

电化学处理槽114、116、118中的每一个都可具有传感器组件162、164、166，传感器组件162、164、166测量或感测工艺参数，例如温度、水平、电解质浓度、涂层厚度、涂层电阻率、电极之间的电压或电流和/或一些其它工艺参数。在实施方案中，来自传感器组件162、164、166的输出被直接发送到控制器106、108、110。在其它实施方案中，来自传感器组件162、164、166的输出经由相应的槽自动控制器150、152、154发送到控制器106、108、110，槽自动控制器150、152、154也可以在相应的处理槽114、116、118中使用传感器信号来控制例如温度、液位、电解质浓度等。在每一个控制器106、108、110中，传感器数据然后可用于适当地对电沉积方法进行控制、修改、调整等操作，包括修改过程顺序步骤和/或修改电沉积波形(如果需要的话)。

如图1所示，在实施方案中，控制器106、108、110中的每一个都连接到网络104，并且可以经由网络104与中央控制站102通信。网络104可以是无线和/或有线的，并且可以是广域网、局域网、云网络和/或因特网。在实施方案中，控制器106、108、110包括网络服务器，中央控制站102使用网络浏览器与控制器106、108、110通信。通过使用浏览器接口，中央控制站102不必包括用于与控制器106、108、110通信的专用软件，并且可以是任意标准计算机、智能电话、移动设备或任意其它具有网络浏览器的设备。任意期望的过程监控和/或过程配置软件可被结合到控制器106、108、110中的一个或全部中。在某些实施方案中，中央控制站102是专用计算机，其包括用于监控和/或配置电化学处理槽114、116、118的电沉积方法的软件。在某些实施方案中，中央控制站102设置在本地，即与控制器106、108、110位于相同的位置。在某些实施方案中，中央控制站102位于远端(例如在中央控制站、另一个设施或另一个地理位置)。在某些实施方案中，不使用中央控制站，并且使用控制器106、108、110中的一个或全部来控制电沉积方法。

在操作中，控制站102向控制器106、108、110中的一个或多个发送命令，以控制电沉积方法。命令可以是用于在工件上沉积涂层(例如纳米层状金属或金属合金涂层)的“配方(recipe)”的形式。在实施方案中，对于电沉积方法类型共有的特征，配方是标准化格式的，从而可以使用相同的配方(即，“标准化配方”)。例如，在许多情况下，尽管电沉积方法的规模很大，但是涂覆工件的步骤顺序、过程中加回溶液的标准和/或电沉积方法中使用的电源的输出波形可以是相同的。然而，工件尺寸、工件几何形状、电源电流额定值、化学添加剂质量等方面存在差异，当实际过程偏离标准化配方的过程时，应考虑用于配置标准化配方的过程，这是典型的情况。为此，一旦操作者选择了期望的标准化配方，操作者就输入实际过程的细节(例如电源、工件等的细节)，然后，这些操作员输入被相应的控制器106、108、110用来调整标准化配方和实际过程之间的差异。在实施方案中，通过让操作员从预设选择列表中进行选择，简化了操作员输入。例如，可以向操作者呈现工件尺寸和/或几何形状的列表以及具有与所选配方兼容的各种安培数的电源型号的列表，仅举几例，控制器106、108、110被配置为使用操作者输入的信息来确认和/或调整电沉积方法的设定点(例如电源安培数、化学浓度、泵流量等)和/或用于满足配方的每个配方步骤的标准(例如预设的持续时间、预设的安培小时累积量、诸如满足预设值的溶液浓度的过程反馈等)，可选地，或者除了预设列表之外，操作者还可以选择直接输入信息。

在实施方案中，配方是由不同型号、不同制造商等的控制器接收和使用的通用(例如非专有)格式。在某些实施方案中，配方是人类可读的形式，以识别由配方生成的涂层。在实施方案中，配方包括关于控制电沉积方法的每个涂层的顺序步骤的信息。例如，顺序步骤可以包括在电沉积方法中用于控制各种设备(例如泵132、134、136、搅拌器170、172、174、控制阀156、158、160等)的指令、每个步骤的持续时间的指令、每个步骤的安培小时累积的指令和/或用于创建和/或用于修改电沉积波形轮廓的标准的信息(例如要传输到电化学处理槽114、116、118中的一个或多个电极组140a、140b、142a、142b、144a、144b的电流和/或电压波形轮廓)的指令。所述配方还可包括电沉积方法的相应步骤中使用的电流密度的指令(例如多层纳米层压工艺中每个涂层的电流密度)。

基于相应工件120、122、124的几何形状和尺寸，在某些实施方案中，控制器106、108、110在电沉积方法的相应步骤期间使用电流密度信息来适当地控制相应电源126、128、130的输出功率。工件120、122、124的几何形状和尺寸也可以通过配方传输和/或可以手动输入控制器106、108、110。操作指令，例如设置电化学处理槽114、116、118中的流速、温度和/或电解质浓度，可由控制器106、108、110直接执行和/或传输到相应的槽自动控制器150、152、154，用于进一步处理和执行。所述配方还可包括用于响应系统条件变化的指令，例如用于基于例如预设时间段或持续时间、预设安培小时累积和/或来自电化学处理槽114、116、118中的传感器组件162、164、166的反馈来修改电沉积波形和/或顺序步骤的指令。

在实施方案中，控制器106、108、110中的一个或多个从控制站102接收指令(例如通过网络浏览器接口)，然后分别通过通信网络104向至少一个其它控制器发送适当的命令。因此，网络104上的每个控制器106、108、110可以充当网状网络的节点。控制器的网状网络通过减少系统对单个外部控制站(例如控制站102)的依赖来提高系统的稳定性，以提供系统中控制器的主控制。例如，一旦控制站102将指令发送到控制器106、108、110中的一个或多个，所有其它控制器可以协作以确保指令数据被正确分发。当控制器106、108、110基于相应的配方控制其相应的槽114、116、118时，控制器106、108、110可以自主地动作。然而，控制器106、108、110在需要时也可以经由网络104共享数据(例如来自控制站102的指令、过程数据等)，以提高系统稳定性。在某些实施方案中，控制器106、108、110中的一个或多个存储整个电沉积方法的配方并且充当主控制站，而非单独的控制站102。在某些实施方案中，控制器106、108、110中的至少一个含有用于存储与沉积过程相关的数据的数据库。例如，控制器106、108、110中的每一个可含有存储有从控制台102接收的指令数据的数据库。

在另外的实施方案中，一个或多个控制器106、108、110被布置在单槽中，并共同确保指令数据适当地分配到单槽的相应部分。单槽系统可用于在大型结构(例如长度在约15至45英尺之间的石油和天然气生产管)上沉积涂层。在前述实施方案中，控制器106、108、110可以单独控制具有单个电源或多个电源的大型电沉积槽中的母线部分。在某些实施方案中，单个控制器控制多个电源(例如沿母线的长度分布)。

现在将描述控制器106、108、110的实施方案。为了清楚起见，将参照与控制器106相关联的槽系统来描述实施方案。然而，本领域技术人员将理解，所述描述也将适用于与控制器108和110相关联的槽系统。控制器106可包括任意类型的基于可编程处理器的计算机。在实施方案中，控制器106是独立的控制器，因为控制器不连接到其它计算机。然而，预计控制器106与其它计算机和互联的基于处理器的控制器将是网络的一部分(例如，通过网络104，如图1所示)。

在某些实施方案中，控制器106是单板可重构输入/输出设备(sbRIO)。例如，如图2A所示，控制器106是sbRIO，其包括处理器202以执行用于控制电沉积方法的步骤。控制器106还包括计算机可读介质204，计算机可读介质204可以是驱动器和/或应用软件和/或处理软件：驱动器例如磁盘驱动器、光盘驱动器、固态硬盘驱动器、闪存驱动器或另一类型的存储驱动器，例如操作系统；应用软件例如由处理器202执行以生成电沉积波形信号222的波形生成软件；处理软件，其执行与电沉积方法相关的其它操作功能。在某些实施方案中，处理器202实时生成电沉积波形信号222。控制器106可用于通过GUI电路212控制和/或监控电沉积方法。GUI电路212可以包括显示器220(例如LCD、LED显示器或另一类型的显示器)。在某些实施方案中，显示器220与控制器106集成在一起，并且/或者通过适当的硬件将远程GUI(图形用户界面)连接到控制器106。用户可以通过网络104使用显示器220和/或远程GUI来监控和/或控制槽114和/或另一槽的沉积过程。

控制器106包括可以连接到外部网络104的网络通信设备210(见图1)。外部网络可以是局域网、广域网、云、互联网或其它网络，并且可以是有线和/或无线的。在某些实施方案中，控制器106包括一个单独的通信电路，用于通过例如网络180与储罐自动化控制器150通信。根据网络和/或网络的部分，网络104和/或网络180中使用的协议可以是任意标准协议，例如以太网、Modbus、CAN总线、TCP/IP或任意其它合适的协议。当然，网络104和网络180之间的协议不必相同，也可不同。在某些实施方案中，槽自动控制器150通过网络180与其它槽自动控制器152、154通信。

控制器106可以包括用于存储配方和/或其它指令的数据库206。数据库206可以存储于计算机可读介质204中，以及/或者数据库206可以存储于单独的一个或多个设备上。与数据库206一起，计算机可读介质204可以包括用于控制电沉积方法的操作系统和/或应用软件，例如波形生成软件和/或处理软件。在某些实施方案中，控制器106包括波形合成器电路208，其可操作地连接到合成器控制电路，合成器控制电路被配置为至少部分地基于配方来控制波形合成器电路208以生成电沉积波形信号222。在实施方案中，合成器控制电路是FPGA电路216。在实施方案中，FPGA电路216具有多个可配置的逻辑模块或逻辑单元。可将FPGA电路216上的逻辑模块配置为功能控制模块，例如序列控制器、PID控制器、比较器、倍频器、过程参数的上限和/或下限块、加法器、多路复用器、放大器和/或任意其它类型的功能逻辑电路。功能控制模块来自一个或多个独立的控制电路，例如，通过控制波形合成器电路208和/或控制电沉积方法顺序步骤的电路生成电沉积波形。为了简洁，将使用FPGA电路216描述控制器106的实施方案。然而，合成器控制电路和/或控制序列步骤的电路不限于FPGA，可以使用其它类型的可编程逻辑电路。

FPGA电路216通过实时调制波形信号222的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数和/或另一波形参数来控制波形信号222的生成。具体地，FPGA电路216基于配方中的指令生成数字波形信号控制波形合成器电路208。即基于存储于数据库206中和/或从控制站102或另一控制器接收的配方，FPGA电路216可以控制波形合成器208生成电沉积波形信号222，所述波形信号具有任意期望的波形轮廓(例如任意期望的振幅、任意期望的频率(包括稳态，例如，零频率，直到电沉积电源的容量)、任意期望的波形形状(例如正弦形状、三角形形状(例如锯齿)、方波和/或另一波形形状)、任意期望的偏移、任意期望的回转、任意期望的波长、任意期望的相位、任意期望的速度和/或任意期望的导数)。当然，本领域技术人员理解“任意期望的”振幅、频率、偏移、形状等意指不超过电沉积系统中使用的电源和其它部件的限定值和额定值。

此外，期望的波形轮廓可以至少部分地基于在整个工件上生成的期望电流密度，所述电流密度也可作为配方的一部分传输。控制器106可以使用与电流密度相关的信息和与工件120的几何形状相关的信息来生成期望的电沉积波形信号222。例如，电沉积波形信号222的振幅、频率、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个可以取决于期望的电流密度以及工件120的几何形状和尺寸。数字波形信号之后可由数模电路转换成模拟信号(例如电沉积波形信号222)，所述数模电路可以结合在波形合成器电路208和/或FPGA电路216中。在某些实施方案中，波形信号222然后经由控制器输出电路218从控制器106输出到电源126的输入端。在实施方案中，从控制器输出电路218输出的电沉积信号222是传输到多个不同类型电源的模拟信号。在某些实施方案中，来自波形合成器电路208的数字波形信号不被转换成模拟信号，而被直接发送到电源126。

在某些实施方案中，控制器106具有多于一个的输出电路218。例如，控制器106可以具有多达八个输出电路。当然，在其它实施方案中，控制器106具有八个以上的输出电路。电源126被配置为跟踪或跟随波形信号222，并将电沉积波形224输出到例如电极140a、140b。即电源126放大波形信号222以生成电沉积波形224。

在某些实施方案中，控制器106包括用于接收来自电沉积处理槽114的反馈的装置。例如，控制器106可以包括传感器管理电路214，其从布置在电化学处理槽114中的传感器组件162中的一个或多个传感器接收过程反馈信号。反馈信号可以直接或通过槽自动控制器150从传感器组件162发送到传感器管理电路214。传感器管理电路214可被配置为接收数字和/或模拟信号。然而，在某些实施方案中，传感器管理电路通过网络通信接收反馈。例如，传感器组件162可以直接连接到槽自动控制器150，然后槽自动控制器150可以通过网络180传输反馈信号。传感器管理电路214可以包括用于与网络180通信的网络通信电路，网络180也可以经由相应的槽自动控制器152、154连接到传感器组件164、166，并且如果需要，来自传感器组件164、166的反馈信号可用于控制电源126。在实施方案中，传感器组件162包括一个或多个传感器，例如温度传感器、电解质水平传感器、电解质浓度传感器、确定搅拌速率的传感器、确定涂层厚度的传感器和/或确定涂层电阻率的传感器。在实施方案中，传感器组件162还包括电流传感器和/或电压传感器，用于确定槽114中相应电极140a、140b之间的电流和/或电压。可选地，或者除了传感器组件162的电流/电压传感器之外，电源126可以包括电流和/或电压传感器，这些传感器之后被反馈给控制器106。当然，基于要监控的过程参数，可以使用其它类型的传感器。基于反馈信号，控制器106可以修改输出电沉积波形(例如电流和/或电压波形)以提高电沉积方法的精度，从而生成期望的涂层的组成和/或微结构。例如，基于反馈信号，FPGA电路216可以实时动态控制波形合成器电路208，以调整振幅、频率、偏移、回转、波长、相位、速度、导数和/或另一波形轮廓，从而精确控制电沉积方法。

关于生成电沉积波形224的信息可以通过配方发送。例如，除了包括用于初始生成电沉积波形的指令之外，所述电沉积波形可以是任意复杂的波形，所述配方还可包括用于实时修改电沉积波形224的波形参数例如波形轮廓、电流密度等的指令。例如，波形轮廓特征中的任意一个，例如波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或一些其它波形轮廓特征，可被动态地改变或修改。可以基于预设的持续时间、基于正在执行或将要执行的处理步骤、基于来自过程传感器的反馈和/或基于用于修改波形参数的一些其它基础，改变一个或多个波形参数的指令，例如波形轮廓、电流密度等。例如，在预设的持续时间内配方可以包括使用正弦波的指令(例如沉积过程的前半部分，然后在沉积过程的后半部分使用方波)。此外，电沉积方法可以包括被沉积的一些或每个涂层的不同波形轮廓。即配方可指定波形轮廓的类型和/或用于每个沉积层的电流密度，并且可以使用不同于用于沉积其它层的波形来沉积至少一个层。在实施方案中，基于所述配方，FPGA电路216适当地控制波形合成器电路208，以便为被沉积的每个层生成期望的波形。

此外，在某些实施方案中，FPGA电路216被配置为使得基于来自例如传感器组件162的过程反馈信号来修改电沉积波形信号222。例如，基于来自传感器组件162的数据(其可以涉及例如工艺温度、电解质浓度、电解质水平、涂层厚度、涂层电阻率、单个电极之间的电流和/或电压读数，和/或一些其它工艺/系统反馈)，FPGA电路216可以控制波形合成器电路208来适当地调整电流密度、波形轮廓(例如频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数等)，和/或电沉积波形信号222的任意其它波形参数。

在控制器106生成波形信号222之后，波形信号222之后从控制器106的控制器输出电路218输出，并被发送到例如电沉积电源126的输入端。电沉积电源126之后基于接收的波形信号222生成输出电沉积波形224。在实施方案中，电沉积电源126充当放大器，其精确地跟踪或跟随来自控制器106的输入波形222，并输出适当的电沉积波形224，所述电沉积波形224被传输到槽114中的电极140a、140b。输出端电沉积波形224的波形轮廓(例如频率、振幅、形状等)对应于波形信号222的波形轮廓，并提供适当的电流密度。

在某些实施方案中，为了确保来自于电沉积电源的输出电沉积波形224匹配来自于控制器的波形信号222，控制器考虑电沉积电源126的容量。例如，当生成波形信号222时，控制器106可以考虑一个或多个波形参数，例如压摆率(slew rate)、百分超调量(percentovershoot)和/或取决于电沉积电源126特征特征的另一波形参数。即在某些实施方案中，当使用波形合成器电路208生成波形时，来自配方的波形指令使用电沉积电源126的已知特征特征来实现。在某些实施方案中，这些特征对于一组电源是共有的。例如，压摆率、百分超调量或一些其它特征特征对于特定类型的所有电源来说是共有的，例如，相同的型号、相同的制造商、相同的额定值或额定值范围和/或一类电源的一些其它区别特征。了解单个电沉积电源和/或一类电沉积电源的特征提供了现有技术控制器中没有发现的优点，因为本公开的控制器的实施方案可以使用电源特征信息来精确控制电源的输出电沉积波形。

与单个电源和/或一组电源的特征相关的信息可存储于对应于单个电源和/或一组电源的电源驱动程序文件中。电源驱动程序文件可以物理存储于例如数据库206和/或一些其它位置。电源驱动程序文件的功能类似于打印机驱动程序文件，打印机驱动程序文件提供关于转换要打印的数据以对应于正在使用的打印机类型的信息。在该情况下，电源驱动程序文件包括关于正在使用的电源类型的信息，或者更具体地，关于正在使用的电源的特征的信息。例如，电源驱动程序文件可包括关于电源126是否可以是正向和/或反向电源的信息，和/或可包括关于电源126的输出额定电流的信息。特征信息可以与单个电源相关联(例如通过电源的序列号)和/或与电源所属的类别相关联(例如制造商、型号、输出功率范围、其任意组合等)。

波形生成软件在基于配方生成电沉积波形时使用电源驱动程序文件中的信息。例如，FPGA电路216可以基于电源驱动文件中的信息修改其如何控制波形合成器电路208。电源驱动文件确保电沉积波形信号222尽可能地接近配方中所要求的波形，也确保电沉积波形信号222不会超出电沉积电源126的容量。例如，驱动文件将确保在生成电沉积波形信号222时考虑诸如电沉积电源126的压摆率额定值和百分超调量等参数。压摆率可以向波形生成软件标识电沉积电源126可被驱动的最大频率和幅度，并且仍在可接受的限度内。百分超调量将电沉积电源126的响应识别为输入信号中的阶跃变化。通过考虑这些和其它波形参数，电源驱动文件中的信息确保在沉积过程中电沉积波形224的失真最小(例如电沉积波形224的过冲或下冲很少或没有过冲或下冲)。此外，电源驱动程序文件允许配方中的波形指令针对一系列电源进行标准化。例如，单个控制器106可以控制能够提供电沉积电源的电流范围，例如从约200A到约15 000kA。即通过使用电源驱动程序文件，配方中的波形指令可以是通用的，因为这些指令不是针对特定电源或一类电源定制的。此外，电源驱动程序文件可以包括关于电沉积电源的最大转换速度和/或最大采样速率的信息。在所述实施方案中，具有比电沉积电源的最大采样速率更高的采样速率的控制器可以降低所使用的采样速率，以节省资源。

相同的标准化或通用指令可用于不同类型的电源，例如不同制造商、不同型号、不同额定功率的电源等。例如，配方可以仅仅提供标准化或通用指令来生成方波，并且FPGA电路216将基于驱动文件来控制波形合成器电路208，以输出具有适当特征的电沉积电源126的波形信号222，例如频率、振幅、压摆率等，以防止输出电沉积波形224上的不期望的失真，例如波形224中的不期望的过冲和/或下冲。在实施方案中，如果配方中要求的波形超过电沉积电源126的容量(例如要求的频率、振幅等超出电源的容量)，电源驱动程序文件中的信息警告控制器106并最终警告操作者所要求的沉积过程将不适用于本设备。在该情况下，在某些实施方案中，FPGA电路216被配置为不执行所要求的操作和/或停止电沉积方法。在另外某些实施方案中，控制器106接收一组电极之间的输出电沉积波形的测量，并比较测量的输出，以确保来自电沉积电源的输出电沉积波形224与来自控制器的波形信号222匹配。

在某些实施方案中，控制器106创建电源驱动程序文件。例如，可根据控制器106输出的测试波形信号(例如“校准”波形信号)测量电沉积电源126的响应(例如转换率、百分超调量等)。例如，如图3所示，在步骤302中，控制器106接收包括用于测试或校准波形的指令的配方。在某些实施方案中，测试或校准波形存储于控制器106中，并且当执行校准过程时，控制器106读取存储的校准波形。测试或校准波形可以包括用于生成波形的指令，所述波形具有测试电沉积电源容量的各种子部分。每个子部分可以具有不同的波形形状(例如正弦波、三角波、方波等)、不同的频率、不同的振幅、不同的偏移、不同的回转、不同的波长、不同的相位、不同的速度、不同的导数和/或子部分之间的一些其它差异。

在步骤304中，已知的分流电阻器或其它已知的负载被放置在被测试的电沉积电源的输出端之间。在步骤306中，控制器106生成配方中要求的波形，并将波形信号222输出到被测试的电沉积电源126的输入端。在步骤308中，期望的参数，例如频率、振幅、压摆率、百分超调量等在电沉积电源126的输出端测量，例如在分流电阻器或负载两端。在步骤310中，将测量的参数与控制器106输出的波形信号222进行比较，并且捕获信号222和电沉积波形224的波形轮廓中的任意差异/相似性用于分析。在步骤312中，基于例如频率、振幅、压摆率和百分超调量中的至少一个的分析，创建电源驱动程序文件，并将其存储于例如数据库206或另一位置中，以供控制器106稍后使用。如上所述，控制器106然后可以在生成波形信号222时使用电源驱动文件，使得波形信号222匹配电源126的特征。电源驱动程序文件可以与被测试的特定电源相关联，例如基于序列号，并且/或与被测试的电源具有类似结构的一类电源相关联。

上述电沉积系统的实施方案可用于例如桶、架、篮和刷子处理系统。然而，为了简洁起见，在图4A至4C中示出了通用的电沉积方法方法。图4A至4C示出了使用控制器的电沉积方法400的高级概述(例如可以执行分层纳米层压合金涂层的电沉积方法，所述涂层具有两个或多个周期性纳米尺度层，这些纳米尺度层在电沉积种类和/或电沉积结构上不同)。为了简洁起见，提供了关于控制器106和相关设备的描述。然而，本领域技术人员将理解，所述描述也适用于一系列或多个控制器，包括控制器108和110。在步骤410中，操作员远程(例如在远程计算机102)或在控制器106本地开始电沉积。

在步骤412中，操作者选择要在电沉积方法中使用的标准化配方。一旦被选择，控制器106可以请求从远程控制站102、另一控制器接收配方，以及/或者如果存储于控制器中，则从数据库206读取对应于所选择的电沉积方法的配方。如上所述，配方包括以下指令：用于基于例如顺序步骤、待沉积的纳米级层、待沉积的种类、待沉积的结构和/或来自电沉积方法的反馈来生成电沉积波形224的指令。配方还可包括电流密度、电压、波形相位和/或用于电沉积方法和/或电沉积方法的每个步骤的另一波形参数。此外，配方可以包括用于控制其它设备(例如泵132、搅拌器170、控制阀156等)的指令。

此外，如上所述，配方信息是标准化格式，使得单个通用配方可用于各种工件、电源等。在步骤414中，操作者输入关于沉积过程的过程特定配置信息。输入的信息可以是与待电镀工件的几何形状和/或尺寸(例如表面积)相关的信息、与电沉积电源相关的信息(例如型号、制造商、额定电流、压摆率等)，以及与加回化学物质相关的信息(例如要加回的化学物质的类型和/或数量、添加化学物质的安培小时、化学物质的浓度等)。当然，操作员也可以输入任意其它与所述过程相关的期望信息。在步骤416中，控制器基于操作者在步骤414中输入的过程特定信息对标准化配方进行调整。例如，基于输入的工件表面几何形状和/或面积，控制器106可以对例如波形轮廓、持续时间和安培小时累积进行调整，和/或适当地对配方步骤进行一些其它调整。在步骤418中，控制器106执行配方步骤，如图4B所示。

如图4B所示，控制器106按顺序进行沉积过程的处理步骤。对于每个工艺步骤，基于配方，控制器106通过设置和/或控制电流密度、电沉积波形的特征、流速、工艺温度、电解质水平、电解质浓度、其任意组合等控制要沉积的层的种类和/或结构。配方中工艺步骤的数量和性质可以根据沉积过程的类型而变化。对于图4B，在步骤422中，控制器106读取配方中的下一步骤。在步骤424a中，控制器106将电源126的输出波形224设置到电极140a、140b处。例如，基于工件120的几何形状和/或当前配方步骤中的其它信息，控制器106使用例如下面讨论的波形算法生成电沉积波形信号222，所述电沉积波形信号222具有例如期望的波形轮廓和期望的电流密度。如上所述，波形信号222可以具有任意期望的波形轮廓(例如基于配方，控制器106可以通过实时调制或改变波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数和/或一些其它波形参数来生成任意复杂的波形轮廓)。在某些实施方案中，在生成波形信号222时，控制器106使用电沉积电源126的电源驱动文件来确保波形信号222匹配电沉积电源126的特征。如上所述，电沉积波形信号222从控制器106输出到电沉积电源126的输入端。然后，电沉积电源126跟踪并放大电沉积波形信号222，并输出电沉积波形224，电沉积波形224对应于电沉积波形信号222。

在步骤424a中设置输出波形的过程中，控制器106同时执行步骤424b，所述步骤424b监控来自传感器组件162的过程步骤和/或过程反馈和/或各个电极之间的电压读数和/或其它一些过程/系统反馈，其中传感器组件162的过程步骤和/或过程反馈的实例例如电解质温度、电解质水平、电解质浓度、涂层厚度、涂层电阻率、电流。在步骤424b的过程中，控制器106执行图4C所示的步骤。在图4C的步骤432过程中，如上所述，控制器106接收过程反馈信号。例如，在步骤432中，控制器106和/或槽控制器150可以接收反馈或处理化学物质参数，所述反馈例如涂层电阻率、电解质温度，所述化学物质参数例如电解质浓度等。

此外，在步骤434中，从电源126接收或由控制器106计算电源126的累积安培小时。累积安培小时数可用于控制沉积过程中的各种设备。例如，累积安培小时可用于控制泵132以加回电沉积方法中使用的一些化学物质。此外，累积安培小时数和工艺化学的反馈可用于确定涂层厚度。

在步骤436中，基于配方中的指令和/或监控的反馈信号和/或步骤432和434的计算，控制器106决定电沉积波形224是否应保持不变、是否应被切换(例如切换到预加载波形)或被修改，或者是否应创建全新的定制波形。例如，如果确定须保持相同的波形，控制器106继续生成当前电沉积波形信号222。如确定须切换波形，控制器106切换到不同的电沉积波形信号(例如切换到预加载波形，例如标准正弦波、方波、三角波等)。如确定须修改波形，控制器106使用例如下面讨论的波形算法和/或另一算法来修改当前电沉积波形222，并且如果确定要创建新的定制波形，控制器使用例如下面讨论的波形算法和/或另一算法来创建新的电沉积波形222。

步骤436完成后，控制器循环回到步骤424b并前进到步骤426。在步骤426中，控制器确定是否满足完成当前处理步骤的标准。例如，完成当前工艺步骤的标准可以基于系统在当前步骤中的时间量、累积安培小时数、工艺化学、计算的涂层厚度和/或一些其它标准。如果未满足标准，控制器106循环回到步骤424b。如果满足标准，控制器106前进到步骤428。在步骤428中，控制器106检查是否有附加的处理步骤。如果有，控制器循环回到步骤422并开始下一步。如果没有附加步骤，控制器返回到图4A的步骤418，并前进到步骤420以停止所述过程。当然，控制器106可被配置为使得所述过程也可由于例如手动停止命令、反馈信号、错误信号等而在任意时刻终止。

如上所述，波形算法可用于创建初始电沉积波形信号222和/或随后改变或修改电沉积波形信号222。在某些实施方案中，为了生成电沉积波形信号222，控制器106包含循环波形算法，所述算法启动嵌套循环型控制序列，以生成波形，所述波形至少部分地形成电沉积波形信号222。在某些实施方案中，为了生成电沉积波形信号222，控制器106包括二阶波形算法，所述二阶波形算法组合两个或多个基本或一阶波形的特征，以生成二阶波形，所述二阶波形至少部分地形成电沉积波形信号222。在某些实施方案中，控制器106包括回路波形算法和二阶波形算法，以生成波形，所述波形至少部分地形成电沉积波形信号222。

在回路波形算法的嵌套回路型控制序列中，通过使用例如波形合成器电路208串行组合(或排序)子波形序列(例如串行组合不同波形或不同波形的部分)，然后重复顺序步骤以生成电沉积波形信号222的一个完整周期，来生成输出波形。然后，可以根据需要重复或循环包括嵌套子波形循环的完整波形循环(例如嵌套循环控制序列可以重复或循环预设次数的循环、预设时间周期、给定的一个或多个工艺步骤和/或连续直到基于例如来自传感器组件162的过程反馈信号(例如涂层厚度、涂层电阻、电解质浓度或一些其它反馈信号)和/或沉积过程的停止命令停止)。在某些实施方案中，FPGA电路216被配置为控制波形合成器电路208，使得子波形以期望的次数和顺序生成，以生成完整的电沉积波形信号222。例如，如果需要具有三个正弦波周期，接着是三个三角形波形周期的电沉积波形信号222，则可将FPGA电路216配置为控制波形合成器电路208，使得生成正弦波子波形的三个周期，然后立即生成三角形子波形的两个周期，以生成电沉积波形信号222的一个完整周期。然后，根据需要，FPGA电路216重复或循环整个波形生成周期，包括嵌套子波形生成周期。当然，子波形的周期类型和数量以及子波形的序列顺序不限于上述实施方案，并且可以使用任意期望的子波形类型、子波形循环计数和子波形序列顺序。此外，电沉积波形信号222中使用的子波形类型、子波形循环计数和/或子波形序列顺序可由控制器106基于处理步骤、来自传感器组件162的反馈信号、预设时间段、预设循环计数等动态改变。例如，基于与例如电解质浓度、电解质水平、电解质温度、涂层厚度、涂层电阻、工艺步骤、预设时间段、循环次数、其任意组合等相关的预设标准，上述正弦波/三角波形可被改变为正弦波/方波波形。

除了回路波形算法之外，控制器106还可包括二阶波形算法。二阶波形算法使用一个或多个附加一阶波形的特征(例如频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或一些其它波形属性)来调制基础波形或一阶波形的一个或多个特征(例如频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数和/或一些其它波形属性)，以生成期望的输出波形(或二阶波形)。调制算法可以包括例如加法函数、减法函数、乘法函数和/或基本一阶波形的一个或多个特征与一个或多个附加一阶波形的特征之间的一些其它函数关系，以修改基本一阶波形并生成二阶波形。

基本一阶波形的特征的调制可以是选择性的，因为并非所有的基本波形轮廓都是可变的。例如，只有基本一阶波形的振幅可以改变，而其余的特征，例如频率、偏移等不能被修改。功能关系可以是波形之间相同的特征之间的关系(例如振幅对振幅、频率对频率、偏移对偏移等)。例如，可以使用另一个一阶波形的振幅A₂的信息(例如振幅和/或极性)来修改基本一阶波形的振幅A₁，以生成具有振幅A₃的二阶波形，所述振幅A₃可以是例如c₁A₁+c₂A₂、c₁A₁-c₂A₂、c₁A₁*c₂A₂、c₁A₁/c₂A₂(其中c₁和c₂是常数)，或者一些其它函数关系。基本一阶波形的频率、偏移或另一波形轮廓可以类似地使用其它波形的相应相同特征来调制。然而，功能关系也可以是不同波形轮廓之间的关系。例如，基本一阶波形的振幅可以使用频率或除另一个一阶波形的振幅之外的一些特征来修改，以生成二阶波形。所述函数关系可以具有一对一的特征相关性，因为基础一阶波形的一个特征(例如振幅)由另一个一阶波形的一个特征(例如频率)调制。然而，功能关系不必是一对一的特征关系。例如，一阶波形的振幅可用于修改基本一阶波形的振幅和频率以生成二阶波形，或者一阶波形的振幅和频率可用于仅修改基本一阶波形的振幅(或另一特征)以生成二阶波形。即可以基于另一个一阶波形的一个或多个特征来修改基本一阶波形的一个或多个波形轮廓，以生成二阶波形。

在上述实施方案中，“基本”一阶波形本身可以是两个或多个一阶波形的组合。因此，在生成二阶波形时，第一组一个或多个一阶波形的波形轮廓的任意组合可用于修改第二组一个或多个一阶波形的波形轮廓的任意组合。所得的二阶波形可以是周期性或非周期性的，并且可由相同类型的一阶波形(例如两个或多个正弦波形、两个或多个方波、两个或多个三角波形等)的调制生成，或者可由两种或多种不同类型波形(例如具有一个或多个方波或一个或多个三角形波形的一个或多个正弦波形等)的调制生成。在某些实施方案中，电流电沉积波形信号222是基本一阶波形，然后通过使用一个或多个其它一阶波形的特征来调制所述基本一阶波形，以生成新的电沉积波形信号222。

基于另一个一阶波形的特征来调制一阶波形以生成二阶波形在图5A中示出。图5A示出了使用两个一阶波形502和504生成的二阶波形506。次级波形506可以是电压波形或电流波形。在图5A的实施方案中，使用另一个一阶波形502的特征来调制基本一阶波形504，以生成二阶波形506。基本一阶波形信号504是具有例如频率F₁和振幅A₁的正弦波形。然而，波形504可以具有任意期望的波形轮廓。在沉积过程中，控制器106可确定电流电沉积波形信号222(其可以是波形504)应当被切换到例如预加载波形，或者被修改，或者应当创建全新的电沉积波形信号222，因为例如来自传感器组件162的电流工艺步骤和/或反馈信号需要电沉积波形信号222。如果确定波形信号222应被修改或创建新波形，则控制器106可以使用基本一阶波形504和另一个一阶波形502的特征来生成二阶波形506。如上所述，二阶波形506将是新的电沉积波形信号222，然后所述信号可被传输到电沉积电源126。

如图5A的实施方案所示，二阶波形506是通过基于一阶波形502的振幅A₂的绝对振幅来修改基本一阶波形504的振幅A₁而生成的。在所述实例中，一阶波形504的频率F₁保持不变。因此，在所述实例中，在修改之后，生成具有频率F₁和振幅(A₁+|A₂|)的正弦二阶波形504。即二阶波形以固定频率振荡，同时随时间改变振幅。当然，两个或多个一阶波形的波形轮廓的任意组合都可以用来生成二阶波形。例如，在另一实施方案中，二阶波形具有变化的频率和保持不变的振幅。通过动态改变二阶波形轮廓(例如频率、振幅、波形形状、偏移、回转、波长、相位、速度、导数等的组合)，电化学沉积期间施加的电流和/或电压调整和/或驱动纳米层压复合涂层的组成和/或微结构的变化。

一阶波形502、504可以是存储于控制器106或另一位置的“模板波形”。控制器106可以具有多个一阶模板波形，其被配置为便于生成对应于特定工艺步骤和/或特定沉积过程的二阶波形。例如，第一组模板波形可有利于生成用于沉积第一涂层的二阶波形，第二组模板波形可有利于生成用于沉积过程中沉积另一涂层的二阶波形。控制器106可被配置为基于例如沉积过程的类型、正在执行的工艺步骤和/或来自传感器组件162的反馈信号来使用合适的模板波形集。

通过结合回路波形算法和/或二阶波形算法中的一个或两个，控制器106的实施方案能够生成高度复杂的复杂波形，如图5B所示。如图5B所示，电沉积波形510包括不同频率、振幅和偏移的正弦波部分、三角波部分和方波部分。现有技术的电沉积系统不能动态生成或随后修改该复杂电沉积波形。

在上述实施方案中，虽然示出了一个电沉积波形信号222从控制器106输出，但是波形合成器电路208和相关电路可以提供多个电沉积波形信号，每个电沉积波形信号可以通过单独的控制器输出电路218连接到生成相应电沉积波形的相应电沉积电源。例如，在某些实施方案中，控制器106输出多达八个波形信号。当然，根据应用，控制器106可被配置为提供多于八个波形信号。因为FPGA电路216可以提供并行处理，所以FPGA电路216中的控制电路可被配置为同时且独立地控制波形合成器电路208以生成每个不同的电沉积波形。电沉积波形信号可以全部相同、全部不同或其任意组合。

多个电沉积波形可被传输到设置在相同槽、不同槽或其任意组合中的各组电极。例如，如图2B所示，电沉积电源126'连接到第一组电极140a、140b，电沉积电源126”连接到第二组电极140a、140c。控制器106生成电沉积波形信号，然后将其传输到相应的电源126'和126”，从而控制传输到电极组的电沉积波形。在某些实施方案中，控制器106同时且独立地控制传输到电极组的相应电沉积波形的波形参数(例如为了解释过程中的差异)。例如，在某些实施方案中，控制器106被配置为同时且独立地控制从电源126'到一组电极140a、140b的电沉积波形的电流密度、电压、波形相位或其组合，并且控制从电源126”到电化学处理槽114中的一组电极140a、140c的电沉积波形的电流密度、电压、波形相位或其组合。

通过控制相应电沉积波形的电流密度、电压和/或波形相位，可以调整或修改工件120上的沉积过程，以抵消工件120上电沉积方法的变化。例如，电解质浓度的变化(例如从工件120的一端到另一端，从工件120的一端到中间，或者由于某些其它原因导致的工艺变化)可以通过单独调整传输到电极组140a、140b和140a、140c的相应电沉积波形的电流密度、电压和/或波形相位以抵消。这些变化可由例如传感器组件162中的一个或多个传感器感测，以及/或者这些变化可以在理论上以及/或者通过随后对工件的分析而发生。通过抵消这些变化，工件120上的涂层可以均匀沉积或者沉积成具有任意其它期望的分层特征。

相应电沉积波形之间的电流密度、电压和/或波形相位可以分别相同或不同。当然，控制器106对多个电极组的控制不限于单槽中的电极组。在其它实施方案中，控制器控制从相应电源到不同槽中的一个或多个电极组的多个电沉积波形(例如在每个槽具有其自己工件的系统中(例如参见图1)和/或在电沉积方法中工件从一个槽转移到另一个槽的系统中)。在这样的系统中，控制器适当地控制每个电沉积波形到相应电极组的电流密度、电压和/或波形相位，以确保从一个槽到另一个槽和/或在相应槽中转移的工件具有期望的层特征。当然，电极组之间的电流密度、电压和/或波形相位的调整可以是对上述电沉积波形轮廓和电流密度调整的补充。即在如上所述基于工艺步骤和/或反馈信号调制电沉积波形信号222的同时，在向多于一组电极提供多于一个电沉积波形信号的系统中，电沉积波形信号222可以基于电极组之间的工艺变化来进一步调整。

在包括多个电极组的上述实施方案中，控制器106被配置为生成对应于每个电极组的多于一个电沉积波形信号。然而，经由例如网络104(参见图1)彼此通信的多个控制器也可以提供调整电沉积方法中的变化的相同功能。即控制器106、108、110可以彼此通信，以适当地调整相应槽114、116、118中的电沉积方法，从而如上所述调整沉积过程中的变化。

此外，除了控制波形之外，控制器106的FPGA电路216可被配置为同时控制其它过程设备，例如泵132、搅拌器170、控制阀156等。因为FPGA电路216可以提供并行处理，所以FPGA电路216中的控制电路可被配置为同时且独立地控制每个不同的电沉积波形和/或其它控制功能，而不会不利地影响控制器106的实时处理能力。

以下实施方案包括在本公开的范围内：

1.用于沉积层状纳米层压合金的系统，包括：

一个或多个电化学处理槽，每个电化学处理槽具有一个或多个电极组，用于在一个或多个基底上沉积多层纳米层压涂层或包层；

一个或多个电沉积电源，每个电源分别连接到一个或多个电极组中相应的电极组，每个电源具有模拟输入连接，用于接收对应于要从电源输出的期望电沉积波形的复杂波形信号，每个电源被配置为放大接收到的所述复杂波形信号，以生成所述期望的电沉积波形，并将期望的电沉积波形传输到一个或多个电极组中的相应电极组，来自相应电源的每个期望的电沉积波形在相应基底上生成至少一层多层纳米层压涂层或包层的沉积；和

所述基于处理器的控制器，其具有

波形合成器电路，其被配置为生成要被传输到相应电沉积电源的所述模拟输入端的每个复杂波形信号，

合成器控制电路，其被配置为控制所述波形合成器电路，所述合成器控制电路至少部分地基于具有与多层纳米层压涂层或包层的沉积相关的信息的配方，通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个来控制相应复杂波形信号的生成，和

一个或多个控制器输出电路，其分别连接到每个电沉积电源的模拟输入端，每个控制器输出电路被配置为将相应的复杂波形信号传输到每个电沉积电源的所述模拟输入端。

2.如实施方案1所述的系统，其中所述合成器控制电路包括现场可编程门阵列。

3.如实施方案1所述的系统，其中所述配方存储于搜索所述基于处理器的控制器中，并且其中所述配方包括用于生成所述相应电沉积波形的指令，

其中所述指令包括所述相应电沉积波形的电流密度、电流波形轮廓和电压波形轮廓中的至少一个。

4.如实施方案1所述的系统，其中所述一个或多个电极组包括阴极和一个、两个、三个、四个或更多个阳极，并且其中所述基于处理器的控制器将期望的电沉积波形传输到所述一个或多个电极组。

5.如实施方案1所述的系统，其中对复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个的所述实时调制包括使用至少一个其它一阶波形的一个或多个第二特征来调制基本一阶波形的一个或多个第一特征以生成相应的复杂波形信号，所述实时调控基于第一和第二特征之间的函数关系。

6.如实施方案5所述的系统，其中所述基本一阶波形和所述至少一个其它一阶波形选自存储于所述基于处理器的控制器中的多个预加载波形。

7.如实施方案6所述的系统，其中两个或多个电沉积电源连接到所述基于处理器的控制器，并且其中所述电源沿着所述一个或多个电化学处理槽中的单槽的长度控制阴极母线的单个部分。

8.如实施方案5所述的系统，其中所述基本一阶波形的所述第一特征和所述一个或多个其它一阶波形的所述第二特征包括相应一阶波形的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度或导数。

9.如实施方案5所述的系统，其中所述基本一阶波形是相应的复杂波形信号，并且

其中所述至少一个其它一阶波形选自存储于所述基于处理器的控制器中的多个预加载波形。

10.如实施方案1所述的系统，其中对复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中至少一个的所述实时调制包括串行组合子波形序列以生成相应的复杂波形信号。

11.如实施方案10所述的系统，其中所述串行组合子波形序列包括以期望数量的循环计数并以期望的序列顺序生成所述子波形。

12.如实施方案11所述的系统，其中所述子波形循环计数和所述子波形序列顺序中的至少一个基于预设时间段、预设子波形循环计数、纳米层压涂层或包层的沉积过程步骤和与纳米层压涂层或包层的沉积相关的反馈信号中的至少一个被动态修改。

13.如实施方案12所述的系统，其中所述子波形循环计数和所述子波形序列顺序中的至少一个被动态修改，所述动态基于所述反馈信号，以及

其中所述反馈信号涉及电解质浓度、电解质水平、电解质温度、涂层厚度和涂层电阻中的至少一个。

14.如实施方案1所述的系统，其中所述基于处理器的控制器还包括连接到外部通信网络的网络通信电路，以及通信输入电路，所述通信输入电路可操作地连接到所述网络通信电路，并被配置为从远程计算设备接收配方。

15.如实施方案14所述的系统，还包括：

一个或多个其它基于处理器的控制器，其连接到外部通信网络，

其中所述基于处理器的控制器经由所述外部通信网络连接到所述一个或多个其它基于处理器的控制器，并且每个基于处理器的控制器代表所述外部通信网络上的节点，并且

其中来自远程计算设备的所述配方由所述外部通信网络的每个节点接收。

16.如实施方案14所述的系统，还包括：

一个或多个其它基于处理器的控制器，所述其它基于处理器的控制器连接到外部通信网络，

其中所述基于处理器的控制器经由外部通信网络连接到所述一个或多个其它基于处理器的控制器，并且所述每个基于处理器的控制器代表外部通信网络上的节点，并且

其中所述基于处理器的控制器还被配置为经由所述外部通信网络将所述指令或配方中的一部分指令传输到一个或多个其它基于处理器的控制器。

17.如实施方案2所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为生成多个复杂波形信号，并且所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地控制所述波形合成器电路生成多个复杂波形信号中的每一个。

18.如实施方案17所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为调整相应期望电沉积波形的电流密度、电压和波形相位中的至少一个，以抵消纳米层压涂层或包层在相应基底上沉积的变化。

19.如实施方案1所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为使用对应于所述一个或多个电沉积电源中的至少一个的电源驱动文件来考虑所述一个或多个电沉积电源中的至少一个特征。

20.如实施方案19所述的系统，其中所述至少一个特征包括压摆率和百分超调量中的至少一个。

21.如实施方案19所述的系统，其中所述电源驱动文件基于由所述基于处理器的控制器对所述一个或多个电沉积电源中的至少一个执行的校准过程，并且

其中所述校准过程包括将校准波形信号传输到一个或多个电沉积电源中的至少一个、在一个或多个电沉积电源中的至少一个的输出端上加载已知负载、测量一个或多个电沉积电源中的至少一个的压摆率和百分超调量中的至少一个、并且至少部分地使用校准过程的测量结果创建电源驱动文件。

22.如实施方案1所述的系统，还包括：

一个或多个槽自动控制器，其用于控制相应电化学处理槽的电解质水平、电解质温度、搅拌速率和流速中的至少一个。

23.用于电沉积方法的控制器，包括：

波形合成器电路，其被配置为生成复杂波形信号，所述复杂波形信号对应于要从电沉积电源输出的期望电沉积波形，

合成器控制电路，其被配置为控制波形合成器电路，所述合成器控制电路至少部分地基于具有与电沉积方法相关的信息的配方，通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个来控制所述复杂波形信号的生成，以及

控制器输出电路，其被配置为将所述复杂波形信号传输到所述电沉积电源的模拟输入端。

24.如实施方案23所述的控制器，其中所述合成器控制电路包括现场可编程门阵列。

25.如实施方案23所述的控制器，其中所述配方包括用于生成电沉积波形的指令，以及

其中所述指令包括电沉积波形的电流密度、电流波形轮廓和电压波形轮廓中的至少一个。

26.如实施方案23所述的控制器，其中所述配方存储于所述控制器中。

27.如实施方案23所述的控制器，其中

对复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个的实时调制包括使用至少一个其它一阶波形的一个或多个第二特征来调制基本一阶波形的一个或多个第一特征，以生成复杂波形信号，所述实时调控基于第一和第二特征之间的函数关系。

28.如实施方案27所述的控制器，其中所述基本一阶波形和至少一个其它一阶波形选自存储于所述控制器中的多个预加载波形。

29.如实施方案28所述的控制器，其中所述多个预加载波形包括三角波形、正弦波、方波或定制波形。

30.如实施方案27所述的控制器，其中所述基本一阶波形的第一特征和所述至少一个其它一阶波形的第二特征包括相应一阶波形的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度或导数。

31.如实施方案27所述的控制器，其中所述基本一阶波形是复杂波形信号，并且

其中所述至少一个其它一阶波形选自存储于所述控制器中的多个预加载波形。

32.如实施方案23所述的控制器，其中对复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个的所述实时调制包括串行组合子波形序列，以生成所述复杂波形信号。

33.如实施方案32所述的控制器，其中所述串行组合子波形序列包括以期望数量的循环计数以及以期望的序列顺序生成所述子波形。

34.如实施方案33所述的控制器，其中子波形循环计数和子波形序列顺序中的至少一个被动态修改，所述动态修改基于预设时间段、预设子波形循环计数、电沉积方法的处理步骤和与电沉积方法相关的反馈信号中的至少一个。

35.如实施方案34所述的控制器，其中所述子波形循环计数和所述子波形序列顺序中的至少一个被动态修改，所述动态修改基于反馈信号，以及

其中所述反馈信号涉及电解质浓度、电解质水平、电解质温度、涂层厚度和涂层电阻中的至少一个。

36.如实施方案23所述的控制器，其中所述控制器还包括通信地连接到外部通信网络的网络通信电路，以及通信输入电路，所述通信输入电路可操作地连接到所述网络通信电路，并被配置为从远程计算设备接收所述配方。

37.如实施方案36所述的控制器，其中所述控制器经由外部通信网络连接到一个或多个其它控制器，并且每个控制器代表外部通信网络上的节点。

38.如实施方案37所述的控制器，其中所述控制器还被配置为经由外部通信网络将所述指令或配方中的指令的一部分发送到所述一个或多个其它控制器。

39.如实施方案24所述的控制器，其中所述控制器被配置为生成对应于多个电沉积波形的多个复杂波形信号，并且

其中所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地控制所述波形合成器电路生成多个复杂波形信号中的每一个。

40.如实施方案39所述的控制器，其中所述控制器被配置为调整相应电沉积波形的电流密度、电压和波形相位中的至少一个，以抵消电沉积方法中的变化。

41.如实施方案23所述的控制器，其中所述控制器被配置为使用对应于一个或多个电沉积电源中的至少一个的电源驱动文件来考虑所述一个或多个电沉积电源中的至少一个特征。

42.如实施方案41所述的控制器，其中所述至少一个特征包括压摆率和百分超调量中的至少一个。

43.如实施方案41所述的控制器，其中所述电源驱动文件基于由所述控制器在所述一个或多个电沉积电源中的至少一个上执行的校准过程，并且

其中校准过程包括将校准波形信号传输到一个或多个电沉积电源中的至少一个、在一个或多个电沉积电源中的至少一个的输出端上放置已知负载、测量一个或多个电沉积电源中的至少一个的压摆率和百分超调量中的至少一个、以及至少部分地使用校准过程的测量结果创建电源驱动文件。

44.用于在基底上电沉积涂层或包层的方法，所述方法包括：

选择对应于期望电沉积方法的标准化配方；

调整所述标准化配方，所述调整基于与基底几何形状、基底表面积和用于在基底上电沉积涂层或包层的电沉积电源中的至少一个相关的信息；

基于所述调整后的配方生成对应于期望电沉积波形的复杂波形信号；

向所述电沉积电源提供所述复杂波形信号；

基于所述复杂波形信号在所述电源中生成电沉积波形；

将所述电沉积波形从所述电源输出到对应于所述基底的电极组；以及

基于所述电沉积波形在所述基底上沉积纳米层压涂层或包层；

其中所述输出包括实时调制所述复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个，所述实时调制至少部分地基于具有与纳米层压涂层或包层的沉积相关的信息的配方。

45.如实施方案44所述的方法，其中所述复杂波形信号的生成包括使用现场可编程门阵列合成所述复杂波形信号。

46.如实施方案44所述的方法，其中所述配方包括用于生成所述电沉积波形的指令，以及

其中所述指令包括所述电沉积波形的电流密度、电流波形轮廓和电压波形轮廓中的至少一个。

47.如实施方案44所述的方法，其中所述实时调制所述复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个包括使用至少一个其它一阶波形的一个或多个第二特征来调制基本一阶波形的一个或多个第一特征，以生成所述复杂波形信号，所述实时调控基于所述第一和第二特征之间的函数关系。

48.如实施方案47所述的方法，其中所述基本一阶波形和所述至少一个其它一阶波形选自存储于所述基于处理器的控制器中的多个预加载波形。

49.如实施方案48所述的方法，其中所述多个预加载波形包括三角波形、正弦波、方波或定制波形。

50.如实施方案47所述的方法，其中所述基本一阶波形的第一特征和所述一个或多个其它一阶波形的第二特征包括相应一阶波形的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度或导数。

51.如实施方案47所述的方法，其中所述基本一阶波形是所述复杂波形信号，并且

其中所述至少一个其它一阶波形选自多个预加载波形。

52.如实施方案44所述的方法，其中所述实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个包括串行组合子波形序列以生成所述复杂波形信号。

53.如实施方案52所述的方法，其中所述串行组合子波形序列包括以期望数量的循环计数和期望的序列顺序生成子波形。

54.如实施方案53所述的方法，其中所述子波形循环计数和所述子波形序列顺序中的至少一个被动态修改，所述动态修改基于预设时间段、预设子波形循环计数、涂层或包层沉积的工艺步骤和与所述涂层或包层沉积相关的反馈信号中的至少一个。

55.如实施方案54所述的方法，其中所述子波形循环计数和子波形序列顺序中的至少一个被动态修改，所述动态修改基于所述反馈信号，以及

其中所述反馈信号涉及电解质浓度、电解质水平、电解质温度、涂层厚度和涂层电阻中的至少一个。

56.如实施方案45所述的方法，还包括生成多个复杂波形信号，

其中所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地生成多个复杂波形信号中的每一个。

57.如实施方案44所述的方法，其中所述复杂波形信号的生成考虑所述电沉积电源的至少一个特征。

58.如实施方案57所述的方法，其中所述至少一个特征包括压摆率和百分超调量中的至少一个。

59.系统，包括：

电化学处理槽；

一组电极，其被配置为用于在工件上沉积多层纳米层压涂层；

连接到该组电极的电沉积电源，所述电沉积电源包括被配置为接收复杂波形信号的输入连接，所述电沉积电源被配置为放大复杂波形信号以生成期望的电沉积波形，所述期望的电沉积波形被配置为在所述工件上沉积至少一层多层纳米层压涂层；和

基于处理器的控制器，包括：

波形合成器电路，其被配置为生成复杂波形信号；

合成器控制电路，其被配置为至少部分地基于配方来控制所述波形合成器电路，所述配方具有与沉积至少一层多层纳米层压涂层相关的参数，合成器控制电路被配置为控制复杂波形信号，所述复杂波形信号通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合而生成；和

控制器输出电路，其连接到所述电沉积电源的所述输入端，所述控制器输出电路被配置为将所述复杂波形信号传输到所述输入端。

60.系统，包括：

电化学处理槽；

一组电极，在使用中在工件上沉积多层纳米层压涂层；

连接到所述电极组的电沉积电源，所述电沉积电源包括输入连接，所述输入连接在使用中接收复杂波形信号，所述电沉积电源在使用中放大所述复杂波形信号以生成期望的电沉积波形，其中所述期望的电沉积波形在使用中在工件上沉积至少一层多层纳米层压涂层；和

基于处理器的控制器，其包括：

波形合成器电路，其在使用中生成所述复杂波形信号；

合成器控制电路，其在使用中至少部分地基于配方来控制所述波形合成器电路，所述配方具有与沉积多层纳米层压涂层的至少一层相关的参数，合成器控制电路在使用中通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合来控制生成的复杂波形信号；和

控制器输出电路，其连接到所述电沉积电源的输入端，其中所述控制器输出电路在使用中向输入端传输所述复杂波形信号。

61.系统，包括：

电化学处理槽；

一组用于在工件上沉积多层纳米层压涂层的电极；

电沉积电源，其用于放大复杂波形信号以生成期望的电沉积波形，用于在工件上沉积至少一层多层纳米层压涂层，所述电沉积电源包括用于接收复杂波形信号的输入连接；和

基于处理器的控制器，包括：

波形合成器电路，其用于生成复杂波形信号；

合成器控制电路，其用于至少部分地基于配方来控制波形合成器电路，所述配方具有与沉积至少一层多层纳米层压涂层相关的参数，所述合成器控制电路控制复杂波形信号，所述复杂波形信号通过通过实时调制波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合而生成；和

控制器输出电路，用于将所述复杂波形信号传输到所述电沉积电源的输入端。

62.如实施方案59至61中任一项所述的系统，其中所述合成器控制电路包括现场可编程门阵列。

63.如实施方案59至62中任一项所述的系统，其中所述配方存储于所述基于处理器的控制器中。

64.如实施方案59至63中任一项所述的系统，其中所述配方包括用于生成所述期望的电沉积波形的指令；以及

其中所述指令包括所述期望电沉积波形的电流密度、所述期望电沉积波形的电流波形轮廓、所述期望电沉积波形的电压波形轮廓或其组合。

65.如实施方案59至64中任一项所述的系统，其中所述一组电机包括阴极和一个、两个、三个、四个或更多个阳极。

66.如实施方案59至65中任一项所述的系统，其中所述电沉积电源被配置为将所述期望的电沉积波形传输到所述电极组。

67.如实施方案59至65中任一项所述的系统，其中所述电沉积电源在使用中向所述电极组传输所述期望的电沉积波形。

68.如实施方案59至67中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为将所述期望的电沉积波形传输到电极组。

69.如实施方案59至67中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器在使用中将所述期望的电沉积波形传输到所述电极组。

70.如实施方案59至69中任一项所述的系统，其中所述实时调制包括使用第二一阶波形的第二特征来调制基本一阶波形的第一特征，以生成复杂波形信号，所述实时调制基于第一特征和第二特征之间的函数关系。

71.如实施方案70所述的系统，其中所述基本一阶波形和所述第二一阶波形独立地选自多个预加载波形，所述多个预加载波形存储于所述基于处理器的控制器。

72.如实施方案71所述的系统，其中所述电沉积电源是多个电沉积电源中的一个，所述多个电沉积电源连接到所述基于处理器的控制器。

73.如实施方案73所述的系统，其中所述多个电沉积电源独立地控制阴极母线的个体部分，所述阴极母线的个体部分位于沿着电化学处理槽长度的至少一部分上。

74.如实施方案70至73中任一项所述的系统，其中所述基本一阶波形的第一特征和所述第二一阶波形的第二特征独立地包括波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、相应一阶波形的导数或其组合。

75.如实施方案74所述的系统，其中所述基本一阶波形是所述复杂波形信号；以及

其中所述第二一阶波形选自存储于所述基于处理器的控制器中的多个预加载波形。

76.如实施方案59至75中任一项所述的系统，其中所述实时调制包括串行组合子波形序列以生成所述复杂波形信号。

77.如实施方案76所述的系统，其中所述实时调制包括为期望数量的循环计数并以期望的序列顺序生成子波形序列。

78.如实施方案77所述的系统，其中所述期望周期数和所述期望的序列顺序中的至少一个被独立地动态修改，所述动态修改基于预设时间段、预设子波形循环计数、沉积至少一层纳米层压涂层的工艺步骤、与沉积至少一层纳米层压涂层相关的反馈信号或其组合。

79.如实施方案78所述的系统，其中所述期望的循环计数和所述期望的序列顺序中的至少一个被独立地动态修改，所述动态修改基于所述反馈信号，以及

其中所述反馈信号涉及电解质浓度、电解质水平、电解质温度、涂层厚度、涂层电阻或其组合。

80.如实施方案59至79中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器还包括连接到外部通信网络的网络通信电路，所述网络通信电路被配置为从远程计算设备接收所述配方。

81.如实施方案59至79中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器还包括连接到外部通信网络的网络通信电路，所述网络通信电路在使用中从远程计算设备接收所述配方。

82.如实施方案80或81所述的系统，还包括一个或多个被配置为连接到所述外部通信网络的其它基于处理器的控制器；

其中所述基于处理器的控制器被配置为经由所述外部通信网络连接到一个或多个其它基于处理器的控制器；以及

其中每个基于处理器的控制器代表所述外部通信网络上的节点。

83.如实施方案80或81所述的系统，还包括一个或多个其它基于处理器的控制器，所述控制器在使用中连接到所述外部通信网络；

其中所述基于处理器的控制器在使用中通过所述外部通信网络连接到一个或多个其它基于处理器的控制器；和

其中每个所述基于处理器的控制器代表所述外部通信网络上的节点。

84.如实施方案82或83所述的系统，其中所述外部通信网络的每个节点被配置为接收所述配方。

85.如实施方案82或83所述的系统，其中所述外部通信网络的每个节点在使用中接收所述配方。

86.如实施方案82至85中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器还被配置为经由所述外部通信网络将所述配方的指令的至少一部分传输到所述一个或多个其它基于处理器的控制器。

87.如实施方案82至85中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器在使用中经由所述外部通信网络将所述配方的至少一部分指令传输到所述一个或多个其它基于处理器的控制器。

88.如实施方案62至87中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为生成多个复杂波形信号，并且所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地控制所述波形合成器电路来生成多个复杂波形信号中的每一个。

89.如实施方案62至77中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器在使用中生成多个复杂波形信号，并且所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地控制所述波形合成器电路来生成所述多个复杂波形信号中的每一个。

90.如实施方案88或89所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为调整期望电沉积波形的电流密度、电压、波形相位或其组合，以抵消工件上纳米层压涂层的至少一层的沉积变化。

91.如实施方案88或89所述的系统，其中所述基于处理器的控制器在使用中通过调整期望电沉积波形的电流密度、电压、波形相位或其组合来抵消所述至少一层纳米层压涂层在工件上沉积的变化。

92.如实施方案59至91中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为使用对应于电沉积电源的电源驱动文件来考虑电沉积电源的特征。

93.如实施方案59至91中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器在使用中使用对应于电沉积电源的电源驱动文件来考虑电沉积电源的特征。

94.如实施方案92或93所述的系统，其中所述电沉积电源的特征包括压摆率、百分超调量或其组合。

95.如实施方案92或93所述的系统，其中所述电源驱动文件基于校准过程，所述校准过程由基于处理器的控制器对电沉积电源执行。

96.如实施方案95所述的系统，其中所述校准过程包括：

向所述电沉积电源发送校准波形信号；

将已知负载置于所述电沉积电源的输出端上；

测量所述电沉积电源的压摆率、百分超调量或其组合；和

至少使用测量压摆率、百分超调量或其组合的结果来创建所述电源驱动文件。

97.如实施方案59至96中任一项所述的系统，还包括槽自动控制器，其被配置为控制电解质水平、电解质温度、搅拌速率、相应电化学处理槽的流速或其组合。

98.如实施方案59至96中任一项所述的系统，还包括槽自动控制器，其在使用中控制电解质水平、电解质温度、搅拌速率、相应电化学处理槽的流速或其组合。

99.如实施方案59至98所述的系统，还包括传感器组件，其被配置为检测温度、水平、电解质浓度、涂层厚度、涂层电阻率、电极之间的电压或电流、搅拌速率或其组合。

100.如实施方案59至98所述的系统，还包括传感器组件，其在使用中检测温度、水平、电解质浓度、涂层厚度、涂层电阻率、电极之间的电压或电流、搅拌速率或其组合。

101.如实施方案99或100所述的系统，其中所述传感器组件被配置为向所述基于处理器的控制器提供反馈信号。

102.如实施方案99或100所述的系统，其中所述传感器组件在使用中向所述基于处理器的控制器提供反馈信号。

103.如实施方案101或102所述的系统，其中所述实时调制包括调整波形形状、频率、振幅、偏移、压摆率、波长、相位、速度、复杂波形信号的导数或其组合，所述实时调控响应于接收所述反馈信号。

104.如实施方案99或100中任一项所述的系统，其中所述传感器组件被配置为向所述槽自动控制器提供反馈信号。

105.如实施方案99或100中任一项所述的系统，其中所述传感器组件在使用中向所述槽自动控制器提供反馈信号。

106.如实施方案104或105所述的系统，其中所述槽自动控制器被配置为向所述基于处理器的控制器提供所述反馈信号。

107.如实施方案104或105所述的系统，其中所述槽自动控制器在使用中向所述基于处理器的控制器提供反馈信号。

108.如实施方案97至107中任一项所述的系统，其中所述槽自动控制器被配置为调整所述相应电化学处理槽的电解质水平、电解质温度、搅拌速率、流速或其组合，所述调整响应于接收所述反馈信号。

109.如实施方案97至107中任一项所述的系统，其中所述槽自动控制器在使用中调整电解质水平、电解质温度、搅拌速率、相应电化学处理槽的流速或其组合，所述调整响应于接收所述反馈信号。

110.如实施方案59至109中任一项所述的系统，其中所述基于处理器的控制器具有从DC到约350KHz的采样速率。

111.如实施方案59至110中任一项所述的系统，其中所述电沉积电源具有约5毫秒或更小的转换速度。

112.用于电沉积方法的控制器，包括：

波形合成器电路，其被配置为生成对应于电沉积波形的复杂波形信号，所述波形合成器电路还被配置为将所述复杂波形信号传输到电沉积电源；

合成器控制电路，其被配置为至少部分地基于配方控制所述波形合成器电路，所述配方具有与沉积至少一层多层纳米层压涂层相关的参数，所述合成器控制电路被配置为控制复杂波形信号，所述复杂波形信号通过实时调制所述复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合而生成；和

控制器输出电路，其被配置为将所述复杂波形信号传输到电沉积电源的输入端。

113.用于电沉积方法的控制器，包括：

波形合成器电路，其在使用中生成对应于电沉积波形的复杂波形信号，并将所述复杂波形信号传输到电沉积电源；

合成器控制电路，其在使用中至少部分地基于配方来控制波形合成器电路，所述配方具有与沉积至少一层多层纳米层压涂层相关的参数，其中所述合成器控制电路在使用中控制生成的复杂波形信号，所述复杂波形信号通过实时调制所述复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合而生成；和

控制器输出电路，其在使用中将所述复杂波形信号传输到所述电沉积电源的输入端。

114.用于电沉积方法的控制器，包括：

波形合成器电路，其在使用中生成对应于电沉积波形的复杂波形信号，并将所述复杂波形信号传输到电沉积电源；

合成器控制电路，其在使用中至少部分地基于配方来控制波形合成器电路，所述配方具有与沉积至少一层多层纳米层压涂层相关的参数，其中所述合成器控制电路在使用中控制生成的复杂波形信号，所述复杂波形信号通过实时调制所述复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合而生成；和

控制器输出电路，器在使用中将复杂波形信号传输到所述电沉积电源的输入端。

115.如实施方案112至114中任一项所述的控制器，其中所述合成器控制电路包括现场可编程门阵列。

116.如实施方案112至115中任一项所述的控制器，其中所述配方包括用于生成所述电沉积波形的指令；和

其中所述指令包括电沉积波形的电流密度、电沉积波形的电流波形轮廓、电沉积波形的电压波形轮廓或其组合。

117.如实施方案112至116中任一项所述的控制器，其中所述配方存储于所述控制器中。

118.如实施方案112至117中任一项所述的控制器，其中所述实时调制包括使用第二一阶波形的第二特征调制基本一阶波形的第一特征，以生成复杂波形信号，所述实时调制基于第一和第二特征之间的函数关系。

119.如实施方案118所述的控制器，其中所述基本一阶波形和第二一阶波形独立地从存储于所述控制器中的多个预加载波形中选择。

120.如实施方案119所述的控制器，其中所述多个预加载波形包括三角波形、正弦波、方波或定制波形。

121.如实施方案118至120所述的控制器，其中所述基本一阶波形的第一特征和所述第二一阶波形的第二特征独立地包括波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、相应一阶波形的导数或其组合。

122.如实施方案118所述的控制器，其中所述基本一阶波形是所述复杂波形信号，并且

其中所述第二一阶波形选自存储于所述控制器中的多个预加载波形。

123.如实施方案112至122中任一项所述的控制器，其中所述实时调制包括串行组合子波形序列以生成所述复杂波形信号。

124.如实施方案123所述的控制器，其中所述实时调制包括以子波形循环计数和子波形序列顺序生成所述子波形序列。

125.如实施方案124所述的控制器，其中所述子波形循环计数和所述子波形序列顺序中的至少一个被独立地动态修改，所述动态修改基于预设时间段、预设子波形循环计数、电沉积方法的处理步骤、与电沉积方法相关的反馈信号或其组合。

126.如实施方案125所述的控制器，其中所述子波形循环计数和所述子波形序列顺序中的至少一个基于反馈信号被独立地动态修改；和

其中所述反馈信号涉及电解质浓度、电解质水平、电解质温度、涂层厚度、涂层电阻或其组合。

127.如实施方案112至126中任一项所述的控制器，还包括连接到外部通信网络的网络通信电路，所述网络通信电路被配置为经由所述外部通信网络接收所述配方。

128.如实施方案112至126中任一项所述的控制器，还包括连接到外部通信网络的网络通信电路，所述网络通信电路在使用中经由所述外部通信网络接收所述配方。

129.如实施方案127或128所述的控制器，其中所述外部通信网络连接到一个或多个其它控制器，并且一个或多个其它控制器中的每一个代表所述外部通信网络上的节点。

130.如实施方案129所述的控制器，其中所述网络通信电路被配置为经由所述外部通信网络将所述配方的指令的至少一部分传输到所述一个或多个其它控制器。

131.如实施方案129所述的控制器，其中所述网络通信电路在使用中经由所述外部通信网络将所述配方的指令的至少一部分传输到所述一个或多个其它控制器。

132.如实施方案115至131中任一项所述的控制器，其中所述控制器被配置为生成对应于多个电沉积波形的多个复杂波形信号；和

其中所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地控制所述波形合成器电路来生成多个复杂波形信号中的每一个。

133.如实施方案115至131中任一项所述的控制器，其中所述控制器在使用中生成对应于多个电沉积波形的多个复杂波形信号；以及

其中所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地控制所述波形合成器电路来生成多个复杂波形信号中的每一个。

134.如实施方案132或133所述的控制器，其中所述控制器被配置为调整相应电沉积波形的电流密度、电压、波形相位或其组合，以抵消在所述电沉积方法中的变化。

135.如实施方案132或133所述的控制器，其中控制器在使用中调整相应电沉积波形的电流密度、电压、波形相位或其组合，以抵消电沉积方法中的变化。

136.如实施方案112至135中任一项所述的控制器，其中所述控制器被配置为使用对应于所述电沉积电源的电源驱动文件来考虑所述电沉积电源的特征。

137.如实施方案112至135中任一项所述的控制器，其中所述控制器在使用中使用对应于所述电沉积电源的电源驱动文件来考虑所述电沉积电源的特征。

138.如实施方案136或137所述的控制器，其中所述特征包括压摆率、百分超调量或其组合。

139.如实施方案136至138中任一项所述的控制器，其中所述电源驱动文件基于校准过程，所述校准过程由所述控制器对所述电沉积电源执行。

140.如实施方案139所述的控制器，其中所述校准过程包括：

向所述电沉积电源发送校准波形信号；

将已知负载加载于所述电沉积电源的输出端；

测量所述电沉积电源的压摆率、百分超调量或其组合；以及

至少使用测量压摆率、百分超调量或其组合的结果来创建所述电源驱动文件。

141.如实施方案112至140中任一项所述的控制器，其中所述实时调制包括调整波形形状、频率、振幅、偏移、压摆率、波长、相位、速度、复杂波形信号的导数或其组合，所述实时调整响应于从传感器组件接收所述反馈信号。

142.如实施方案112至141中任一项所述的控制器，其中所述控制器被配置为将所述电沉积波形传输到一组电极。

143.如实施方案112至142中任一项所述的控制器，其中所述控制器在使用中将所述电沉积波形向一组电极传输。

144.如实施方案112至143中任一项所述的控制器，其中所述控制器具有从DC到约350KHz的采样速率。

145.用于在工件上电沉积涂层的方法，所述方法包括：

选择对应于电沉积方法的配方；

创建专用配方，所述专用配方的创建通过调整基于与工件几何形状、工件表面积、电沉积电源或其组合的相关信息而创建；

生成对应于期望电沉积波形的复杂波形信号，所述复杂波形信号的生成基于调整后的配方、所述复杂波形信号的生成包括实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合，所述实时调制至少基于所述配方；

向所述电沉积电源提供所述复杂波形信号；

由所述电源基于复杂波形信号生成电沉积波形；以及

将所述电沉积波形传输到电沉积处理槽中的电极组，从而在工件上沉积所述涂层。

146.如实施方案145所述的方法，其中使用现场可编程门阵列来生成所述复杂波形信号。

147.如实施方案145或146所述的方法，其中所述配方包括用于生成电沉积波形的指令，以及

其中所述指令包括所述电沉积波形的电流密度、所述电沉积波形的电流波形轮廓、所述电沉积波形的电压波形轮廓或其组合中的至少一个。

148.如实施方案145至147中任一项所述的方法，其中生成所述复杂波形信号包括基于第一和第二特征之间的函数关系使用第二一阶波形的第二特征来调制基本一阶波形的第一特征。

149.如实施方案148所述的方法，其中所述基本一阶波形和第二一阶波形独立地从多个预加载波形中选择，所述多个预加载波形存储于所述基于处理器的控制器中。

150.如实施方案149所述的方法，其中所述多个预加载波形包括三角波形、正弦波、方波或定制波形。

151.如实施方案148至150中任一项所述的方法，其中所述基本一阶波形的第一特征和所述第二一阶波形的第二特征独立地包括一阶波形的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合。

152.如实施方案148至151中任一项所述的方法，其中所述基本一阶波形为所述复杂波形信号；以及

其中第二一阶波形选自多个预加载波形。

153.如实施方案145至152中任一项所述的方法，其中生成所述复杂波形信号包括串行组合子波形序列。

154.如实施方案153所述的方法，其中所述串行组合子波形序列包括以子波形循环计数和子波形序列顺序生成所述子波形。

155.如实施方案154所述的方法，其中基于预设时间段、预设子波形循环计数、沉积涂层的工艺步骤、与沉积涂层相关的反馈信号或其组合，独立地动态修改所述子波形循环计数、所述子波形序列顺序或其组合。

156.如实施方案155所述的方法，其中基于反馈信号独立地动态修改所述子波形循环计数、所述子波形序列顺序或其组合，以及

其中所述反馈信号涉及电解质浓度、电解质水平、电解质温度、涂层厚度、涂层电阻或其组合。

157.如实施方案146至156中任一项所述的方法，还包括由所述现场可编程门阵列生成多个复杂波形信号，所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地生成所述多个复杂波形信号中的每一个。

158.如实施方案145至157中任一项所述的方法，其中生成所述复杂波形信号考虑所述电沉积电源的特征。

159.如实施方案158所述的方法，其中所述特征包括压摆率、百分超调量或其组合。

160.如实施方案145至159中任一项所述的方法，还包括通过传感器组件检测温度、水平、电解质浓度、涂层厚度、涂层电阻率、电极之间的电压或电流、搅拌速率或其组合。

161.如实施方案160所述的方法，还包括由所述传感器组件向所述基于处理器的控制器提供反馈信号。

162.如实施方案161所述的方法，其中所述实时调制包括调整复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合，所述实时调制响应于接收所述反馈信号。

163.如实施方案160所述的方法，还包括由所述传感器组件向所述槽自动控制器提供反馈信号。

164.如实施方案163所述的方法，还包括由所述槽自动控制器向所述基于处理器的控制器提供反馈信号。

165.如实施方案160所述的方法，还包括通过槽自动控制器调整电解质水平、电解质温度、搅拌速率、相应电化学处理槽的流速或其组合，所述调整响应于接收到反馈信号。

166.如实施方案145至165中任一项所述的方法，其中所述电沉积波形由所述电源传输到所述电极组。

167.如实施方案149至165中任一项所述的方法，其中所述电沉积波形由所述基于处理器的控制器传输到所述电极组。

168.如实施方案149至167中任一项所述的方法，其中所述基于处理器的控制器具有范围从DC到约350KHz的采样速率。

169.如实施方案145至168中任一项所述的方法，其中所述电沉积电源具有约5毫秒或更小的转换速度。

尽管已用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于所描述的特定特征或动作。相反，具体特征和动作被公开为实现权利要求的说明性形式。

上述各种实施方案可被组合以提供另一实施方案。本说明书中提到的和/或在申请数据表中列出的所有美国专利、美国专利申请出版物、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利出版物，包括但不限于第62/394,552号美国专利申请，以引用的形式全部结合于此。如果需要，可以修改实施方案的方面，以采用各种专利、申请和出版物的概念来提供另一实施方案。

根据以上详细描述，可以对实施方案进行这些和其它改变。一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施方案，而是应被解释为包括所有可能的实施方案以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (43)

1.系统，其包括：

电化学处理槽；

一组电极，其被配置为用于在工件上沉积多层纳米层压涂层；

电沉积电源，所述电沉积电源包括输入端和连接到该组电极的输出端，所述输入端被配置为接收复杂波形信号，所述电沉积电源被配置为放大所述复杂波形信号以生成期望的电沉积波形并将所述期望的电沉积波形输出至该组电极，所述期望的电沉积波形被配置为在所述工件上沉积至少一层多层纳米层压涂层；和

连接到所述电沉积电源的所述输入端的多个基于处理器的控制器，所述多个基于处理器的控制器被配置为控制由所述电沉积电源施加至该组电极的每个电极的所述期望的电沉积波形，其中所述多个基于处理器的控制器进一步配置为调整所述期望的电沉积波形的电流密度、电压、波形相位或其组合，以抵消所述工件上所述多层纳米层压涂层的至少一层的沉积变化。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个基于处理器的控制器中的每个基于处理器的控制器还包括：

波形合成器电路，其被配置为生成复杂波形信号；

合成器控制电路，其被配置为至少部分地基于配方来控制所述形合成器电路，所述配方具有与沉积所述多层纳米层压涂层的至少一层相关的参数，所述合成器控制电路被配置为控制所述复杂波形信号，所述复杂波形信号通过实时调制其波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合而生成；和

控制器输出电路，其连接到所述电沉积电源的输入端，所述控制器输出电路被配置为将所述复杂波形信号传输到所述输入端。

3.系统，其包括：

电化学处理槽；

一组电极，其被配置为用于在工件上沉积多层纳米层压涂层；

对应于该组电极的多个电沉积电源，所述多个电沉积电源中的每个电沉积电源包括被配置为接收复杂波形信号的输入端和连接到该组电极的对应电极的输出端，所述多个电沉积电源中的每个电沉积电源被配置为放大所述复杂波形信号以生成期望的电沉积波形并将所述期望的电沉积波形输出至该组电极的对应电极，所述期望的电沉积波形被配置为在工件上沉积至少一层多层纳米层压涂层；和

连接到所述多个电沉积电源中的每个电沉积电源的输入端的基于处理器的控制器，所述基于处理器的控制器被配置为控制由所述多个电沉积电源中的每个电沉积电源施加至该组电极的每个电极的所述期望的电沉积波形，所述基于处理器的控制器还被配置为使用对应于各个电沉积电源的电源驱动文件以考虑各个电沉积电源的特征，其中，所述特征包括压摆率、百分超调量或其组合。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述基于处理器的控制器还包括：

波形合成器电路，其被配置为生成所述复杂波形信号；

合成器控制电路，其被配置为至少部分地基于配方来控制波所述形合成器电路，所述配方具有与沉积所述多层纳米层压涂层的至少一层相关的参数，所述合成器控制电路被配置为控制所述复杂波形信号，所述复杂波形信号通过实时调制其波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合而生成；和

控制器输出电路，其连接到所述多个电沉积电源中的对应的电沉积电源的输入端，所述控制器输出电路被配置为将所述复杂波形信号传输到所述输入端。

5.根据权利要求2或4所述的系统，其中所述合成器控制电路包括现场可编程门阵列。

6.根据权利要求2或4所述的系统，其中所述配方包括用于生成所述期望的电沉积波形的指令；

其中所述指令包括所述期望的电沉积波形的电流密度、所述期望的电沉积波形的电流波形轮廓、所述期望的电沉积波形的电压波形轮廓或其组合。

7.根据权利要求2或4所述的系统，其中所述实时调制包括基于第一特征和第二特征之间的函数关系使用第二一阶波形的第二特征来调制基本一阶波形的第一特征以生成复杂波形信号。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述基本一阶波形和所述第二一阶波形独立地选自存储于所述多个基于处理器的控制器中的每个基于处理器的控制器中的多个预加载波形。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述电沉积电源是连接到所述多个基于处理器的控制器的多个电沉积电源之一；

其中所述多个基于处理器的控制器独立地控制具有单个电源或多个电源的所述电化学处理槽中的母线部分。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述基本一阶波形的第一特征和所述第二一阶波形的第二特征独立地包括相应一阶波形的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述基本一阶波形是复杂波形信号；

其中所述第二一阶波形选自存储于所述基于处理器的控制器中的多个预加载波形。

12.根据权利要求2所述的系统，其中所述实时调制包括串行组合子波形序列以生成复杂波形信号。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述实时调制包括生成期望数量的循环计数和期望的序列顺序的子波形序列。

14.根据权利要求13所述的系统，其中基于预设的时间段、预设的子波形循环计数、沉积所述多层纳米层压涂层的至少一层的工艺步骤、与沉积所述多层纳米层压涂层的至少一层相关的反馈信号或其组合，独立地动态修改所述期望的循环计数和所述期望的序列顺序中的至少一个。

15.根据权利要求14所述的系统，其中基于所述反馈信号独立地动态修改所述期望数量的循环计数和所述期望的序列顺序中的至少一个，

其中所述反馈信号涉及电解质浓度、电解质水平、电解质温度、涂层厚度、涂层电阻或其组合。

16.根据权利要求6所述的系统，其中每个基于处理器的控制器还包括连接到外部通信网络的网络通信电路，所述网络通信电路被配置为从远程计算设备接收配方。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述多个基于处理器的控制器被配置为连接到外部通信网络；和

其中每个基于处理器的控制器代表外部通信网络上的节点。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述外部通信网络的每个节点被配置为接收所述配方。

19.根据权利要求17所述的系统，其中各个基于处理器的控制器还被配置为经由外部通信网络将所述配方的指令的至少一部分传输到所述多个基于处理器的控制器中的另一个基于处理器的控制器。

20.根据权利要求5所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为生成多个复杂波形信号，并且所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地控制所述波形合成器电路来生成所述多个复杂波形信号中的每一个。

21.根据权利要求5所述的系统，其中所述多个基于处理器的控制器中每一个基于处理器的控制器被配置为生成多个复杂波形信号，并且所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地控制所述波形合成器电路以生成所述多个复杂波形信号中的每一个。

22.根据权利要求3所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为调整所述期望的电沉积波形的电流密度、电压、波形相位或其组合，以抵消工件上所述多层纳米层压涂层的至少一层的沉积变化。

23.根据权利要求1所述的系统，其中各个基于处理器的控制器被配置为使用对应于所述电沉积电源的电源驱动文件来考虑所述电沉积电源的特征。

24.根据权利要求3或23所述的系统，其中所述电源驱动文件基于由所述基于处理器的控制器对相应的电沉积电源执行校准过程；

其中校准过程包括：

向所述电沉积电源发送校准波形信号；

将已知负载置于所述电沉积电源的输出端上；

测量所述相应的电沉积电源的压摆率、百分超调量或其组合；以及

至少使用测量所述压摆率、所述百分超调量或其组合的结果来创建所述电源驱动文件。

25.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，还包括槽自动控制器，所述槽自动控制器被配置为控制相应电化学处理槽的电解质水平、电解质温度、搅拌速率、流速或其组合。

26.根据权利要求1所述的系统，其中所述电沉积电源被配置为将所述期望的电沉积波形传输到该组电极。

27.根据权利要求3所述的系统，其中所述基于处理器的控制器被配置为将所述期望的电沉积波形传输到该组电极。

28.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个预加载波形包括三角波形、正弦波、方波或定制波形。

29.用于在工件上电沉积涂层的方法，所述方法包括：

选择对应于电沉积方法的配方；

通过基于与工件几何形状、工件表面积、电沉积电源或其组合相关的信息调整配方来生成专用配方；

通过连接到所述电沉积电源的多个基于处理器的控制器生成多个复杂波形信号，所述多个复杂波形信号中的每个复杂波形信号对应于基于调整后的配方的期望的电沉积波形，所述生成包括通过所述多个基于处理器的控制器中的每个基于处理器的控制器至少基于所述配方实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合，其中所述生成所述复杂波形信号考虑了所述电沉积电源的特征，其中所述特征包括压摆率、百分超调量或其组合；

从所述多个基于处理器的控制器向所述电沉积电源提供所述多个复杂波形信号；

由所述电沉积电源基于所述多个复杂波形信号生成多个电沉积波形；以及

将所述多个电沉积波形传输到在电化学处理槽中的一组电极，从而在工件上沉积涂层。

30.用于在工件上电沉积涂层的方法，所述方法包括：

选择对应于电沉积方法的配方；通过基于与工件几何形状、工件表面积、多个电沉积电源或其组合相关的信息调整所述配方来生成专用配方；

通过连接到所述多个电沉积电源的基于处理器的控制器生成复杂波形信号，所述复杂波形信号对应于基于调整后的配方的期望的电沉积波形，所述生成包括通过所述基于处理器的控制器至少基于所述配方实时调制所述复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合，其中所述生成所述复杂波形信号考虑了所述多个电沉积电源中每一个的特征，其中所述特征包括压摆率、百分超调量或其组合；

从所述基于处理器的控制器向所述多个电沉积电源提供所述复杂波形信号；

由所述多个电沉积电源中的每个电沉积电源基于所述复杂波形信号生成电沉积波形；以及

将所述电沉积波形传输到在电化学处理槽中的一组电极，从而在工件上沉积涂层。

31.根据权利要求29或30所述的方法，其中所述配方包括用于生成所述电沉积波形的指令，

其中所述指令包括电沉积波形的电流密度、电沉积波形的电流波形轮廓、电沉积波形的电压波形轮廓或其组合中的至少一个。

32.根据权利要求29或30所述的方法，其中生成所述复杂波形信号包括基于第一和第二特征之间的函数关系使用第二一阶波形的第二特征来调制基本一阶波形的第一特征。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述基本一阶波形和所述第二一阶波形独立地选自存储于所述基于处理器的控制器中的多个预加载波形。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述多个预加载波形包括三角波形、正弦波、方波或定制波形。

35.根据权利要求32所述的方法，其中所述基本一阶波形的第一特征和所述第二一阶波形的第二特征独立地包括一阶波形的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合。

36.根据权利要求33所述的方法，其中所述基本一阶波形是所述复杂波形信号；

其中所述第二一阶波形选自多个预加载波形。

37.根据权利要求29或30所述的方法，其中生成所述复杂波形信号包括串行组合子波形序列。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述串行组合子波形序列包括生成子波形循环计数和子波形序列顺序的子波形。

39.根据权利要求38所述的方法，其中基于预设时间段、预设子波形循环计数、沉积涂层的工艺步骤、与沉积涂层相关的反馈信号或其组合，独立地动态修改所述子波形循环计数、所述子波形序列顺序或其组合。

40.根据权利要求39所述的方法，其中基于所述反馈信号独立地动态修改所述子波形循环计数、子波形序列顺序或其组合，

其中所述反馈信号涉及电解质浓度、电解质水平、电解质温度、涂层厚度、涂层电阻或其组合。

41.根据权利要求29或30所述的方法，还包括由现场可编程门阵列生成多个复杂波形信号，所述现场可编程门阵列具有并行处理能力，以同时且独立地生成所述多个复杂波形信号中的每一个。

42.根据权利要求30所述的方法，其中所述电沉积波形由所述多个电沉积电源传输到该组电极。

43.根据权利要求29所述的方法，其中所述电沉积波形从所述多个基于处理器的控制器传输到该组电极。

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