DE2347759C3

DE2347759C3 - Method for determining the layer thickness of electrolytically produced coatings

Info

Publication number: DE2347759C3
Application number: DE19732347759
Authority: DE
Inventors: Hans-Wilhelm Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Lieber
Original assignee: Fernsteuergeraete Kurt Oelsch GmbH
Current assignee: Fernsteuergeraete Kurt Oelsch GmbH
Priority date: 1973-09-22
Filing date: 1973-09-22
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE2347759B2; DE2347759A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Schichtdirke voi- in elektrolytischen Bädern auf Werkstücken abgeschiedenen Oberzügen.The invention relates to a method for determining the layer thickness from voi- to electrolytic Baths on workpieces deposited upper layers.

Bei der elektrolytischen Herstellu· g von Überzügen auf einzelnen Werkstücken, z. B. beim galvanischen Verkupfern, Vernickeln und Verchromen, beim Vergolden oder bei der Herstellung von Leiterplatten, wird die Kontrolle der Schichtdicke erst im Anschluß an die elektrolytische Behandlung durchgeführt, weil geeignete Verfahren zur Messung der Schichtdicke während der Herstellung der Überzüge fehlen. Erst die nachträgliche Endkontrolle entscheidet deshalb bis heute darüber, ob die Dicke der Überzüge innerhalb der zulässigen Toleranz liegt. Zu dünne Schichten ergeben vielfach z. B. einen zu geringen Korrosionsschutz, oder ihre elektrische Strombelastbarkeit reicht nicht aus, und zu dicke Schichten verursachen nicht nur unnötig hohe Kosten, sondern bereiten zusätzlich Schwierigkeiten bei Passungen und führen somit oft zu Ausschuß.In the electrolytic production of coatings on individual workpieces, e.g. B. the galvanic Copper plating, nickel plating and chrome plating, gold plating or the production of printed circuit boards, is the The layer thickness is only checked after the electrolytic treatment because it is suitable There are no methods for measuring the layer thickness during the production of the coatings. First the Subsequent final inspection therefore decides to this day whether the thickness of the coatings is within the permissible tolerance. Too thin layers often result in z. B. too little corrosion protection, or their electrical current carrying capacity is insufficient, and layers that are too thick not only cause unnecessarily high layers Costs, but also cause difficulties with fits and thus often lead to rejects.

Das Messen der .Schichtdicke im Anschluß an das Aufbringen des Überziiges liefert also eine Information, die nicht rechtzeitig genug zur Verfügung steht, um die Abscheidungszeit bis zum Erreichen der richtigen Schichtdicke genau einzustellen. Automatisch arbeitende Verfahren zum Messen der Schichtdicke während der Abscheidung sind zwar bereits in Verbindung mit dem Aufbringen von Überzügen auf Halbzeug, wie Band oder Draht, oder auf einfach geformte Werkstükke, wie Leiterplatten, bekannt geworden. Hierbei wird z, B, eine Meßsonde für die Schichtdicke in der Weise am Bad angeordnet, daß das beschichtete Halbzeug direkt daran vorbeigeführt wird, so daß eine stelige oder häufige automatische Messung der Schichtdicke erfolgen kann. Für die Messung der Schichtdicke während der chemischen Metallabscheidting ist auch bereits ein Verfahren beschrieben worden, nach dem an einem Meßfühler eine l.auf/citändcrung von Ultraschallwellen auftritt, die der Schichtdicke des Metallniederschlages direkt proportional ist Auch die Messung der Widerstandsänderung eines Leiters durch eine chemische Metallabscheidung als Maß für die erzielte Schichtdicke ist bereits vorgeschlagen worden.The measurement of the layer thickness after the application of the coating thus provides information which is not available in time enough to get the deposition time to the correct one Adjust the layer thickness precisely. Automatically working method for measuring the layer thickness during the deposition are already in connection with the application of coatings on semi-finished products, such as Tape or wire, or on simply shaped workpieces such as printed circuit boards, have become known. Here is z, B, a measuring probe for the layer thickness is arranged on the bath in such a way that the coated semi-finished product is passed directly past it, so that a stelige or frequent automatic measurement of the layer thickness can. For the measurement of the layer thickness during the chemical Metallabscheidting is also already a Method has been described, according to which on a sensor a 1. auf / Citändcrung of ultrasonic waves occurs, which is directly proportional to the layer thickness of the metal deposit. Also the measurement of the Change in resistance of a conductor due to a chemical Metal deposition has already been proposed as a measure of the layer thickness achieved.

Verfahren zur Messung der Schichtdicke während des Beschichtens von Bändern, während der chemischen Herstellung von Überzügen sowie zur Schichtdickekontrolle bei der Beschichtung von Halbzeug wurden bisher dort angewandt, wo das beschichtete Material eine geometrisch einfache Form aufweist, wie dies z. B, bei der Bandbeschichtung der Fall ist, oder wo die Form des beschichteten Werkstücks keinen wesentlichen Einfluß auf die Schichtdicke hat, £. B. bei der chemisch-reduktiven Abscheidung.Methods for measuring the layer thickness during the coating of tapes, during the chemical production of coatings and for layer thickness control during the coating of semi-finished products have been used where the coated material has a geometrically simple shape, as z. B, is the case with coil coating, or where the shape of the coated workpiece has no significant influence on the layer thickness, £. B. in the chemical-reductive deposition.

Völlig andere Verhältnisse liegen aber bei der elektrolytischen Herstellung von Überzügen auf Einzelteilen vor. Hierbei erhält man keine so gleichmäßige Verteilung der Schichtdicke auf der Werkstückoberfläche. Daher hat es nicht an Versuchen gefehlt, entweder im Bad vor dem Galvanisiergut eine Meßsonde zur Erfassung der Stromdichte anzuordnen und daraus zumindest die Abscheidungsgeschwindigkeit zu ermitteln oder eine Elektrode mit bekannter Räche, über ein Amperemeter oder einen Amperestundenzähler mit der Kathodenschiene verbunden, im Bad zwischen dem Galvanisiergut anzuordnen, um daraus die Niederschlagsmenge zu bestimmen. Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß in beiden Fällen keine repräsentative Erfassung der Stromdichte gelingt. Ferner bleibt die Stromausbeute bei diesen Meßverfahren unberücksichtigt. Eine solche Messung kann somit keine zuverlässige Aussage über die während der Abscheidung erzielte Dicke des Überzuges ermöglichen, sondern gestattet nur, die Größenordnung der Abscheidungsgeschwindigkeit bzw. der Schichtdicke abzuschätzen. Für die Erfassung der Schichtdicke als Grundlage einer automatischen Regelung kommen diese Meßverfahren daher nicht in Betracht.However, the situation is completely different in the electrolytic production of coatings on individual parts before. This does not result in such a uniform distribution of the layer thickness on the workpiece surface. Therefore there has been no lack of attempts to use a measuring probe either in the bath in front of the items to be electroplated Arrange detection of the current density and at least determine the deposition rate from it or an electrode with known avenge, using an ammeter or an ampere-hour meter with the Cathode bar connected to be arranged in the bath between the items to be electroplated in order to reduce the amount of precipitation to determine. It has been shown, however, that in both cases it is not representative Detection of the current density succeeds. Furthermore, the current yield is not taken into account in this measurement method. Such a measurement can therefore not make any reliable statement about that obtained during the deposition Thickness of the coating allow, but only allows, the order of magnitude of the rate of deposition or to estimate the layer thickness. For recording the layer thickness as a basis for a These measuring methods are therefore not suitable for automatic control.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke eiektrolytisch erzeugter Überzüge anzugeben, mit Hilfe dessen die Schichtdicke während der Abscheidung jederzeit sehr genau bestimmbar ist und der dabei gewonnene Meßwert zur automatischen Beendigung der Abscheidung verwendet werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst, daß in der Badflüssigkeit eine konzentrisch oder parallele Elektrodenanordnung angebracht wird, deren Strom analog zu der in den Bädern herrschenden Stromdichte eingestellt wird, und daß die Schichtdicke des auf der entsprechenden Elektrode der Elektrodenanordnung abgeschiedenen Überzuges gemessen und zur Anzeige gebracht wird.The invention is based on the object of providing a method for determining the layer thickness electrolytically generated coatings, with the help of which the layer thickness during the deposition at any time can be determined very precisely and the measured value obtained for the automatic termination of the deposition can be used. This object is achieved according to the invention with a method of the opening paragraph described type solved in that a concentric or parallel electrode arrangement in the bath liquid is attached, the current of which is set analogously to the current density prevailing in the baths, and that the layer thickness of the deposited on the corresponding electrode of the electrode arrangement Coating is measured and displayed.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch den Einsatz der Elektrodenanordnung, die sich in den Bädern selbst oder auch im Flüssigkeitskreislauf außerhalb der Bäder befinden kann, und an deren Elektroden damit die gleichen Bedingungen herrschen, wie an den zu beschichtenden Werkstücken, jetzt mit üblichen Meßverfahren die Schichtdicke der abgeschiedenen Überzüge auch kompliziert geformter Werkstükke jederzeit während der Abscheidung bestimmt werden kann. Hierdurch läßt sich das ganze Verfahren gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung auch automatisieren, wenn während der Abscheidung ein Vergleich des gemessenen Istwertes der Schichtdicke mit einem Sollwert vorgenommen und die AbscheidungThe advantages of the invention are that through the use of the electrode arrangement, which is located in the Baths themselves or in the liquid circuit outside of the baths can be located, and at their Electrodes so that the same conditions prevail as on the workpieces to be coated, now with customary measuring methods determine the layer thickness of the deposited coatings, even on workpieces of complex shape can be determined at any time during the deposition. This allows the whole procedure According to a further concept of the invention, also automate if a during the deposition Comparison of the measured actual value of the layer thickness with a nominal value and made the deposition

bei Erreichen des Sollwert« beispielsweise durch Abschaltung des Badstromes beendet wird.when the target value is reached, for example, by switching off the bath current.

Weitere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die räumliche Anordnung der Meßsonde zur Bestimmung der Schichtdicke unproblematisch wird, => daß der Grundwerkstoff der Elektrode, an der die Schichtdicke gemessen wird, frei wählbar ist, so daß z, B. die Anwendung magnetischer Meßverfahren bei an sich unmagnetischem Grundwerkstoff der beschichteten Werkstücke oder die Anwendung des Betastrahlen- iu Rückstreuverfahrens bei an sich zu geringem Unterschied zwischen der Ordnungszahl der Schicht und der des Grundmaterials der beschichteten Werkstücke ermöglicht wird, daß die Oberflächenrauheit der Elektrode den meßtechnischen Erfordernissen optimal i"> angepaßt werden kann, daß die Dicke des für die Messung verwendeten Elektrodenwerkstoffs frei wählbar ist, daß sich die äußere Form der Elektrode den meßtechnischen Erfordernissen optimal anpassen läßt, daß die Messung der Schichtdicke sowohl von der jo Vorder- als auch von der Rückseite des Überzuges aus erfolgen kann, und daß die Messung vollautccnatiscn stattfinden kann, wodurch auf der Grundlage einer Vielzahl von Messungen eine automatische Mittelwertbildung erfolgen kann. Aus allen diesen Gründen wird _"> eine bisher nicht erreichte Meßgenauigkeit bei der Bestimmung der Schichtdicke und damit auch der Abscheidungsgeschwindigkeit erzielt. Wenn die besondere Form und Beschaffenheit der zu beschichtenden Werkstücke dies zuläßt, kann darüber hinaus auch ein in Werkstück als Elektrode, an der die Schichtdicke gemessen wird. Verwendung finden.Further advantages of the invention can be seen in the fact that the spatial arrangement of the measuring probe for Determining the layer thickness is not a problem => that the base material of the electrode on which the layer thickness is measured can be freely selected, so that e.g. the use of magnetic measurement methods in the case of the non-magnetic base material of the coated Workpieces or the use of beta-radiation and backscattering if the difference is too small between the atomic number of the layer and that of the base material of the coated workpieces it is made possible that the surface roughness of the electrode is optimally suited to the measurement requirements can be adapted so that the thickness of the electrode material used for the measurement can be freely selected is that the external shape of the electrode can be optimally adapted to the measurement requirements, that the measurement of the layer thickness both from the front and from the back of the coating can take place, and that the measurement can take place fully automatically, whereby on the basis of a A number of measurements an automatic averaging can be done. For all of these reasons, _ "> a measurement accuracy not previously achieved when determining the layer thickness and thus also the Deposition rate achieved. If the special shape and nature of the Workpieces this allows, in addition, an in workpiece as an electrode, on which the layer thickness is measured. Find use.

Da der Strom für die Elektrodenanordnung entsprechend der Stromdichte der Bäder automatisch eingestellt wird, herrschen an den Elektroden hinsichtlich der » Badkonzentrationen, Badzirkulation, Badtemperatur und Stromausbeute dieselben Bedingungen wie an den zu beschichtenden Werkstücken. Damit ist sichergestellt, daß die Abscheidungsgeschwindigkeit auf der Elektrode und -\uf den Werkstücken gleich ist.Since the current for the electrode arrangement is automatically set according to the current density of the baths prevail on the electrodes with regard to the » Bath concentrations, bath circulation, bath temperature and current yield are the same conditions as at the workpieces to be coated. This ensures that the deposition rate on the Electrode and - \ on the workpieces is the same.

Für die Elektrodenanordnung kann dieselbe Stromquelle wie für die Bäder oder auch eine gesonderte Stromquelle verwendet werden. Zum Einstellen des Stromes, der durch die Elektrodenanordnung fließt, kann zwischen den Elektroden eine verstellbare, M perforierte Blende angeordnet werden; ss läßt sich auch der Elektrodenabstand verändern; die Oberflächengröße der Gegenelektrode kann variiert werden und der Strom läßt sich auch mittels eines Stellwiderstandes justieren. >oThe same power source as for the baths or a separate power source can be used for the electrode arrangement. To adjust the current that flows through the electrode arrangement, an adjustable, M perforated screen can be arranged between the electrodes; The electrode spacing can also be changed; the surface area of the counter electrode can be varied and the current can also be adjusted by means of a variable resistor. > o

Wenn die mittlere Stromdichte der Werkstücke automatisch konstant gehalten und die Stromdichte an der zu beschichtenden Elektrode automatisch in derselben Höhe eingestellt wird, ergibt die Schichtdikkenmessung die mittlere Schichtdicke bzw. die mittlere « Abscheidungsgeschwindigkeit. Sofern die Schichtdicke an sog. wesentlichen Stellen der Werkstücke wegen der dort evtl. vom Mittelwert abweichenden Stromdichte bestimmt werden soll, braucht die Höhe des Stromes der Elektrodenanordnung lediglich entsprechend einge- w> stellt zu werden, so daß auch die örtliche Schichtdicke der Werkstücke mit Hilfe der Elektrodenanordnung reproduziert werden kann.When the mean current density of the workpieces is automatically kept constant and the current density continues the electrode to be coated is automatically set at the same height, results in the layer thickness measurement the mean layer thickness or the mean «deposition rate. Provided the layer thickness at so-called essential points of the workpieces because of the current density there which may deviate from the mean value is to be determined, the level of the current of the electrode arrangement only needs to be adjusted accordingly so that the local layer thickness of the workpieces with the help of the electrode arrangement can be reproduced.

Im Gegensatz zur Messung der Schichtdicke am Werkstück selbst ist es durch die Schichtdickemessting in an der gesonderten, zu beschichtenden Elektrode möglich, deren Größe, G-MaIt, Werkstoff, räumliche Anordnung und gegebenenfalls Bewegung nach meßtechnisohen Gesichtspunkten zu bestimmen. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die verschiedensten Meßmethoden für die Schichtdickebestimmung und damit auch zur Ermittlung der Abscheidungsgeschwindigkeit einzusetzen.In contrast to the measurement of the layer thickness on the workpiece itself, it is in possible on the separate electrode to be coated, its size, G-MaIt, material, spatial Arrangement and, if necessary, movement according to measuring technology To determine points of view. This results in the possibility of the most diverse Measurement methods for determining the layer thickness and thus also for determining the rate of deposition to use.

Für die Messung der Schichtdicke des Überzuges stehen aber nicht nur verschiedenste Meßmethoden zur Verfügung, sondern diese können auch auf unterschiedlichste Weise angewandt werden. Die Messung kann innerhalb oder kurzzeitig auch außerhalb der Bäder erfolgen, die beschichtete Elektrode kann ruhen oder sich mit einstellbarer Geschwindigkeit oder schrittweise an der Meßsonde vorbeibewegen, der Meßvorgang läßt sich von der Vorder- oder Rückseite der beschichteten Elektrode aus durchführen und die Messung ist kontinuierlich oder diskontinuierlich möglich.For the measurement of the layer thickness of the coating, however, not only the most varied of measurement methods are available Available, but these can also be used in a wide variety of ways. The measurement can take place inside or briefly outside the baths, the coated electrode can rest or move past the measuring probe at an adjustable speed or step by step, the measuring process can be carried out can be performed from the front or back of the coated electrode and the measurement is continuously or discontinuously possible.

Mit jeder neuen Beschickung der Bäder beginnt der Beschichtungsvorgang der Werkstücke von vorn. Die Dicke des Überzuges auf der beschichteten Elektrode kann entweder von Charge zu Charge v/eitergemessen werden oder die Messung beginnt wieder bei der Schichtdicke Null. Hierzu kann der Überzug von der Elektrode z. B. elektrolytisch rückgelöst werden oder die Meßfläche der Elektrode wird erneuert. Die Elektrode kann z. B. als Metallband oder -draht schrittweise von einer Rolle abgewickelt werden oder ein Blech wird ausgetauscht, umgeklappt oder weitergeschoben. Each time the baths are loaded, the coating process for the workpieces starts from the beginning. the The thickness of the coating on the coated electrode can either be measured from batch to batch or the measurement starts again at zero layer thickness. For this purpose, the coating of the Electrode z. B. be redissolved electrolytically or the measuring surface of the electrode is renewed. the Electrode can e.g. B. be gradually unwound from a roll or as a metal strip or wire a sheet is exchanged, folded over or pushed further.

Die zu beschichtende Elektrode läßt sich so gestalten, daß praktisch jede bekannte und automatisierbare Methode zur Messung der Schichtdicke von Überzügen angewandt werden kann: Bei der Verwendung eines galvanischen !Comparators (einer Waage, an deren einer Seite die Meßelektrode, und an deren anderer Seite eine Elektrode in einem Siibercoulometer hängt) lassen sich die Abscheidungsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Stromausbeute und das Schichtgewicht auf der Meßelektrode gleichzeitig bestimmen. Diese Meßanordnung ist jedoch apparativ relativ empfindlich.The electrode to be coated can be designed so that practically any known and automatable Method for measuring the layer thickness of coatings can be applied: When using a galvanic comparators (a balance with the measuring electrode on one side and the other If an electrode hangs in a silver coulometer), the rate of deposition can be reduced Take into account the current yield and determine the layer weight on the measuring electrode at the same time. However, this measuring arrangement is relatively sensitive in terms of apparatus.

Eine Widerstandsmessung, z. B. unter Verwendung einer mäanderförmigen Elektrode und eines isoliert im Bad befindlichen Vergleichswiderstandes mit'els eines sich selbst abgleichenden !Compensators, gibt ebenfalls ein stetiges Meßsignal für dis Schichtdicke. Die mechanische Abtastung der Elektrode, z. B. mit Hilfe eines induktiven Weggebers, stellt eine Weiterentwicklung des Feinzeiger-Meßprinzips dar, das ebenfalls anwendbar ist. Zur Erfassung der Schichtdicke läßt sich auch die Laufzeitänderung von Ultraschallwellen heranziehen. Für die Einwendung magnetisch arbeitender Sonden ergeben sich ebenso günstige Einsatzbedingungen wie für induktiv arbeitende oder solche, die nach deiii Wirbelstromprinzip konzipiert sind. Wenn diese Sonden von der Rückseite aus an die Elektrode, deren Werkstoff nahezu frei wählbar ist, angesetzt werden, läßt sich die Schichtdicke kontinuierlich messen, ohne daß die Sonde den Abscheidungsvorgang behindert. Messungen an der Seite der Elektrode, an der der Überzug abgeschieden wird, sind diskontinuierlich möglich, z. B. durch automatisches Ansetzen des schwenkbar angeordneten Meßfühlers an die Elektrode.A resistance measurement, e.g. B. using a meander-shaped electrode and an insulated im Bad located comparison resistance with'els one compensator, which adjusts itself, also gives a constant measurement signal for the layer thickness. the mechanical scanning of the electrode, e.g. B. with the help of an inductive displacement encoder, represents a further development of the dial indicator measuring principle, which can also be used. To determine the layer thickness, also use the change in transit time of ultrasonic waves. For the objection of magnetically working Probes result in just as favorable conditions of use as for inductive working or those that work after deiii eddy current principle are designed. If those Probes are attached from the rear to the electrode, the material of which can be chosen almost freely, the layer thickness can be measured continuously without the probe hindering the deposition process. Measurements on the side of the electrode where the coating is deposited are discontinuous possible, e.g. B. by automatically attaching the pivotably arranged probe to the electrode.

Dasselbe gilt sinngemäß auch für die Sonde zur Messung der Schichtdicke mit Hilfe von Röntgenstrahlung oder nach der Rütkstreumethode mit Betastrahlen. Hierbei ergeben sich durch die Auswahl eines solchen Grundwerkstoffs für die Elektrode, dessen Ordnungszahl sich von der des Überzuges wesentlich unterschei-The same applies mutatis mutandis to the probe for measuring the layer thickness with the aid of X-rays or according to the vibration scattering method with beta rays. The selection of such a base material for the electrode results in its atomic number are significantly different from that of the coating

del. universelle Anweridungsmögliehkeilen, während diese Methoden bei der Messung am beschichteten Werkstück selbst wegen des zu geringen Unterschiedes der Ordnungszahlen des Grund- und Überzugsmetalls vielfach nicht anwendbar sind.del. universal Anweridungsmögliehkeilen while these methods when measuring on the coated workpiece itself because of the insufficient difference the ordinal numbers of the base and coating metal are often not applicable.

Die gleichzeitig mit der .Schichtdickemessung durchführbare Bestimmung der Abschcidungsgeschwindigkeil kann z. B. in der Weise erfolgen, daß die Elektrode eine Minute lang beschichtet und anschließend die Dicke der Schicht automatisch gemessen wird. Bei vorgegebenem Schichtdicke-Sollwert kann eine Quotientenbildung aus Schichtdicke-Sollwert und Abscheidungsgeschwindigkcit erfolgen, deren Ergebnis die notwendige Besehichmngszcit darstellt. Auf diese Weise IaUt sich bereits im voraus beurteilen, wann eine Charge fertig beschichtet sein wird, so daß der Arbeitsfluß bei der Herstellung von Überzügen optimiert werden kann.The one that can be carried out at the same time as the layer thickness measurement Determination of the Abschcidungsgeschwindigkeil can, for. B. be done in such a way that the electrode coated for one minute and then the thickness of the layer is automatically measured. at Given a specified layer thickness setpoint, a quotient can be formed from the layer thickness setpoint and the deposition rate take place, the result of which represents the necessary inspection. To this It is wise to judge in advance when a Batch will be finished coated, so that the workflow in the production of coatings can be optimized.

Bei der Bestimmung von Schichtdicke und Abschcidungsgeschwindigkeit bei nichtclcktrolytischcn Pro/essen trill an die Stelle der Elektrodenanordnung eine Probe, an der die Sehichtdickcnmcssung erfolgt.When determining layer thickness and deposition speed In the case of non-electrolytic processes, an electrode arrangement is substituted for the electrode Sample on which the visual thickness measurement is carried out.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.The method according to the invention is explained below with reference to the drawing, for example.

Cig. I zeigt schematisch ein Blockschaltbild /ur Regelung der Stromdichte mit einem gesonderten Stromkreis und in denCig. I shows a schematic block diagram / ur Regulation of the current density with a separate circuit and in the

I i g. 2 und 3 sind Blockschaltbilder zur Messung und Kontrolle der Schichtdicke bzw. der Abscheidungsgcschwindigkeit wiedergegeben.I i g. 2 and 3 are block diagrams for measurement and Control of the layer thickness and the deposition rate are shown.

Mil I ist ein Gchcrpotcntiomcier bezeichnet, an dem von Hand oder motorisch. z.B. durch eine an sich bekannte Brückenschaltung mit motorischem Selbstabgleich. die Stromdicht», eingestellt wird, mit der die Werkstücke im Bad 2 beschichtet werden. Das Geberpotentiometer I ist mit einem Potentiometer 3. das aus einer Konstantspannungsquelle 4 mil Strom versorg! wird, durch eine mechanische oder elektrische Welle \ erblinden, so daß die Schleiferstcllungen der Potentiometer 1 und 3 einander entsprechen. Die der eingestellten Stromdichte entsprechende Spannung, die am Potentiometer 3 abgegriffen wird, w-rd gegebenen-V.«rtM Mil I is designated a Gchcrpotcntiomcier to whom by hand or by motor. e.g. by means of a known bridge circuit with motorized self-adjustment. the current density », is set with which the Workpieces are coated in bath 2. The transmitter potentiometer I is equipped with a potentiometer 3. that supplies 4 mil power from a constant voltage source! is, by a mechanical or electrical Shaft blind, so that the grinder positions of the Potentiometers 1 and 3 correspond to one another. The the set current density corresponding voltage that is tapped at potentiometer 3, w-rd given-V. «rtM

f-.lll«.f-.lll «.

Differcnzglied6. z. B. ein elektronisches Relais. Im Bad 2 befindet sich außer den Werkstücken, die der Einfach heu halber nicht eingezeichnet sind, die aus einer k.ilhode 7. einer zugehörigen Anode 8 und einer Abschirmung 9 bestehende Elektrodenanordnung 10. Die beiden Elektroden 7 und 8 können, damn die Stromdichte an allen Stellen der Elektrodenanordnung gleich ist. konzentrisch oder parallel zueinander angeordnet wer Jen. wobei eine parallelepipcdrische Abgrenzung des Stromlimcnfcldes /weckmäßig ist.Difference 6. z. B. an electronic relay. In the bathroom 2 is located in addition to the workpieces that the simple For the sake of this day, those from a k.ilhode 7. an associated anode 8 and one Shielding 9 existing electrode arrangement 10. The two electrodes 7 and 8 can, damn the Current density is the same at all points of the electrode arrangement. concentric or parallel to each other arranged who Jen. being a parallelepipedal Delimitation of the Stromlimcnfcldes / wake-up is.

Die nur bei der parallelen Anordnung erforderliche Abschirmung 9 hat die Aufgabe, den Stromlinicnverlauf so zu beeinflussen, daß an allen Seiten der Elektroden 7 und 8 die gleiche Stromdichte herrscht. Eür die Stromversorgung der Elektroden 7 und 8 ist die regelbare Gleichstromquelle 11 vorgesehen, die mit der Anode 8 direkt und mit der Kathode 7 über den Meßwiderstand 12 verbunden ist. Bei konstanter Fläche der Kathode 7 ist der am Meßwiderstand 12 entstehende Spannungsabfall ein Maß für die an der Kathode 7 herrschende Stromdichte. Der Spannungsabfall wird im Verstärker 13 verstärkt. Am Ausgang des Verstärkers 13 liegt ein Potentiometer 14. an dem eine Spannung abgegriffen werden kann, die dem Differenzghed 6 zugeführt wird. Wenn zwischen der Ausgangsspannung des Verstärkers 5 und der am Potentiometer 14 abgegriffenen Spannung eine Differenz auftritt, spricht das Differenz.glied 6 auf diese Abweichung des Istwertes der Stromdichte vom Sollwert an, und je nach der Richtung der Regelabweichung wird der Steller 15 so angesteuert, daß er die Spannung der Gleichstromquelle Π in dem Sinne verändert, daß die Regelabweichung verschwindet. Am Potentiometer 14 läßt sich die Stromdichte der Kathode 17 einstellen, so daß nicht nur die mittlere Stromdichte, sondern auch eine örtliche höhere oder niedrigere Stromdichte meßtechnisch erfaßt werden kann. Bei der Bestimmung der Dicke anodisch erzeugter Schichten, z. B. Oxidschichten auf Aluminium, erfolgt die Messung an der Anode 8. anstelle der Kathode 7.Only required for the parallel arrangement Shielding 9 has the task of influencing the course of the current line in such a way that on all sides of the electrodes 7 and 8 the same current density prevails. The power supply for electrodes 7 and 8 is the controllable direct current source 11 provided with the The anode 8 is connected directly and to the cathode 7 via the measuring resistor 12. With a constant area of the cathode 7, the voltage drop occurring across the measuring resistor 12 is a measure of the voltage at the Cathode 7 prevailing current density. The voltage drop is amplified in the amplifier 13. At the exit of the Amplifier 13 is a potentiometer 14 at which a voltage can be tapped that corresponds to the differential ghed 6 is fed. If between the output voltage of amplifier 5 and that on the potentiometer 14 tapped voltage a difference occurs, the difference element 6 speaks to this deviation of the Actual value of the current density from the setpoint value, and depending on the direction of the control deviation, the controller 15 controlled so that it changes the voltage of the direct current source Π in the sense that the system deviation disappears. The current density of the cathode 17 can be adjusted on the potentiometer 14, so that not only the mean current density, but also a local higher or lower current density in terms of measurement technology can be detected. When determining the thickness of anodically generated layers, e.g. B. oxide layers Aluminum, the measurement takes place at the anode 8. instead the cathode 7.

In Γ i g. 2 ist die Kathode 7 angedeutet, an deren Rückseite z. B. eine magnetisch arbeitende Schichtdikke-Mcßsonde 16 angeordnet ist, deren Ausgangssignal (Istwert) vom Meßverstärker 17 verstärkt und auf das Potentiometer 18 gegeben wird. Der .Schichtdicke-Sollwert wird am Potentiometer 19 eingestellt, zu dessen Stromversorgung eine Konstanlspannungsquellc 20 vorgesehen ist. Die am Potentiometer 18 abgegriffene Spannung, die den Istwert der Schichtdicke repräsentiert, und die am Potentiometer 19 abgegriffene Spannung, tue dem Schichtdickcn-Sollwcrt entspricht, werden dem Differenzglied 21 zugeführt, das z. B. über das Relais 22 ein Signal auslöst, sobald der Schichldicke-Isf.vert jcn Sollwert erreicht hai. Das Potentiometer 18 dient /.ur Anpassung der Meßsonde, so daß ζ. Β. auch örtlich höhere oder niedrigere Schichidickcn eingestellt werden können.In Γ i g. 2, the cathode 7 is indicated, on whose Back z. B. a magnetically operating layer thickness Mcßsonde 16 is arranged, the output signal (Actual value) is amplified by the measuring amplifier 17 and applied to the potentiometer 18. The .Schichtdicke setpoint is set on the potentiometer 19, to which Power supply a constant voltage source 20 is provided. The one tapped at potentiometer 18 Voltage, which represents the actual value of the layer thickness, and the voltage tapped at the potentiometer 19, do correspond to the layer thickness setpoint, are fed to the differential element 21, the z. B. triggers a signal via the relay 22 as soon as the Schichldicke-Isf.vert jcn target value reached hai. The potentiometer 18 is used to adjust the measuring probe so that ζ. Β. even locally higher or lower layer thicknesses set can be.

In Cig. 3 ist die Kathode 7 angedeutet, an deren Rückseite wieder die magnetisch arbeitende Schichtdikke-Meßsondc 16 angeordnet ist. Im Gegensalz zu dem in E i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel soll hier jedoch die Kathode 7 nach jeweils z. B. einer Minute automatisch ein Stück weitergeschoben werden, so daß die Mc'lsonde 16 die Schichtdicke ermittelt, die unter den im Bad herrschenden Abschcidungsbedingungen im Zeilra ml von einer Minute erzeugt worden ist. Auf diese \ /eise erhall man von der Meßsonde 16 ein Signal. .;,, ,ι .. λk,. ι.....ι..........,..·>,....-.J...l.... ,..„^:.,„„....„. In cig. 3, the cathode 7 is indicated, on the rear side of which the magnetically operating layer thickness measuring probe 16 is again arranged. In contrast to that in E i g. 2 illustrated embodiment, however, here the cathode 7 after each z. B. one minute automatically a little further so that the Mc'lsonde 16 determines the layer thickness that has been generated under the deposition conditions prevailing in the bath in the Zeilra ml of one minute. In this way, a signal is obtained from the measuring probe 16. .; ,,, ι .. λk ,. ι ..... ι .........., .. ·>, ....-. J ... l ...., .. "^:.,"".. .. ".

Dieses Mcßsignal wird in dem Verstärker 23 serslärkt und auf das Motorpotentiometer 24 mit ilom Antriebsmotor 2ΐ gegeben. An dem Potentiometer 26. das aus der Konstanlspannungsquclle 27 mit Strom versorgt wird, läßt sich der gew iinschte Sollwert der Schichtdicke einstellen. Die Potentiometer 24 und 26 liegen in einer ^llch selbst abgleichenden Brücke, so daß die Schleifer-Stellung des Potentiometers 24 ein Maß für die Zeit darstellt, die erforderlich ist. um die am Potentiometer 26 eingestellte Schichtdicke bei der von der Meßsonde 16 ermittelten Abschcidungsgeschwindigkcit zu erreichen. This Mcßsignal is serslärkt in the amplifier 23 and given to the motor potentiometer 24 with ilom drive motor 2ΐ. The desired target value for the layer thickness can be set on the potentiometer 26, which is supplied with current from the constant voltage source 27. The potentiometers 24 and 26 lie in a ^ll ch self-balancing bridge, so that the wiper position of the potentiometer 24 is a measure of the time that is required. in order to achieve the layer thickness set on the potentiometer 26 at the deposition speed determined by the measuring probe 16.

Im unteren Teil von Fig. 3 ist eine Schaltungsmöglichkcit dafür angegeben, wie man die erforderliche Abscheidungsdaucr jederzeit ablesen kann und wie die Abscheidung automatisch beendet werden kann, wenn die Schichtdicke ihren Sollwert erreicht hat. Mit dem Motorpotentiomeier 24 ist das Potentiometer 28 starr gekoppelt, so daß man korrespondierende Schleiferstellungen erhall. Die Stromversorgung des Potentiometers 28 erfolgt aus der Konstantspannungsquelle 29. Das Potentiometer 30. zu dessen Stromversorgung die Konstantspannungsquelle 31 dient, wird von dem S> nchronmotor 32. der z. B. mit 50 Hz läuft, betätigt. Die oberen Endpunkte der Potentiometer 28 und 30 liegenIn the lower part of Fig. 3 is a circuit possibility indicated how the required deposition time can be read off at any time and how the Deposition can be ended automatically when the layer thickness has reached its target value. With the Motor potentiometer 24, the potentiometer 28 is rigid coupled so that you get corresponding slider positions. The power supply to the potentiometer 28 takes place from the constant voltage source 29. The potentiometer 30 for its power supply Constant voltage source 31 is used, is from the synchronous motor 32. the z. B. runs at 50 Hz, actuated. the upper end points of potentiometers 28 and 30 are

auf gleichem Potential. Zwischen ihre beiden Schleifer ist ein elektronisches Nullrelais 33 geschaltet, das anspricht und über das Relais 34 den Beschichtungsvorgang abschaltet, sobald die Spannung am Nullrelais 33 zu Null wird. Entsprechend der Schleiferstellung des Potentiometers 28 ist eine bestimmte Abscheidungsdauer erforderlich. Wenn zu Beginn der Abscheidung der Sch'eifer des Potentiometers 30 am oberen Ende der Wicklung steht und der Synchronmotor 32 den Schleifer zeitproportional nach unten schiebt, ist die zwischen den beiden Schleifern der Potentiometer 28 und 30on the same potential. Between her two grinders an electronic zero relay 33 is connected, which responds and switches off the coating process via the relay 34 as soon as the voltage on the zero relay 33 becomes zero. Depending on the position of the wiper of the potentiometer 28, a certain deposition time is required. If at the beginning of the deposition of the Sch'eifer of the potentiometer 30 at the upper end of the Winding is standing and the synchronous motor 32 pushes the grinder down in proportion to time, is the time between the both wipers of potentiometers 28 and 30

herrschende Spannung zugleich ein Maß für die notwendige Abscheidungszeit, die somit mittels des Spannungsmessers 35 direkt abgelesen werden kann.The prevailing voltage is also a measure of the necessary deposition time, which is thus achieved by means of the Voltmeter 35 can be read directly.

Statt in analoger Technik läßt sich diese Meßaufgabe auch digital lösen: Durch Division des Schichtdicke-Sollwertes durch die Abscheidungsgeschwindigkeit erhält man ein digitales Signal für die Beschichtungsdauer, das mittels einer Digitaluhr hochgezählt werden kann. Beim Signal Null wird dann die Abscheidung beendet.Instead of using analog technology, this measuring task can also be solved digitally: By dividing the nominal layer thickness value by the deposition rate a digital signal is obtained for the duration of the coating, which is counted up by means of a digital clock can. The deposition is then ended when the signal is zero.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Procedure for determining the layer thickness in electrolytic baths on workpieces separated upper layers, characterized in that that a concentric or parallel electrode arrangement is attached in the bath liquid whose current is set analogously to the current density prevailing in the baths, and that the layer thickness of the deposited on the corresponding electrode of the electrode arrangement Upper pull is measured and displayed.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the actual value of the measured layer thickness is compared with a predetermined target value and that the separation is automatically terminated when the setpoint is reached.

3. The method according to claim 1, characterized in that that to determine the rate of deposition, the layer thickness on the coated Electrode is measured automatically one or more times after specified deposition times.

4. The method according to claim 3, characterized in that the deposition after the expiry of the the duration determined by the deposition rate is ended automatically.