RU2036982C1

RU2036982C1 - Apparatus for applying plated coatings with predetermined thickness

Info

Publication number: RU2036982C1
Authority: RU
Inventors: Н.В. Ковалков; А.А. Кульков; Б.Н. Горовой; И.К. Ермолин
Original assignee: Смоленский филиал Московского энергетического института (технического университета)
Priority date: 1991-04-04
Filing date: 1991-04-04
Publication date: 1995-06-09

Abstract

FIELD: electroplating. SUBSTANCE: apparatus includes the controllable current source 1, electroplating bath 2, the electrode 3, the current pickup 4, the current integrator 5, the control signal shaper 6, the second comparator 7, the memory unit 8, the multiplier 9, the first comparator 10, the functional unit 11, the thickness setter 12. The controllable current source 1 of the bath current is connected by its output with an anode; its controlling output is connected with an output of the second comparator 7, whose one input is connected with a reference voltage source and whose second input is connected with an output of the memory unit 8, connected by its input with the electrode 3, mounted in a near-cathode space of the bath. The controlling input of the memory unit 8 is connected with and output of the control signal shaper 6, whose input is connected with an output of the current pickup 4, joined with the cathode of the bath. An output of the current pickup 4 is connected with an input of the multiplier 9, whose output is connected with an input of the current integrator 5. The second input of the multiplier 9 is connected with an output of the memory unit 8. An output of the current integrator 5 is connected with one input of the comparator 10, whose second input is connected with an output of the thickness setter 12. An output signal of the comparator 10 being a control signal for disconnecting a current circuit of the bath. EFFECT: enhanced accuracy of applied coating thickness and its enhanced quality. 1 cl

Description

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для управления гальванической ванной и получения покрытия заданной толщины, а также как часть автоматизированных систем управления процессом электроосаждения металла. The invention relates to electroplating and can be used to control a plating bath and obtain a coating of a given thickness, and also as part of automated control systems for the process of electrodeposition of metal.

Известно устройство для автоматического контроля толщины гальванопокрытий, содержащее гальваническую ванну с установленными в ней электродами, последовательно соединенные датчик тока, блок умножения, интегратор тока и схему сравнения, задатчик толщины покрытия, источник питания ванны. A device is known for automatic control of the thickness of electroplated coatings, comprising a galvanic bath with electrodes installed in it, a current sensor, a multiplication unit, a current integrator and a comparison circuit, a coating thickness adjuster, a bath power supply, connected in series.

Недостатком устройства является невысокая точность получения заданной толщины покрытия, так как в реальных процессах за счет изменения площади катода, скорости перемешивания электролита соотношение между общим током ванны и той его частью, которая идет на осаждение основного металла, существенно изменяется во времени, причем эти изменения функционально связаны с изменением потенциала прикатодного пространства, т.е. напряжением поляризации катода. The disadvantage of this device is the low accuracy of obtaining a given coating thickness, since in real processes due to changes in the cathode area, the mixing speed of the electrolyte, the ratio between the total current of the bath and the part that is used for the deposition of the base metal varies significantly over time, and these changes are functional associated with a change in the potential of the cathode space, i.e. cathode polarization voltage.

Целью изобретения является повышение точности получения заданной толщины покрытия путем стабилизации потенциала прикатодного пространства и учета влияния его величины на скорость осаждения основного металла. The aim of the invention is to increase the accuracy of obtaining a given coating thickness by stabilizing the potential of the cathode space and taking into account the influence of its value on the deposition rate of the base metal.

Цель достигается тем, что известное устройство, содержащее гальваническую ванну с установленными в ней электродами, последовательно соединенные датчик тока, блок умножения, интегратор тока и схему сравнения, задатчик толщины покрытия, источник питания ванны, согласно изобретению, снабжено запоминающим блоком, формирователем управляющего сигнала, второй схемой сравнения, источником опорного напряжения, функциональным блоком, источник питания ванны выполнен регулируемым, причем сигнальный вход запоминающего устройства подключен к электроду, установленному в прикатодном пространстве ванны, а управляющий вход к выходу формирователя управляющего сигнала, подключенного своим входом к датчику тока, выход запоминающего устройства соединен со входом функционального блока и с одним из входов второй схемы сравнения, второй вход которой соединен с источником опорного напряжения, выход схемы сравнения подключен к управляющему входу регулируемого источника питания ванны, а выход функционального блока соединен со вторым входом блока умножения. The goal is achieved by the fact that the known device containing a galvanic bath with electrodes installed in it, a current sensor, a multiplication unit, a current integrator and a comparison circuit, a coating thickness gauge, a bath power supply, according to the invention, is equipped with a storage unit, a control signal shaper, the second comparison circuit, a reference voltage source, a functional unit, the bath power source is adjustable, and the signal input of the storage device is connected to to the electrode installed in the near-cathode space of the bathtub, and the control input to the output of the driver of the control signal connected to the current sensor by its input, the output of the storage device is connected to the input of the functional unit and to one of the inputs of the second comparison circuit, the second input of which is connected to the reference voltage source, the output of the comparison circuit is connected to the control input of the regulated bath power source, and the output of the functional block is connected to the second input of the multiplication block.

Устройство имеет более высокую точность за счет стабилизации потенциала прикатодного пространства, а значит соотношения между основной и побочной реакциями, и за счет учета возможного смещения этого соотношения путем учета изменения потенциала прикатодного пространства, измеренного в момент отсутствия тока через ванну. The device has higher accuracy due to stabilization of the potential of the cathode space, and therefore the relationship between the main and secondary reactions, and by taking into account the possible bias of this ratio by taking into account the change in the potential of the cathode space, measured at the moment of absence of current through the bath.

На чертеже изображена функциональная схема устройства. The drawing shows a functional diagram of the device.

Устройство содержит гальваническую ванну 1 с установленными в ней электродами, причем анод подключен к выходу регулируемого источника питания ванны 2, а катод к входу датчика тока 3. Выход датчика тока 3 подключен к первому входу блока умножения 4, соединенного своим выходом со входом интегратора тока 5, выход которого подключен к первому входу первой схемы сравнения 6, второй вход которой соединен с выходом задатчика толщины покрытия 7. Выход датчика тока 4 подключен также к входу формирователя управляющего сигнала 8, выход которого соединен с управляющим входом запоминающего устройства 9, сигнальный вход которого соединен с электродом 10, установленном в прикатодном пространстве ванны, а выход подключен к первому входу второй схемы сравнения 11 и входу функционального блока 12, выход которого подключен ко второму входу блока умножения 4. Второй вход второй схемы сравнения 11 соединен с источником опорного напряжения U_о, а выход с управляющим входом регулируемого источника питания ванны 2.The device contains a galvanic bath 1 with electrodes installed in it, the anode connected to the output of the regulated power supply of the bath 2, and the cathode to the input of the current sensor 3. The output of the current sensor 3 is connected to the first input of the multiplication unit 4, connected by its output to the input of the current integrator 5 the output of which is connected to the first input of the first comparison circuit 6, the second input of which is connected to the output of the coating thickness adjuster 7. The output of the current sensor 4 is also connected to the input of the driver of the control signal 8, the output of which is connected the control input of the storage device 9, the signal input of which is connected to the electrode 10 installed in the near-cathode space of the bath, and the output is connected to the first input of the second comparison circuit 11 and the input of the functional block 12, the output of which is connected to the second input of the multiplication unit 4. The second input of the second circuit comparison 11 is connected to a reference voltage source U _about , and the output with a control input of an adjustable bath power supply 2.

Устройство работает следующим образом. Оператор устанавливает требуемый потенциал U_о прикатодного пространства в зависимости от вида процесса и металла катода. Величина этого потенциала выбирается в пределах 0,1-2 В, чтобы обеспечить максимальный коэффициент выхода по току металла покрытия и высокое качество покрытия. Управляемый источник тока 2 вырабатывает пульсирующее питающее ванну напряжение, которое приложено к аноду и катоду ванны. Напряжение может иметь любую форму, например, форму прямоугольных импульсов, с обязательным условием наличия некоторого интервала времени, когда ток ванны равен нулю. В момент отсутствия тока в ванне 1 датчик тока 3 включает формирователь управляющего сигнала 8, который включает запоминающее устройство 9, которое измеряет и запоминает уровень напряжения, поступающего на его вход с электрода 10, установленного в прикатодном пространстве ванны 1, т.е. величину напряжения поляризации катода. Запомненное напряжение, соответствующее текущему значению потенциала прикатодного пространства, сравнивается с заданным U_о с помощью схемы сравнения 11, которая в зависимости от величины и знака разбаланса управляет источником питания ванны 2, изменяя амплитуду (или длительность) питающего напряжения так, чтобы уменьшить величину сигнала разбаланса на выходе схемы сравнения 11 до пренебрежимо малого уровня. Одновременно сигнал с датчика тока 3, пропорциональный каждому мгновенному значению тока ванны, поступает на вход блока умножения 4. На второй вход блока умножения 4 поступает напряжение с выхода функционального блока 12, соответствующее запомненному устройством 9 текущему потенциалу прикатодного пространства. Интегратор тока 5 подсчитывает количество электричества, протекшего через ванну за время нанесения покрытия, которое ушло на осаждение на катоде основного металла покрытия. Изменение потенциала прикатодного пространства свидетельствует об изменении соотношения между основной и побочными реакциями на катоде, следовательно, меняется и соотношение между общим током и той его составляющей, которая идет на осаждение основного металла. Чтобы учесть это, сигнал с выхода датчика тока 3 умножается с помощью блока 4 на напряжение, зависящее от текущего значения потенциала прикатодного пространства. В результате, на выходе умножающего блока 4 образуется напряжение, пропорциональное полезной составляющей тока ванны. Это напряжение интегрируется интегратором тока 5, а затем сравнивается с помощью схемы сравнения 6 с заданным с помощью задатчика толщины 7 и при их равенстве появляется сигнал выключения питания ванны и окончания процесса.The device operates as follows. The operator sets the required potential U _{about the} cathode space, depending on the type of process and the cathode metal. The value of this potential is selected in the range of 0.1-2 V to provide the maximum current efficiency of the coating metal and high quality of the coating. The controlled current source 2 generates a pulsating power supply to the bath, which is applied to the anode and cathode of the bath. The voltage can be of any shape, for example, the shape of rectangular pulses, with the prerequisite for the presence of a certain time interval when the bath current is zero. In the absence of current in the bath 1, the current sensor 3 includes a driver of the control signal 8, which includes a storage device 9, which measures and remembers the level of voltage supplied to its input from the electrode 10 installed in the near-cathode space of the bath 1, i.e. the magnitude of the polarization voltage of the cathode. The stored voltage corresponding to the current value of the potential of the cathode space is compared with a given U _о using a comparison circuit 11, which, depending on the magnitude and sign of the imbalance, controls the power supply of the bath 2, changing the amplitude (or duration) of the supply voltage so as to reduce the magnitude of the imbalance signal the output of the comparison circuit 11 to a negligible level. At the same time, the signal from the current sensor 3, proportional to each instantaneous value of the bath current, is fed to the input of the multiplication unit 4. The second input of the multiplication unit 4 receives voltage from the output of the functional unit 12, which corresponds to the current potential of the cathode space stored by the device 9. The current integrator 5 calculates the amount of electricity flowing through the bath during the coating, which took place on the cathode deposited on the base metal of the coating. A change in the potential of the cathode space indicates a change in the ratio between the main and side reactions at the cathode, therefore, the ratio between the total current and that component that is used to deposit the base metal also changes. To take this into account, the signal from the output of the current sensor 3 is multiplied using block 4 by a voltage that depends on the current value of the potential of the cathode space. As a result, the output of the multiplying unit 4 generates a voltage proportional to the useful component of the bath current. This voltage is integrated by the current integrator 5, and then it is compared using the comparison circuit 6 to the one specified with the help of a thickness gauge 7 and, when they are equal, a signal appears that turns off the power of the bath and the end of the process.

Вид функциональной связи между сигналом поправки и потенциалом прикатодного пространства зависит от вида покрытия и определяется опытным путем обработкой статистических данных о величине фактической толщины покрытия и значениях потенциала прикатодного пространства при этом. The type of functional relationship between the correction signal and the potential of the cathode space depends on the type of coating and is determined empirically by processing statistical data on the value of the actual thickness of the coating and the values of the potential of the cathode space in this case.

Claims

DEVICE FOR PRODUCING GIVEN COATINGS OF A SET THICKNESS, containing a galvanic bath with electrodes installed in it, series-connected current sensor, multiplication unit, current integrator and comparison circuit, coating thickness gauge, bath power supply, characterized in that, in order to increase the accuracy of obtaining a given the thickness of the coating by stabilizing the potential of the cathode space and taking into account the influence of its magnitude on the deposition rate, it is equipped with a memory, block shaper control si nal, the second comparison circuit, the reference voltage source, the functional unit, the power supply of the bathtub is made adjustable, and the signal input of the storage device is connected to an electrode installed in the cathode space of the bathtub, and the control input is to the output of the driver of the control signal connected by its input to the current sensor, the output of the storage device is connected to the input of the functional unit and one of the inputs of the second comparison circuit, the second input of which is connected to the reference voltage source, you the course of the comparison circuit is connected to the control input of the regulated bath power source, and the output of the functional block is connected to the second input of the multiplication block.