Установка для нанесения гальванопокрытий Советский патент 1984 года по МПК C25D21/12 

Изобретение относится к гальвано текнике и может быть использовано в автоматизированных системах управле ниях технологическими процессами гальванопокрытий. Известна установка для нанесения гальванических покрытий, содержащая ванну с источником тока, датчик плотности тока, автоматическое программное устройство, запоминающее устройство и компаратор ij , В известном устройстве не предусмотрен контроль параметров электролита в электролизере, что снижае качество покрытия при изменении тем пературы электролита и концентрации основного компонента. Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является установка дпя нанесения гальванопокрытий, содержащая гальваническую ванну с регулируемым источником питания, блок задания параметров, блок цикло вой автоматики, состоящий из датчика загрузки, элемента задержки и таймера 2J . Однако в данной установке не обе печивается необходимое качество покрытия, так как не учитывается изме нение выхода по току при изменениях концентрации основного компонента электролита и температуры электролитаЦель изобретения - повышение качества покрытия. Поставленная цель достигаете/, тем, что устшювка для нанесения гальванопокрытий, содержащая гальваническую ванну с регулируемым источником питания, блок задания пара метров, блок цикловой автоматики, состоящий из датчика загрузки, элемента задержки и таймера, снабжена .двумя элементами умножения, блоком памяти, двумя а 1алого-цифровыми пре образователями, датчиком температуры и устройством определения концен рации, первый вход которого соединен с выходом регулируемого источни ка питания, второй вход - с первым выходом блока задания параметров, третий вход - с первым выходом блока цикловой автоматики, а выход подключен через первый аналого-цифровой преобразователь к первым вход блока памяти, вторые входы которого через второй аналого-гщфровой преобразователь цодключены к датчику температуры, а первый и второй выходы - к первым входам соответственно первого и второго элементов умножения, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и треть им выходами блока задания параметров, второй выход блока цикловой автоматики соединен с первым входом регулируемого источника питания, выход первого элемента умножения соединен с вторым входом регулируемого источника питания, а выход второго элемента умножения - с входом блока цикловой автоматики. Устройство определения концентрации снабжено двумя интеграторами, подключенными соответственно к первому и второму входам блока вычитания, третий вход которого подключен- к второму входу устройства определения концентрации, а выход к выходу устройства определения концентрации, первый и третий входы которого подключены к входам соответственно первого и второго интеграторов. I На фиг. 1 изображена блок-схема установки для нанесения гальванопокрытий; на фиг. 2 - блок задания параметров; на фиг. 3 - блок памяти; на фиг. 4 - временные диаграм№ 1 работы установки для нанесения гальванопокрытий; на фиг. 5 модель процесса цианистого меднения . Установка содержит гальваническую ванну 1 с регулируемым источником 2 питания, блок 3 задания параметров, блок 4 цикловой автоматики, блоки 5 и 6 умножения, блок 7 памяти, аналого-цифровые преобразователи 8 и 9, датчик 10 температуры и устройство 11 определения концентрации. Блок 4 цикловой автоматики содержит датчик 12 загрузки, элемент 13 задержки, таймер 14. Устройство 11 определения концентрации содержит интеграторы 15 и 16 и блок 17 вычитания. Блок 3 задания параметров содержит кольцевой сдвиговый регистр 18, резистор 19, переключатель 20 и задатчики 21-23 (фиг.2у Блок 7 памяти содержит дешифраторы 24 и 25, элементы И 26 и задатчики 27 и 28 (фиг.З). 3 Вход блока 3 задания параметров подключен к первому выходу блока 4 цикловой автоматики. Таймер 14 подключен первым входо через элемент 13 задержки к выходу датчика 12 загрузки и первому выходу блока 4 цикловой автоматики. Второй вход таймера 14 соединен с входом блока 4 цикловой автоматики, а выход - с вторым выходом блока 4 цик ловой автоматики, подключенного к первому входу регулируемого источника 2 питания. Первый вход устройства 1I определ ния концентрации соединен с выходом регулируемого источника 2 питания, второй вход - с первым выходом блока 3 задания параметров, третий вход - с первым выходом блока 4 цикловой автоматики, а выход подключен через аналого-цифровой преобразователь 8 к первым входам блока 7 памя ти, вторые входы которого через аналого-цифровой преобразователь 9 подключены к датчику 10 температуры а первый и второй выходы - к первым входам соответственно элементов 5 и 6 умножения, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока 3 задания параметров. Выход элемента. 5 умножения соеди нен с вторым входом регулируемого источника 2 питания, а выход элемента 6 умножения - с входом блока 4 цикловой автоматики. Интеграторы 15 и 16 подключены соответственно к первому и второму входам блока 17 вычитания, третий вход которого подключен к второму входу устройства 11 определения кон центрации, а выход - к выходу устро ства 11 определения концентрации, первый и третий входы которого подсоответственно инт ключены к входам раторов 15 и 16. Счетный вход кольцевого сдвигово го регистра 18 подключен к входу бл ка 3 задания параметров. Вход синхронизации установки кольцевого сдви гового регистра 18 подключен к шине + через резистор 19 и через переключатель 20 к шине Земпя, С -входы кольцевого сдвигового ре гистра 18, кроме последнего, подклю чены к шине Земля, а последний к шине А. 32 Выходы кольцевого сдвигового регистра 18 подключены к второму выходу блока 3 задания параметров через задатчики 2I и к третьему выходу блока 3 задания параметров через задатчики 22, задатчик 23 подключен к первому выходу блока 3 задания параметров (фиг.2). Элементы И 26 первыми входами подключены к первым входам блока 7 памяти через дешифратор 24, вторыми входами - к вторым входам блока 7 памяти через дешифратор 25, а выходами - к первому выходу блока 7 памяти через задатчики 27 и к второму выходу блока 7 памяти через задатчики 28 (фиг.З). Установка работает следующим образом. При .включении установки в блоке 3 задания параметров устанавливается начальное значение концентрации CQ основного компонента электролита с помощью задатчика 23, которое поступает на первый выход блока 3 задания параметров. С помощью переключателя 20 на вход синхронизации установки кольцевого сдвигового регистра 18 подается нулевой потенциал и кольцевой сдвиговый регистр 18 устанавливается в исходное состояние, т.е. все разряды, кроме последнего, устанавливаются в О, а последний - в Г. После загрузки очередной подвески на установку в блоке 3 задания параметров на соответствующем задатчике 22 задается уставка 5 площади деталей на подвеске и на-соответствующем задатчике 21 - уставка О толщины наносимого покрытия. При загрузке первой подвески в гальваническую ванну 1 транспортирующим устройством (не показано) срабатывает датчик 12 загрузки. Импульс с его выхода поступает на вход блока 3 задания параметров. При этом на первом выходе кольцевого сдвигового регистра 18 появляется высокий потенциал и на второй и третий выходы блока 3 задания параметров с соответствующих задатчиков 2I и 22 поступают потенциалы, пропорциональные уставкам толщины о, покрытия и площади 5 деталей для первой подвески. При загрузке в ванну слеующих подвесок высокий пcfгeнциaл появляется на соответствующих выкодах кольцевого сдвигового регистf a i8 и на втором и третьем выходах блока 3 задания параметров появляются уставки толщины Sn и площади 3, соответствующие обрабатываемой подвеске. Эти уставки поступают на первые входы элементов 5 и 6 умножения. Элемент 5 умножения вычисляет уставку тока П й подвески по формуле где j.. уставка плотности тока п-й подвески, поступаюо(ая на второй вход элемента 5 умно жения с первого выхода блока 7 памяти. Уставка тока у выхода элемен та 5 умножения поступает на второй вход регулируемого источника 2 пита ния . Уставка i времени покрытия вычисляется элементом 6 умножения по формулам (2) и (3), являющимся след ствием закона Фарадбя Ч Sn Ь„; где О - плотность наносимого метал К - электрохимический эквивалент;f)- выход по току. Коэффициент hf, поступает в эле мент 6 умножения из блока 7 памяти. С выхода элемента 6 умножения устав ка i - времени поступает на второй вход таймера JA. Через промежуток времени после загрузки подвески в ванну на первом входе таймера 14 появляется импульс с датчика 12 загрузки. Промежуток времени i Vonpeделяется элементом 13 задержки. Импульс с датчика 12 загрузки запускает таймер 14 и на его выходе появляется высокий потенциал, который вюшчает регулируемый источник 2 питания. По истечении времени покрытия, определяемого уставкой i, на выходе таймера 14 устанавливается низкий потёнцисш и регулируемый источник 2 питания отключается. При каждой загрузке подвески в ванну i сигнал с выхода датчики 12

загрузки поступает на третий вход устройства 11 определения концентрации, на первый и второй входы которого поступают соответственно ток Л и начальная концентрация С- основного компонента электролита.

Устройство }I определения концентрации вычисляет, текущую концентрацию электролита Су в блоке вычитания 17 по формуле Т ( 1 - bCg, ДС - изменение концентрации за счет электроосаждения , вычисляется интегратором 15 по формуле лс, к, Z Э . t , где К - коэффициент пропорциональности. Jf поступает на вход интегратора 15 с выхода регулируемого источника 2 питания. Изменение концентрации ДСо за счет, уноса и разбавления электролита вычисляется интегратором 16 по формуле ЛС К. п (6) где Кл - коэф(|ициент пропорциональности. Потенциалы, пропорциональные значениям текущей концентрации Су основного компонента электролита и его температуре, поступают соответственно на входы аналого-цифровых преобразователей 8 и 9, которые преобразуют их в соответствующие коды. Бпок 7 памяти имеет матричную структуру. Код с выходов аналого-цифрового преобразователя В, соответствующий текущей концентрации С-р основного компонента электролита, поступает на первые входы блока 7 памяти и далее на дешифратор 24 и на одном из его выходов появляется потенциал, который поступает разрешением на первые входы соответствующих элементов И 26. Одновременно код с выходов аналого-цифрового преобразователя 9, соответствующий текущей температуре, поступает на вторые входы блока 7 памяти и далее на дешифратор 25 и на одном из его выходов появляется потенциал, который поступает разреше7нием на вторые входы соответствующи элементов И 26. Таким образом, на оба входа одного из элементов И 26 поступают разрешающие потенциалы и на его выходе устанавливается высокий потенциал, который поступает на соответствующие задатчики 27 и 28. С задат чиков 27 и 28 на.первый и второй выходы блока 7 памяти поступает уставка j плотности тока и коэффициент h, соответствующие текущей температуре электролита и текущей концентрации С основного компонента электролита. Уставка j плотности тока и коэффициент h устанавливаются на задатчиках 27 и 28 в соот ветствии с моделью процесса электроосаждения, выражающей зависимость выхода по току (J от значений плотности тока j и концентрации основного компонента электролита, и формулой (З). Пример такой модели для процесса меднения приведена на фиг. 5, где кривые 1-3 соответствуют концентрации CuQJ 26,25 г/л и значениям температуры 54,4; 71,1 328 и 87,8 С соответственно, кривые 4-6 концентрации CuCN 41,25 г/л и значениям температуры 54,4; 71,1 и 87,8 С. При этом уставка плотное-. ти тока j выбирается таким образом, чтобы при заданных технологических ограничениях на плотность тока достигался максимум выхода по току, например при технологических ЯЯ ограничениях 2 - i 5л для Дм - ДМ процесса меднения будет выбрана -1 а уставка . Для других процессов Дм осаждения необходимо ппльзоваться соответствующими моделями. Таким образом, в устанрвке рассчитываются и поддерживаются плотность, тока и время осаждения, соответствуюие реальным значениям температуры и концентрации электролита, чем достигается высокое качество покрытия. аксимальное отклонение толщины гальанопокрытия при меднении контрольых плат составляет 10% от уставки, ри этом выход по току 98%.

+ f

K

1. УСТАЛОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ, содержащая гальваническую ванну с pei-улируемым источником питания, блок задания параметров, блок цикловой автоматикн, состоящий из датчика загрузки, элемента задержки и таймера, отличающая с я тем, что, с целью повышения качества покрытия, она снабжена двумя элементами умножения, блоком памяти, двумя аналого-гдафровыми преобразователями, датчиком температуры и устройством определения концентрации, первый вход которого соединен с выходом регулируемого источника питания, второй вход - с первым выходом блока задания параметров, третий вход - с первым выходом блока цикловой автоматики, а выход подключен через первый аналого-цифровой преобразователь к первым входам блока памяти, вторые входы которого через второй аналого-цифровой преобразователь подк-пючены к датчику температуры, а первый и второй выходы - к первым входам соответственно первого и второго элементов умножения, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока задания параметров, второй выход блока цикловоГ) автоматики соединен с первым входом регулируемого источника питания, выход первого элемента умножения соединен с вторым входом регулируемого источника питания, а выход второго элемента умножения - с входом блока цикловой автоматики, 2, Установка по п, 1, о т л и чающая ся тем, что устройство определения концентрации снабжено двумя интеграторами, подключенными соответственно к первому и второму входам блока вычитания, третий вход которого подключен к второму входу устройства определения концентрации, а выход - к выходу устройства опреде ления концентрации, первый и третий входы которого подключены к входам соответственно первого и Dioporo интеграторов.

22

п«

/7&

f/

g, 1 гНР

/ff

-e

21

2

Фиг.2

fHoi fam uiftt ff

зав/зуз

ftao/ meiMtpa M

Stfxo Z JEfpAtf J yagoHult ycmaewf

3 S/roffaS

sadatfuM дстовбн

ВыжоЗ } &/юкаЗ joioMujt ydftaSoir

ВыяоЗ petyjHtpy

мою UCfrrOVMUffOZ

питания Внхед

интпра/по /5

выяоЗ

mtmttpamopa ю

вих {лона 17

itfiumoMu

Фи.4