Система автоматического контроля толщины гальванических покрытий Советский патент 1989 года по МПК C25D21/12 

ел

tsD «

оо to

;о

I,

Изобретение относится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано в промышленных автоматизированных при помощи ЭВМ гальвани ческих линиях для измерения и контроля средней толщины покрытия металла в процессе его нанесения.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы автоматического контроля толщины покрытий; на фиг. 2 представлена структурная схема одного из электродов универсального датчика контро ля толщины, вид сверху (а) и разрез (б) .

Система автоматического контроля толщины гальванических покрытий содержит (фиг. 1) гальваническую ван- ну 1 и расположенные в ней катод К и анод А, универсальный датчик 2 толщины покрытия, стационарно установленный в ванне, причем датчик состоит из трех электродов: из- мерительного 3, вспомогательного 4 и электрода 5 сравнения.

Электрод датчика контроля толщины (все три электрода - одинаковые) выполнен в виде базовой пластины 6 из поликристаллического карбида кремния (Sic) п-типа электропроводимости с размерами 60 ч 10 2 мм, удельное сопротивление баз выбрано в пределах 0,1-5,0 Ом.см, объединенной но сителями (при запорном напряжении включения) высокоомной (барьерная р-п) области 7, толщиной 1 мкм, причем толщина и, следовательно, сопротивление слоя управляются ве- личиной модулирующего напряжения, диффузионного слоя 8 (2-3 мкм толщины) р-типа электропроводимости с удельным сопротивлением 1 кОм или более, токоведущей тонкой платиновой дорожки 9 толщиной 0,2-2 мкм, ширино 0,5-3 мм и длиной 30-60 мм, созданно ионоплазменным напылением на внешней большой грани р-типа электропроводимости области с последующим вжига- нием, концы этих дорожек закруглены по радиусу, равному половине ширины дорожек, токоотводов 10 и 11 от концов токоведущей п.патиновой дорожки 9 омического токоотвода 12 от базовой пластины 6. Электроды омических контактов к базовым пластинам созданы путем вплавления навесок эвтектики 98% золота (Аи) + 2% тантала (Та) с

.-

- г

Q

15

20 25

20Q , 55

последующим креплением к ним путем термокомпрессии токоотводящего провода с фторопластовой изоляцией. Такой же токоотвод к концам платиновых дорожек крепится с применением кон- тактола на основе мелкодисперсного порошка серебра. Контактные площадки токоотводов и базовая пластина, кроме токоведущих дорожек, покрыты шпатле- вочной композицией следующего состава (универсального для ванн с рН 1-8), мае.4.:

Кремнийорганический лак КО-921 70 Эпоксидная смола ЭД-2030 Молочная кислота 3,6 Аэросил10 Система также содержит коммутатор 13 датчика толщины, первый и второй (симметричные) входы которого под ключены к платиновым токоведущим до-. рожкам измерительного 3 и вспомогательного А электродов датчика толщины, третий вход - к катоду К, а четвертый - к аноду А, причем база измерительного электрода 3 подключена к пятому входу, а база вспомогательного электрода 4 - к шестому входу ком1 1утатора 13 датчика толщины, блок 14 измерения толщины, первый вход которого подключен к выходу ком утатора 13 датчика толщины, а второй вход - к платиновой токоведущей дорожке электрода 5 сравнения датчика толщины, коммутатор 15 сигналов, первый вход которого подключен к выходу блока 14 измерения толщины, управляюЕцую ЭВМ (например, ЭЛЕКТРОНИКА 60) 16, первый вход которой подключен к выходу коммутатора 15 сигналов, первый выход - к управляющему входу коммутатора 13 датчика толщины, второй вькод - к управляющему входу (запуска АЦП) блока 14 измерения толщины,третий выход -к управляющему входу коммутатора 15 сигналов, регулятор 17 плотности тока,вход которого подключен к четвертому (двоичному, параллельному, через интерфейс) выходу ЭВМ, вьтрямительный агрегат 18, выходные шины которого подключены к аноду А и катоду К, а . вход - к выходу регулятора 17 плотности тока, датчик 19 средней плot- ности тока (например, кольцевой), размещенный в ванне между анодом А и катодом К и подключенньо к второму

5152

входу KOMhfyraTopa сигналов через АЦП (не показано), таймер 20, выход которого подключен к входу запуска ЭВМ, модулятор 21 барьерного сопро- тивления, симметричный выход которого подключен к входу коммутатора 13 датчика толщины и через коммутатор 13 датчика толщины к базовой пластине вспомогательного электрода 4, а управляющий вход - к пятому выходу ЭВМ, база электрода-5 сравнения подключена к выходу модулятора 21.

Модулятор вьщает импульсы напряжения И +(2,8f3) В, длительностью Т , 0,5-1 мин в режиме покрывания металла и U п -(7,5f6) В длительностью Т„ 10-50 МКС в режиме измерения сопротивления покрытого металла.

Система работает следующим образом.

В начале загрузки ванны деталями по команде ЭВМ измерительный электрод 3 датчика толщины через коммутатор 13 датчика толщины подключается к первому входу блока 14 измерения толщинЬ1, а токоведущая дорожка подключается к катоду К (на ней наращивается металл, и общее сопротивление электрода, пропорциональное средней толщине покрытия, уменьшается). Во время покрытия модулятор 21 барьерного сопротивления через коммутатор датчика толщины импульсом длительностью Tj 0,5-1 мин и амплитудой U , +(2,8-:-3) В открывает р-п-переход, платиновая токоведущая дорожка при этом игунтируется иизкоомной базовой пластиной, а ее сопротивление становится высокоэквипотенциальным порядка единиц Ом. Величина +(2,8т 3) В соответствует величине потенциального барьера в о(-модификации Sic 6Н политипа при комнатной температуре, используемого для электродов датчика контроля толщины.

При подаче указанного напряжения на р-п-переход в пропускном направлении (+ на платиновой дорожке) объемное сопротивление (0,1-5 Ом-см) карбида кремния базовой области шунтирует относительно высокоомную ( V 1 кОм) платиновую токоведущую дорожку. В этом цикле покрьшания метал наращивается равномерно на всей дорожке ввиду высокой эквипотенциаль- ности ( / 1 Ом) дорожки. В режиме измерения меняется полярность модули0

5 0

5

рующего напряжения 11 . При этом оть

кпючается шунт (объемное сопротивление базы электрода) и дорожка становится относительно высокоомной (, кОм) . Потом по команде из ЭВМ снимается сигнал от датчика 19 плотности тока, который через коммутатор 15 сигналов поступает в ЭВМ и рассчитывает среднюю плотность тока по заранее введенным графикам зависимости плотности тока от напряжения на датчике. Измеренная плотность тока сравнивается с требуемой на ЭВМ, и при несовпадении сравниваем1.тх величин производится регулирование. Вспомогательный электрод 4 датчика 2 толщины через коммутатор 13 датчика подключается для стравливания металла к аноду А. На первый вход блока 14 измерения толщины поступают импульсные сигналы от нагрузочного резистора (не показано) измерительного электрода 3, а на другой вход - от электрода 5 сравнения. Работа электродов чередуется через каждый цикл загрузки ванны деталями. Окончание цикла нанесения покрытий определяется ЭВМ по заданной прог0 рамме.

Применение в системе универсального датчика с управляемым по величине сопротивлением платиновой токове- дущей дорожки посредством модуляции величиной потенциального барьера плоского р-п-перехода, расположенного меткду базовой пластиной из поликристаллического карбида кремния п-типа, и токоведущей дорожки, расположенной на диффузионном р-слое, имеет следующие преимущества по сравнению с известным. Универсальный датчик для равномерного покрытия металлом дорожки исключает потребность многих промежуточных ответвлений от электрода для подключения к катоду во время наращивания металла. Токоведущая дорожка с помощью автоматической модуляции величины сопротивп ления р-п-перехода становится в электролите высокоэквипотенциальной, и металл нарап вается равномерно по длине и толщине на всем электроде, что значительно увеличивает точность, Измерение толп&1ны станопигся точ)1ее в несколько раз, так как измеряется сопротивлeiBie лорожкм во чремя отключения шунта, когда он становится вы- сокоомным. Расшкряр-ся диапазс: и:з5

0

5

5

715

меряемых толщин, так как модулировать сопротивление токоведущей дорожки можно практически безынерционно, лишь изменяя запорное напряжение в пределах U -(7,) В, а при открывании изменяя U +(2,8-v 3) В.

Предлагаемое выполнение датчика толщины и введение модулятора барьерного сопротивления в устройство также повьпиают степень автоматизации измерения и контроля средней толщины в гальванических линиях. Кроме того, система повышает количество выхода продукции, позволяет уменьшить брак, экономить металл для покрытия, повысить производительность труда и культуру производства.

Формула изобретения

Система автоматического контроля толщины гальванических покрытий, содержащая датчик толщины в виде однотипных электродов: измерительного, вспомогательного и сравнения с платиновыми токоведущими дорожками, коммутатор датчика толщины, блок измерения толщины, управляющую ЭВМ, коммутатор сигналов, выпрямительный агре-т гат, регулятор плотности тока, таймер и датчик средней плотности тока, причем первый и второй входы коммутатора датчика толщины подключены к платиновым токоведущим дорожкам измерительного и вспомогательного электродов датчика толщины, третий вход - к катоду, а четвертый - к аноду, первый вход блока измерителя толш;ины подключен к выходу коммутатора датчика, а второй вход - к платиновой токоведущей дорожке электрода сравнения датчика толщины, первый вход коммутатора сигналов подключен

98

к выходу блока измерения толщины, - первый вход управляющей ЭВМ.подключен к выходу коммутатора сигналов, а первый выход - к управляющему входу коммутатора датчика толщины, второй выход - к управляющему входу блока измерения тапщины, третий выход - к управляющему входу коммутатора сигналов, вход регулятора плотности тока подключен к четвертому выходу ЭВМ, выходы вьшрямителыюго агрегата подключены к аноду и к катоду, а вход - к выходу регулятора плотности тока,

датчик средней плотности тока размещен в ванне между анодом и катодом и подключен к второму входу коммутатора сигналов, а выход таймера подключен к входу запуска ЭВМ, отличающ а я с я тем, что, с целью повышени точности контроля, она снабжена модулятором барьерного сопротивления, а электроды датчика толщины выполнены в виде базовой пластины из полупроводникового поликристаллического карбида кремния п-типа проводимости с контактной площадкой для омического токоввода и диффузионным слоем р-типа проводимости, на котором расположена

платиновая дорожка с омическими то. ковводами на концах, причем выход модулятора бар,ерного сопротивления через коммутатор датчика толщины соединен с бaзoJЮй пластиной вспомогательного электрода, а управляющий вход подключен к пятому выходу ЭВМ, базовая пластина измерительного электрода подключена к пятому входу коммутатора датчика, а базовая пластина

электрода сравнения подключена к вы ходу модулятора, причем базовые пластины с контактными площадками покрыты хемостойкой шпатлевочной композицией.

Изобретение относится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано в промышленных автоматизированных гальванических линиях. Цель изобретения - повышение точности контроля средней толщины гальванических покрытий. Система содержит гальваническую ванну 1 с анодом А и катодом К, датчик 2 толщины покрытия, который состоит из трех электродов: измерительного 3, вспомогательного 4 и электрода 5 сравнения, коммутатор 13 датчика толщины, блок 14 измерения толщины, коммутатор 15 сигналов, управляющую ЭВМ 16, регулятор 17 плотности тока, выпрямительный агрегат 18, датчик 19 средней плотности тока, таймер 20 и модулятор 21, барьерного сопротивления, симметричный выход которого подключен к входу коммутатора 13 датчика толщины и к базовой пластине электрода 5 сравнения, через коммутатор 13 датчика толщины выход модулятора подключен к базовой пластине вспомогательного электрода 4, а управляющий вход - к выходу ЭВМ. Повышение точности контроля толщины покрытия достигается введением в данную систему модулятора барьерного сопротивления и конструктивным выполнением датчика толщины покрытия. 2 ил.