Устройство для питания гальванических ванн импульсным током Советский патент 1990 года по МПК C25D21/12 

Изобретение относится к оборудованию дпя гальванотехники, в -частности для осаждения металла в нестационар- ньЬс режимах по току и электролиту для получения монослоя осадка за период одного импульса, а также может быть использовано в импульсной технике и электронике.

Цель изобретения - получение различных структурных характеристик пок- бытия путем применения, многоступенчатого импульса с регулируемыми независимыми параметрами.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на 4иг. 2 - временные дигграммы, поясняюР ге его работу

Устройство содержит источник 1 пороговых уровней, счетчик 2 импульсов входную шину Вх. шина, одновибра- торы 3- 5 {которые могут быть выполнены, например, на микросхемах КР 155 АГ 1), времязадающие цепочки к ь усилители 6-8 амплитуд, ограничительные цепочки, состоящие из диодов D, и делителя с переменным коэффициентом деления - потенциометром R „ суммируюР ую резистивн то матрицу R, RV Н, R,r, «6. выходную шину Вых.

шна и транзистор Т, образующий вместе со счетчиком 2 импульсов функциональный ключ, к базовой цепи транзистора Т подключены резисторы , Rg,

а также ис- и резистор

диод ; D, конденсатор С

точники питания Uj.UiZjU

Ra.

Источник 1 пороговых уровнеи сре- динен с входной шиной ВX. шина, ко- торая соединена со счетчиком 2 импуль- сов, коллекторной цепью транзистора, Т и входом первого одновибратора 3, инверсный выход Q которого.соединен с , входом первого усилителя 6 амплитуд и « входом.второго одновибратора 4, ин- -версный выход Q которого, в свою очередь, соединен с входом второго усилителя 7 амплитуд и входом третьего одновибратора 5, инверсный выход Q ко- 50 торого соединен с усилителем 8 амплитуд, при этом к каждому одновибратору подключены внешние времязадающие цепочки , а выходы усилителей 6 - 8 амплитуд подключены с одной стороны к ГС ограничительным цепочкам DIRI, дели- тели которых подключены к разнополярным источникам питания +U и -Uj,, ас другой стороны к резисторам R. .-V R резистивнои матрицы соответственно,

5 , :i615238. 6

йоторые другими своими концами подкпю- матрицу

чены к выходной шине Вых. шина, к зультируняций трехступенчатый импульс которой также подключены резисторы (фиг. 2д), реостат R. служит для Kg, где образуется ре-К, и К-б которые вторыми выводами заземлены. Выход счетчика 2 импульсов соединен с резистором Ну базовой цепи транзистора Т, эмиттер которого заземлен, а к базовой цепи подключены тактановления начального (нулевого) уровня суммирования относительно вы- хода.

В момент прохождения переднего фронта N-ro импульса от источника поже конденсатор Gj, резистор Kg и диод д роговых уровней срабатывает схема

сравнения (например, U) в счетчике импульсов и выходной триггер счетчика импульсов устанавливается в полораторы питаются от источника питания жение 1, при этом транзистор Т пол- +и, а амплитудные усилители от источ- з ностью открьшается и шунтирует вход

таким образом, что выходной сигнал от источника пороговых уровней становится пренебрежимо малым и не может вызвать срабатывания одновибратора 3,

Da, вторые выводы которых заземлены Питается транзистор Т от источника питания -Ug через резистор RO, Одновибника питания +U)

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от требований,предъявляемых к осадку: величина зерна, шеро-20 Поскольку последний запускается от ховатость поверхности, интегральные переднего фронта порогового сигнала характеристики покрываемой детали, устанавливают значение амплитуд с помощью резисторов R и длительностей составляющих импульса с помощью вре- 25 мирован полностью, а поскольку дпиR C

и дальнейшее срабатывание одновибрато- ров 4 и 5 не зависит от сигналов на входе схемы, N-й импульс будет сфор35

40

мязадающих цепочек К и и задают коэффициент пересчета N счетчика 2 количества импульсов. При этом выходной триггер счетчика 2 переходит в нулевое состояние, а транзистор Т закрывается, зо При включении источника 1 пороговых уровней (которым может быть любой источник периодических сигналов, например синусоидальных) на вход одновибратора 3 поступает напряжение, превышающее порог срабатывашя одновибратора (фиг. 2 а) и запускает его, Одновибратор формирует импульс иф| с хорошей стабильностью длительности (рис. 26), величина которой определяется сочетанием величин сопротивления и емкости (R и С ) внешней времязада- ющей цепочки и большой крутизной переднего фронта, Сформированный одно- вибратором отрицательный икшульс явл я-д5 ется частью составного импульса и обеспечивает своим положительным перепадом запуск следующего одновибратора. С инверсных выходов одновибраторов 3-5 импульсы поступают на усилители 50 6 - 8 с регулируемой амплитудой выходного сигнала путем ограничения напряжения на коллекторе с помощью диода D/ и делителя К с переменным коэф- фихщентом деления. С, выхода этих трех 55 усилителей 6 - И частичные импульсы, имеющие в общем случае различную амплитуду и длительность (фиг. 2в, г) поступают на резистивную - суммирую1цую

тельность составного импульса во много раз больше длительности переходных процессов в счетчике импульсов и транзисторе, устройство гарантировано выключается во время паузы после прохождения N-ro импульса.

Количество импульсов подсчитывается по формуле:

N

J.-, J J

где N k

Q.

J количество составных импульсов;

ток составной части импульса; длительность составной части импульса;

количество частей составного импульса;

для данного устройства; количество электричества, необходимое для переноса данной массы металла через гальваническую ванну.

Таким образом, необходимая точность наращивания металла определяется количеством импульсов, а время осаждения t0 Легко определяется из соотношения:

ОС

,

где Т - период составного импульса.

яций трехступенчатый импульс , реостат R. служит для Kg, где образуется ре-зультируняций трехступенчатый импульс (фиг. 2д), реостат R. служит для установления начального (нулевого) уровня суммирования относительно вы- хода.

В момент прохождения переднего фронта N-ro импульса от источника поПоскольку последний запускается от переднего фронта порогового сигнала мирован полностью, а поскольку дпии дальнейшее срабатывание одновибрато- ров 4 и 5 не зависит от сигналов на входе схемы, N-й импульс будет сфортельность составного импульса во много раз больше длительности переходных процессов в счетчике импульсов и транзисторе, устройство гарантировано выключается во время паузы после прохождения N-ro импульса.

Количество импульсов подсчитывается по формуле:

N

J.-, J J

где N k

Q.

J количество составных импульсов;

ток составной части импульса; длительность составной части импульса;

количество частей составного импульса;

для данного устройства; количество электричества, необходимое для переноса данной массы металла через гальваническую ванну.

Таким образом, необходимая точность наращивания металла определяется количеством импульсов, а время осаждения t0 Легко определяется из соотношения:

ОС

,

где Т - период составного импульса.

Использование в качестве формироателей отдельных частей импульсов редлагаемой схемы позволяет ф.орми- овйть трехступенчатый (или многотупенчатый - в зависимости от колиества одновибраторов) .импульс с крутыми фронтами и независимо регулируеой в широких пределах амплитудой и длительностью каждой части. Это дает возможность выращивать многослойное покрытие за период одного импульса С различной величиной зерна,что, в свою очередь, позволяет получать различные по толщине слои покрытия, отличаюпщеся между собой по структуре, текстуре и физико-механическим свойствам. При этом Каждая компонента трехступенчатого импульса несет свои строго определенные физикой воздействия на процесс функции. Для каждого размера зерна в зависимости от атомного веса металла и типа электролита -определяется оптимальное соотношение всех параметров составного импульса. Предлагаемое устройство позволяет получать импульсы с крутизной переднего фронта импульса не хуже 50 НС, что дает возможность при достаточной амплитуде получить ударное внедрение на поверхности катода центров зародышеобразования дпя широкого спектра энергетических поверхностей катода и ионов, туннелируемых через ДЭС (д)зойной электрический слой). Непосредственное (без перерыва) следование следующей компоненты импульса дает возможность предотвратить пассивацию поверхности, а соответствующая длительность этой компоненты дает возможность обеспечить рост зародышей до необходимого размера зерна (исходя из расчета 77-97% покрытия площади поверхности катода монослоем). Зада- третьей компоненты является дора- ботка поверхности до заданного состояния чисто ты поверхности, необходимой с точки зрения получения либо максимальной адгезии, либо максимальной проводимости, либо минимальной шероховатости.

В результате экспериментальной отработки схемы получены следующие параметры сокрытия для различных сочетаний параметров компонент (ступенек) импульсов для меди: .средний размер зерна 0,5 - 39 мкм; адгезия 4400 - 970 МПа; пластичность (измеряют мето10

дом перегиба на 180 полоски осадка

.

шириной , толщиной 60 мкм)

2-8.

Воспроизводимость результатов обес-- печивается пропусканием через раствор определенного, счетного количества импульсов. Выключение установки во вре- врзмя прохождения импульса может деформировать его и привести к измене- 0 нию поверхностных свойств осадка и ухудшению воспроизводимости осадка. В предлагаемом устройствеэто исключается путем введения ключа, которым обеспечивается выключение установки 5 во время паузы между импульсами после . прохождения заданного количества им- . пульсов, определяемого счетчиком им- пульсов. Увеличение скорости осаждения (производительность техпроцесса) 0 обеспечивается за счет увеличения средней величины тока за период, что возможно в условиях нестационарного ре- 1 жкма как по току, так и электролиту - работе в трубулентном потоке электро- 25 лита. . .

Формула изобретени

Устройство для питания гальваничес- 0 ких ванн импульсным током, содержащее источник питания, входную и выходную пшны, два последовательно соединенных одновибратора и времязадающие цепи, состоящие из резистора и конденсатора, каждая из которых подключена . к соответствующему одновибратору, о т- личающееся тем, что, с целью получения различных структурных характеристик покрьп-ия путем примене- 40 ния многоступенчатого импульса с регулируемыми независимыми параметрами, оно снабжено дополнительным одновиб- ратором, включенным последовательно с основными усилителями амплитуды по 45 количеству одновибраторов, каждьй из . которых включен последовательно соответствующему одновибратору, ограничительными цепочками в виде диода и делителя с переменным коэффициентом де- 50 ления, резистивной суммирующей матрицей, состоящей из пяти резисторов, один из которых переменный, счетчиком импульсов, источником пороговых уровней, транзистором с езазовой цепочкой в виде делителя, состоящего из двух резисторов, диода и конденсатора, и резистором, при этом источник питания вьшолнен в виде трех блоков, входная шина соединена с вторым блоком источ- .

ника питания через резистор, резисторы времязадающих цепей под1шючены к первому блоку источника питания, а инверсный выход каждого предвдущего j одновибратора соединен с входом последующего одновибратора и входом предыдущего усилителя амплитуды, выходы которых соединены с одной стороны с положительным выводом диода, ограни- ю чительной цепочки,отрицательный вьшод которого соединен со средней точкой соответствующего делителя с переменным коэффициентом деления, а концы делителя подключены к разнополярным клеммаь t5 первого и второго блока источника питания, а с другой стороны усилители .амплитуды подключены к выходной шине через три резистора резистивнгй суммиругацей матрицы, а через два резистора один из которых является переменным, выходная шина соединена с землей, при этом к входу первого одновибратора подключены выход источника пороговых уровней, вход ;счетчика импульсов и коллектор транзистора, эмиттер которого заземлен, а база подключена к средней-точке делителя, образованного двумя резисторами, одия из которых своим вторым концом подсоединен к выходу счетчика импульсов,а второй резистор своим вторым выводом заземлен и параллельно ему подключены емкость |И диод, подсоединенный отрицательньй выводом к базе, а третий блок источника питания подключен к усилителям амплитуды.

Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к устройствам для осаждения металла в нестационарных режимах по току и электролиту для получения монослоя осадка за период одного импульса, а также может быть использовано в импульсной технике и электронике. Целью изобретения является получение различных структурных характеристик покрытия путем применения многоступенчатого импульса с регулируемыми независимыми параметрами. Устройство содержит входную шину, к которой подключены источник пороговых уровней 1, счетчик импульсов 2, коллекторная цепь транзистора Т и вход первого одновибратора 3, инверсный выход которого соединен с входом первого амплитудного усилителя 6 и входом второго одновибратора 4. Инверсный выход Q одновибратора 4 в свою очередь соединен с входом второго амплитудного усилителя 7 и входом третьего одновибратора 5, инверсный выход Q которого связан с амплитудным усилителем 8. При этом к каждому одновибратору подключены внешние времязадающие цепочки R^XC^X, а выходы амплитудных усилителей 6-8 подсоединены с одной стороны к ограничительным цепочкам D₁R₁, делители которых подключены к разнополярным источникам питания +U₁ и U₂, а с другой стороны к резисторам R₂, R₄ и R₆ резистивной матрицы соответственно, которые другими своими концами подключены к выходной шине, к которой также подключены резисторы R₃ и R₅, заземленные вторыми выводами. Выход счетчика импульсов 2 соединен с резистором R₇ базовой цепи транзистора Т, эмиттер которого заземлен, а к базовой цепи подключены также конденсатор C₁, резистор R₈ и диод D₈, вторые выводы которых заземлены. Питается транзистор Т от источника питания - U₂ через резистор R₉. Одновибраторы питаются от источника питания +U₁, а амплитудные усилители - от источника питания +U₃. Повышение качества покрытия достигается введением в предлагаемое устройство одновибратора, усилителей амплитуды, ограничительных цепочек, резистивной суммирующей матрицы, счетчика импульсов, источника пороговых уровней, транзистора с базовой цепочкой, трех источников питания и резистора. 2 ил.