Система автоматического контроля толщины гальванических покрытий

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1527329 (5g 4 С 25 D 21/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4251585/23-02 (22) 27.05.87 (46) 07.12.89. Бюл. и 45 (2) Ч.В. Мачюлайтис, А.Н. Мачюлис, В.-P.Ï. Пяланис, Ю.М. Таиров и В.Ф. Цветков (53) 621.357.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1260419, кл. С 25 D 21/12, 1985.

Авторское свидетельство СССР

1435670, кл. С 25 D 21/12, 1987. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОля толщины ГАльвАничкских пОкРытий (57) 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 пок2 рытия, который состоит из трех электродов: измерительного 3, вспомогатель. ного 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

6apьерного 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 3ВМ. Повышение точности контроля толщины покрытия достигается введением в данную систему модулятора барьерного сопротивления и конструктивным выполнением датчика толщины покрытия., 2 ил.

1527329

50

Изобретение относится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано в промышленных автоматизированных при помощи ЭВМ гальвани5 ческих линиях для измерения и контроля средней толщины покрытия ме— талла в процессе его нанесения.

Цель изобретения — повышение точности контроля. 10

На фиг. 1 представлена блок-схема системы автоматического контроля толщины покрытий; на фиг. 2 представле— ца структурная схема одного из электродов универсального датчика контро- 15 ля толщины, вид сверху (а) и разрез (б), Система автоматического контроля толщины гальванических покрытий содержит (фиг. 1) гальваническую ванну 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- 25 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 кр емния (S i C) n — типа электр опр оводимости с размерами 60»10»2 мм, удельное сопротивление баз выбрано в пределах 0,1-5,0 Ом. см, объединенной носителями (при запорном напряжении включения ) высокоомной (барьерная р-n) области 7, толщиной 1 мкм, причем толщина и, следовательно, сопротивление слоя управляются ве- 40 личиной модулирующего напряжения, диффузионного слоя 8 (2-3 мкм толщины) р-типа электропроводимости с удельным сопротивлением 1 кОм или более, токоведущей тонкой платиновой 45 дорожки 9 толщиной 0,2-2 мкм, шириной

0,5-3 мм и длиной 30-60 мм, созданной ионоплазменным напылением на внешней большой грани р-типа электропроводимости области с последующим вжиганием, концы этих дорожек закруглены по радиусу, равному половине ширины дорожек, токоотводов 10 и 11 от концов токоведущей платиновой дорожки 9, омического токоотвода 12 от базовой пластины 6. Электроды омических кон55 такт ов к баз овым пластинам со зданы путем вплавления навесок эвтектики

98Х золота (Au) + 27. тантала (Та) с 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 шпатлевочной композицией следующего состава (универсального для ванн с рН 1-8), мас.ч.:

Кремнийорганический лак КО-921 70

Эпоксидная смола ЭД-20 30

Молочная кислота 3,6

Аэросил 10

Система также содержит коммутатор

13 датчика толщины, первый и второй (симметричные) входы которого подключены к платиновым токоведущим до-. рожкам измерительного 3 и вспомогательного 4 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 коммутатора 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, управляющую ЭВМ (например, ЭЛЕКТРОНИКА 60) 16, первый вход которой подключен к выходу коммутатора

15 сигналов, первый выход — к управ.ляющему входу коммутатора 13 датчика толщины, второй выход — 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, параллел ному, через интерфейс) выходу ЭВМ, выпрямительный агрегат 18, выходные шины которого подключены к аноду А и катоду К, а вход — к выходу регулятора 17 плотности тока, датчик 19 средней плотности тока (например, кольцевой), размещенный в ванне между анодом А и катодом К и подключенный к гторому

1527329

40 входу коммутатора сигналов через

АЦП (не показано), таймер 20, выход которого подключен к входу запуска

ЭВМ, модулятор 21 барьерного сопротивления, симметричный выход которого

5 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 выдает импульсы напряжения Uz = +(2,8 3) В, длительностью

Т = 0,5-1 мин в режиме покрывания д металла и U = — (7,5;-6) В длительностью Т = 10-50 мкс в режиме измерения сопротивления покрытого ме-. талла. 20

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 толщины, 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

Т,» = 0,5-1 мин и амплитудой Б

+(2,8-:3) В открывает р-п-переход, платиновая токоведущая дорожка при этом шунтируется низкоомной базовой пластиной, а ее сопротивление становится высокоэквипотенциальным— порядка единиц Ом. Величина +(2,8-, 3) В соответствует величине потенциального барьера в a(-модификации

SiC 6Н полнтипа при комнатной температуре, используемого для электродов датчика контроля толщины.

При подаче указанного напряжения на р-и-переход в пропускном направ("+" Ha платиновой дорожке) объемное сопротивление (0,1-5 Ом-см) карбида кремния базовой области шунтирует относительно высокоомную (1 кОм) платиновую токоведущую дорожку. В этом цикле покрывания металл

55 наращивается равномерно на всей дорожке ввиду высокой эквипотенциальности (1 Ом) дорожки. В режиме измерения меняется полярность. модулирующего напряже ия U„ Пр этом Отключается шунт (объемное сопротивление базы электрода) и дорожка становится относительнс высокоомной (1 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 сравниваем».»х 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 программе.

Применение в системе универсального датчика с управляемым по величине сопротивлением платиновой токоведущей дорожки посредством модуляции величиной потенциального барьера плоского р-п-перехода, расположенного между базовой пластиной из поликристаллического карбида кремния II-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 сопротивления р-n — перехода становится в электролите высокоэквипотенц»»алькой, и металл наращивается равномерно по длине и толщине на всем электроде, что з»ачитсльно увеличивает точность °

И мерениг толщины сталови".ся т ч»»ее в несколько раз, так как измеряется со»»рс тивле»ше, оро.« н 1»о время с тключения шунта, когда он становится высокоомным. Расш»»р»е-ся диапазо;» из152 7329 меря емых толщин, так как модулировать сопротивление токоведущей дорожки можно практически безынерционно, лишь изменяя запорное напряжение в пределах V „= (7,56) В, а при открывании изменяя U = +(2,8+

3) В.

Предлагаемое выполнение датчика толщины и введение модулятора барьерного сопротивления в устройство также повышают 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 ЭВИ, коммутатор сигналов, выпрямительный агре+ 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 толщины подключен к выходу коммутатора датчика, а второй вход — к платиновой токоведущей дорожке электрода сравнения датчика толщины, первый вход коммутатора сигналов подключен

1О

40 к выходу блока измерения толщины, первый вход управляющей ЭВИ.подключен к выходу коммутатора сигналов, а первый выход — к управляющему входу коммутатора датчика толщины, второй

1 выход — к управляющему входу блока измерения толщины, третий выход — к управляющему входу коммутатора сигналов, вход регулятора плотности тока подключен к четвертому выходу ЭВМ, выходы выпрямительного 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 3ВМ, о т л и ч а ю— щ 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 и-типа проводимости с контактной площадкой для омического токоввода и диффузионным слоем р-типа проводимости, на котором расположена платиновая дорожка с омическими то-. ковводами на конц:.х, причем выход модулятора бартерного сопротивления через коммутатор датчика толщины соединен с базовой пластиной вспомогательного электрода, а управляющий вход подключен к пятому выходу 3ВМ, базовая пластина измерительного электрода подключена к пятому входу коммутатора датчика, а базовая пластина электрода сравнения подключена к вы» ходу модулятора, причем базовые плас» тины с контактными площадками покрыты хемостойкой шпатлевочной композициейй.

1527329 а

70 фиг.l

Тираж 605

Подпис ное

ВНИИПИ Государстненного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производстненно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп. Гагарина, 101

Редактор В. Петраш

Заказ 7487/38

Составитель Л. Груднева

Техред М. Ходанич Корректор С, Черни