DE2936247A1 - Einrichtung zum galvanischen abscheiden einer metallischen schicht mit vorgegebener schichtstaerke - Google Patents
Einrichtung zum galvanischen abscheiden einer metallischen schicht mit vorgegebener schichtstaerkeInfo
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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Description
Einrichtung zum galvanischen Abscheiden einer metallischen Schicht mit vorgegebener Schichtstärke
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum galvanischen Abscheiden einer metallischen Schicht mit
vorgegebener Schichtstärke auf einen Gegenstand in einer Metallsalzlösung mittels einer Opferanode, die an
eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, wobei ein Stromwandler zur Erfassung des Anodenstroms und eine
Schalteinrichtung zur Abschaltung der Gleichspannungsquelle vorgesehen sind.
Derartige Einrichtungen werden insbesondere für die Korrektur von geätzten oder gravierten Druckzylindern
für das Tiefdruckverfahren verwendet. Hierbei ist es insbesondere für die Aufhellung des Druckbildes erforderlich,
jeweils in einem begrenzten Korrekturbereich eine Schicht mit einer bestimmten Schichtstärke
in den Vertiefungen des Druckzylinders aufzutragen. Die Stärke der aufgetragenen Schicht ist abhängig von der
Stromstärke des Anodenstromes, der Größe der Anode, einem materialabhängigen Abscheidungsäquivalent, einem
formabhängigen Stromausbeutefaktor, dem Verhältnis der Anodengröße zur Fläche des Korrekturbereichs und von
der Zeit. Nach Erreichen der gewünschten Schichtstärke soll der Abscheidevorgang automatisch beendet werden.
Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangsgenannten
Art im Hinblick auf einen hohen Automatisierungs-
Gud 2 Gr / 20.8.79
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- t - VPA 79 ρ 3 1 6 O BRD
grad so auszubilden, daß eine möglichst große Freizügigkeit bei der Eingabe der technologischen Parameter besteht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen
programmierbaren Rechner mit einer Eingabevorrichtung für den Sollwert der Schichtstärke und einer Eingabevorrichtung
für technologische Parameter und mit Speichern zur Aufnahme der Eingabewerte sowie mit einem Rechenwerk,
das zyklisch aus digitaliserten Abtastwerten der Anodenstromstärke über ein Zeitnormal die Ladungsmenge als
Stromintegral aufsummiert und unter Berücksichtigung der eingegebenen technologischen Parameter den aktuellen Wert
der Schichtstärke ermittelt und mit dem eingegebenen SoIlwert vergleicht und ein Abschaltsignal ausgibt, wenn die
Schichtstärke den Sollwert erreicht.
Als ein technologischer Parameter wird vorteilhaft ein Anodenindex eingegeben, der aus der Anodengröße, dem
Abscheidungsäquivalent und dem Stromausbeutefaktor ermittelt ist. Als weiterer technologischer Parameter
wird vorteilhaft ein Flächenfaktor eingegeben, der aus dem Verhältnis der Anodenfläche zur Fläche des Korrekturbereichs
ermittelt ist.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht einen Mikrocomputer als Rechner vor, insbesondere
einen Einchip-Mikrocomputer.
Zur Bedienungserleichterung kann eine Ziffernanzeige
des zyklisch ermittelten aktuellen Wertes der Schichtstärke und/oder eine Ziffernanzeige für den vorgegebenen
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- 2 - VPA79 P 3 160 BRD
Sollwert der Schichtstärke und/oder Ziffernanzeigen für
die eingegebenen technischen Parameter vorgesehen sein.
Bei Verwendung eines aus einem Wechselspannungsnetz gespeisten Gleichrichters als Gleichspannungsquelle ist der
Anodenstrom ein pulsierender Gleichstrom. Eine zyklische Abtastung der Momentanwerte des pulsierenden Gleichstromes
durch den Rechner würde zu falschen Ergebnissen führen. Man kann jedoch einen Analog-Digital-Wandler
verwenden, der eine große Zeitkonstante aufweist und somit praktisch eine Glättung der Anodenstrom-Meßwerte
bewirkt. Derartige Wandler sind jedoch aufwendig. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung mit geringem
Schaltungsaufwand sieht einen dem Stromwandler zur Erfassung des Anodenstroms nachgeschalteten analogen
Mittelwertbildner und einen Analog-Digital-Wandler zur Ausgabe von digitalisierten Anodenstrom-Mittelwerten vor.
Die erfindungsgemäße Einrichtung erlaubt durch die beliebige Vorgabe von technologischen Parametern eine einfache
Anpassung an alle Betriebsverhältnisse. Die Bedienung der Einrichtung ist äußerst einfach. Es brauchen
nur der gewünschte Sollwert der Schichtstärke und die technologischen Parameter eingegeben werden. Nach dem
Einschalten der Gleichspannungsquelle wird mit der Opferanode der Korrekturbereich überstrichen. Sobald
die gewünschte Schichtstärke erreicht ist, wird der AbscheideVorgang automatisch unterbrochen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden anhand eines bevorzugten
Anwendungsgebietes im einzelnen beschrieben, nämlich der Korrektur eine Tiefdruckzylinders. Die Anwendung
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(9
- λ - VPA79P3160BRD
der Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern sie kann überall dort eingesetzt werden, wo
in einem bestimmten Bereich eines Gegenstandes eine Schicht mit vorgegebener Schichtstärke galvanisch aufgegetragen
werden soll.
Der bereits geätzte oder gravierte Druckzylinder D aus Kupfer befindet sich in einem wannenförmigen Behälter B,
der mit einer Metallsalzlösung gefüllt ist, beispielsweise mit einer 2-wertigen Kupfersulfatlösung. In einem
Korrekturbereich C soll mit Hilfe einer Kupferanode A
eine Kupferschicht auf den Druckzylinder D mit einer vorgegebenen Schichtstärke aufgetragen werden, beispielsweise
von 50 um. Der Behälter B und die Kupferanode A sind an einen Gleichrichter 14 als Gleichspannungsquelle angeschlossen, der aus einem Wechselspannungsnetz
AC über einen Drehtransformator T gespeist wird.
Es ist auch möglich, anstelle eines Gleichrichters mit vorgeschaltetem Drehtransformator einen Gleichstromsteller
zu verwenden. Der Gleichrichter 14, der über ein Schütz 16 an das Wechselspannungsnetz AC angeschlossen
ist, erzeugt beispielsweise aus 220 V Wechselspannung eine Gleichspannung von 0 bis 15V mit einer
Stromstärke von 25 A. In den Anodenstromkreis ist ein Shunt 15 eingeschaltet, an dem die Istwertspannung für
den Anodenstrom abgegriffen wird. Die Istwertspannung
wird über einen Gleichspannungswandler 20 galvanisch entkoppelt und einem analogen Mittelwertbildner 17 zugeführt,
dem ein Analog-Digital-Wandler 18 nachgeschaltet ist. Der Analog-Digital-Wandler 18 gibt einen
digitalisierten Anodenstrom-Mittelwert über einen Eingabebaustein 4 auf den Datenbus des Mikrocomputers
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- * - VPA79 P 3 160 BRD
Der als Mikrocomputer ausgebildete programmierbare Rechner 1 ist hinsichtlich seines Aufbaues nicht Gegenstand
der Erfindung und daher nur schematisch dargestellt. Der Mikrocomputer 1 enthält einen Datenbus, an
den ein Programmspeicher 2, ein Sollwertspeicher 5 und Parameterspeicher 6 und 7, ein Rechenwerk 8 und
ein Zeitnormal 9, sowie Eingabebausteine 4 und 19 und
Ausgabebausteine 3 und 22 angeschlossen sind. An den Eingabebaustein 19 sind eine Eingabevorrichtung 21 für
den Sollwert der gewünschten Schichtstärke, eine Eingabevorrichtung 22 für einen Anodenindex und eine Eingabevorrichtung
23 für einen Flächenfaktor angeschlossen. Der eingegebene Sollwert und die eingegebenen technologischen
Parameter werden in den Speichern 5, 6,7 gespeichert. Die Eingabevorrichtungen 21, 22, 23 können
auch anders ausgebildet sein, insbesondere kann eine gemeinsame bzw. kombinierte Eingabevorrichtung vorgesehen
sein.
Der Anodenindex ist ein Proportionalitätsfaktor, der den Einfluß der Anodengröße, das Abscheidungsäquivalent
und den Stromausbeutefaktor berücksichtigt. Das Abscheidungsäquivalent
ist materialabhängig und beträgt
As beispielsweise bei Kupfer 282 , das bedeutet, daß
dm2 · iim zum Auftragen einer Schichtstärke von 1 um auf einer
Fläche von 1 dm2 eine Ladungsmenge von 282 As benötigt wird. Der Stromausbeutefaktor ist abhängig von der Form
der Vertiefung, in der die, Schicht galvanisch aufgetragen werden soll. Bei großen Vertiefungen ist die
Stromausbeute anders als bei flachen Vertiefungen. Ein durchschnittlicher Stromausbeutefaktor kann mit 0,96
angenommen werden.
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- g - VPa78 ρ 3 1 6 0 BRD
Der Flächenfaktor ist das Verhältnis aus der Anodenfläche zur Fläche des Korrekturbereiches C, in dem die
Schicht mit der gewünschten Schichtstärke aufgetragen wird.
5
Der Rechner 1 enthält ein Rechenwerk 8, das zyklisch
den aktuellen Anodenstrom-Mittelwert vom Analog-Digital-Umsetzer 18 abfragt und über der zeit aufsummiert. Als
Seitnormal 9 ist beispielsweise ein 3-MHz-Quarz vorgesehen. Das Rechenwerk 8 ermittelt hieraus unter Be
rücksichtigung der eingegebenen technologischen Parameter den aktuellen Wert der Schichtstärke. Die
Schichtstärkenberechnung erfolgt nach folgenden Formeln:
d<t) - b -
a · κ ·
mit Q(t) - li(t) · dt
wobei d(t) - aktuelle Schichtstärke,
i(t) ■ Mittelwert des Anodenstroms,
a « Anodengröße
k ■ Pillchenfaktor,
b - Stromausbeutefaktor.
Bei der Schichtstärkenberechnung mit Hilfe des Rechen-Werkes 8 ist die freie Eingabe der technologischen
Parameter besonders vorteilhaft. Hierdurch kann die Korrektur des Druckzylinders genau und reproduzierbar an
die spezielle Aufgabenstellung angepaßt werden.
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-*-
VPA79 ρ 3 160 BRD
Der ermittelte aktuelle Wert der Schichtstärke wird
über einen AuegabebaueteIn 22 an einer Ziffernanzeige
angezeigt. An den Auegabebaustein 22 1st eine weitere Ziffernanzeige 11 fUr den vorgegebenen Sollwert der
Schichtstärke, eine weitere Ziffernanzeige 12 fUr den eingegebenen Anodenindex und eine weitere Ziffernanzeige
13 für den Flächenfaktor angeschlossen.
Das Rechenwerk 8 vergleicht in jedem Zyklus den ermittelten aktuellen Wert der Schichtstärke mit dem vor
gegebenen Sollwert. Wenn die Schichtstärke den Sollwert erreicht, wird über den Ausgabebaustein 3 mit Treiber
ein Abschaltsignal an die Schalteinrichtung 16 ausgegeben, die den Gleichrichter 14 vom Wechselspannungsnetz AC trennt.
Als Rechenwerk ist insbesondere ein Einchip-Nikrocomputer geeignet, wie er beispielsweise unter der
Bezeichnung SAB 8748 von der Siemens AG vertrieben wird.
7 Patentansprüche
1 Figur
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-40-
Leerseite
ar:-: v
Claims (7)
- - / - vpA 79 P 3 1 6 O BRDPatentan SprücheEinrichtung zum galvanischen Abscheiden einer metallischen Schicht mit vorgegebener Schichtstärke auf einen Gegenstand in einer Metallsalzlösung mittels einer Opferanode, die an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, wobei ein Stromwandler zur Erfassung des Anodenstroms und eine Schalteinrichtung zur Abschaltung der Gleichspannungsquelle vorgesehen sind, gekennzeichnet durch einen programmierbaren Rechner (1) mit einer Eingabevorrichtung (21) für den Sollwert der Schichtstärke und einer Eingabevorrichtung (22, 23) für technologische Parameter und mit Speichern (5, 6, 7) zur Aufnahme der Eingabewerte und mit einem Rechenwerk (8), das zyklisch aus digitalisierten Abtastwerten der Anodenstromstärke über ein Zeitnormal (9) die Ladungsmenge als Stromintegral aufsummiert und unter Berücksichtigung der eingegebenen technologischen Parameter den aktuellen Wert der Schichtstärke ermittelt und mit dem eingegebenen Sollwert vergleicht und ein Abschaltsignal ausgibt, wenn die Schichtstärke den Sollwert erreicht.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß als ein technologischer Parameter ein Anodenindex eingegeben wird, der aus der Anodengröße, dem Abscheidungsäquivalent und dem Stromausbeutefaktor ermittelt ist.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als weiterer technologischer Parameter ein Flächenfaktor eingegeben wird, der aus dem Verhältnis der Anodenfläche zur Fläche der aufzutragenden Schicht ermittelt ist.130012/037ÖORIGINAL INSPECTED- έ - VPA79 ρ 3 160 BRD
- 4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mikrocomputer als Rechner.
- 5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Einchip-Mikrocomputer.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ziffernanzeige (10) des zyklisch ermittelten aktuellen Wertes der Schichtstärke und/oder eine Ziffernanzeige (11) für den vorgegebenen Sollwert der Schichtstärke und/oder weitere Ziffernanzeigen (12, 13) für die eingegebenen technologischen Parameter.
- 7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dem Stromwandler zur Erfassung des Anodenstromes nachgeschalteten analogen Mittelwertbildner (17) und einen Analog-Digital-Wandler (18) zur Ausgabe von digitalisierten Anodenstrom-Mittelwerten.13001 2/0379
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Family Applications (1)
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