专利名称：用于电镀或电蚀设备的脉冲供电的电路装置及方法
技术领域：
本发明涉及用脉冲电流对一个或多个并联的电解槽供电的一种电路装置及一种方法。该方法将优先地应用于在垂直浸浴设备及在垂直和水平传送设备中电镀印刷电路板。
脉冲电流电镀能对沉积金属层的一定物理性能有影响。由此能使电镀层的物理性能在大的范围中变化。尤其是使漏电流得到改善。此外，能影响其表面性能。尤其有利的是，可以明显地提高产生的电镀电流密度及产品质量。这个涉及电镀产品的优点的另一侧面则是作为缺点的用以产生脉冲电流的设备技术成本高。当需用短时宽电流脉冲电镀时，用作脉冲电源的装置很快就遇到其物理上、技术上及经济上的极限。这里“短时宽”应理解为时间为0.1·10-3至10·10-3秒的脉冲宽度。正是在该时间区段脉冲电流电镀特别有效。在使用双极性脉冲时，被处理的物件将被交替地作为阴极和阳极。如果被处理物件被电镀时，阴极电流/时间积(阴极电荷)必须大于阳极电流/时间积(阳极电荷)。
脉冲电镀的优点也可应用于印刷电路板的电镀处理。为了制造印刷电路板采用了垂直及水平的电镀设备。这种设备通常具有大的空间尺寸。此外，在此情况下电镀电流大。因此必须在电镀设备中装设相对大功率的电镀整流器。
差不多总是具有的位置空间限制往往不能做到使具有脉冲发生器的电镀整流器放置在离电镀槽很近的地方。这与脉冲技术应用中的要求背道而驰在公知方法及设备中，从电镀整流器到浴槽即电解槽的距离必须很短，以达到所要求的脉冲电流前沿陡度。在通常大脉冲电流IP及较低的槽电阻RBad的情况下，从电镀整流器到电解槽之间电导体的电感必须保持很小。实际这仅能用很短的导体来实现。减小电感的另外措施是公知的，例如入线及回线导体相扭转。这种电导体的扭转仅在具有小导体截面的电缆的情况下才可能。在通常用于大电镀电流的电流母线上则不可能进行扭转。对于在槽电阻RBad上电流上升的时间常数根据以下公式来计算Tau=LL/RBad。如果具有脉冲发生器的电镀整流器与电解槽之间的距离例如仅为三米，则在导体电感为例如每米1×10-6亨的情况下入线及回线导体的电感为6×10-6亨。
如果假设槽电阻的值为RBad=3×10-3欧姆，则在导体的欧姆电阻可忽略的情况下得到时间常数Tau=LL/RBad=(6×10-6亨)/(3×10-3欧姆)=2×10-3秒。
在脉冲发生器中理想的电压上升率的情况下，该槽电阻上电流的上升率为在2×10-3秒后上升到最大电流的63％。这种脉冲上升率在譬如印刷电路板电镀的情况下是不够的。在此情况下需用上述的脉冲宽度工作。脉冲上升时间必须相当短。
一个水平的印刷电路板的电镀设备譬如由印刷电路板下侧面附近的25个并联阳极及在印刷电路板上侧面附近的25个并联阳极组成。在每侧面上的脉冲电流共计为15000安培。这种电镀设备的尺寸在运送方向上大约为6米。从具有脉冲发生器的电镀整流器到阳极的电导体必须相应地长。
一种通用的设备概要地表示在
图1上待处理的印刷电路板1被置于上阳极2及下阳极3之间并由未示出的传动组件在箭头方向上通过该设备传送。阳极既可以是可溶解阳极也可以是非溶解阳极。在这种连续传送设备中每个阳极与所属阴极(印刷电路板)及电解液构成了一个部分电解槽。最好所有的上阳极2与被处理物件上侧面及电解液一起构成总的上电解槽，它由电镀整流器5供电。相应地，所有下阳极3与被处理物件下侧面及电解液一起构成总的下电解槽。阳极2,3各通过一个开关触头4与一个上公用电镀整流器5及一个下公用电镀整流器6形成电连接。由于实际上整流器的大尺寸，电镀整流器5,6与电镀设备的距离至少为几米。至上阳极的电导体7及至下阳极的电导体8具有相应的长度。总的回流导体9使电镀整流器的电流回路闭合。被处理物件借助电接触部件、如以夹10的方式连接到导体9，夹10可在滑排(slip rail)11上滑动并与其形成导电连接。通常使用机电保护触头的开关触点4用于在第一个印刷电路板进入连续电镀设备时逐个地接通阳极及在最后印刷电路板离开连续电镀设备或在印刷电路板之间出现空隙时逐个地关断阳极。该开关触点4的功能被描述在DE-A-3939681中。该文献将作为参考。
在传统技术中，所需的大电流上升率与从脉冲发生器到电镀槽的电导体中的大电流相结合就引起了强的干扰磁场。在相应的规章中规定了在这种干扰场周围工作所允许的场强。同样，用于保护电镀设备操作人员的安全规程、如德国标准规程VDE0848中所描述的规程必须被遵守。因此需要技术成本高的屏蔽措施及相应的高费用。但在非常高的电镀电流时这种措施也无济于事。
上述具有快速脉冲的电镀中的技术及经济问题乃是脉冲技术的高科技应用至今未实现的原因。
在WO89/07162A1中描述了一种使用脉冲方式的电化学处理方法。在该反转脉冲方法中，至少一个正向、即电镀的槽电压源及至少一个反向、即电蚀或除镀的槽电压源交替地连接在电解槽上。这些可调节的电压源产生槽电流。在电压源的情况下电流的幅值和时间特性与槽电流回路的电阻及电感阻抗相关。其电压转换及由此同时产生正向及反向电流脉冲是用固态开关来实现的，后者能够以所需的5000Hz的脉冲频率进行开关。在电镀的情况下，正向电流时、即电镀物件为阴极时的槽电流平均值明显地大于反向电流时、即电镀物件为阳极时的槽电流平均值。用于由两个电压源产生双极性电流脉冲的前置开关对于实际电镀设备中的短时宽脉冲是不适合的。从电压源到大体积设备的电导体长，以致由于相对大的导体电感使脉冲上升率实际大于所需的脉冲宽度、尤其是反转脉冲宽度。这与在电镀电流回路中固态开关接在该回路的什么位置上无关，即该回路是串联的。
另外也公知，在一个电感负载电流关断时形成其幅值与关断速度及电感值相关的电感电压。该电感电压将加在产生电流的电源电压上。该电压总和将施加到打开的开关上。如果没有高成本的保护措施这将使开关损坏，尤其在电镀设备中通常要开断高能量。
在大体积的电镀设备中公知的与电感并联的消弧电路(extinguishing circuit)不能实用。另外该消弧电路具有缺点，即在开断时电流的衰减实际很慢。前置开关的另一缺点是被证实需要设立非常昂贵的保护措施，以防御在电导体区域中的强磁场。
在槽电流回路中不可避免的导体电感总是对脉冲发生有不利的影响。同时通过试验在该技术中不能达到具有小于2×10-3秒的脉冲上升时间。用于保护电子开关及保护人员免受强磁场的费用在此情况下将过份地大。
因此本发明的任务在于，避免公知方法及电路装置中的缺点，并尤其是提供一种用于电解槽脉冲供电的方法及开关装置，利用它可在具有一个或多个电解槽的大电镀及电蚀设备中产生具有大边沿陡度的脉冲电流，并利用它同时可使电磁场的产生限制到最小。
该任务将通过根据权利要求1的电路装置及根据权利要求9及10的方法来解决。本发明的优选实施形式被描述在从属权利要求中。
在根据本发明的对一个或多个并联的具有阳极和阴极的电解槽供电的电路装置中，每个电解槽a．设有至少一个电镀整流器及b．至少一个转换开关，它可从至少两个输入端连接到至少一个输出端，或设有一个双位开关(on/off switch)，c．其中设有第一线路，用于直接地分别将整流器的一个端子与电解槽的一个端子相连接及d．第二线路，用于直接地分别将整流器的另一输出端与转换开关输入端或双位开关的一个端子相连接，e．其中所述至少一个转换开关的输出端或双位开关的另一端子与电解槽的另一端子直接地连接及f．在第一线路及每第二线路之间接有至少一个电容器。
通过将转换开关相应地控制成使整流器经过第二线路到电解槽的连接周期性地关及开，利用该电路装置在电镀时或电蚀、尤其除镀时实行以下的方法步骤A．在第一时间间隔t1中(例如在被处理物件上产生阴极电流脉冲(tk))a．借助一个第一整流器经过一个第二线路及至少一个转换开关与电解槽连接而对电解槽供电及b．一个或多个电容器同时部分放电，这些电容器通过一个第二线路与所述第一整流器相连接；c．通过其余的第二线路与其他整流器相连接的电容器被充电；B．在第二时间间隔t2中(例如在被处理物件上产生阳极电流脉冲(ta))d．借助一个第二整流器经过一个第二线路及至少一个转换开关与电解槽连接而对电解槽供电及e．一个或多个电容器同时部分放电，这些电容器通过另一个第二线路与所述第二整流器相连接；f．通过其余的第二线路与其余的整流器相连接的电容器被充电。
为了避免开关或另外元件被损坏，多个整流器不能同时通过开关与电解槽相连接。因此使用了公知的“先开后合”的方式，据此，在电解槽及整流器之间建立新连接前使电解槽与整流器之间的连接通过一个开关断开。由此将不会使电镀整流器彼此间短路。
在使用双位开关时将实行以下方法步骤A．在第一时间间隔t1中(例如在被处理物件上产生阴极电流脉冲(tk))a．借助一个或多个整流器经过第二线路及双位开关与电解槽相连接而对电解槽供电及b．所有电容器同时部分放电。
B．在第二时间间隔t2中(例如在被处理物件上产生阳极电流脉冲(ta))c．电解槽与一个或多个整流器之间的连接通过双位开关分断，及d．所有电容器被充电。
通过这些方法步骤a-b-c-d-e-f或a-b-c-d的持续重复在电解槽中产生出周期性电流脉冲列。双极性脉冲电流的特征是正及负电流脉冲的序列。对于确定的应用也可产生仅具有阴极电流脉冲或仅具有阳极电流脉冲的单极性电流脉冲列，它们例如具有不同的电流峰值。
作为电解槽，可看作它是由至少一个阴极及一个阳极以及位于这两极之间的电解液构成的结构。在印刷电路板制造时因此可考虑为，一方面印刷电路板的一侧面及与此对置的阳极和相应的电解液一起构成一个电解槽，及另一方面印刷电路板的另一侧面及与此对置的另一阳极和相应的电解液一起构成另一电解槽。
无论转换开关及双位开关还是电容器最好相对电解槽这样地布置，即使得与电解槽及开关相连接的电导体的电感量达到最小。例如将开关及电容器布置在电解槽空间附近，同时使其电导体保持很短。此外可使用通常优化导线布置的方法，以使导线电感减至最小。
在一个优选实施形式中设置了两个整流器，利用它们可公共地对多个并联的电解槽提供电流，其中对于电解槽供电总是设有多个电流回路公用的电容器。最好这些电流回路总是分别配置一个整流器。这意味着，多个电解槽的一个组通过转换开关仅与一个电容器相连接，及该电容器又与一个整流器相连接。多个电解槽的另一组通过转换开关或双位开关与另一电容器相连接，及该电容器又与另一整流器相连接。
作为配置给一个电容器的一组电解槽可为在传送带上移动的印刷电路一侧上设置的一组电解槽，它由朝向该侧的印刷电路板表面、在该侧上所设的阳极及位于这些电极间的电解液组成。配置给另一电容器的另一组电解槽可由位于传送带另一侧上的一组电解槽组成。
为了能实现少维护的电路装置及高脉冲频率如到达1000Hz，可以设置产生脉冲列的电子开关。原则上也可使用机械开关。在此情况下可使用旋转开关及双向开关来作该开关，以及使用具有多个互相并联及交替操作的多个单开关的电路。
为了精确调节电解槽中的电流幅度可以对转换开关或双位开关分别装设一个电流传感器。由这些传感器测到的测量信号也用于对开关保护的过电流关断的估值。
根据本发明的电路装置还可以这样地组合在一个电镀或电蚀设备中，即使得每个电流传感器的测量信号可以传送到包含在设备中的上级控制装置，该控制装置监视及调节该电镀及电蚀设备。
转换开关及双位开关最好借助电控制信号来触发。
对于经电解槽流通的脉冲电流幅值，在给定t1(例如tk第一时间间隔中的阴极脉冲)与t2(例如第二时间间隔中的ta)的比例情况下通过阴极整流器电流的调节来调节阴极幅值，及通过阳极整流器电流的调节来调节阳极幅值。
同时还可对通过电解槽流通的脉冲槽电流的幅值进行测量并将该值与给定值相比较，并通过整流器电流的调节使电解槽中的电流幅度调节到恒定值。
此外可在方法步骤a-b-c-d-e-f或a-b-c-d中插入另外的时间间隔，例如其中无电流通过电解槽流通的时间间隔，譬如在被处理物件进入及离开电解液时。为此对转换开关进行控制，以使得在时间间隔t1及t2之间的一个时间间隔tNull＞0中从整流器到电解槽的所有连接被分断。
通过对转换开关或双位开关以特定方式进行控制，可以实现确定的方法步骤。此外，为了对电解槽供给直流电流，使转换开关保持连接在对所需电流方向所设的每个开关位置上，而在开关的每个另外位置上不供给电流，同时至少在一部分电解槽中时间间隔t1或t2调节到这样大小，即槽电流作为直流电流起作用。相应地，这也适用于使用双位开关的情况。
如果在一个电镀或电蚀设备中包括多个电解槽，则可以用一定节拍供给周期性电流脉冲列。在另一实施形式中也可在设备中包括多个电解槽组，它们在一个组内彼此均为并联。最好在这些电解槽的一个组中产生第一周期电流脉冲列，及在另一组电解槽中产生相对第一脉冲列有相移的第二周期电流脉冲列。例如，在用于印刷电路板镀金属层的设备中，位于印刷电路板一侧的电解槽及位于其另一侧的电解槽各构成不同的电解槽组。在该情况下，印刷电路板各侧上通以具有相移的电镀脉冲电流。例如，在任意时刻印刷电路板的正面为阴极性，而同时其反面为阳极性。在一后时刻上极性则反转。
在另一运行方式中，例如在对印刷电路板正面及反面供电的电路回路隔开的情况下，至少一部分电解槽通过从整流器到电解槽连接的常设中断中止供电，而通过另一电解槽的电流回路导通脉冲电流。
为了避免各个开关在打开时被损坏，在各个开关上可并联二极管并且这样地定极性，即在各个开关打开时形成的能量由电容器吸收不会对开关造成损坏。
以下借助图2至5来详细说明本发明。附图为图1根据现有技术的一个水平运行电镀设备中的电解槽的概图；图2根据本发明的电路装置；图3根据本发明电路装置的等效电路图；图4在具有电流调节的电镀整流器的双极性脉冲电源中的电流及电压的时间变化波形；图5在具有电压调节的电镀整流器的双极性脉冲电源中的电流及电压的时间变化波形。
本发明在一个例子中被表示为用于电镀印刷电路板的水平传送式设备。根据本发明的电路装置及方法以相应的方式同样可用于印刷电路板的电腐蚀以及另外待处理物件的电镀处理。此外该电路及方法也可应用于垂直型设备，如浸浴式设备及在传送式设备中被处理物件垂直对齐地受处理的设备。
在图2上给出了根据本发明的一个设备。二个上阳极2及被处理物件1以片段表示。在阳极2的电端子上接有用于双极性脉冲工作的转换开关12。该转换开关12设置在阳极附近。电导体的布置将这样选择，即从转换开关12的输出端18到电解槽的电导体部分的电感13非常小。相反地，从电镀整流器5,32到转换开关12的输入端15,16的电导体部分的电感14,17可以任意地大。
以下对电镀阶段的说明总是涉及被处理物件1。由此在阴极电镀阶段被处理物件为负极及阳极为正极。阳极电蚀或除镀阶段将从电镀整流器32通过电导体部分电感17供电。所属的转换开关输入端的标号为16。
在电导体部分电感14及17中包括从电镀整流器5、32到转换开关12输出端的电流回路的所有有效电感，即第一导体34、35及第二导体33中的电感。在电导体部分电感13中包括从转换开关12的输出端18到电解槽及返回转换开关电导体端子19的电流回路的所有有效电感。电导体部分电感13通过转换开关12在空间上对电解槽的很近布置而保持很小。用于减小导体电感的公知措施也可使用。因此根据以下公式(L电感，R电阻)可达到对于脉冲电流上升很小的时间常数Tau=L/R。
转换开关在空间上接近电解槽地布置在大尺寸的电镀设备中也可通过将电解槽划分成多个部分电解槽来实现。转换开关12靠近各个部分电解槽的布置其结果是，占空间大的电镀整流器5,32可集中地布置在离转换开关较大的距离上。但这对于脉冲上升率无任何影响。这也同样适用于对被处理物件下侧供给脉冲电流的电镀整流器。
电镀整流器5,32通过电容器20,21产生容性负荷。对于每个脉冲极性设置了一个具有大电容量的电容器。电容器20用作阴极脉冲电流的储能器。电容器21存储阳极脉冲电流的能量。实际中，电容器20,21涉及多个具有相应小电容量的并联电容器。这些容性负载将从电镀整流器5,32通过电导体及由此通过电导体部分电感14、17被充电。
当不考虑开关开合的很小的作用时，对于直流电流实际上存在的电感量不起作用。因为电镀整流器的开及关操作慢，所以导体电感14,17在这里对电镀或电蚀即除镀处理也无影响。慢速地开关就是电镀整流器以一定电流斜率渐升或渐降。
电导体33、34、35中的直流电流提供了优点，即在此区域中实际仅出现直流磁场，这对操作人员没有任何危险。交变磁场仅出现在转换开关或双位开关及到电解槽的短电导体上。大的电流变化速度及小的电镀及电蚀电压实际会引起干扰磁扬。由于电镀电流被分成部分电流，每个部分电解槽中脉冲电流的绝对值实际低于总电流值。干扰磁场也相应地低。
在图3的等效电路中转换开关12及上级控制装置22各用点划线框起来。控制装置22用于控制开关23,24的按时开关及通过相对给定值影响整流器输出电流来调节脉冲幅值。作为开关元件图中用机电触头来表示。但实际中最好使用电子开关。合适的元件譬如有MOSFET晶体管或IGBT(绝缘栅双极性晶体管)。
开关23在第一脉冲持续时间将已充电的电容器20上的电压连接到部分电解槽上，后者在这里用等效电阻RBad。开关24在第二脉冲持续时间将已充电的电容器21上的电压连接到部分电解槽上。这些电压通过电导体的部分电感13在等效电阻RBad上产生出电流IBad。因为在采取上述措施后电感13的值很小，故能达到在印刷电路板工艺中所要求的大电流上升时间。例如对于Lz=2×10-6亨及部分电解槽电阻RBad=20×10-3欧姆，用于上升到最大值的63％的电流上升时间常数为Tau=0.1×10-3秒。
一个上级控制装置22使时间操作同步。在这里是存储了作为给定值的用于开关23,24交替闭合的时间，同时也存储了用于阴极及阳极脉冲时间一般不同的脉冲幅值。因此用于每极性上电解处理所需的能量是公知的。同时用于相应电镀整流器的整流电流的给定值是已知的。在调节技术上该电流在电镀整流器中作为电流算术平均值来被调节并保持恒定。以此方式可借助于调节电流的电镀整流器直接地保持恒定。电镀整流器5,32的电流可借助电流传感器27、28如分流器来测量。在图4中表示出电流可调节的电镀整流器的电流及电压随时间变化的波形。在调节技术上电流的算术平均值可通过电镀整流器输出电压的调节保持恒定，同时也调节了电流平均值。所产生的电流及电压随时间变化的曲线表示在图5中。
电镀整流器的端子电压被这样地调节，即近似恒定的电容器电压Uc将产生出所需幅值的脉冲电流。所调节的是由电镀整流器输出的并由给定值确定的整流电流能量及由电容器20,21输出到槽电阻RBad的脉冲能量之间的平衡状态。这两个电流平均值为同样大小。随着脉冲幅值的增长电容器电压Uc也增长。最大可能电压由相应电镀整流器的额定电压来确定。
在图4中表示出一个双极性脉冲槽电源的电流及电压。周期性脉冲具有周期T。阴极时间间隔tk与阳极时间间隔ta相交替，并有T=tk+ta。
这两个时间间隔tk与ta的比例称为键控比(keying ratio)。阴极脉冲的电流平均值Imittel,k可通过键控比及电流峰值k(阴极电流脉冲的电流峰值)及a(阳极电流脉冲的电流峰值)按下式公式来计算Imittel,k=(k×tk)/(tk+ta)。
相应地阳极脉冲的电流平均值Imittel,a可按下式计算
Imittel,a=(a×ta)/(ta+tk)。
电流平均值为电镀整流器的输出直流电流。在时刻t0后电流Ik及Ia从两个电镀整流器5,32以振动状态流出(图2,3)。电流Ik通过瞬时闭合的开关23流到负载RBad。已充电的电容器20对负载RBad提供电流。在此情况下电容器电压Uc,k稍微下降。电镀整流器32的电流流入电容器21。另一方面，电容器电压Uc,a以相应极性上升。在时刻t1开关23被打开并此后立即使开关24闭合。电镀整流器5的电流Ik继续以总幅值流通并进入电容器20。它的电压Uc,k相应地上升。在时刻t1，电镀整流器32的电流Ia以总幅值继续流通并通过开关24流入负载RBad。已充电的电容器21提供所需的附加瞬时能量。电容器电压Uc,a随着增长的放电而下降。在时刻t2开关24打开，并此后立即使开关23重闭合。接着重复时刻t0开始的操作过程(如上所述)。
在时间间隔t1至t2中，电容器21起到对电解槽的基本供能源的作用。当脉冲倾斜要保持小时，电容量应选择得相应地大。因此电容器20,21在振动状态中总是仅部分充电或部分放电。
图4中表示，在电镀整流器基本恒定直流输出时，对脉冲负载的响应电压。图5中表示，在电镀整流器基本接近恒定的输出电压时，对脉冲负载的响应电流。这里所看到的电流波动不具有陡的电流边沿。它们也仅出现在电镀整流器输出端及转换开关输入端之间。在这两种情况下电解槽中的脉冲电流是相同的。通过在电容器20,21中的能量中间存储可以达到电镀整流器输出直流电流并不受到脉冲负载的任何不利影响。因此消除了以脉冲为前提的干扰。
与以上所述的公知的装置(图1)相反，在使用根据本发明的电路装置时体现出另一优点，即借助具有一定幅值的直流电流、即具有一定峰值的电流，可以产生出多倍的脉冲峰值。该倍数与键控比有关。在实际中该倍数在十左右。这就是，例如对于一个部分电解槽以50安培直流电流可以产生出500安培的反向脉冲峰值。在一个三米长的用于印刷电路板电镀的传送式试验设备中，可以用下列时间和幅值工作ta=1×10-3秒；tk=15×10-3秒；
电流峰值为a=4×k；每个电解槽的峰值电流为a=800A及k=200A；电容器20,21的电容量各为0.5法拉。
在转换开关12中，其开关输出端上接有一个可双极性工作的电流传感器31。该传感器用于过流监测，即保护转换开关免于破坏。使用这种电流传感器可以测量脉冲电流的峰值。因此电镀整流器5,32的电流也可直接地受调节。该峰值电流将在上级控制装置中与给定峰值相比较。其调节量将这样地调节电镀整流器5,32的电流，即使得脉冲电流峰值自动恒定地保持在其给定值上。
在电导体电感13形成的小电感负载开关时，关断瞬间将形成过电压。这可能使电子开关损坏。具有图示极性的保护二极管25和26可避免在每个开关上电压的过升高。感应电压在关断瞬间打开的开关上的二极管中产生电流。该电流流入电容器20或电容器21。这使过电压有效地立即下降。二极管25,26可以是半导体组件中的集成二极管。
此外，为了不使开关23,24同时导通，在转换开关12中设有电子联锁。一个开关打开到另一开关关闭之间的时间间隔可增大到这样的程度，即在该时间中不需要有效电镀电流流过。当实际空间状况允许时，可对多个并联的转换开关及电解槽配置电容器20,21。这同样适用于包括开关23,24在内的电容器20,21。起决定作用的是电容器及开关离开一个或多个电解槽的空间距离应该小。
对于脉冲电流电镀重要的是保持其脉冲幅值及时间。仅有这样才能保证沉积金属层的所需特性。实践中难以处理的问题是用简单的装置测量脉冲幅值，并由此能构成用于所需电流密度的调节回路。根据本发明的方法则出人意料地实现了一种简单的脉冲幅值确定。能简单测量及调节的电镀整流器的恒定电流Imittel是脉冲能量的一个度量。在已知键控比的情况下可根据下列公式由Imittel来计算脉冲峰值=Imittel(tpuls+ppause)/ppuls。式中tpuls为产生电流脉冲的时间间隔，及tpause为不产生电流脉冲的时间间隔。在双极性转换开关的情况下，譬如对于阴极电流脉冲tpause表示在其中不产生阴极脉冲电流的时间间隔。
在电镀设备中，上阳极2及下阳极3均用相同频率的脉冲电流供电。两个脉冲列可以同步地运行。但也可以彼此有相移。双极性转换开关在需要时可实现电镀或电蚀整流电流工况。在阴极工况时，即电镀时，开关23持续地闭合。在直流电蚀时开关24持续地闭合。各相反极性的开关则相应地持续打开。
这里所公开的所有特征及所公开特征的组合，只要未强调是公知的特征均是本发明的主题。
权利要求
1．用于对垂直或水平电镀或电蚀设备中的一个或多个并联的具有阳极和阴极的电解槽提供脉冲电流的电路装置，其中为了对每个电解槽供电a．设有至少一个电镀整流器，及b．至少一个转换开关，它可从至少两个输入端连接到至少一个输出端，或设有一个双位开关，c．其中设有第一线路，用于直接地分别将整流器的一个端子与电解槽的一个端子相连接，及d．第二线路，用于直接地分别将整流器的另一输出端与转换开关输入端或双位开关的一个端子相连接，及其中还有，e．至少一个转换开关的一个输出端或各个输出端或双位开关的另一端子与电解槽的另一端子直接地连接，其特征在于在第一线路(33)及每第二线路(34,35)之间至少接有一个电容器(20,21)。
2．根据权利要求1的电路装置，其特征在于无论转换开关及双位开关(12)还是电容器(20,21)在空间上接近电解槽地布置，以使得与电解槽及转换和双位开关相连接的电导体的电感(13)减至最小。
3．根据以上权利要求中任一项的电路装置，其特征在于设有两个整流器(5,32)，借助它们可公共地对多个并联的电解槽供给电流，其中多个电流回路具有对电解槽供电的公共电容器(20或21)。
4．根据以上权利要求中任一项的电路装置，其特征在于为了产生脉冲列，设有电子开关(23,24)作为转换开关或双位开关。
5．根据以上权利要求中任一项的电路装置，其特征在于转换开关或双位开关(23,24)各设有一个电流传感器(31)，它的测量值用于保护开关的过电流开断。
6．根据权利要求5的电路装置，其特征在于设有用于监测及调节电镀和电蚀设备的上级控制装置(22)，每个电流传感器(31)的测量信号将传送到该控制装置。
7．根据以上权利要求中任一项的电路装置，其特征在于转换开关及双位开关(23,24)这样地构成，即它们可借助电控制信号进行触发。
8．根据以上权利要求中任一项的电路装置，其特征在于对于转换开关及双位开关(23,24)并联了二极管(25,26)，及它们的极性为在开关打开时形成的能量被电容器(20,21)所吸收不会损坏开关。
9．用于对垂直或水平电镀或电蚀设备中的一个或多个并联的具有阳极及阴极的电解槽供给脉冲电流的供电方法，该设备具有一个电路装置，该电路装置具有a．至少二个电镀整流器，及b．至少一个转换开关，它可从至少两个输入端连接到至少一个输出端，其中为了对每个电解槽供电设有，c．第一线路，用于直接地分别将整流器的一个端子与电解槽的一个端子相连接，及d．第二线路，用于直接地分别将整流器的另一输出端与转换开关输入端相连接，及其中还有，e．至少一个转换开关的一个输出端与电解槽的另一端子直接地连接，及f．在第一线路及第二线路之间至少接有一个电容器，该方法具有以下步骤A．在时间间隔t1中a．借助一个第一整流器经过一个第二线路及至少一个转换开关与电解槽连接而对电解槽供电及b．一个或多个电容器同时部分放电，这些电容器通过一个第二线路与所述第一整流器相连接；c．通过其余的第二线路与其他整流器相连接的电容器被充电；B．在时间间隔t2中d．借助一个第二整流器经过一个第二线路及至少一个转换开关与电解槽连接而对电解槽供电及e．至少一个电容器同时部分放电，它通过另一第二线路与所述第二整流器相连接；f．通过其余第二线路与其他整流器相连接的电容器被充电。
10．用于对垂直或水平电镀或电蚀设备中的一个或多个并联的具有阳极及阴极的电解槽供给脉冲电流的供电方法，该设备具有一个电路装置，该电路装置具有a．至少一个电镀整流器及b．至少一个具有两个端子的双位开关，其中为了对每个电解槽供电设有，c．第一线路，用于直接地将所述至少一个整流器的一个端子与一电解槽端子相连接，d．第二线路，用于直接地将至少一整流器的另一端子与电解槽的一个端子相连接，及其中还有，e．双位开关的另一端子与电解槽的另一端子直接地连接，及f．其中在第一线路及第二线路之间还至少接有一个电容器，该方法具有以下方法步骤A．在一个时间间隔t1中a．借助至少一个整流器经过第二线路及双位开关与电解槽相连接而对电解槽供电及b．至少一个电容器同时部分放电；B．在一个时间间隔t2中c．电解槽及至少一个整流器之间的连接将通过双位开关分断，及d．至少一个电容器被充电。
11．根据权利要求9或10的方法，其特征在于对于经电解槽流通的脉冲槽电流的阳极及阴极幅值，在给定t1及t2的比例的情况下，通过阴极整流器电流的调节来调节阴极幅值，及通过阳极整流器电流的调节来调节阳极幅值。
12．根据权利要求9至10中任一项的方法，其特征在于对经电解槽流通的脉冲状槽电流的幅值，可通过对该幅值的测量及将该幅值与给定值比较并通过将整流器电流调节到恒定值上来进行调节。
13．根据权利要求9,11及12中任一项的方法，其特征在于转换开关(12)被这样控制，即借助这些转换开关(12)不能同时建立多个整流器(12)对一个电解槽的连接。
14．根据权利要求9至13中任一项的方法，其特征在于转换开关(12)被这样控制，即在时间间隔t1及t2之间的一个时间间隔tNu11＞0时，整流器对电解槽的所有连接被开断。
15．根据权利要求9至14中任一项的方法，其特征在于在一个电镀或电蚀设备中的一组电解槽中产生第一周期电流脉冲列，及在另一组电解槽中产生相对第一脉冲列相移的第二周期电流脉冲列。
16．根据权利要求9至15中任一项的方法，其特征在于当印刷电路板(1)进入或离开电解槽时，通过转换开关(12)使电解槽中的脉冲状电流分断。
17．根据权利要求9至16中任一项的方法，其特征在于借助连接在转换开关或双位开关(23,24)上的合适电流传感器(31)测得的测量信号用于过电流开断被传送到上级控制装置(22)，以便对电镀或电蚀设备监控。
18．根据权利要求9至17中任一项的方法，其特征在于至少在一部分电解槽中将时间间隔t1或t2调节到这样的值，即槽电流作为直流电流起作用。
全文摘要
本发明涉及一种在电镀技术设备中对电解槽供给脉冲电流的电路装置及方法。为了对每个电解槽供电设有两个电镀整流器(5,32)及一个具有两个单开关的转换开关(12),其中各整流器的一输出端通过第一线路(33)与电解槽的一个端子相连接,各整流器的另一输出端通过第二线路(34,35)与转换开关的输入端相连接,转换开关的输出端(18)与电解槽的另一端子相连接,其中在第一线路及第二线路之间还接有一电容器(20,21)。通过单个开关的交替开与关产生周期性脉冲列。
文档编号C25D5/18GK1237215SQ98801253
公开日1999年12月1日 申请日期1998年2月2日 优先权日1997年2月27日
发明者曼弗雷德·莫勒 申请人:阿托特德国有限公司