[发明专利]用于可靠、高通量、复杂电场生成的系统以及由其生产涂层的方法

说明书

本公开的实施方案包括用于沉积层状纳米层压合金的系统，所述系统包括用于电沉积方法的控制器，所述控制器包括波形合成器电路，所述波形合成器电路被配置为生成对应于要从电沉积电源输出的期望电沉积波形的复杂波形信号。控制器还包括合成器控制电路，所述合成器控制电路被配置为控制波形合成器电路。至少部分地基于具有与电沉积方法相关的信息的配方，合成器控制电路通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度和导数中的至少一个来控制复杂波形信号的生成。控制器还包括控制器输出电路，所述控制器输出电路被配置为将复杂波形信号传输到电沉积电源的输入端。

背景

技术领域

通过电化学制造方法在工件上以相对高的速率或产量沉积多层纳米层压涂层需要稳定和精确的电场发生器(例如波形发生器)。此外，改变沉积涂层的组成和微结构(例如沉积种类和/或微结构)需要同时对提供给一个或多个电极组的波形(例如电流和/或电压波形)进行精确控制。此外，基于涂层各层之间和/或涂层与工件之间期望的原电池反应，电沉积可能需要波形中的复杂特征和/或波形可能必须基于工艺步骤和/或过程反馈进行实时修改，以实现特性的特定组合。

相关技术的描述

传统的电沉积系统通常使用基于突变电压或电流转换的电流脉冲，这限制了可应用于电沉积方法的精度。尽管在一些相关的电镀系统中，例如半导体工业或涂料工业中的电镀系统，电源可以包括模拟电路和能够生成一系列波形的微控制器。然而，这些电镀系统中的波形范围受限于可用波形的数量和可生成的波形类型。此外，可以创建的波形类型进一步受限于预加载的全长波形和/或受限于标准波形轮廓模式。即波形不能实时修改。此外，传统系统中的电源和控制器通常只控制一对电极(即阳极和阴极)的电压或电流。

虽然一些传统系统通过包括现场可编程门阵列来提供控制器的灵活性，但是在已知的电源系统中，控制器需要连接到特定的一个或多个大容量电源。即每个控制器被配置为与例如特定型号或有限型号范围的电源、来自特定制造商的电源和/或具有特定输出范围的电源一起使用。这意味着用户需要为每个电源购买并学习不同的软件。此外，已知系统具有不同程度的不稳定性，这可能对涂覆过程生成不利影响。已知的系统不能校准和/或修改输出波形以解决过程的不稳定性。因此，需要改进功率控制系统和方法。本公开提供了这一改进和相关优点。

概述

在本技术的实施方案中，包括控制器和电源的电源系统通过实时调制或改变波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数和/或一些其它波形参数来动态生成具有任意期望的波形轮廓(waveform profile)的电沉积波形(例如生成复杂波形)。期望的波形轮廓可以应用于电沉积波形的电压和/或电流特征。然后，电沉积波形输出到电化学槽中的一组电极以执行电沉积方法。

在实施方案中，本公开提供了系统，包括：电化学处理槽；一组被配置为用于在工件上沉积多层纳米层压涂层的电极；连接到该组电极的电沉积电源，所述电沉积电源包括被配置为接收复杂波形信号的输入连接，所述电沉积电源被配置为放大复杂波形信号以生成期望的电沉积波形，所述期望的电沉积波形被配置为在工件上沉积至少一层多层纳米层压涂层；以及所述基于处理器的控制器，包括：波形合成器电路，其被配置为生成复杂波形信号；合成器控制电路，其被配置为至少部分地基于配方来控制波形合成器电路，所述配方具有与沉积至少一层多层纳米层压涂层相关的参数，合成器控制电路被配置为控制复杂波形信号，所述复杂波形信号通过实时调制复杂波形信号的波形形状、频率、振幅、偏移、回转、波长、相位、速度、导数或其组合而生成；以及连接到电沉积电源的输入端的控制器输出电路，所述控制器输出电路被配置为将复杂波形信号传输到输入端。