JPH06201646A - 信号減算装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、必要な信号を対向電極、基準電
極、動作電極に敏速に供給し、ＤＣ成分を動作電極で測
定されるＡＣ成分から敏速に分離できるメッキバスの電
気特性の監視装置を提供することを目的とする。 【構成】 対向電極と、基準電極と、動作電極とを有す
るプロ−ブ24と、予め定められた振幅および周波数のＤ
Ｃバイアスまたはオフセット信号とＡＣ信号を選択的に
提供し、電気的に対向電極26に接続されている入力信号
発生器10と、対向電極26によりプロ−ブ24に供給される
ＤＣ信号とＡＣ信号の両者を検出するために動作電極28
に電気的に接続され、動作電極28により検出される電流
をさらに監視する信号検出手段とを具備し、信号検出手
段は予め定められたフィルタ範囲を有する少なくとも１
つのフィルタネットワ−ク58を備えていることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低周波数と高周波数成分
の分離、特にメッキバスに位置する電極またはプロ−ブ
からの分析とフィ−ドバックに関する。

【０００２】

【従来の技術】メッキは基礎的な金属表面に外部被覆を
する方法である。メッキの普通の使用法はアルミニウム
の外部表面と電気を通した金属に電解薄膜を施し、銅を
電気回路板にメッキすることを含む。通常前述のメッキ
処理は超正確なメッキ装置を要さず、メッキ処理の開始
時のメッキバスに残留する不純物または劣化生成物と呼
ばれる残留不純物に適応し耐えることができる。

【０００３】しかし多くのメッキの応用ではメッキ表面
の特性は非常に臨界的であり、しばしばある場合の基体
材料の特性よりも重要である場合が多い。メッキされた
被覆の特性は張力、はんだ結合能力、鮮明度、延性また
は柔軟性、被覆の均一性、熱または電気ショックに対す
る抵抗力の決定を助ける。メッキ被覆のこれらの特徴は
これらが基体に付着されるためのメッキバス中の組成に
大きく依存する。

【０００４】銅等の歴史的メッキ処理では柔軟で純粋な
銅製の電極を酸のバスに挿入し、回路板等に銅を付着す
るため電極と酸バスを通って電流を流す。付着された銅
は厚さが電極を通じて流れる電流と回路板をバスに浸漬
していた時間により決定された静止の柔軟なタイプの銅
として観察される。新しいメッキ表面が所望であれば必
要なメッキ表面の特性を得るためにメッキ材料の混合物
と微量の元素、化合物を全て予め決定された量で供給す
ることが必要となる。

【０００５】このことは材料の適切な混合が存在し基体
材料上に所望の方法でメッキされることを確実にするた
めメッキ処理前と処理期間中の両者のメッキバスの成分
のより分析的な評価を強制する。米国特許第4,132,605
号明細書にはメッキ溶液の組成を評価することに使用さ
れる１つの方法が記載されている。その方法はＤＣ電圧
をメッキ溶液中に位置される動作電極に供給することを
含む。電圧は金属メッキ電圧範囲と金属剥離電圧範囲の
両者を通過するように徐々に変化する。対向電極も測定
を助長するためメッキ溶液に配置される。

【０００６】この方法はメッキ率に関連し、メッキ処理
を助けまたは妨げる元素または化合物の存在と濃度を評
価するのに便利である信号を提供する。残念ながら、メ
ッキバスに存在される全ての材料がメッキ率に影響を及
ぼすわけでない。ある材料はメッキ層の特性に非常に影
響するが、メッキ率または剥離率を測定可能な程度に変
化しない。付加的な問題はメッキバスがメッキ付着特性
に影響するいくつかの異なった元素または化合物を含む
とき生じる。これは１つのこのような材料の濃度または
存在が別のこのような材料が付着される方法に影響する
とき特に困難である。

【０００７】メッキ溶液またはメッキバスのエ−ジング
期間中に付加的な困難な問題が生じる。メッキ溶液のエ
−ジングは互いにおよびメッキバスに付加された材料と
相互作用する微量の不純度と劣化生成物が累積する結果
となる。メッキバス中の種々の成分間の正確な相互作用
と、メッキ溶液に加える付加的な材料に対する影響およ
び相互作用の影響を決定することはしばしば困難であ
る。

【０００８】米国特許第4,631,116 号明細書にはメッキ
溶液の内容における特別なタイプの分析を行う方法が記
載されている。この方法は徐々に変化するＤＣ信号をメ
ッキバス溶液中に位置する動作電極に供給することを含
む。一定の周波数のＡＣ信号はＤＣ電圧レベルに重畳さ
れる。ＤＣ電圧レベルがゆっくりと変化されるとき供給
されたＡＣ信号のＡＣ電流は動作電極とメッキ溶液に位
置される対向電極との間で測定される。ＤＣ電圧レベル
はメッキとメッキ付着物の剥離が生じる電圧を含む予め
定められた範囲にわたって変化される。

【０００９】変化するＤＣ電圧に関連するＡＣ電流の測
定はＡＣ電流スペクトルに変換される。ＤＣ電圧レベル
と掃引速度およびＡＣ周波数はメッキバス溶液の各成分
を適切に特徴づけるためメッキバス内の各成分に対して
最適にされる。結果として生じる電流スペクトルの分析
はメッキバスの成分の指紋を開発するために行われる。
所望のメッキ被覆を生じる既知の所望の組成を有するバ
スの指紋と未知の組成のメッキバスの指紋との比較は既
知のメッキバスの組成と一致する所望のメッキ表面を生
成するため未知のメッキバスで必要とされる変形をオペ
レ−タに示す。

【００１０】米国特許第4,631,116 号明細書の方法に使
用されている装置は基本的に標準的な塩化第１水銀電極
である基準電極と、動作電極と、対向電極とを含む。対
向電極はＤＶ電圧とＤＣ電圧に重畳されているＡＣ信号
の源である。基準電極または標準的な塩化第１水銀電極
は対向電極に供給される電圧が変化される基準点を提供
する。

【００１１】米国特許第4,631,116 号明細書に記載され
ている方法は電流スペクトルを決定するため動作電極と
対向電極との間のＡＣ電流を測定し、ＡＣ電流の位相角
度と象限との両者を監視することを必要とする。測定結
果はグラフィックディスプレイに記録され、分析され、
または他の既知のスペクトルと比較される。この方法の
使用上、第２の高調波を監視することが好ましい。この
第２の高調波はメッキバスの内容を表す詳細なスペクト
ルを提供することにおいて第１の高調波よりも便利であ
ることが発見されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って、正確な入力を
（対向電極、基準電極、動作電極を含む）監視装置に提
供でき、電流測定の第１、第２の高調波の正確な測定を
行うために動作電極の出力のＡＣ成分からＤＣ成分を敏
速に正確に分離することが可能な装置の必要性が存在す
る。

【００１３】それ故、本発明の目的は、必要な信号を対
向電極、基準電極、動作電極に敏速に供給することので
きる装置を提供することである。

【００１４】本発明のさらに別の目的は、ＤＣ成分を動
作電極で測定されるＡＣ成分から敏速に分離できる装置
を提供することである。

【００１５】本発明のさらに別の目的は、ＤＣ信号また
はＡＣ信号のいずれかにエラ−または変化を導入しない
で電気信号のＡＣ成分からＤＣ成分を分離することので
きる装置を提供することである。

【００１６】本発明の別の目的は、メッキ溶液のスペク
トルを正確に検出するために対向電極、基準電極、動作
電極で容易に使用されることができる装置を提供するこ
とである。

【００１７】本発明のさらに別の目的はメッキ溶液の種
々の成分の存在または不在を敏速に検出できる装置を提
供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は外部ＤＣ掃引発
生器とＡＣ源により供給されるＤＣおよびＡＣ入力信号
を加算し、組合せたＡＣおよびＤＣ信号を増幅器を通っ
てプロ−ブの対向電極に供給する。基準電極と動作電極
で検出された信号のＤＣ成分はＤＣ成分を変調し監視す
るため源に帰還される。本発明の装置は動作電極により
監視される電流のＡＣ成分を検出し、信号の位相の完全
性を維持し、ＡＣ電流成分の第１、第２の高調波の正確
な測定を提供する。

【００１９】

【実施例】図１を参照すると本発明によれば波形発生器
であってもよい交流電流（ＡＣ）源12は入力信号を加算
器18において重ね合せることによりランプ発生器14と直
流電流（ＤＣ）発生器16の出力と加算される。加算器18
の出力は次第に増加するＤＣ電圧レベルによりオフセッ
トされるＡＣ信号である。

【００２０】ＡＣ信号は可能な電流スペクトルの微細な
構造を示すため少なくとも10Ｈｚ〜10ＫＨｚの周波数で
変化する。周波数はメッキバスの特定の成分を最適に検
出するために最終的に単一または一連の個別の周波数に
最終的に同調される。ＡＣ電圧レベルも電流スペクトル
の微細な構造を示すために少なくとも５ミリボルト〜10
0 ミリボルト変化する。

【００２１】ＤＣ掃引速度は電流スペクトルの微細構造
を示すために少なくとも１秒当り１ミリボルト乃至500
ミリボルトの範囲で変化される。ＤＣ電圧は約１ボルト
から約−0.2 ボルトまで標準的な塩化第１水銀電極に関
して変化される。これらの信号は全て供給され、交流電
流源12、直流電流発生器16、ランプ発生器14により制御
される。

【００２２】本発明の実施例により生成されたＤＣ掃引
速度とＤＣ電圧レベルならびにＡＣ周波数と信号強度は
可能な電流スペクトルの微細な構造を示すことにおいて
特定の信号と周波数の効果に基づく。選択された動作範
囲は米国特許第4,631,116 号明細書に記載されている。
これらのパラメ−タからの僅かなまたは可成の偏差は微
細なスペクトル構造を示すために使用されることが認識
される。付加的な信号が加算器18に入力されることも認
識される。

【００２３】図１、２のａおよびｂで示されているよう
に、加算器18の出力は加算器20を通過し入力をパワ−増
幅器22に供給する。パワ−増幅器22の出力はプロ−ブ24
の対向電極26を駆動する。加算器20は加算器18による信
号出力を基準電極30および動作電極28により生成された
フィ−ドバック信号と結合する。

【００２４】プロ−ブ24はメッキタンクの中に配置され
る。基準電極30と動作電極28は動作フィ−ドバックを電
位計32に提供する。電位計32は実質上差動増幅器として
動作し、基準電極信号と動作電極信号との間の差に比例
する信号を出力する。電位計32により出力される信号は
ポテンシオスタット／ガルバノスタット選択装置34に導
かれる。電流36もポテンシオスタット／ガルバノスタッ
ト選択装置34に入力される。ポテンシオスタット／ガル
バノスタット選択装置34の出力は加算器20を通ってパワ
−増幅器22に送られる。

【００２５】加算器20はポテンシオスタット／ガルバノ
スタット選択装置34と加算器18の出力を結合し、従って
基準電極30と動作電極28からのフィ−ドバック信号を波
形発生器12とランプ発生器14とＤＣ発生器16により供給
されるＡＣおよびＤＣ信号に加算する。

【００２６】電位計32の出力は基準電圧発生器38を駆動
する。基準電圧発生器38はＡＣおよびＤＣ成分を有する
複合信号を基準電極30から受信する。不所望なＡＣ成分
は複合信号からフィルタで除去され、所望のＤＣ成分44
は外部デ−タ獲得システムに導かれる。基準電圧発生器
38は差動増幅器42を駆動する電位計32のフィルタされな
い出力と並列に位置するハイパスフィルタとして構成さ
れている。ハイパスフィルタ40は電位計のフィルタされ
ていない出力とその位相関係で維持される。この回路の
効果はハイパスフィルタ40を通って不所望の高い周波数
成分を通過させ、入力をハイパスフィルタに供給するフ
ィルタされない信号からハイパスフィルタの出力を減算
することにより結果的な信号から同一の不所望な高周波
数成分を剥取ることである。

【００２７】従って差動増幅器42の出力はＤＣ成分と電
位計出力の低周波数成分信号とを含む。この信号はデ−
タ獲得システムに供給され、ここでフラッシュコンバ−
タまたは他のアナログデジタル変換装置を使用してデジ
タル化される。

【００２８】信号がハイパスフィルタを通過するとき位
相シフトが生じないことは臨界的である。位相シフトま
たは遅延は差動増幅器42への１つの入力と関連する位相
遅延の形態でオフセットを生じる。これは差動増幅器に
よりエラ−の信号を生成が生させ、この差動増幅器はプ
ロ−ブに存在するＤＣ成分を表わさない。

【００２９】その代りにＤＣ成分は図２のａで示される
ように確保され、単一のロ−パスフィルタ84が電位計出
力の高い周波数成分を除去するため使用される。

【００３０】電位計出力の高い周波数成分を除去する回
路の別の実施例は図２のｂで示されている。ハイパスフ
ィルタ72は図１で示されているように差動増幅器42を駆
動するハイパスフィルタ40と類似した方法で差動増幅器
70を駆動する。付加的なスイッチ入力はハイパスフィル
タ72に供給される。この入力は般用モノリシックなスイ
ッチドキャパシタフィルタを制御する。スイッチドキャ
パシタフィルタの使用はハイパスフィルタの通過範囲が
装置の動作期間中に調節されることを可能にする。

【００３１】ハイパスフィルタの周波数は波形発生器12
により生成される信号を表わす波形76に比例して調節さ
れる。波形76は入力をハイパスフィルタの周波数応答を
徐々に変化するためクロックした出力を提供する周波数
比較装置78に提供する。これは閉ル−プ動作を与え、こ
こでハイパスフィルタのカットオフ周波数は対向電極26
に供給される同一の信号により容易に制御されることが
できる。

【００３２】所望ならばプログラム可能な発振器74は波
形入力76と比較装置78を置換することができる。プログ
ラム可能な発振器は波形発生器12がその周波数範囲にわ
たって掃引するのと同じ速度にプログラムされる。これ
はハイパスフィルタが所望の周波数通過範囲を有するこ
とを確実にする。代りにプログラム可能な発振器74はオ
ペレ−タがＤＣ電圧レベルに比例してハイパスフィルタ
の通過範囲を追跡することを望むのであればランプ発生
器14に接続されることができる。スイッチ80はスイッチ
ドキャパシタフィルタネットワ−クによりハイパスフィ
ルタの周波数応答の制御においてオペレ−タが比較装置
78とプログラム可能な発振器74との間で切替えることを
可能にする。

【００３３】差動増幅器へ所望の高周波数範囲を通過さ
せるのに使用できるハイパスフィルタの他の適応が存在
することが認められる。特定の構成は般用モノリシック
スイッチドキャパシタフィルタおよびその他のような入
力周波数を追跡するものを含む。付加的に電位計信号の
純粋なＤＣ成分と干渉しないならば、ローパスフィルタ
が図２のａで示されるように使用できることが認められ
る。

【００３４】動作電極28により検出される信号はＡＣ成
分とＤＣ成分を含む複合信号である。動作電極28により
検出された信号はまた電流監視回路に導かれる。図１で
示されているように信号は最初に電流範囲選択スイッチ
50を通過し２つの並列な電流感知増幅器52,56 に通過す
る。電流感知増幅器56の出力は高周波数成分を除去する
ロ−パスフィルタ58へ導かれロ−パスフィルタ58の入力
と同位相のロ−パスフィルタ58の出力の位相を維持す
る。これはロ−パスフィルタ58の出力が電流感知増幅器
52の出力と同位相であることを確実にする。電流感知増
幅器52の出力とロ−パスフィルタ58の出力は差動増幅器
54を駆動する。

【００３５】第２の電流感知増幅器56とロ−パスフィル
タ58を通過する低周波数成分は電流感知増幅器52を通る
低周波数成分を消去することにより出力信号の低周波数
成分を除去するのに使用される。ロ−パスフィルタ58の
出力はまた対向電極と動作電極により形成される電流監
視システムのＤＣ成分を表わすのでデ−タ獲得システム
に導かれる。差動増幅器54の出力は電流監視システムの
ＡＣ成分60を表し、フィルタリングシステムの外部に位
置する相関フィルタに導かれる。

【００３６】図３で示されているように図１のロ−パス
フィルタ58は周波数通過範囲が般用モノリシックスイッ
チドキャパシタフィルタにより決定されるロ−パスフィ
ルタ90により置換されることができる。ロ−パスフィル
タ90のスイッチドキャパシタフィルタは図２のｂで示さ
れたスイッチドキャパシタのハイパスフィルタ72と類似
した方法で制御される。波形発生器92は波形92により提
供される入力に比例してロ−パスフィルタ90の周波数応
答を徐々に変化させるためにクロック98を提供する比較
装置94を駆動する。

【００３７】波形76と類似した波形92は波形発生器12か
ら得られることができる。代りにプログラム可能な発振
器96は図１のプログラム可能な発振器74と類似の方法で
動作でき、ロ−パスフィルタ90のスイッチドキャパシタ
フィルタ変化の予め定められたプログラム可能な速度を
与える。スイッチ98は手動または電子スイッチであり、
使用者またはオペレ−タが波形92によりロ−パスフィル
タ90を駆動することによる動作の閉ル−プモ−ドまたは
プログラム可能な発振器96によるロ−パスフィルタ90の
駆動による開ル−プ動作を選択することを可能にする。

【００３８】電流監視システム102 のＤＣ成分はロ−パ
スフィルタ90により出力され、さらに処理するためのデ
−タ獲得システムに導かれる。同様に、電流監視システ
ム100 のＡＣ成分は差動増幅器54により出力され相関フ
ィルタに導かれる。出力信号102 と100 は図１の出力信
号62と60にそれぞれ類似しているが、ロ−パスフィルタ
90の選択可能な通過範囲が電流監視システムのＤＣ成分
102 とＡＣ成分100 に影響を与える点で異なっている。

【００３９】本発明の装置および方法は特に前述のメッ
キバス分析方法に正確な測定を提供することに有用であ
る。しかしながら、本発明がメッキバスの分析に限定さ
れるものではなく混合物から所望、不所望なＡＣ信号成
分を分離することが有益なシステムまたは方法を含む。

【００４０】本発明の信号減算装置および方法の幾つか
の特別で好ましい実施例を説明した。添付の特許請求の
範囲に記載された本発明の技術的範囲から逸脱すること
なく当業者は前述の実施例から離れた多くの使用法が可
能であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電圧供給および電流検出装置の１
実施例のブロック図。

【図２】図１の装置の電圧供給部の別の実施例のブロッ
ク図。

【図３】図１の装置の電流検出部の別の実施例のブロッ
ク図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーティン・エム・ハマノ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90504、トーランス、アーダス・アベニュ ー 16801 (72)発明者 メイナード・エム・ケプラー・ジュニア アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90039、ロサンゼルス、バクスター・スト リート 2018

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向電極と、基準電極と、動作電極とを
   有するプロ−ブと、 ＤＣバイアスまたはオフセット信号と予め定められた振
   幅および周波数のＡＣ信号を選択的に提供し、電気的に
   前記対向電極に接続されている入力信号発生器と、 前記対向電極により前記プロ−ブに供給されるＤＣ信号
   とＡＣ信号の両者を検出するために前記動作電極に電気
   的に接続され、前記動作電極により検出される電流をさ
   らに監視する信号検出手段とを具備し、 前記信号検出手段は予め定められたフィルタ範囲を有す
   る少なくとも１つのフィルタネットワ−クを備えている
   ことを特徴とするメッキバスの電気特性の監視装置。
2. 【請求項２】 前記信号検出手段が所望の信号成分と不
   所望な信号成分を有する複合信号を検出し、前記フィル
   タ手段がさらに不所望な信号成分を通過するための第１
   のフィルタ手段と不所望な信号成分を複合信号とを組合
   わせるための第１の差動増幅器手段を具備し、複合信号
   から不所望な信号成分の減算を行う請求項１記載の装
   置。
3. 【請求項３】 前記基準電極と前記動作電極との間の電
   圧差を検出するための第２の検出手段と、 予め定められた周波数範囲を有するＡＣ信号を消去する
   ためのフィルタネットワ−ク手段とを具備している請求
   項１記載の装置。
4. 【請求項４】 少なくとも１つの入力信号発生器と、 入力が前記入力信号発生器に結合し、出力が所望な信号
   成分と不所望な信号成分を含む複合信号を検出する少な
   くとも１つの入力と１つの出力を有するプロ−ブと、 不所望な信号成分を通過する第１のフィルタ手段と、 不所望な信号を所望および不所望な信号の混合信号と組
   合わせ、所望および不所望な信号の組合わせから不所望
   な信号の減算を行う第１の差動増幅手段とを具備する信
   号減算装置。
5. 【請求項５】 入力信号発生装置がＤＣバイアスまたは
   オフセット信号を選択的に供給し、予め定められた周波
   数および振幅のＡＣ信号を前記ＤＣバイアスまたはオフ
   セット信号に選択的に適用する請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 所望および不所望な信号成分から成る入
   力信号を緩衡し、選択的に増幅し、 所望および不所望な信号成分の位相関係を維持しながら
   所望および不所望な信号成分の組合わせから所望な信号
   成分をフィルタして除去し、 所望および不所望な信号の成分の緩衡された組合わされ
   た信号と、不所望な信号を含むフィルタされた信号とを
   組合わせ、不所望な信号を消去して所望な信号成分のみ
   を残す段階からなる所望および不所望な信号成分の混合
   された信号から所望および不所望な信号成分を分離する
   方法。
7. 【請求項７】 予め定めれた振幅と周波数のＡＣ信号を
   生成し、 前記ＡＣ信号と予め定められた電圧のＤＣバイアスまた
   はオフセット信号とを混合し、 前記混合したＡＣ信号とＤＣ信号を入力電極に供給し、 所望の信号成分と不所望な信号成分を含む第１の複合信
   号を検出する第１の出力電極を監視する段階をさらに有
   する請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 第２の所望な信号成分と第２の不所望な
   信号成分とを含む第２の複合信号を検出する第２の出力
   電極を監視し、 第２の出力電極と第１の出力電極との間の差を表す信号
   を生成し、前記信号は第２の複合信号と第１の複合信号
   との間の差を表す第３の複合信号であり、前記第３の複
   合信号は第３の所望な信号成分と第３の不所望な信号成
   分を含み、 第３の所望な信号成分と第３の不所望な信号成分を前記
   入力信号と組合わせて第３の混合信号を生成し、 第３の所望な信号成分と第３の不所望な信号成分の位相
   関係を維持しながら第３の混合信号から第３の所望な信
   号成分をフィルタ処理することにより前記第３の所望な
   信号成分を付加的に分離し、 不所望な信号成分を消去し、第３の所望な信号成分のみ
   を残すため前記第３の複合信号と前記フィルタ処理され
   た第３の不所望な信号成分を組合わせる段階をさらに含
   む請求項６記載の方法。