(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210546911.9 (22)申请日 2022.05.19 (71)申请人 武汉光目科技有限公司 地址 430074 湖北省武汉市东湖高新 技术 开发区关东科技工业园3-3栋4楼17 号-01 (72)发明人 于龙　雷力　 (74)专利代理 机构 武汉华之喻知识产权代理有 限公司 42 267 专利代理师 王世芳　梁鹏 (51)Int.Cl. C25D 21/14(2006.01) C25D 21/12(2006.01) C25D 17/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种原位多功能电镀 槽装置以及工作方法 (57)摘要 本发明提供了一种原位多功能 电镀槽装置 以及工作方法， 属于电镀槽设备领域， 其包括电 镀槽、 同时设置在电镀槽上方的光源和液位计、 与光源连接的光谱仪、 输入端同时连接光源和光 谱仪的光纤耦合器、 连接光纤耦合器输出端 连的 光学探头和采集控制单元， 采集控制单元同时连 接液位计、 光谱仪和光学探头。 采用本发明装置 进行工作时， 液位计测量电镀槽盛装的电镀液的 液位， 光源发出的光依次进入光纤耦合器、 光学 探头后射入电镀液液面， 发生透射和反射， 透射 部分的光进一步穿透电镀液后射入镀件表面， 发 生再次的反射， 采用光谱仪采集不同时间段的多 种反射光， 获取电镀液浓度信息和镀层厚度信 息。 本发明装置和方法能实现原位监控镀件厚 度， 并且不损坏镀件。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 114836813 A 2022.08.02 CN 114836813 A 1.一种原位多功能电镀槽装置， 其特征在于， 其包括电镀槽(10)、 同时设置在电镀槽上 方的光源(1)和液位计(7)、 与光源 连接的光谱仪(2)、 输入端同时连接光源(1)和光谱仪(2) 的光纤耦合器(3)、 连接光纤耦合器(3)输出端连的光学探头(8)和采集控制单元(5)， 采集 控制单元(5)同时连接液位计(7)、 光谱仪(2)和光学探头(8)， 电镀槽(10)内设置有放置镀 件的工位， 工作时， 液位计(7)用于测量电镀槽盛装 的电镀液的液位， 光源(1)发出的光依次进入 光纤耦合器(3)、 光学探头(8)后射入电镀液液面， 发生透射和反射， 透射部分的光进一步穿 透电镀液后射入镀件表面， 发生再次的反射， 采用光谱仪采集不同时间段的多种反射光， 从 多种反射 光中获取电镀液浓度信息和镀层厚度信息 。 2.如权利要求1所述的一种原位多功能电镀槽装置， 其特征在于， 光学探头(8)包括第 二光纤准直器、 X轴振镜、 Y轴振镜和扫描透镜， 第一光纤准直器的出射光方向上设置有X轴 振镜， 在X轴振镜反射光方向上设置有Y轴振镜， 在Y轴振镜的反射方向上设置有扫描透镜， 扫描透镜的出射 光方向对准电镀 槽的电镀 工位。 3.如权利要求1所述的一种原位多功能电镀槽装置， 其特征在于， 其还包括参考臂(5)， 参考臂包括第一光纤准直器、 聚焦透镜和反射镜， 第二光纤准直器入射光方向连接光纤耦 合器， 出射 光方向上设置有聚焦透 镜， 聚焦透 镜的出射 光方向上设置有反射镜 。 4.如权利要求1 ‑3任一所述的一种原位多功能电镀槽装置， 其特征在于， 所述光源(1) 为宽谱光源， 其波长为790nm～890nm。 5.如权利要求4所述的一种原位多功能电镀槽装置， 其特征在， 其还包括计量泵(9)和 补液槽(12)， 计量泵连接采集控制单元(5)， 以能被采集控制单元(5)控制开闭， 补液槽(12) 通过管道连通电镀槽(10)， 计量泵(9)设置在连通电镀槽(10)和补液槽(12)之间的管道上， 以控制补液槽(12)和电镀 槽(10)之间开闭， 最终 实现补液量精确可控。 6.如权利要求2 ‑5之一所述的原位多功能电镀槽装置的工作 方法， 其特征在于， 其包括 自动补充电镀液的方法， 具体为： 首先， 液位计(7)采集到当前时刻t0电镀液深度h0， 采集控制单元(5)控制X轴振镜以预 设的固定的偏转角( θx0， θy0)偏转， 将光束偏转至电镀槽槽底， 并接收光谱仪(2)采集到的光 谱信号， 获知光束在偏转角( θx0， θy0)下的总液面到 槽底的光 程差z′0， 当前电镀液折 射率为： 其中， 各个参数的含义为： t0为某一时刻， h0为t0时刻电镀液液面距槽底高度， θx0为X轴 振镜绕x轴偏转的角度， θy0为Y轴振镜绕y轴偏转的角度， z ′0为光束以( θx0， θy0)的偏转角入 射时， 从液面到 槽底的光 程差， n(t0)为t0时刻的电镀液折 射率， 然后， 根据折 射率与浓度关系计算获得当前电镀液浓度c(t0)， 接着， 对c(t0)进行判断， 若小于给定的阈值， 则计算获得需要补液的体积V0， 并输出信 号至计量泵 进行体积V0的补液， 最后， 补液完成时， 再 次测量当前 时刻t的电镀液浓度c(t)， 对c(t)进行判断， 若在给定 的阈值范围内， 则停止补液， 否 定继续补液。 7.如权利要求6所述的原位多功能电镀槽装置的工作 方法， 其特征在于， 其包括监控镀权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114836813 A 2件镀层厚度， 具体包括如下步骤： 第一步， 宽谱光源(1)发出的光经光纤耦合器(3)分为两路， 一路传入参考臂(4)， 经过 第二光纤准直器准直、 聚焦透镜会聚后， 聚焦在反射镜上， 此路反射光传入光谱仪(2)的部 分记为I1( λ )； 另一路传入光学探头， 经过第一光纤准直器准直， X轴振镜对光束偏转， 扫描 透镜再对光束聚焦， 聚焦光穿过液面入射在镀件表面， 此路反射光传 入光谱仪(2)的部 分记 为I2( λ )， 第二步， 采集控制单元(5)产生周期性的驱动电压信号， 分别传入X轴振镜的控制器和 光谱仪的控制器中， 另外采集控制单元(5)将偏转电压文件以二维数组的形式保存， 当X轴 振镜的控制器被驱动信号触发， 将按偏转电压文件产生对应电压(Vxi， Vyi)， 使X轴振镜、 Y轴 振镜分别饶x轴和y轴偏转对应的角度( θxi， θyi)， 同时光谱仪的控制器被驱动信号触发， 对 当前的光谱数据Ii( λ )进行采集并传入 采集控制单 元(5)中， 第三步， 采集控制单元(5)对光谱数据I( λ， xi， yi)进行傅里叶变换， 在变换谱中对应产 生两个信号峰， 第一个信号峰对应电镀液的液面， 第二个信号峰对应镀件表面， 对第二个信 号峰寻峰， 求得镀件表面对应参 考面的光程差zi， 进而获得光 程差分布， 第四步， 液位计测量当前时刻下， 电镀液深度h0， 根据偏转电压文件获取预设偏转角控 制电压(Vx0， Vy0)， 利用槽底点的变换谱I(z， x0， y0)获得电镀液液面和槽底各自对应的信 号 峰， 分别寻峰并做差， 得到电镀液液面到槽底的光程差z0， 电镀液当前时刻的折射率为n＝ z0/h0， 利用该折 射率和光程差分布z(x， y)计算出镀层高度分布h(x， y)， 第五步， 重 复第二步至第四步， 采集控制单元(5)获得每一时刻的镀件高度分布h(x， y， t)和电镀液折射率数据n(t)， 设某一镀件开始电镀的时刻记为初始时刻t0， 则某一时刻t的 镀层厚度计算为d(x， y， t)＝h(x， y， t) ‑h(x， y， t0)， 对d(x， y， t)进行分析， 得知镀件镀层的 厚度以及表面厚度分布。 8.如权利要求6所述的原位多功能电镀槽装置的工作 方法， 其特征在于， 其包括监控镀 件镀层厚度， 具体包括如下步骤： 第一步， 宽谱光源(1)发出的光经光纤耦合器(3)直接传入光学探头， 经过第一光纤准 直器准直， X轴振镜对光束偏转， 扫描透镜再对光束聚焦， 聚焦光穿过液面入射在镀件表 面， 镀液液面反射光与镀件表面反射光发生干涉， 干涉光谱携带镀件表面相对镀液液面的光程 差信息， 第二步， 采集控制单元(5)产生周期性的驱动电压信号， 分别传入X轴振镜的控制器和 光谱仪的控制器中， 采集控制单元(5)将偏转电压文件以二维数组的形式保存， 当X轴振镜 的控制器被驱动信号触发， 将按偏转电压文件产生对应电压(Vxi， Vyi)， 使X轴振镜x轴和y轴 分别偏转对 应的角度( θxi， θyi)， 同时光谱 仪的控制器被驱动信号触发， 对当前的光谱数据Ii ( λ )进行采集并传入 采集控制单 元(5)中， 第三步， 采集控制单元(5)对光谱数据I( λ， xi， yi)进行傅里叶变换， 在变换谱中对应产 生一个信号峰， 对应镀件表面， 求得镀件表面对应镀液液面的光程差zi， 进而获得光程差分 布， 第四步， 液位计测量 当前时刻下电镀 液深度h0， 根据偏转电压文件获知预设偏转角控制 电压(Vx0， Vy0)， 对应槽底点的变换谱， 进行寻峰， 获得镀液液面到槽底的光程差z0， 则电镀液 此时的折射率 可以求得n＝z0/h0， 利用该折射率和光程差分布z(x， y)计 算出镀层高度分布h权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114836813 A 3