專(zhuān)利名稱(chēng)：真空電弧自動(dòng)引弧方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多弧離子鍍的電弧引弧方法及裝置，尤指一種真空電弧自動(dòng)引弧方法及裝置。
在薄膜沉積過(guò)程中，通常由于各種原因，如靶材表面狀況，電源波動(dòng)等，會(huì)造成意外地電弧熄滅。因?yàn)閰⑴c鍍膜的成分通常還包括氣相部分，短時(shí)間的電弧熄滅通常也會(huì)造成鍍膜氣壓的波動(dòng)。從而引起膜層成分的波動(dòng)，使得結(jié)構(gòu)、成分出現(xiàn)偏差，影響鍍件的性能；也會(huì)使產(chǎn)品顏色出現(xiàn)差異，影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。
本發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)而提供一種在鍍膜開(kāi)始時(shí)可自動(dòng)引弧，在鍍膜過(guò)程中出現(xiàn)熄弧或熄弧的趨勢(shì)時(shí)，重新快速自動(dòng)引弧，可大大減少完全熄弧的次數(shù)，避免了因熄弧而造成的膜的成分、結(jié)構(gòu)不均勻，可消除顏色偏差的真空電弧自動(dòng)引弧方法。
本發(fā)明的另一目的還在于提供一種取代機(jī)械引弧裝置的真空電弧自動(dòng)引弧裝置。
本發(fā)明的目的可通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)真空電弧在沉積過(guò)程中，在真空陰極表面，電弧等離子體實(shí)際上是由許多小斑點(diǎn)組成。在電弧有熄滅趨勢(shì)時(shí)，并不是所有的斑點(diǎn)同時(shí)熄滅，而是部分斑點(diǎn)熄滅，而斑點(diǎn)的熄滅通常會(huì)造成電弧電壓的升高；本發(fā)明正是利用這一特性采用感應(yīng)元件將這一變化測(cè)量后反饋?zhàn)鳛橐槐容^信號(hào)來(lái)控制電弧的自動(dòng)重新引弧。
一種真空電弧自動(dòng)引弧方法，包括下述步驟(1)在離子鍍鍍膜過(guò)程中出現(xiàn)熄弧或熄弧趨勢(shì)時(shí)，利用電弧電壓波動(dòng)判斷電弧工作狀態(tài)，決定是否重新引弧；即由一反饋環(huán)節(jié)檢測(cè)主電源的電弧工作電壓VW，并將該電壓反饋至一引弧信號(hào)控制環(huán)節(jié)，由該控制環(huán)節(jié)將主電源的電弧工作電壓VW與一參考電壓fVW進(jìn)行比較，當(dāng)電弧工作電壓VW大于參考電壓fVW時(shí)，則該控制環(huán)節(jié)發(fā)出重新引弧信號(hào)將高壓加至引弧元件兩端，引燃電弧；所述的參考電壓fVW中的系數(shù)f為1至Vi/VW，Vi為主電源空載電壓；(2)當(dāng)電弧引燃后，反饋環(huán)節(jié)檢測(cè)到的電弧工作電壓VW小于等于參考電壓fVW時(shí)，則控制環(huán)節(jié)停止發(fā)出引弧信號(hào)。
所述的引弧信號(hào)控制環(huán)節(jié)還包括一高壓環(huán)節(jié)和一脈沖觸發(fā)控制環(huán)節(jié)。
另在主電源上還設(shè)有高壓過(guò)濾保護(hù)環(huán)節(jié)。
本發(fā)明的另一目的還可通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種真空電弧自動(dòng)引弧裝置包括一反饋單元、一控制單元；其中反饋單元的輸入端與離子鍍的電弧工作主電源的輸出端相連，主電源的輸出端還通過(guò)控制單元與引弧元件的兩端相連，而反饋單元的輸出端與控制單元的比較輸入端相連，控制單元的比較輸入端還與一參考電壓相連。
所述的控制單元還包括一高壓?jiǎn)卧鸵幻}沖觸發(fā)控制單元，電弧工作主電源與控制單元的高壓?jiǎn)卧噙B，反饋單元的電信號(hào)與控制單元的脈沖觸發(fā)控制單元的比較輸入端相連；高壓?jiǎn)卧ㄟ^(guò)脈沖觸發(fā)控制單元的的開(kāi)關(guān)電路與引弧元件相連。
所述的開(kāi)關(guān)電路為一晶閘管。
所述的高壓?jiǎn)卧ㄉ龎?、高壓整流、高壓?chǔ)能調(diào)節(jié)、高壓能量存儲(chǔ)、高壓放電控制電路。
該裝置還包括一高壓過(guò)濾保護(hù)單元，該單元跨接在主電源的輸出端與引弧電極之間。
所述的反饋單元是由電弧電壓檢測(cè)電路及其嵌位電路組成。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、通過(guò)本發(fā)明的方法及裝置可在離子鍍鍍膜開(kāi)始時(shí)自動(dòng)引弧，在鍍膜過(guò)程中出現(xiàn)熄弧或熄弧趨勢(shì)時(shí)，重新快速自動(dòng)引弧，可大大減少完全熄弧的次數(shù)，從而避免了因熄弧而產(chǎn)生的氣壓波動(dòng)造成膜的成份、結(jié)構(gòu)的不均勻性，消除了顏色的偏差。
2、本發(fā)明采用電觸發(fā)的方式引弧代替機(jī)械式引弧，避免了使用引弧棒、絲等機(jī)械引弧造成的污染，也避免了引弧絲與陰極粘連所造成的失效問(wèn)題。
另在主電源上還設(shè)有高壓過(guò)濾保護(hù)環(huán)節(jié)。
本發(fā)明除用于多弧離子鍍外，還可以用在其它真空電弧源上。引弧電極1通過(guò)引弧元件2在陰極6一側(cè)發(fā)出引弧脈沖，點(diǎn)燃電弧，等離子體在磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，推到前端面，開(kāi)始工作。
圖1為符合本發(fā)明應(yīng)用的一個(gè)例子。由陰極6、引弧電極1、引弧元件2等組成的真空電弧源安裝在由彎曲磁場(chǎng)線(xiàn)圈3和彎曲管道4組成的90度的彎曲磁過(guò)濾器上。陰極材料可選用鈦、銅、碳等，或者是其他導(dǎo)電材料或非金屬材料。
圖2為本發(fā)明的自動(dòng)引弧電路原理圖。結(jié)合圖2、3，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的裝置。一種真空電弧自動(dòng)引弧裝置包括一反饋單元、一控制單元；其中控制單元還包括一高壓?jiǎn)卧鸵幻}沖觸發(fā)控制單元；電弧工作主電源與控制單元的高壓?jiǎn)卧囊≡噙B，升壓變壓器輸出電壓經(jīng)整流后由其儲(chǔ)能調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)后向高壓儲(chǔ)能電容充電，高壓儲(chǔ)能電容通過(guò)放電控制電阻與脈沖觸發(fā)控制單元的晶閘管即可控硅相連；其中反饋單元的輸入端與離子鍍的電弧工作主電源的輸出端相連，反饋單元的輸出電信號(hào)與控制單元的脈沖觸發(fā)控制器的比較輸入端相連；一參考電壓也與脈沖觸發(fā)控制器的比較輸入端相連，由脈沖控制器將反饋單元的輸出信號(hào)與參考電壓比較后輸出控制脈沖發(fā)生器是否觸發(fā)脈沖的信號(hào)，脈沖發(fā)生器的信號(hào)可用于控制晶閘管的開(kāi)關(guān)。
另在在主電源的輸出端與引弧電極1之間還連有一高壓過(guò)濾保護(hù)單元。
所述的反饋單元是由電弧電壓檢測(cè)電路及其嵌位電路組成。
參照?qǐng)D3a為本發(fā)明的反饋單元的一實(shí)施例，其中電壓檢測(cè)電路是由可調(diào)電阻R401、電阻R402及穩(wěn)壓二極管Z401組成，穩(wěn)壓管Z402構(gòu)成嵌位電路；反饋單元的輸出端與主電源的輸出端即電弧兩端相連，其輸出端與控制單元的脈沖控制器相連。
參照?qǐng)D3b為本發(fā)明的反饋單元的另一實(shí)施例，其中電壓檢測(cè)電路由可調(diào)電阻R401、R404、電阻R402、R403及穩(wěn)壓管Z401、Z402、二極管D401、D402、三極管N401組成；穩(wěn)壓管Z403構(gòu)成嵌位電路。圖3b的反饋電路的負(fù)載能力增強(qiáng)。
上述反饋單元和控制單元還可采用與其相關(guān)的衍生電路，或采用其他公知電路。
下面再結(jié)合附圖4、5來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的裝置的工作時(shí)序。圖4、5中1為主電源電壓波形曲線(xiàn)、2為引弧脈沖、3為高壓儲(chǔ)能元件電壓波形、4為控制單元信號(hào)曲線(xiàn)、5為引弧脈沖觸發(fā)信號(hào)曲線(xiàn)、6為脈沖發(fā)生器脈沖輸出波形曲線(xiàn)。
參照?qǐng)D4，在t0時(shí)刻，主電源打開(kāi)，準(zhǔn)備好工作后，控制單元輸出高電平控制單元信號(hào)，發(fā)出觸發(fā)指令(曲線(xiàn)4)，同時(shí)高壓儲(chǔ)能元件被充電(曲線(xiàn)3)，但由于引弧脈沖觸發(fā)信號(hào)以及脈沖發(fā)生器延時(shí)，在t1時(shí)刻才打開(kāi)。因此，t0時(shí)刻并沒(méi)有引弧脈沖觸發(fā)信號(hào)(曲線(xiàn)5)和引弧脈沖(曲線(xiàn)2)。在t1時(shí)刻，延時(shí)后的脈沖發(fā)生器開(kāi)始連續(xù)發(fā)出觸發(fā)脈沖(曲線(xiàn)6)。此時(shí)由于控制單元信號(hào)仍然為高電平(曲線(xiàn)4)，使脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖獲得通過(guò)，在t1時(shí)刻，獲得第一個(gè)引弧脈沖觸發(fā)信號(hào)(曲線(xiàn)5)；晶閘管被觸發(fā)，高壓儲(chǔ)能組件放電(曲線(xiàn)3)，因此，t1時(shí)刻，獲得第一個(gè)引弧脈沖(曲線(xiàn)2)。此時(shí)，如果已經(jīng)引燃了電弧，主電源電壓下降(曲線(xiàn)1)，在t3時(shí)刻，放電后的高壓儲(chǔ)能元件電壓不足以維持晶閘管導(dǎo)通，晶閘管自動(dòng)關(guān)斷。高壓儲(chǔ)能組件再次開(kāi)始充電，直到第二個(gè)引弧脈沖觸發(fā)信號(hào)到來(lái)，發(fā)出第二個(gè)觸發(fā)信號(hào)。這樣周而復(fù)始。當(dāng)主電源電壓由空載電壓Vi下降到fVw的時(shí)候(在t3)，控制單元輸出低電平(曲線(xiàn)4)，將脈沖發(fā)生器的脈沖信號(hào)(曲線(xiàn)6)濾掉。高壓儲(chǔ)能元件重新儲(chǔ)能，處于高電位。如果在鍍膜中，發(fā)生了熄弧，或者部分熄弧，控制單元發(fā)現(xiàn)主電源電壓(曲線(xiàn)1)上升到fVw的時(shí)候(在時(shí)間t4處)，跳轉(zhuǎn)為高電平(曲線(xiàn)4)，脈沖發(fā)生器的信號(hào)通過(guò)，重新發(fā)出引弧觸發(fā)信號(hào)(曲線(xiàn)5)，高壓儲(chǔ)能元件放電(曲線(xiàn)3)，發(fā)出引弧脈沖(曲線(xiàn)2)，在時(shí)間t5處，電弧被引燃，主電源電壓下降，在主電源電壓到達(dá)fVw后，控制單元翻轉(zhuǎn)為低電平，重新引弧過(guò)程結(jié)束。
鍍膜結(jié)束后，主電源關(guān)閉，脈沖發(fā)生器停止發(fā)出脈沖，高壓儲(chǔ)能元件慢慢放電。
從上面的觸發(fā)過(guò)程，可以看出，適當(dāng)選取fVw，可以使得電弧在即將熄滅(或者部分熄滅)的同時(shí)，發(fā)出再引弧指令，從而起到快速引弧的作用，也可以起到防止熄弧的作用。使得鍍膜過(guò)程非常平滑。
需要指出的是，引弧所用的脈沖發(fā)生器結(jié)合控制單元信號(hào)，也可以工作在類(lèi)似方法的其它的組合方式。圖5給出了另外一種脈沖工作方式時(shí)序圖。圖中1主電源電壓波形曲線(xiàn)；2引弧脈沖；3高壓儲(chǔ)能元件電壓波形；4控制單元信號(hào)曲線(xiàn)；
5引弧脈沖觸發(fā)信號(hào)曲線(xiàn)；6脈沖發(fā)生器脈沖輸出波形曲線(xiàn)。
圖5中，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)和控制單元信號(hào)同步，也是當(dāng)反饋單元發(fā)現(xiàn)電源電壓高于fVw后，控制單元信號(hào)變?yōu)楦唠娖?曲線(xiàn)4)，同時(shí)，脈沖發(fā)生器開(kāi)始發(fā)出脈沖(曲線(xiàn)6)，發(fā)出的脈沖作為引弧脈沖觸發(fā)信號(hào)(曲線(xiàn)5)，觸發(fā)高壓晶閘管，高壓儲(chǔ)能元件放電(曲線(xiàn)3)；發(fā)出引弧脈沖(曲線(xiàn)2)，引燃電弧。
圖3a和圖3b給出的兩個(gè)快速反饋電路原理圖的例子。電阻R401和R402決定不同的系數(shù)f。從電路原理圖3a中得出fVw/(Uz401+Uoutput)＝(R401+R402)R402f＝(Uz401+Uoutput)(R401+R402)/(R402Vw)Vw隨著不同的陰極材料和等離子流不同而改變，R401可以手工調(diào)節(jié)。
采用本發(fā)明，使用結(jié)果良好，使得鍍膜過(guò)程非常平穩(wěn)，完全熄弧的次數(shù)大大減小，重新引弧的時(shí)間非?？?，通常不易察覺(jué)。使得鍍膜過(guò)程及其平穩(wěn)。
權(quán)利要求
1.一種真空電弧自動(dòng)引弧方法，包括下述步驟(1)在離子鍍鍍膜過(guò)程中出現(xiàn)熄弧或熄弧趨勢(shì)時(shí)，利用電弧電壓波動(dòng)判斷電弧工作狀態(tài)，決定是否重新引??；即由一反饋環(huán)節(jié)檢測(cè)主電源的電弧工作電壓VW，并將該電壓反饋至一引弧信號(hào)控制環(huán)節(jié)，由該控制環(huán)節(jié)將主電源的電弧工作電壓VW與一參考電壓fVW進(jìn)行比較，當(dāng)電弧工作電壓VW大于參考電壓fVW時(shí)，則該控制環(huán)節(jié)發(fā)出重新引弧信號(hào)將高壓加至引弧元件(2)的兩端，引燃電??；所述的參考電壓fVW中的系數(shù)f為1至Vi/VW，Vi為主電源空載電壓；(2)當(dāng)電弧引燃后，反饋環(huán)節(jié)檢測(cè)到的電弧工作電壓VW小于等于參考電壓fVW時(shí)，則控制環(huán)節(jié)停止發(fā)出引弧信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的真空電弧自動(dòng)引弧方法，其特征在于所述的引弧信號(hào)控制環(huán)節(jié)還包括一高壓環(huán)節(jié)和一脈沖觸發(fā)控制環(huán)節(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的真空電弧自動(dòng)引弧方法，其特征在于在主電源上還設(shè)有高壓過(guò)濾保護(hù)環(huán)節(jié)。
4.一種真空電弧自動(dòng)引弧裝置，其特征在于該裝置包括一反饋單元、一控制單元；其中反饋單元的輸入端與離子鍍的電弧工作主電源的輸出端相連，主電源的輸出端還通過(guò)控制單元與引弧元件(2)相連，而反饋單元的輸出端與控制單元的比較輸入端相連，控制單元輸入端還與一參考電壓相連。
5.如權(quán)利要求4所述的真空電弧自動(dòng)引弧裝置，其特征在于所述的控制單元還包括一高壓?jiǎn)卧鸵幻}沖觸發(fā)控制單元，電弧工作主電源與控制單元的高壓?jiǎn)卧噙B，反饋單元的電信號(hào)與控制單元的脈沖觸發(fā)控制單元的比較輸入端相連；高壓?jiǎn)卧ㄟ^(guò)脈沖觸發(fā)控制單元的的開(kāi)關(guān)電路與引弧元件(2)相連。
6.如權(quán)利要求5所述的真空電弧自動(dòng)引弧裝置，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)電路為一晶閘管。
7.如權(quán)利要求5所述的真空電弧自動(dòng)引弧裝置，其特征在于所述的高壓?jiǎn)卧ㄉ龎?、高壓整流、高壓?chǔ)能調(diào)節(jié)、高壓能量存儲(chǔ)、高壓放電控制電路。
8.如權(quán)利要求4所述的真空電弧自動(dòng)引弧裝置，其特征在于該裝置還包括一高壓過(guò)濾保護(hù)單元，該單元跨接在主電源的輸出端與引弧電極(1)之間。
9.如權(quán)利要求4所述的真空電弧自動(dòng)引弧裝置，其特征在于所述的反饋單元是由電弧電壓檢測(cè)電路及其嵌位電路組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多弧離子鍍真空電弧自動(dòng)引弧方法及裝置，該方法可以在鍍膜開(kāi)始，進(jìn)行自動(dòng)引弧；在鍍膜過(guò)程中，電弧熄滅或有熄滅的趨勢(shì)時(shí)，由反饋環(huán)節(jié)檢測(cè)電弧工作電壓并反饋至引弧信號(hào)控制單元，由其作出比較并及時(shí)發(fā)出自動(dòng)引弧信號(hào)，從而保證薄膜沉積過(guò)程的順利進(jìn)行，消除由于電弧熄滅而造成的反應(yīng)氣體氣壓的波動(dòng)而造成的對(duì)薄膜成分、結(jié)構(gòu)、色彩影響的不利因素；本發(fā)明的裝置是采用反饋單元檢測(cè)電弧工作狀態(tài)并將其作為識(shí)別信號(hào)用于控制單元作出判斷是否發(fā)出引弧信號(hào)；該裝置采用電觸發(fā)引弧代替機(jī)械引??；避免了使用引弧棒(絲)等機(jī)械方式引弧造成的污染、也可以避免引弧絲與陰極粘連所造成的失效問(wèn)題。
文檔編號(hào)C23C14/22GK1465739SQ0214120
公開(kāi)日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2002年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月2日
發(fā)明者朱劍豪, 李劉合 申請(qǐng)人:香港城市大學(xué)