專利名稱：真空電弧自動引弧方法及裝置的制作方法
技術領域：
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引弧方法及裝置。
在薄膜沉積過程中，通常由于各種原因，如靶材表面狀況，電源波動等，會造成意外地電弧熄滅。因為參與鍍膜的成分通常還包括氣相部分，短時間的電弧熄滅通常也會造成鍍膜氣壓的波動。從而引起膜層成分的波動，使得結構、成分出現偏差，影響鍍件的性能；也會使產品顏色出現差異，影響產品的外觀質量。
本發(fā)明的內容本發(fā)明的目的是為了克服現有技術中的缺點而提供一種在鍍膜開始時可自動引弧，在鍍膜過程中出現熄弧或熄弧的趨勢時，重新快速自動引弧，可大大減少完全熄弧的次數，避免了因熄弧而造成的膜的成分、結構不均勻，可消除顏色偏差的真空電弧自動引弧方法。
本發(fā)明的另一目的還在于提供一種取代機械引弧裝置的真空電弧自動引弧裝置。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實現真空電弧在沉積過程中，在真空陰極表面，電弧等離子體實際上是由許多小斑點組成。在電弧有熄滅趨勢時，并不是所有的斑點同時熄滅，而是部分斑點熄滅，而斑點的熄滅通常會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元件將這一變化測量后反饋作為一比較信號來控制電弧的自動重新引弧。
一種真空電弧自動引弧方法，包括下述步驟(1)在離子鍍鍍膜過程中出現熄弧或熄弧趨勢時，利用電弧電壓波動判斷電弧工作狀態(tài)，決定是否重新引??；即由一反饋環(huán)節(jié)檢測主電源的電弧工作電壓VW，并將該電壓反饋至一引弧信號控制環(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進行比較，當電弧工作電壓VW大于參考電壓fVW時，則該控制環(huán)節(jié)發(fā)出重新引弧信號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f為1至Vi/VW，Vi為主電源空載電壓；(2)當電弧引燃后，反饋環(huán)節(jié)檢測到的電弧工作電壓VW小于等于參考電壓fVW時，則控制環(huán)節(jié)停止發(fā)出引弧信號。
所述的引弧信號控制環(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)。
另在主電源上還設有高壓過濾保護環(huán)節(jié)。
本發(fā)明的另一目的還可通過如下措施來實現一種真空電弧自動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單元和一脈沖觸發(fā)控制單元，電弧工作主電源與控制單元的高壓單元相連，反饋單元的電信號與控制單元的脈沖觸發(fā)控制單元的比較輸入端相連；高壓單元通過脈沖觸發(fā)控制單元的的開關電路與引弧元件相連。
所述的開關電路為一晶閘管。
所述的高壓單元包括升壓、高壓整流、高壓儲能調節(jié)、高壓能量存儲、高壓放電控制電路。
該裝置還包括一高壓過濾保護單元，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電路及其嵌位電路組成。
本發(fā)明相比現有技術具有如下優(yōu)點1、通過本發(fā)明的方法及裝置可在離子鍍鍍膜開始時自動引弧，在鍍膜過程中出現熄弧或熄弧趨勢時，重新快速自動引弧，可大大減少完全熄弧的次數，從而避免了因熄弧而產生的氣壓波動造成膜的成份、結構的不均勻性，消除了顏色的偏差。
2、本發(fā)明采用電觸發(fā)的方式引弧代替機械式引弧，避免了使用引弧棒、絲等機械引弧造成的污染，也避免了引弧絲與陰極粘連所造成的失效問題。
另在主電源上還設有高壓過濾保護環(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通過引弧元件2在陰極6一側發(fā)出引弧脈沖，點燃電弧，等離子體在磁場的驅動下，推到前端面，開始工作。

圖1為符合本發(fā)明應用的一個例子。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線圈3和彎曲管道4組成的90度的彎曲磁過濾器上。陰極材料可選用鈦、銅、碳等，或者是其他導電材料或非金屬材料。
圖2為本發(fā)明的自動引弧電路原理圖。結合圖2、3，來說明本發(fā)明的裝置。一種真空電弧自動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單元和一脈沖觸發(fā)控制單元；電弧工作主電源與控制單元的高壓單元的引弧元件相連，升壓變壓器輸出電壓經整流后由其儲能調節(jié)電阻調節(jié)后向高壓儲能電容充電，高壓儲能電容通過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，脈沖發(fā)生器的信號可用于控制晶閘管的開關。
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濾保護單元。
所述的反饋單元是由電弧電壓檢測電路及其嵌位電路組成。
參照圖3a為本發(fā)明的反饋單元的一實施例，其中電壓檢測電路是由可調電阻R401、電阻R402及穩(wěn)壓二極管Z401組成，穩(wěn)壓管Z402構成嵌位電路；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。
參照圖3b為本發(fā)明的反饋單元的另一實施例，其中電壓檢測電路由可調電阻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構成嵌位電路。圖3b的反饋電路的負載能力增強。
上述反饋單元和控制單元還可采用與其相關的衍生電路，或采用其他公知電路。
下面再結合附圖4、5來說明本發(fā)明的裝置的工作時序。圖4、5中1為主電源電壓波形曲線、2為引弧脈沖、3為高壓儲能元件電壓波形、4為控制單元信號曲線、5為引弧脈沖觸發(fā)信號曲線、6為脈沖發(fā)生器脈沖輸出波形曲線。
參照圖4，在t0時刻，主電源打開，準備好工作后，控制單元輸出高電平控制單元信號，發(fā)出觸發(fā)指令(曲線4)，同時高壓儲能元件被充電(曲線3)，但由于引弧脈沖觸發(fā)信號以及脈沖發(fā)生器延時，在t1時刻才打開。因此，t0時刻并沒有引弧脈沖觸發(fā)信號(曲線5)和引弧脈沖(曲線2)。在t1時刻，延時后的脈沖發(fā)生器開始連續(xù)發(fā)出觸發(fā)脈沖(曲線6)。此時由于控制單元信號仍然為高電平(曲線4)，使脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖獲得通過，在t1時刻，獲得第一個引弧脈沖觸發(fā)信號(曲線5)；晶閘管被觸發(fā)，高壓儲能組件放電(曲線3)，因此，t1時刻，獲得第一個引弧脈沖(曲線2)。此時，如果已經引燃了電弧，主電源電壓下降(曲線1)，在t3時刻，放電后的高壓儲能元件電壓不足以維持晶閘管導通，晶閘管自動關斷。高壓儲能組件再次開始充電，直到第二個引弧脈沖觸發(fā)信號到來，發(fā)出第二個觸發(fā)信號。這樣周而復始。當主電源電壓由空載電壓Vi下降到fVw的時候(在t3)，控制單元輸出低電平(曲線4)，將脈沖發(fā)生器的脈沖信號(曲線6)濾掉。高壓儲能元件重新儲能，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)現主電源電壓(曲線1)上升到fVw的時候(在時間t4處)，跳轉為高電平(曲線4)，脈沖發(fā)生器的信號通過，重新發(fā)出引弧觸發(fā)信號(曲線5)，高壓儲能元件放電(曲線3)，發(fā)出引弧脈沖(曲線2)，在時間t5處，電弧被引燃，主電源電壓下降，在主電源電壓到達fVw后，控制單元翻轉為低電平，重新引弧過程結束。
鍍膜結束后，主電源關閉，脈沖發(fā)生器停止發(fā)出脈沖，高壓儲能元件慢慢放電。
從上面的觸發(fā)過程，可以看出，適當選取fVw，可以使得電弧在即將熄滅(或者部分熄滅)的同時，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。使得鍍膜過程非常平滑。
需要指出的是，引弧所用的脈沖發(fā)生器結合控制單元信號，也可以工作在類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序圖。圖中1主電源電壓波形曲線；2引弧脈沖；3高壓儲能元件電壓波形；4控制單元信號曲線；
5引弧脈沖觸發(fā)信號曲線；6脈沖發(fā)生器脈沖輸出波形曲線。
圖5中，脈沖發(fā)生器產生的信號和控制單元信號同步，也是當反饋單元發(fā)現電源電壓高于fVw后，控制單元信號變?yōu)楦唠娖?曲線4)，同時，脈沖發(fā)生器開始發(fā)出脈沖(曲線6)，發(fā)出的脈沖作為引弧脈沖觸發(fā)信號(曲線5)，觸發(fā)高壓晶閘管，高壓儲能元件放電(曲線3)；發(fā)出引弧脈沖(曲線2)，引燃電弧。
圖3a和圖3b給出的兩個快速反饋電路原理圖的例子。電阻R401和R402決定不同的系數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可以手工調節(jié)。
采用本發(fā)明，使用結果良好，使得鍍膜過程非常平穩(wěn)，完全熄弧的次數大大減小，重新引弧的時間非常快，通常不易察覺。使得鍍膜過程及其平穩(wěn)。
權利要求
1.一種真空電弧自動引弧方法，包括下述步驟(1)在離子鍍鍍膜過程中出現熄弧或熄弧趨勢時，利用電弧電壓波動判斷電弧工作狀態(tài)，決定是否重新引弧；即由一反饋環(huán)節(jié)檢測主電源的電弧工作電壓VW，并將該電壓反饋至一引弧信號控制環(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進行比較，當電弧工作電壓VW大于參考電壓fVW時，則該控制環(huán)節(jié)發(fā)出重新引弧信號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f為1至Vi/VW，Vi為主電源空載電壓；(2)當電弧引燃后，反饋環(huán)節(jié)檢測到的電弧工作電壓VW小于等于參考電壓fVW時，則控制環(huán)節(jié)停止發(fā)出引弧信號。
2.如權利要求1所述的真空電弧自動引弧方法，其特征在于所述的引弧信號控制環(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.如權利要求2所述的真空電弧自動引弧方法，其特征在于在主電源上還設有高壓過濾保護環(huán)節(jié)。
4.一種真空電弧自動引弧裝置，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.如權利要求4所述的真空電弧自動引弧裝置，其特征在于所述的控制單元還包括一高壓單元和一脈沖觸發(fā)控制單元，電弧工作主電源與控制單元的高壓單元相連，反饋單元的電信號與控制單元的脈沖觸發(fā)控制單元的比較輸入端相連；高壓單元通過脈沖觸發(fā)控制單元的的開關電路與引弧元件(2)相連。
6.如權利要求5所述的真空電弧自動引弧裝置，其特征在于所述的開關電路為一晶閘管。
7.如權利要求5所述的真空電弧自動引弧裝置，其特征在于所述的高壓單元包括升壓、高壓整流、高壓儲能調節(jié)、高壓能量存儲、高壓放電控制電路。
8.如權利要求4所述的真空電弧自動引弧裝置，其特征在于該裝置還包括一高壓過濾保護單元，該單元跨接在主電源的輸出端與引弧電極(1)之間。
9.如權利要求4所述的真空電弧自動引弧裝置，其特征在于所述的反饋單元是由電弧電壓檢測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引弧方法及裝置，該方法可以在鍍膜開始，進行自動引??；在鍍膜過程中，電弧熄滅或有熄滅的趨勢時，由反饋環(huán)節(jié)檢測電弧工作電壓并反饋至引弧信號控制單元，由其作出比較并及時發(fā)出自動引弧信號，從而保證薄膜沉積過程的順利進行，消除由于電弧熄滅而造成的反應氣體氣壓的波動而造成的對薄膜成分、結構、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電弧工作狀態(tài)并將其作為識別信號用于控制單元作出判斷是否發(fā)出引弧信號；該裝置采用電觸發(fā)引弧代替機械引?。槐苊饬耸褂靡“?絲)等機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題。
文檔編號C23C14/22GK1465739SQ0214120
公開日2004年1月7日 申請日期2002年7月2日 優(yōu)先權日2002年7月2日
發(fā)明者朱劍豪, 李劉合 申請人:香港城市大學