[发明专利]PWM直流脉冲电路和镀膜电路

说明书

技术领域

本发明属于电力电子电路设计制造技术领域，尤其涉及一种脉冲宽度调制(PWM)直流脉冲电路、镀膜电路和应用镀膜电路进行镀膜的方法。

背景技术

随着人们对各种IT产品外观美观性、耐用性提出越来越高的要求，移动终端(如手机、数据卡、上网本等)结构件表面处理发展愈来愈多地需要用到各种化合物薄膜，隔离膜、绝缘膜、介质膜等。真空镀膜具有膜层牢固、膜层均匀可控、纯度高、不产生废液、对环境无污染，既可在金属材料表面镀膜，也可在非金属材料表面镀膜等一系列优点。如图1所示，是真空镀膜系统的原理示意图，该系统包括脉冲电源11和工艺炉腔12两部分。真空镀膜系统在阴极靶材的背后放置100～1000高斯(Gauss)强力磁铁，真空室充入0.1～10帕(pa)压力的惰性气体(Ar)，作为气体放电的载体。在高压作用下Ar原子电离成为Ar⁺离子和电子，产生等离子辉光放电，电子在加速飞向基片的过程中，受到垂直于电场的磁场影响，使电子产生偏转，被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，电子以摆线的方式沿着靶表面前进，在运动过程中不断与Ar原子发生碰撞，电离出大量的Ar⁺离子，因此该区域内等离子体密度很高。经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，最终落在基片、真空室内壁及靶源阳极上。Ar⁺离子在高压电场加速作用下，与靶材撞击并释放出能量，导致靶材表面的原子吸收Ar⁺离子的动能而脱离原晶格束缚，呈中性的靶原子逸出靶材的表面飞向基片，并在基片上沉积形成薄膜。在真空镀膜系统工艺研究发现，电源脉冲输出频率是影响工件镀膜质量的最关键参数。如果脉冲频率过低，加工过程中容易发生起弧现象，导致生产效率低下；另外，脉冲频率越高，工件表面膜层质量也会得到提高。20KHz～200KHz脉冲频率是公认的作为介质材料沉积的优选工作频率，在沉积中可以提供稳定无弧的工作状态，并且可以获得较厚的膜层，膜层均匀性好，与基体结合强度高，硬度高，抗热冲击、电绝缘性及耐蚀性均佳。

目前真空镀膜的直流脉冲电源拓扑研究中，不管是绝缘栅型场效应管(MOSFET)还是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或IGBT模块，其通常工作在硬开关状态，使功率管高频开关特性无法发挥，限制了电源脉冲输出频率(50KHz以下)；如采用MOSFET，现有真空镀膜系统使用的直流脉冲电源结构如图2所示，包括依次设置的为PWM直流脉冲电路供电的直流电源21、MOSFET主功率管22、缓冲电路23和负载24。MOSFET主功率管22与缓冲电路23并联，然后与负载24串联。直流电源21的正极分别与MOSFET主功率管22漏极和缓冲电路23的上端相连，直流电源21的负极与负载24下端相连。该直流脉冲电源工作过程以MOSFET主功率管22开关分两个过程：MOSFET主功率管22开通，负载24得到电压为直流电源21上电压；MOSFET主功率管22关断，负载电压为零。为了防止MOSFET主功率管22硬开关造成电压尖峰，必须要通过缓冲电路23进行吸收。MOSFET主功率管22硬开关方式限制了脉冲频率的提高(不超过50KHz)，造成生产效率低，镀膜生产出来移动终端结构件表面膜层质量一般，容易磨损，使用寿命较短。

发明内容

本发明实施例提供了一种脉冲宽度调制(PWM)直流脉冲电路、镀膜电路和应用镀膜电路进行镀膜的方法，以克服现有真空镀膜电源存在的生产效率低，镀膜工件膜层质量一般等缺点。

本发明实施例提供了一种脉冲宽度调制(PWM)直流脉冲电路，该电路包括：分别与所述PWM直流脉冲电路的供电电源的正负极相连的分压电容电路和开关电路，所述分压电容电路包括串联在一起的第一分压电容电路和第二分压电容电路，所述开关电路包括串联在一起的第一开关电路和第二开关电路；该电路还包括电感电路，所述电感电路的一端与所述第一分压电容电路和所述第二分压电容电路均相连，所述电感电路的另一端与所述第一开关电路和所述第二开关电路均相连；所述第一开关电路和所述第二开关电路，均与控制电路的输出端相连，均用于在开关时刻处于零电压软开关状态。

优选地，所述第一开关电路和所述第二开关电路均为具有高频工作特性的晶体管。

优选地，所述晶体管为绝缘栅型场效应管(MOSFET)，所述MOSFET包括N沟通MOSFET和P沟道MOSFET；