CN105027255A - 用于定义的连续的功率分配的功率分配器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率分配器，该功率分配器能够将DC发电机的高的功率连续地并且在不中断DC发电机的功率输出的情况下分配到多于两个的靶上。本发明此外涉及一种溅镀源，该溅镀源包括上述的功率振荡器。

Description

用于定义的连续的功率分配的功率分配器
技术领域
本发明涉及一种开关，该开关允许由直流发动机提供的DC功率连续地分配到多于两个的负载上，而不必中断发电机的功率输出。
背景技术
功率振荡器被用在极为不同的应用中。功率振荡器的一种应用领域是所谓的磁控溅镀。在此涉及PVD涂层方法，在该PVD涂层方法中借助磁控管通过离子轰击，材料从靶上被溅射出。被溅射出的材料之后可以凝聚在要涂层的衬底上。所述常规的溅镀技术的缺点是被溅射的材料的低的电离程度。即电离程度越高，可以越有效地使用衬底偏压，以便附加地将被溅射出的材料朝向衬底加速。只有在很高的电流密度的情况下，在溅镀时才出现被溅射的材料的占大多数的电离。然而，对于高的电流密度所需的条件是高的功率输入，该高的功率输入然而导致靶的强烈的热负荷。由于该原因，在所谓的HIPIMS方法中将功率脉冲式地施加到靶上。在所述高的功率的情况下，然而技术上能够困难地实现相应的脉冲发生器。
根据一种新的方法，靶上所需的功率不再由脉冲发生器来提供，而是由具有基本上恒定的功率输出的直流发电机来提供。根据该方法，多于两个的靶依次被加载直流发电机的功率。原理上，这可以通过从一个靶到下一个靶的简单的切换来实现。然而实际中已经表明，所述针对靶的简单的切换是很负重的，使得在不太频繁的运行小时之后已经出现靶失效。估计这此外可以归因于由于切换所引起的功率尖锋。
因此期望具有一种开关能力，该开关能力允许直流发电机的高的功率输出可靠地并且没有靶的过度负荷的情况下连续地分配到不同的靶上，使得由直流发电机所输出的功率基本上是恒定的。
发明内容
这对应于本发明的任务。
根据本发明，该任务通过根据权利要求1的功率分配器来解决。已经表明，利用相应的功率分配器能够将功率可靠地并且特别是经济地连续地分配到不同的靶上。
附图说明
现在借助实例并且借助附图详细解释本发明。
图1示出根据本发明的一种实施方式的功率分配器的一般的电路示意图；
图2示出根据本发明的功率分配器的电路示意图，该功率分配器能够将功率分配到靶6上；
图3示出根据一种简单的实施方式的根据本发明的功率分配器的电路示意图；
图4示出根据另一种实施方式的根据本发明的功率分配器的电路示意图。
具体实施方式
在图2的实例中，作为DC发电机使用AE Pinnacle®，该DC发电机能够输出60kW的DC功率。最大可以设定800V。最高能够流动150A。根据图2的功率振荡器被连接到DC发电机的输出端上。在功率振荡器的输出端上分别单独地连接6个靶。在图2中示出的符号对于专业人员已知并且相应地不需要进一步的解释。该功率分配器现在以简单的方式允许：首先将DC发电机的完全功率馈送到第一靶上并且在预先给定的第一时间间隔之后切换到第二靶上并且在预先给定的第二时间间隔之后切换到第三靶上等等直至最后将功率馈送到第六靶上。特别优选的是以下事实，借助根据本发明的功率分配器可以在加载第六靶之后又以加载第一靶开始并且开始重新的开关周期。相应的过程可以多次地重复。
大多数DC发电机在接通后不立即提供完全的功率。因此出现功率建立间隔。利用根据本发明的功率分配器能够将功率在功率建立间隔期间引导到功率宿上。这样的功率宿例如可以是简单的欧姆电阻。在一个开关周期之后、即在加载最后的靶之后，不必再将功率首先引导到功率宿上，而是可以直接再次给第一靶加载功率。
根据本发明的功率分配器也可以被用于，在所谓的电弧放电的情况下将功率改线到功率宿上直至电弧放电停止。在该情况下，DC发电机的功率输出也被中断并且必然不再出现重新的功率建立间隔。
图3示出本发明的第一实施方式的示意图。在此，直流发电机DC作为具有点线的三角来示出。直流发电机的正输出端在该实例中利用各一个端子直接与所有靶A至X接触。直流发电机的负输出端经由开关ST同样与所有靶电连接，在该开关之后布置有欧姆电阻RT。然而，到靶A的连接可以借助开关SA来中断。到靶B的连接可以借助开关SB来中断。相应的开关SC至SX被设置用于其他靶。
在应用中，现在闭合开关ST。紧接着，例如附加地闭合SA。因此直流发电机DC的电压位于靶A上。发生功率输出。例如可以在靶A上点火等离子体，使得在靶A上发生溅镀过程。由于到靶A上的功率输入，很快发生靶升温。在靶A变得过“热”之前，例如可以借助开关SB连接靶B。如果同时或优选地短暂地在此之后断开开关SA，那么等离子体从靶A“转移”至靶B并且在靶B处获得完全的功率输入。在靶B被太过分地加热之前，可以经由开关SC接通靶C并且经由开关SB切断靶B。可以类似地对待其余的靶直至最后的靶X。在靶X被太过分地加热之前，又可以闭合开关SA并且同时或优选地短暂地在此之后断开开关SX。因此开始重新的开关周期。可以如所期望的相互排列多个开关周期。靶周期性地在短暂的时间内被加载功率并且在其他的靶依次被加载功率期间具有较长的冷却阶段。直流发电机DC的功率输出在此期间基本上是恒定的。如果冷却阶段的时间应该不足够用于将靶冷却到所期望的温度，那么可以在一个或多个开关周期之后例如利用开关ST完全中断功率输出。
在图3中附加地示出开关SSC。如果该开关SSC被闭合，那么这导致直流发电机DC的两个输出端的短路。这样的直流发电机DC针对短路情况通常设置有相应的保险装置，该保险装置相应地被激活并且导致切断。开关SSC相应地被设置用于干扰情况。由此能够实现快速切断。
优选的方式，一些和特别优选地所有开关被构造为具有绝缘栅电极的双极型晶体管（IGBT）。这在图4中示出。
在图4中附加地示出保护二极管TVS1，该保护二极管TVS1直接被连接到直流发电机DC的输出端上。由此保护其他构件以免过高的电压尖锋。
在图4中附加地示出欧姆电阻RD，该欧姆电阻RD经由开关SD被连接到直流发电机的输出端上。如果开关被实施为IGBT，那么应该注意二极管的定向，该定向不对应于其他开关的二极管的定向。该所谓的虚拟负载（Dummyload）满足功率宿的上面已经描述的两个功能。在此，电阻RD可以是由不同的例如并联的欧姆电阻构造的电阻。
在图4中附加地示出RC元件的电路，其中欧姆电阻RRC、电容器CRC和开关SRC串联连接。该RC元件被连接到直流发电机DC的输出端上并且能够实现平滑功率波动。在此，电阻RRC和/或电容器CRC也可以由多个单独元件构造。
在图4中附加地示出点火支持装置，该点火支持装置包括开关SI、电阻RI和电容器CI，其中电阻RI和电容器CI相互并联。电路的该部分能够实现很高的电压的短时间的产生，使得能够点火等离子体。
在图4中附加地示出另外的保护二极管TSVS，该保护二极管在一侧上直接与直流发电机DC的正输出端连接并且在另一侧上接触电阻RT和靶开关SA至SX之间的连接。该接触部又可以经由开关SS与直流发电机的负输出端连接，如在图4中同样被示出。
针对电阻和电容器的示例值：
RD：9欧姆
RRC：9欧姆
RI：2000欧姆
RT：2000欧姆
CRC：1μF
CI：3μF。
应该再一次说明以下点，所述点中的一个、多个或所有可以被实现，以便得到本发明：
a） 一种功率分配器，该功率分配器适合于将直流发电机的基本上恒定的功率连续地并且不中断功率输出地分配到多于两个的靶A、B、C、…X上，其特征在于，该功率分配器包括一种电路，该电路将直流发电机的一个输出端与多于两个的靶A、B、C、…X中的所有连接并且直流发电机的另外的输出端在欧姆电阻RT之后根据靶的数量分支并且每个靶A、B、C、…X与分支之一连接，其中分支分别具有被分配给靶的开关SA、SB、SC、…SX，通过所述开关可以中断至所属的靶的线路。
b） 如在a）中所描述的功率分配器可以在直流发电机的该另外的输出端和欧姆电阻RT之间设置有开关ST。
c） 如在a）或b）中所描述的功率分配器可以包括在直流发电机的一个输出端和另外的输出端之间的通过开关SSC中断的直接连接。
d） 如在a）、b）或c）中所描述的功率分配器可以包括欧姆电阻RD，该电阻RD在连接直流发电机的情况下经由开关SD被连接到直流发电机的输出端上。
e） 如在a）、b）、c）或d）中所描述的功率分配器可以设置RC元件的电路，该RC元件在连接直流发电机的情况下经由开关SRC被连接到直流发电机的输出端上。
f） 如在a）、b）、c）、d）或e）中所描述的功率分配器可以设置用于点火支持的电路，该电路包括开关SI、电阻RI和电容器CI，其中电阻RI和电容器CI相互并联，并且用于点火支持的电路在连接直流发电机的情况下被连接到直流发电机的输出端上。
g） 如在a）、b）、c）、d）、e）或f）中所描述的功率分配器可以设置保护二极管TVS1，该保护二极管在连接直流发电机的情况下被连接到直流发电机的输出端上。
h） 在如在a）、b）、c）、d）、e）、f）或g）中所描述的功率分配器中，开关中的至少一个、优选地开关中的多个并且特别优选地所有开关可以被构造为IGBT。
i） 如在a）、b）、c）、d）、e）、f）、g）或h）中所描述的功率分配器可以是涂层设备的组成部分，该涂层设备包括直流发电机和多个被构造为溅镀阴极的靶，其中靶能开关地经由功率分配器被连接到直流发电机上。

Claims (9)

1.功率分配器，所述功率分配器适合于将直流发电机的基本上恒定的功率连续地并且不中断功率输出地分配到多于两个的靶A、B、C、…X上，其特征在于，所述功率分配器包括以下电路，所述电路将直流发电机的一个输出端与多于两个的靶A、B、C、…X中的所有连接并且直流发电机的另外的输出端在欧姆电阻RT之后根据靶的数量分支并且每个靶A、B、C、…X与分支之一连接，其中所述分支分别具有被分配给所述靶的开关SA、SB、SC、…SX，通过所述开关可以中断至所属的靶的线路。
2.根据权利要求1所述的功率分配器，其特征在于，在直流发电机的所述另外的输出端和所述欧姆电阻RT之间设置有开关ST。
3.根据权利要求2所述的功率分配器，其特征在于，所述功率分配器包括在直流发电机的所述一个输出端和所述另外的输出端之间的通过开关SSC中断的直接连接。
4.根据权利要求3所述的功率分配器，其特征在于，设置有欧姆电阻RD，所述欧姆电阻RD在连接直流发电机的情况下经由开关SD被连接到直流发电机的输出端上。
5.根据权利要求4所述的功率分配器，其特征在于，在所述功率分配器中设置有RC元件的电路，所述RC元件在连接直流发电机的情况下经由开关SRC被连接到直流发电机的输出端上。
6.根据权利要求5所述的功率分配器，其特征在于，在所述功率分配器中设置有用于点火支持的电路，所述电路包括开关SI、电阻RI和电容器CI，其中电阻RI和电容器CI相互并联，并且用于点火支持的电路在连接直流发电机的情况下被连接到直流发电机的输出端上。
7.根据权利要求6所述的功率分配器，其特征在于，在所述功率分配器中设置有保护二极管TVS1，所述保护二极管TVS1在连接直流发电机的情况下被连接到直流发电机的输出端上。
8.根据权利要求7所述的功率分配器，其特征在于，所述开关中的至少一个、优选地所述开关中的多个并且特别优选地所有开关被构造为IGBT。
9.涂层设备，所述涂层设备包括直流发电机和多个被构造为溅镀阴极的靶，其特征在于，所述靶能开关地经由根据权利要求7的功率分配器被连接到直流发电机上。
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