目录
1概述 (1)
1.1本课题研究的背景及意义 (1)
1.2磁控溅射镀膜电源的国内外发展 (3)
1.3本文主要研究内容 (4)
1.4本章小结 (4)
2脉冲磁控溅射电源主电路的设计 (5)
2.1IPOS组合变换器 (5)
2.1.1IPOS组合变换器的均压均流问题 (6)
2.1.2IPOS组合变换器的控制方法 (7)
2.2主电路拓扑设计 (9)
2.3前级移相全桥的设计 (9)
2.3.1移相全桥ZVS变换器的模态分析 (10)
2.3.2实现ZVS的条件 (14)
2.3.3副边占空比丢失问题 (15)
2.4后级斩波电路模态分析 (15)
2.5本章小结 (17)
3主电路参数设计 (18)
3.1电源总体技术指标 (18)
3.2输入部分参数计算 (18)
3.2.1三相整流桥的选取 (19)
3.2.2输入滤波电容的选取 (19)
3.3DCDC部分参数计算 (20)
3.3.1高频变压器的设计 (20)
3.3.2IGBT的选择 (22)
3.3.3ZVS谐振电感的选取 (23)
3.3.4整流二极管的选取 (23)
3.4输出部分参数计算 (24)
3.4.1输出滤波电感的选取 (24)
3.4.2输出滤波电容的选取 (25)
3.5本章小结 (25)
4电源系统的热设计 (26)
4.1系统的功率损耗分析 (26)
4.1.1输入三相整流桥模块的损耗分析 (26)
4.1.2IGBT模块的损耗分析 (26)
4.1.3整流二极管的损耗分析 (30)
4.1.4高频变压器的损耗分析 (30)
4.2IGBT模块的热阻等效 (31)
4.2.1IGBT模块的热阻等效 (31)
4.2.2散热器热阻范围的计算 (32)
III
4.3散热系统的设计 (33)
4.3.1散热方式 (33)
4.4散热器的优化 (33)
4.4.1风机型号的选定 (33)
4.4.2散热器尺寸的选定 (34)
4.4.3散热器尺寸的选定 (36)
4.5散热系统的热阻验证 (37)
4.6本章小结 (38)
5仿真分析及实验验证 (39)
5.1基于FLOTHERM软件的仿真分析 (39)
5.1.1后级脉冲块的热场仿真 (39)
5.1.2前级DCDC模块的热场仿真 (40)
5.1.3机箱内部的热场仿真 (40)
5.2散热系统的实验验证 (42)
5.3基于PSPICE软件的仿真分析 (43)
5.3.1IPOS移相全桥ZVS的实现 (43)
5.3.2后级脉冲的实现 (44)
5.4电源系统的实验验证 (45)
5.4.1移相全桥ZVS的实现 (46)
5.4.2后级输出的实现 (47)
5.5本章小结 (48)
6总结与展望 (49)
致谢 (50)
参考文献 (51)
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的文章 (53)
IV
第1章概述
11概述
磁控溅射技术是一种常用的表面处理工艺，它是继真空镀膜技术之后另一种重要的气相沉积镀膜方法。随着科技的高速发展，人们对现今产品所选用材料的耐磨性、抗腐蚀、抗高温、抗氧化等各种性能提出了更进一步的要求。利用磁控溅射技术所制得的膜层因其具有较强的膜基结合力及镀层均匀致密等特点，被广泛应用于装备业、能源业、材料业等诸多专业领域，并在全球都获得了广泛的关注和重点研究【1】。
磁控溅射镀膜设备主要由磁控溅射电源和真空镀膜腔室两个部分组成。电源部分主要负责整个工艺的流程，而真空腔室则为溅射工艺提供了相应的环境。其中电源性能的好坏十分关键，不同的输出电压、输出电流及工作模式都大大的影响到溅射镀膜膜层的相关特性。随着电源研制技术的精进和磁控溅射工艺水平要求的提高，使得磁控溅射镀膜技术对其所用电源的性能也提出了更深层次的要求。在满足工艺所需的前提下，朝着具有更高的效率、更好的可靠性、更灵活的兼容性方向发展【2】。现今磁控溅射电源已从早期的单工作模式的线性小功率电源发展到应用MOSFET 和IGBT 等新型开关器件的多工作模式高效率大功率电源。新型的磁控溅射电源大大缩小了电源设备的体积和重量，为普及磁控溅射镀膜技术奠定了良好的基础。
1.1本课题研究的背景及意义
溅射指的是粒子轰击固体靶材表面，使得固体靶材分子或原子从固体靶材表面射出的现象。溅射镀膜指的是利用粒子不断轰击靶材所产生的溅射现象，使靶材原子或分子从固体表面射出，沉积在基片上形成薄膜的制备过程。磁控溅射是对传统溅射工艺的优化，为了使溅射镀膜能够在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射技术通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。
磁控溅射沉积镀膜原理如图1-1所示，将磁控溅射电源阴极接到固体靶材上，阳极接到基片上，阴极固体靶材背后装有强磁性磁控管，将真空镀膜腔室抽成真空后，向内充入一定量的惰性气体（氩气），在高压作用下发生气体放电电离，氩原子（Ar ）电离后生成电子和氩离子（+Ar ），电子沿电场反向运动至阳极基片，电离出的氩离子（+
Ar ）在高压电场作用下不断轰击阴极固体靶材，阴极固体靶材表面原子（或分子）吸收了氩离子（+Ar ）的动能而逃离原子（或分子）晶格的束缚，沉积在阳极物体（基片）的表面，大量的靶材原子（或分子）最终在阳极物体（基片）表面沉积形成薄膜。