[發明專利]一種大面積靶材與背板的快速焊接方法

有效

• 申請號: 200910242942.X
• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN101745734A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 范亮;何金江;江軒;熊曉東;廖贊;劉書芹;朱曉光
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院;有研億金新材料股份有限公司
• 主分類號: B23K13/00
• 分類號: B23K13/00;B23K13/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于靶材的焊接技術領域，特別涉及一種大面積靶材與背板的快速焊接方法。

背景技術

濺射薄膜材料在電子信息、存儲記錄以及顯示器等相關產業中，有著極其廣泛的應用。同時，濺射靶材伴隨著這些行業的發展需求量也逐年增多。靶材的質量對濺射薄膜的性能有著重要影響，尤其是半導體集成電路芯片的制備向著大尺寸化方向發展(8、12甚至18英寸)，濺射靶材的尺寸和濺射功率也將隨之增大，對濺射靶材純度、微觀組織以及靶材與背板連接的要求也越來越高。大面積靶材與背板的連接技術已成為靶材組件制備的關鍵技術。

在濺射過程中，靶材組件作為陰極，首先應具有優良的導電性，同時為了排放高能態離子高速轟擊靶材表面產生的熱量，靶材組件也要具有優良的導熱性。因此，靶材與背板的連接既要有一定的結合強度，以避免濺射靶在工作中的脫落、脆裂等問題，又要有高的熱傳導率和電傳導率，此外靶材的晶粒經變形處理后，細小均勻，晶粒取向合適，不允許在焊接過程中發生改變。

靶材與背板連接的常用技術包括：機械咬合、釬焊、擴散焊等。采用機械咬合時，靶材與背板的對接面很難完全致密，可能存在的縫隙會導致靶材與背板之間殘存有氣體，從而影響濺射室的真空度，同時還影響靶材的傳導性和導電性。采用釬焊連接的大面積靶材組件，其靶材與背板的結合強度常常滿足不了要求，容易濺射過程中掉靶，并且不能夠在較高的溫度下使用。通常，擴散焊接在真空環境中進行，大面積靶材焊接時所需的設備要求高，需要大尺寸的真空擴散焊接爐或熱等靜壓機等，加工成本高，溫度高，時間也相對較長，會對靶材的微觀組織，晶粒的大小及取向產生改變。(如美國專利《Diffusion?bonded?sputter?targetassembly?and?method?of?making》(6,071,389))。

為了克服常見的擴散焊接濺射靶的不足，關鍵的是要采用不改變靶材微觀組織結構的快速焊接，以保留靶材原來的組織結構，晶粒大小及取向，焊接的熱影響區要盡量小。

《Ti-6Al-4V鈦合金的脈沖大電流加熱焊接方法》(200410013469.5)和《一種鋁鋰合金的快速、低溫、溫差焊接方法》(CN?100427259C)提出，將合金用砂紙打磨至盡量光滑，然后通入脈沖電流，加熱保溫一段時間后形成擴散連接的方法。該方法對焊接表面的平整度、光潔度要求高，且只適用于該合金同種金屬的焊接。雖然也是溫差焊，然而基體的升溫已經不能滿足靶材的焊接要求，在該種情況下，鋁合金很有可能發生再結晶，微觀組織發生改變。

發明內容

本發明的目的是提供一種大面積靶材與背板(又叫靶托)的快速焊接方法，該方法步驟如下：

(1)將靶材待焊面的表面粗糙化，使表面粗糙度Rz控制在10μm～500μm之間，然后將靶材和背板的待焊面去油、清洗并烘干；

(2)將靶材和背板待焊面之間撒上厚度為1mm～5mm的金屬粉末，然后放入大電流裝置中，在真空氣氛或保護性氣體氛圍下，在待焊接靶材和背板的兩端施加不小于8MPa的壓力，并通過高頻脈沖電流進行焊接，電流大小為1000A～9000A，通電1min～5min，即完成焊接。其中，在真空氣氛或保護性氣體氛圍下進行焊接，目的是避免靶材和背板的氧化，真空氣氛時，要求真空度≤8Pa。

一種優選的技術方案為：放入大電流裝置前，對所述靶材和背板進行預壓，預壓壓力為10～30MPa，預壓5～10min。可預壓也可不預壓，同等條件下，預壓能使得焊接效果更好，但不同材料效果不盡相同。

一種優選的技術方案為：步驟(1)中，所述表面粗糙度Rz控制在50μm～500μm之間。

所述金屬粉末粒度為5μm～50μm。

選用金屬粉末種類的原則是粉末可以和靶材和背板進行良好的焊接。優選金屬粉末為與背板同成分的粉末，或與靶材同成分的粉末，或兩者混合的組合，這樣焊接較容易進行。

所述靶材選自高純Al、AlSi合金、AlCu合金、AlSiCu合金、高純Cu、高純Ti、高純Ni、高純Ta、陶瓷靶中的任意一種。

所述背板選自無氧銅或者1-6系鋁合金。6系鋁合金優選6061Al和6063Al。

所述方法適用于焊接直徑為200mm～400mm的靶材。

本發明中，步驟(1)中將靶材待焊面的表面粗糙化，可以通過噴砂、噴丸、拋丸、鋼絲刷、壓印、車削、磨削、電火花毛化、激光毛化等加工手段。