[發明專利]一種靶材與背板焊接方法

有效

• 申請號: 201210236761.8
• 申請日: 2012-07-09
• 公開（公告）號: CN102814585B
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 徐學禮;江軒;王興權;王欣平;李勇軍;何金江;顧新福;范亮;曾浩
• 申請（專利權）人: 有研億金新材料股份有限公司
• 主分類號: C23C14/00
• 分類號: C23C14/00;B32B15/18;B23K20/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于靶材制造技術領域，具體涉及一種靶材與背板的焊接方法 。

背景技術

工業應用的多種濺射靶材是由符合濺射要求的靶與背板連接而成的組 件，在現有濺射技術下，靶材組件工作條件惡劣，濺射時靶材一側溫 度可達到300℃~400℃，并且處于10^-5Pa高真空下，而背板一側則通以 一定壓力的冷卻水強冷，因此靶材組件兩側形成巨大的溫度差和壓力 差，同時，靶材一側受到高壓電場和強磁場中各種粒子的轟擊，有大 量熱量產生。因此，靶材制造中對焊接質量有著嚴格要求，焊接必須 具有良好的導熱性，能夠將濺射產生的熱量傳導至冷卻水；焊縫必須 具有一定的強度，否則將導致靶材在受熱條件下發生變形、開裂，影 響成膜質量甚至對對濺射機臺造成損傷。

鈷靶在半導體和磁記錄領域有著廣泛的應用。鈷靶作為濺射陰極，其 厚度必須控制在一定范圍內，鈷靶過厚會導致濺射區磁場強度極大降 低，造成氬氣的電離效率降低，進而在很大程度上降低濺射效率并影 響沉積薄膜的質量。因此，鈷靶通常與銅合金背板焊接，在減小鈷靶 厚度的同時提高靶材組件強度。鈷靶與銅合金背板直接進行焊接時需 要較高的溫度，而鈷靶在溫度達到相變溫度后會發生嚴重的磁性能變 化，造成其透磁率降低，導致濺射所得薄膜質量變差。因此，鈷靶材 與銅合金背板進行焊接時需添加中間層來降低焊接所需溫度。金屬鋅 與鈷具有相同的晶體結構，都是密排六方晶體，二者晶胞參數極為相 近，容易在較低溫度下發生擴散。但是鋅的韌性差，導熱性不好，單 純采用鋅作為焊接中間層，不利于高功率條件下的濺射，而鋁或者銅 的韌性好，導熱性能優異，采用鋅/鋁或者鋅/銅復合中間層能夠在較 低溫度下實現鈷靶材與銅合金背板的高強度、高可靠性焊接。

發明內容

本發明的目的是提供一種靶材與背板的焊接方法，實現大面積靶材的 低溫焊 接，獲得高強度的鈷靶材組件，以及保證鈷靶材磁性能不受影響。

一種靶材與背板的焊接方法，其操作步驟如下：

（1）鈷靶材和銅合金背板的加工：在鈷靶材與銅合金背板的焊接面上 均加工出一系列的凹槽；

（2）中間層的制備：中間層為2~3層金屬材料，制備時直接由片狀的 金屬材料依次疊放，或在鋁片或銅片上采用電鍍、熱浸鍍、噴涂、濺 射或真空蒸鍍的方法制備鋅層；

（3）鈷靶材與銅合金背板的焊接：采用擴散焊接方法將將鈷靶材和銅 合金背板分別與中間層焊接到一起，擴散焊接的溫度為200℃~450℃， 壓強為1~100MPa，保溫時間0.5~10小時。

步驟（1）中所述凹槽形狀為環形、V形、倒梯形、圓弧形或矩形，其 深度為0.01mm~2mm。

步驟（2）中所述的金屬材料依次為鋅和鋁，鋅層與鈷靶材連接，鋁層 與銅合金連接。

步驟（2）中所述的金屬材料依次為鋅、鋁和鋅，上鋅層與鈷靶材連接 ，下鋅層與銅合金連接。

步驟（2）中所述的金屬材料依次為鋅和銅，鋅層與鈷靶材連接，銅層 與銅合金連接。

步驟（2）中所述的片狀材料依次為鋅、銅和鋅，上鋅層與鈷靶材連接 ，下鋅層和銅合金連接。

步驟（2）中所述的中間層的總厚度為0.1mm~5mm，單層鋅層厚度為0. 001~1mm。

本發明的有益效果：采用含鋅多層材料作為中間層使擴散焊接能夠在 較低溫度下發生，避免了鈷靶磁性能由于高溫而產生的不利變化，保 證了靶材的濺射性能，此外，在鈷靶材和銅合金背板焊接面上加工有 一系列環形凹槽，增加了焊縫有效面積，提高了焊接強度。

附圖說明

圖1為采用本發明靶材與背板焊接方法所得靶材組件結構示意圖；圖中 標號各代表：1為鈷靶；2為多層復合中間層；3為銅合金背板。

具體實施方式

實施例1：

高純鈷靶與銅鉻背板的焊接實例。高純鈷靶與背板直徑均為330mm，鈷 靶厚度為3mm，銅鉻背板厚度為10mm。首先在高純鈷靶與銅鉻背板的焊 接面上均加工出深0.2mm的環形凹槽；中間層采用鋅/銅復合材料，鋅 與鈷連接，銅與銅鉻連接，中間層由純銅板表面噴涂純鋅制成，總厚 度約1mm，鋅層厚度50~200μm；采用熱壓方法進行擴散焊接，溫度39 0℃，壓強20MPa，保溫時間3小時后隨爐冷卻，所得靶材組件結構見圖 1。