CN102133669A - 靶材与背板的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种靶材与背板的焊接方法，包括：提供靶材与背板；在所述靶材和背板的焊接面添加焊料，并将所述靶材与所述背板配合；将配合后的所述靶材和背板放置于线圈中；向所述线圈施加电流，对所述配合后的靶材和背板进行感应加热，焊接成靶材组件；冷却所述靶材组件。本发明能对靶材、背板以及焊料快速加热以完成靶材与背板的钎焊形成靶材组件，从而能够提高生产效率，实现对所述靶材组件的大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种靶材与背板的焊接方法。
背景技术
在半导体工业中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材和与所述靶材结合、具有一定强度的背板构成。背板可以在所述靶材组件装配至溅射机台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。大规模集成电路制造中常使用铝靶材进行物理气相沉积法(PVD)镀膜以形成阻挡层，铝靶材在溅射过程中使用磁控溅射，通常使用强度较高、并且导热、导电性高的铜材料作为背板材料，但是必须将铝靶材和背板材料焊接在一起才能加工成半导体工业所使用的靶材组件，使其既可以可靠地安装在溅射机台上，同时又可以在磁场、电场作用下有效控制进行溅射。
钎焊方法为高纯铝或铝合金与铜或铜合金焊接常用的方法，其原理是利用熔点比母材低的填充金属(称为钎料或焊料)，经加热熔化后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。图1至图3为现有技术中靶材与背板的钎焊示意图。
参阅图1，提供用于构成靶材组件的工件，所述工件包括靶材102与背板101，将所述工件放在加热板104上(可以将靶材102与背板101分别放置于加热板104上进行预热，也可以将靶材102与背板101配合后放置于加热板104上进行预热)，达到一定温度后，在靶材102与背板101的焊接面上添加焊料103。
参阅图2，待所述焊料103熔化后，将靶材102与背板101配合，并在一定的压力下，保持一段时间，将靶材102与背板101焊接在一起形成靶材组件。
参阅图3，图3中示出了经过冷却后完成焊接的靶材组件，其包括靶材102与背板101，图中的粗线条表示熔化后的焊料103’将靶材102与背板101焊接起来。
但是，现有技术中通常采用加热板来对工件以及焊料加热进行钎焊的方式，由于作为热源的加热板使工件以及焊料的升温速度较慢，难以实现靶材组件的大批量生产。
关于钎焊的相关技术，可参考申请号为200610146033.2的中国专利申请，该专利公开了一种适用于大面积异种金属焊接的钎焊方法。
发明内容
本发明要解决的问题是现有技术中靶材与背板的钎焊速度较慢，从而难以实现大批量的生产。
为解决上述问题，本发明提供一种靶材与背板的焊接方法，包括：
提供靶材与背板；
在所述靶材和背板的焊接面添加焊料，并将所述靶材与所述背板配合；
将配合后的所述靶材和背板放置于线圈中；
向所述线圈施加电流，对所述配合后的靶材和背板进行感应加热，焊接成靶材组件；
冷却所述靶材组件。
可选的，所述靶材与背板的焊接方法还包括：在添加焊料前，对靶材和背板的焊接面进行打磨并清洗。
可选的，所述感应加热的时间为5～20分钟。
可选的，向所述线圈施加的电流的大小为100～2000A，频率为100～250KHz。
可选的，所述靶材与背板的焊接方法还包括：在对所述配合后的靶材和背板进行感应加热后，冷却所述靶材组件前，对所述靶材和背板施以压力。
可选的，所述施以压力的时间为5～15分钟，所述压力对所述靶材和背板的焊接面产生的压强为0～1MPa。
可选的，所述冷却所述靶材组件具体为：通入冷却液对所述靶材组件进行冷却。
可选的，所述靶材的材料为铝或铝合金。
可选的，所述背板的材料为铜、铜合金、铝或者铝合金。
可选的，所述焊料的材料为锡。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
通过感应加热的方式对靶材、背板以及焊料快速加热，熔化焊料完成靶材与背板的钎焊，形成靶材组件，从而能够大大提高生产效率，实现对所述靶材组件的大批量生产。
附图说明
图1至图3是现有技术中靶材与背板的钎焊示意图；
图4是本发明提供的靶材与背板的焊接方法的流程示意图；
图5至图7是本发明提供的靶材与背板的焊接方法的实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
如背景技术中所述，现有技术中所采用的以加热板对工件(靶材与背板)以及焊料进行加热完成钎焊的方式，由于以加热板作为热源，工件以及焊料的升温速度较慢，从而生产效率较低，难以实现靶材组件的大批量生产。
为解决上述问题，本发明提供了一种靶材与背板的焊接方法。图4是本发明提供的靶材与背板的焊接方法的流程示意图。参阅图4，所述靶材与背板的焊接方法包括：
步骤S101，提供靶材与背板；
步骤S102，在所述靶材和背板的焊接面添加焊料，并将所述靶材与所述背板配合；
步骤S103，将配合后的所述靶材和背板放置于线圈中；
步骤S104，向所述线圈施加电流，对所述配合后的靶材和背板进行感应加热，焊接成靶材组件；
步骤S105，冷却所述靶材组件。
下面以实施例对上述靶材与背板的焊接方法作详细说明。图5至图7是本发明提供的靶材与背板的焊接方法的实施例示意图。
结合图4和图5，执行步骤S101，提供靶材202与背板201。具体地，提供的靶材202，其形状根据应用环境、溅射设备的实际要求，可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，其材料可为铝、铝合金、铜、铜合金等金属。本实施例中，所述靶材202的形状优选为圆形(图5为剖面图)，其材料优选为铝或铝合金。而背板201的形状由溅射设备决定，材料可根据具体需要选择，一般可采用铜、铜合金、铝或者铝合金等材料，本实施例中优选为铜或铜合金。
仍然参阅图4和图5，执行步骤S102，在所述靶材202和背板201的焊接面添加焊料203，并将所述靶材202与所述背板201配合。具体实施时，可先在所述背板201的焊接面添加焊料203，所述焊料203覆盖所述背板201的焊接面的表面，再将所述靶材202与所述背板201配合，所述靶材202的焊接面覆盖所述焊料203。在其他实施例中，也可以在所述靶材202的焊接面添加焊料203或是同时在所述靶材202的焊接面以及背板201的焊接面添加焊料203。本实施例中，所述焊料203的材料为锡。需要说明的是，图5中所示的背板201具有与所述靶材202的形状配合的凹槽，可以在所述凹槽内添加焊料203，然后再将所述靶材202与所述背板201配合，这样一方面可以保证后续步骤中焊料203熔化后不至于溢出所述靶材202和背板201的焊接面，另一方面，所述靶材202与所述背板201这样一种配合结构也可以保证焊接的质量。在其他实施例中，所述背板201也可以不具有所述凹槽，而为平面。
另外，在执行步骤S102前，还可以包括如下步骤：在添加焊料203前，对靶材202和背板201的焊接面进行打磨并清洗。具体地，可以用砂纸对所述靶材202和背板201的焊接面进行全面打磨，以去除其表面的氧化层，降低所述靶材202和背板201的焊接面的表面粗糙度，使后续的步骤中能取得更好的焊接效果。然后，以有机溶剂对打磨之后的焊接面进行清洗，所述有机溶剂可以是异丁醇(IBA)、异丙醇(IPA)或混丙醇(IPB)中的任一种，本实施例中优选为IPA。
结合图4和图6，执行步骤S103，将配合后的所述靶材202和背板201放置于线圈21中。具体地，提供一感应加热装置，所述感应加热装置具有收装被加热物品用的加热室22，所述线圈21设置于所述加热室22之中，用于振荡产生高频波束，其匝数一般为5～50匝。另外，所述加热室22中还设置有用于当感应加热结束后进行冷却的冷却装置24。所述感应加热装置还包括高频电源装置，本实施例中具体为一高频发生器23，所述高频发生器23与所述线圈21连接，用于向所述线圈21提供高频电流。感应加热装置采用上述构成形式，不需要实施繁杂的操作，而且可以在更短时间里对被加热物品的表面和内部实施加热以完成焊接作业。
感应加热的原理为：高频大电流流向被绕制成环状或其它形状的线圈(通常是用紫铜管制作)，由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物体放置在线圈内，磁束就会贯通整个被加热物体，在被加热物体的内部与加热电流相反的方向便会产生相对应的很大的涡电流。由于被加热物体内存在着电阻，所以会产生很多的焦耳热，使物体自身的温度迅速上升。
具体实施时，将配合后的所述靶材202和背板201放入所述感应加热装置的线圈21中，并且置于所述冷却装置24之上。
参阅图4和图6、图7，执行步骤S104，向所述线圈施加电流，对所述配合后的靶材202和背板201进行感应加热，焊接成靶材组件。具体地，启动所述高频发生器23，产生高频大电流(交流电，一般高频的频率范围为100KHz～500KHz)流向被绕制成环状的线圈21，由于变化的电流产生强磁场，磁束贯通整个靶材202、背板201以及焊料203，在所述靶材202、背板201以及焊料203等金属内部产生方向与加热电流相反的强涡电流。由于所述靶材202与背板201存在电阻，由此产生焦耳热，使待钎焊的所述靶材202、背板201以及焊料203温度达到250～300度，由于所述焊料203的熔点相对于靶材202、背板201低得多，熔化后的焊料203’(图7中以粗线条表示)润湿所述靶材202与背板201，填充两者接头间隙，将所述靶材202与背板201焊接在一起形成靶材组件。本实施例中，感应加热时，所述高频发生器向所述线圈21施加的交流电的电流大小为100～2000A，其频率为100～250KHz，所述感应加热的时间为5～20分钟。由此可知，采用本发明中感应加热的方式，可以快速完成靶材与背板的焊接，从而能够大大提高生产效率，实现对所述靶材组件的大批量生产。
在步骤S104中，还可以包括：在对所述配合后的靶材202和背板201进行感应加热后，冷却所述靶材组件前，对所述靶材202和背板201施以压力。优选地，所述施以压力的时间为5～15分钟，所述压力对所述靶材202和背板201的焊接面产生的压强为0～1Mpa(大于0且小于等于1Mpa)。具体实施时，可通过在所述感应加热装置中设置加压装置(图6中以箭头表示压力)，例如为一气压装置，并可通过一垫块向所述靶材202和背板201均衡施以压力，使所述靶材202和背板201的焊接面产生大于0且小于等于1Mpa的压强，并保持10分钟左右，这样可以能取得更好的焊接效果。
结合图4和图7，执行步骤S105，冷却所述靶材组件。优选地，所述冷却所述靶材组件具体采用通入冷却液对所述靶材组件进行冷却。本实施例中，所述冷却装置24为金属或金属合金平板，所述金属或金属合金平板内设置有装冷却液用的管道，所述冷却液在本实施例中为循环冷却水。如图7所示(图7中未示出图6所示的线圈21和高频发生器23)，所述冷却装置24包括循环冷却水的进水口24a和出水口24b。具体实施时，步骤S104中向所述靶材202和背板201施以压力后(仍处于保持压力的状态)，即可启动所述冷却装置24内的冷却水循环，即：冷水从进水口24a通入，进入热的冷却装置24，循环一周后，带走热量的热水从出水口24b流出，如此循环，对靶材202与背板201进行冷却。在其他实施例中，也可以采取其他冷却方式，例如置于空气中冷却、以喷吹冷风进行冷却等。完成冷却后，即实现所述靶材202与背板201的整个焊接过程。
上述实施例中，所述感应加热装置除了具有线圈、高频发生器外，还集成有加压装置、冷却装置，在其他实施例中，感应加热装置也可以仅包括线圈和高频发生器，在完成感应加热后，再将配合后的靶材与背板置于特定的加压装置中施以压力，然后置于特定的冷却装置中进行冷却。因此，本发明提供的靶材与背板的焊接方法并不局限于以本实施例中所述的感应加热装置实施。
综上，本发明实施例提供的靶材与背板的焊接方法，至少具有如下有益效果：
通过感应加热的方式对靶材、背板以及焊料快速加热，熔化焊料完成靶材与背板的钎焊，形成靶材组件，从而能够大大提高生产效率，实现对所述靶材组件的大批量生产。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种靶材与背板的焊接方法，其特征在于，包括：
提供靶材与背板；
在所述靶材和背板的焊接面添加焊料，并将所述靶材与所述背板配合；
将配合后的所述靶材和背板放置于线圈中；
向所述线圈施加电流，对所述配合后的靶材和背板进行感应加热，焊接成靶材组件；
冷却所述靶材组件。
2.根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，还包括：在添加焊料前，对靶材和背板的焊接面进行打磨并清洗。
3.根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，所述感应加热的时间为5～20分钟。
4.根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，向所述线圈施加的电流的大小为100～2000A，频率为100～250KHz。
5.根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，还包括：在对所述配合后的靶材和背板进行感应加热后，冷却所述靶材组件前，对所述靶材和背板施以压力。
6.根据权利要求5所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，所述施以压力的时间为5～15分钟，所述压力对所述靶材和背板的焊接面产生的压强为0～1MPa。
7.根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，所述冷却所述靶材组件具体为：通入冷却液对所述靶材组件进行冷却。
8.根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，所述靶材的材料为铝或铝合金。
9.根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，所述背板的材料为铜、铜合金、铝或者铝合金。
10.根据权利要求1所述的靶材与背板的焊接方法，其特征在于，所述焊料的材料为锡。
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