CN112122764A - 一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)对钨靶材粗糙度Ra≤3μm的焊接面进行镀钛膜处理，之后依次对镀膜后钨靶材进行清洗和干燥处理；(2)将步骤(1)干燥后的钨靶材和铜锌合金背板装配后置于包套中，之后对包套依次进行焊接、抽真空和脱气，将脱气后的包套进行热等静压焊接，完成后，拆除包套得到钨靶材组件；所述包套中的钨靶材和铜锌合金背板间设置有铝合金中间层。通过在靶材焊接面特定粗糙度下进行镀钛处理后，实现了靶材和背板有效的焊接，焊接后焊接面的应力分布均匀，焊接结合率≥98％，强化靶材和背板间的传热性能，使用寿命延长。

Description

一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法

技术领域

本发明涉及靶材焊接领域，具体涉及一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法。

背景技术

目前，金属溅射靶材是溅射沉积技术中用做阴极的材料。该阴极材料在溅射机台中被带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。由于金属溅射靶材往往是高纯的铝、铜、钛、镍、钽及贵金属等比较贵重的材料，所以在其制造时常常使用比较普通的材料来作为背板。背板起到支撑靶材、冷却、降低成本等作用，常用的材料有铝合金或铜合金。

如CN108544045A公开了一种钨靶材焊接方法及钨靶材组件，涉及半导体制造技术领域。所述钨靶材焊接方法首先对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗，在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件，再利用钎焊工艺对所述钨靶材和所述铜背板进行钎焊接后获得钨靶材组件，对所述钨靶材组件进行冷却。所述钨靶材焊接方法在焊接前在所述钨靶材和所述铜背板间放置焊料引流件，保证了焊料的在所述钨靶材和所述铜背板间的均匀分布，提高了焊缝均匀性、焊接成功率以及焊接稳定性。

CN106378507A公开了一种钨钛靶材组件的焊接方法，包括：提供钨钛靶材和背板；在所述钨钛靶材的焊接面放入第一量的焊料并进行第一浸润处理；在所述背板的焊接面放入第二量的焊料并进行第二浸润处理；在所述第二浸润处理之后，向所述背板的焊接面添加第三量的焊料；在向所述背板的焊接面添加所述第三量的焊料后，且在所述第一浸润处理后，将所述钨钛靶材的焊接面扣合在所述背板的焊接面上。所述焊接方法能够提高钨钛靶材组件的焊接强度。

然而现有的焊接方法中，焊接结合率低，焊接面应力分布均匀性差，使用寿命短等问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法，通过该焊接方法实现了靶材和背板有效的焊接，焊接后焊接面的应力分布均匀，焊接结合率≥98％，强化靶材和背板间的传热性能，使用寿命延长。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)对钨靶材粗糙度Ra≤3μm的焊接面进行镀钛膜处理，之后依次对镀膜后钨靶材进行清洗和干燥处理；

(2)将步骤(1)干燥后的钨靶材和铜锌合金背板装配后置于包套中，之后对包套依次进行焊接、抽真空和脱气，将脱气后的包套进行热等静压焊接，完成后，拆除包套得到钨靶材组件；所述包套中的钨靶材和铜锌合金背板间设置有铝合金中间层。

本发明提供的焊接方法，通过在靶材焊接面特定粗糙度下进行镀钛处理后，利用铝合金中间层将靶材和背板进行焊接，实现了靶材和背板有效的焊接，焊接后焊接面的应力分布均匀，焊接结合率≥98％，强化靶材和背板间的传热性能，使用寿命延长。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述钛膜的厚度为3-6μm，例如可以是3μm、3.2μm、3.4μm、3.6μm、3.8μm、4μm、4.2μm、4.4μm、4.6μm、4.8μm、5μm、5.2μm、5.4μm、5.6μm、5.8μm或6μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述清洗的方式为超声清洗。

优选地，步骤(1)所述清洗的时间≥10min，例如可以是10min、15min、20min、25min、30min、35min或40min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述干燥处理的方式为真空干燥。

优选地，所述真空干燥中的真空度≤0.01Pa，例如可以是0.01Pa、0.009Pa、0.008Pa、0.007Pa、0.006Pa、0.005Pa、0.004Pa、0.003Pa、0.002Pa或0.001Pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述干燥处理的时间≥60min，例如可以是60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述铝合金中间层的粗糙度Ra≤1.6μm，例如可以是1.6μm、1.5μm、1.4μm、1.3μm、1.2μm、1.1μm、1μm、0.9μm、0.8μm、0.7μm、0.6μm、0.5μm、0.4μm、0.3μm、0.2μm或0.1μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述铝合金中间层的厚度为2.25-5mm，例如可以是2.25mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、3.2mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm、4mm、4.2mm、4.4mm、4.6mm、4.8mm或5mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，通过控制靶材焊接面钛膜的厚度，通过焊接面粗糙度与钛膜厚度的双重作用下，使得焊接后靶材组件的焊接面的应力分布均匀，同时通过控制铝合金中间层的厚度及粗糙度，进一步强化了焊接面的均匀分布，同时也强化了靶材和背板之间的导热性能。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述包套的焊接为氩弧焊焊接。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述抽真空的终点为真空度≤0.001Pa，例如可以是0.001Pa、0.0009Pa、0.0008Pa、0.0007Pa、0.0006Pa、0.0005Pa、0.0004Pa、0.0003Pa、0.0002Pa或0.0001Pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述脱气的温度为300-400℃，例如可以是300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、325℃、330℃、335℃、340℃、345℃、350℃、355℃、360℃、365℃、370℃、375℃、380℃、385℃、390℃、395℃或400℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述脱气的压强为0.001-0.003Pa，例如可以是0.001Pa、0.0011Pa、0.0012Pa、0.0013Pa、0.0014Pa、0.0015Pa、0.0016Pa、0.0017Pa、0.0018Pa、0.0019Pa、0.002Pa、0.0021Pa、0.0022Pa、0.0023Pa、0.0024Pa、0.0025Pa、0.0026Pa、0.0027Pa、0.0028Pa、0.0029Pa或0.003Pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述脱气的时间为2-4h，例如可以是2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h、3h、3.1h、3.2h、3.3h、3.4h、3.5h、3.6h、3.7h、3.8h、3.9h或4h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述热等静压焊接的温度为400-500℃，例如可以是400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃、490℃或500℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述热等静压焊接的压强≥105MPa，例如可以是105MPa、110MPa、115MPa、120MPa、125MPa、130MPa、135MPa、140MPa、150MPa、200MPa、2500MPa或300MPa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述热等静压焊接的时间为4-6h，例如可以是4h、4.1h、4.2h、4.3h、4.4h、4.5h、4.6h、4.7h、4.8h、4.9h、5h、5.1h、5.2h、5.3h、5.4h、5.5h、5.6h、5.7h、5.8h、5.9h或6h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)对钨靶材粗糙度Ra≤3μm的焊接面进行镀钛膜处理，之后依次对镀膜后钨靶材进行清洗和干燥处理；

(2)将步骤(1)干燥后的钨靶材和铜锌合金背板装配后置于包套中，之后对包套依次进行焊接、抽真空和脱气，将脱气后的包套进行热等静压焊接，完成后，拆除包套得到钨靶材组件；所述包套中的钨靶材和铜锌合金背板间设置有铝合金中间层，铝合金中间层的粗糙度Ra≤1.6μm，厚度为2.25-5mm。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的焊接方法，通过在靶材焊接面特定粗糙度下进行镀钛处理后，利用铝合金中间层将靶材和背板进行焊接，实现了靶材和背板有效的焊接，焊接后焊接面的应力分布均匀，焊接结合率≥98％，强化靶材和背板间的传热性能，使用寿命延长。

(2)本发明中，通过控制靶材焊接面钛膜的厚度，通过焊接面粗糙度与钛膜厚度的双重作用下，使得焊接后靶材组件的焊接面的应力分布均匀，同时通过控制铝合金中间层的厚度及粗糙度，进一步强化了焊接面的均匀分布，同时也强化了靶材和背板之间的导热性能。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

本实施例提供一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)对钨靶材粗糙度Ra为3μm的焊接面进行镀钛膜处理，之后依次对镀膜后钨靶材进行清洗和干燥处理；钛膜厚度为3μm；清洗的方式为超声清洗，时间为10min；干燥处理的方式为真空干燥，干燥中的真空度为0.01Pa，时间为60min；

(2)将步骤(1)干燥后的钨靶材和铜锌合金背板装配后置于包套中，之后对包套依次进行氩弧焊焊接、抽真空至真空度为0.001Pa和脱气，将脱气后的包套进行热等静压焊接，完成后，拆除包套得到钨靶材组件；

所述包套中的钨靶材和铜锌合金背板间设置有铝合金中间层，铝合金中间层的粗糙度Ra为1.6μm，厚度为3.5mm；

脱气的温度为350℃，压强为0.002Pa，时间为3h；

热等静压焊接的温度为450℃，压强为105MPa，时间为5h。

所得钨靶材组件的焊接结合率为99％，焊接面应力分布均匀，靶材和背板间的传热性能优良。

实施例2

本实施例提供一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)对钨靶材粗糙度Ra为1μm的焊接面进行镀钛膜处理，之后依次对镀膜后钨靶材进行清洗和干燥处理；钛膜厚度为5μm；清洗的方式为超声清洗，时间为20min；干燥处理的方式为真空干燥，干燥中的真空度为0.001Pa，时间为80min；

(2)将步骤(1)干燥后的钨靶材和铜锌合金背板装配后置于包套中，之后对包套依次进行氩弧焊焊接、抽真空至真空度为0.0007Pa和脱气，将脱气后的包套进行热等静压焊接，完成后，拆除包套得到钨靶材组件；

所述包套中的钨靶材和铜锌合金背板间设置有铝合金中间层，铝合金中间层的粗糙度Ra为1μm，厚度为2.25mm；

脱气的温度为400℃，压强为0.001Pa，时间为2h；

热等静压焊接的温度为500℃，压强为125MPa，时间为6h。

所得钨靶材组件的焊接结合率为98.5％，焊接面应力分布均匀，靶材和背板间的传热性能优良。

实施例3

本实施例提供一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)对钨靶材粗糙度Ra为2μm的焊接面进行镀钛膜处理，之后依次对镀膜后钨靶材进行清洗和干燥处理；钛膜厚度为4μm；清洗的方式为超声清洗，时间为30min；干燥处理的方式为真空干燥，干燥中的真空度为0.006Pa，时间为90min；

(2)将步骤(1)干燥后的钨靶材和铜锌合金背板装配后置于包套中，之后对包套依次进行氩弧焊焊接、抽真空至真空度为0.0004Pa和脱气，将脱气后的包套进行热等静压焊接，完成后，拆除包套得到钨靶材组件；

所述包套中的钨靶材和铜锌合金背板间设置有铝合金中间层，铝合金中间层的粗糙度Ra为1.3μm，厚度为5mm；

脱气的温度为300℃，压强为0.003Pa，时间为4h；

热等静压焊接的温度为400℃，压强为145MPa，时间为4h。

所得钨靶材组件的焊接结合率为99.2％，焊接面应力分布均匀，靶材和背板间的传热性能优良。

实施例4

与实施例1的区别仅在于靶材焊接钛膜的厚度为2μm，所得钨靶材组件的焊接结合率为97.5％，焊接面应力略有偏差。

实施例5

与实施例1的区别仅在于靶材焊接钛膜的厚度为8μm，所得钨靶材组件的焊接结合率为97.8％，焊接面应力分布略有偏差。

实施例6

与实施例1的区别仅在于铝合金中间层的厚度为2mm，所得钨靶材组件的焊接结合率为97.7％，焊接面应力分布略有偏差，靶材和背板间的传热性能降低5％。

实施例7

与实施例1的区别仅在于铝合金中间层的厚度为7mm，所得钨靶材组件的焊接结合率为97.4％，焊接面应力分布略有偏差，靶材和背板间的传热性能降低7％。

对比例1

与实施例1的区别仅在于所述钨靶材焊接面的粗糙度为7μm，所得钨靶材组件的焊接结合率为93％，焊接面应力分布略有偏差，靶材和背板间的传热性能降低8％。

对比例2

与实施例1的区别仅在于铝合金中间层的粗糙度为4μm，所得钨靶材组件的焊接结合率为92％，焊接面应力分布略有偏差，靶材和背板间的传热性能降低9％。

通过上述实施例和对比例的结果可知，通过在靶材焊接面特定粗糙度下进行镀钛处理后，利用铝合金中间层将靶材和背板进行焊接，实现了靶材和背板有效的焊接，焊接后焊接面的应力分布均匀，使用寿命延长，焊接结合率≥98％，强化靶材和背板间的传热性能，使用寿命延长。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种钨靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法，其特征在于，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)对钨靶材粗糙度Ra≤3μm的焊接面进行镀钛膜处理，之后依次对镀膜后钨靶材进行清洗和干燥处理；

(2)将步骤(1)干燥后的钨靶材和铜锌合金背板装配后置于包套中，之后对包套依次进行焊接、抽真空和脱气，将脱气后的包套进行热等静压焊接，完成后，拆除包套得到钨靶材组件；所述包套中的钨靶材和铜锌合金背板间设置有铝合金中间层。

2.如权利要求1所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(1)所述钛膜的厚度为3-6μm。

3.如权利要求1或2所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(1)所述清洗的方式为超声清洗；

优选地，步骤(1)所述清洗的时间≥10min。

4.如权利要求1-3任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(1)所述干燥处理的方式为真空干燥；

优选地，所述真空干燥中的真空度≤0.01Pa；

优选地，步骤(1)所述干燥处理的时间≥60min。

5.如权利要求1-4任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(2)所述铝合金中间层的粗糙度Ra≤1.6μm；

优选地，步骤(2)所述铝合金中间层的厚度为2.25-5mm。

6.如权利要求1-5任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(2)所述包套的焊接为氩弧焊焊接。

7.如权利要求1-6任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(2)所述抽真空的终点为真空度≤0.001Pa。

8.如权利要求1-7任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(2)所述脱气的温度为300-400℃；

优选地，步骤(2)所述脱气的压强为0.001-0.003Pa；

优选地，步骤(2)所述脱气的时间为2-4h。

9.如权利要求1-8任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(2)所述热等静压焊接的温度为400-500℃；

优选地，步骤(2)所述热等静压焊接的压强≥105MPa；

优选地，步骤(2)所述热等静压焊接的时间为4-6h。

10.如权利要求1-9任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)对钨靶材粗糙度Ra≤3μm的焊接面进行镀钛膜处理，之后依次对镀膜后钨靶材进行清洗和干燥处理；

(2)将步骤(1)干燥后的钨靶材和铜锌合金背板装配后置于包套中，之后对包套依次进行焊接、抽真空和脱气，将脱气后的包套进行热等静压焊接，完成后，拆除包套得到钨靶材组件；所述包套中的钨靶材和铜锌合金背板间设置有铝合金中间层，铝合金中间层的粗糙度Ra≤1.6μm，厚度为2.25-5mm。