CN114273771B

CN114273771B - 一种靶材组件的摩擦焊接方法

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Publication number: CN114273771B
Application number: CN202210029513.XA
Authority: CN
Inventors: 黄旭东; 黄宇彬; 童培云; 朱刘
Original assignee: Leading Film Materials Anhui Co ltd
Current assignee: Leading Film Materials Anhui Co ltd
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-09-05
Anticipated expiration: 2042-01-11
Also published as: CN114273771A

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，公开了一种靶材组件的摩擦焊接方法，本摩擦焊接方法利用高速旋转的靶材与背板摩擦产生的热量使第一凸台和第二凸台局部熔化，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝，相较于钎焊而言，本摩擦焊接方法通过熔化形成焊接结合层，比钎焊的铟结合强度更高，耐高温性能更好，不易脱焊；相较于电子束焊接而言，第一凸台和第二凸台的焊接区域更大，也即，冶金结合的面积更大，整体强度更高；相较于扩散焊接而言，本摩擦焊接方法耗时更短，且无需采用惰性气体或其他工作条件进行保护，成本较低；其次，本摩擦焊接方法摩擦力较小，对设备要求较低，能耗较低，且焊接耗时更短，并且，小面积的接触摩擦不易导致靶材或背板整体变形。

Description

一种靶材组件的摩擦焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种靶材组件的摩擦焊接方法。

背景技术

在半导体领域中，靶材与背板的焊接主要有三种方式：钎焊、电子束焊接、扩散焊接。其中钎焊是利用铟等低熔点金属作为中间层，连接靶材和背板，其特点是耐高温性能差、结合强度低，焊接不良会导致靶材使用过程中脱焊；电子束焊接是在高能电子束流的作用下熔化靶材，形成冶金结合，但其焊接区域窄，在十几毫米左右，导致靶材整体强度也低，常作为碗状铝靶材的焊接方式；扩散焊接是在惰性气体的保护下，在高温长时间的作用下，通过原子间的扩散实现靶材和背板的冶金结合的一种大面积焊接技术，其结合强度高，耐高温性能好。但扩散焊接耗时长、焊接成本高，因此急需开发一种经济高效的以冶金结合方式连接的焊接方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种耗时较短、靶材和背板不易变形、强度更高的靶材组件的摩擦焊接方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种靶材组件的摩擦焊接方法，靶材组件包括靶材和背板，所述靶材具有第一凸台，所述背板具有第二凸台，所述第二凸台与所述第一凸台的直径相等，且所述摩擦焊接方法包括如下步骤：

S1、对所述第一凸台的表面和所述第二凸台的表面进行喷砂处理，使二者表面的粗糙度不小于预定粗糙度；

S2、夹持所述靶材，使所述第一凸台与所述第二凸台相对设置；

S3、控制所述靶材以第一预定转速旋转并朝向所述背板压入，使所述背板固定或以第二预定转速反向旋转；

S4、冷却至第一预定时间后进行卸料。

在本申请的一些实施例中，所述第一凸台的直径为所述靶材直径的1/4～1/2。

在本申请的一些实施例中，所述背板具有环形凸台，所述环形凸台围成容纳槽，所述第一凸台位于所述容纳槽的范围内。

在本申请的一些实施例中，S3步骤具体包括：

S31、使所述靶材下压直至所述靶材的端面与所述背板的端面之间的距离达到第一预定距离X，其中，X为0.5～2mm。

在本申请的一些实施例中，其中，D为所述第一凸台的直径，M为所述第一凸台的高度，N为所述第二凸台的高度，D₁为所述容纳槽的直径。

在本申请的一些实施例中，第一凸台的高度M为3～7mm，第二凸台的高度N为3～7mm，所述环形凸台的高度P为2～6mm。

在本申请的一些实施例中，所述第一预定转速为1000～2000r/min。

在本申请的一些实施例中，控制所述靶材朝向所述背板压入的速度为5～10mm/min。

在本申请的一些实施例中，所述第一预定时间为0.5～5min。

在本申请的一些实施例中，所述预定粗糙度为25～30um。

本发明提供一种靶材组件的摩擦焊接方法，与现有技术相比，其有益效果在于：

本摩擦焊接方法利用高速旋转的靶材与背板摩擦产生的热量使第一凸台和第二凸台局部熔化，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝，相较于钎焊而言，本摩擦焊接方法通过熔化形成焊接结合层，比钎焊的铟结合强度更高，耐高温性能更好，不易脱焊；相较于电子束焊接而言，第一凸台和第二凸台的焊接区域更大，也即，冶金结合的面积更大，整体强度更高；相较于扩散焊接而言，本摩擦焊接方法耗时更短，且无需采用惰性气体或其他工作条件进行保护，成本较低；其次，由于靶材和背板之间通过第一凸台和第二凸台接触并进行摩擦焊接，无需进行大面积接触，因此摩擦力较小，所需夹持力和挤压力更小，对设备要求较低，能耗较低，且焊接耗时更短，焊接时热量集中在第一凸台和第二凸台处，对靶材的晶粒影响相对较小，并且，小面积的接触摩擦不易导致靶材或背板整体变形。

附图说明

图1为本发明实施例的摩擦焊接方法的流程框架图；

图2为本发明实施例的靶材组件的结构示意图。

图中：1、靶材；11、第一凸台；2、背板；21、第二凸台；22、环形凸台；23、容纳槽。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要理解的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供了一种靶材组件的摩擦焊接方法，靶材组件包括靶材1和背板2，靶材1具有第一凸台11，背板2具有第二凸台21，第二凸台21与第一凸台11的直径相等，且摩擦焊接方法包括如下步骤：

S1、对第一凸台11的表面和第二凸台21的表面进行喷砂处理，使二者表面的粗糙度不小于预定粗糙度；

S2、夹持靶材1，使第一凸台11与第二凸台21相对设置；

S3、控制靶材1以第一预定转速旋转并朝向背板2压入，使背板2固定或以第二预定转速反向旋转；

S4、冷却至第一预定时间后进行卸料。

基于上述方法，本摩擦焊接方法利用高速旋转的靶材1与背板2摩擦产生的热量使第一凸台11和第二凸台21局部熔化，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝，相较于钎焊而言，本摩擦焊接方法通过熔化形成焊接结合层，比钎焊的铟结合强度更高，耐高温性能更好，不易脱焊；相较于电子束焊接而言，第一凸台11和第二凸台21的焊接区域更大，也即，冶金结合的面积更大，整体强度更高；相较于扩散焊接而言，本摩擦焊接方法耗时更短，且无需采用惰性气体或其他工作条件进行保护，成本较低；其次，由于靶材1和背板2之间通过第一凸台11和第二凸台21接触并进行摩擦焊接，无需进行大面积接触，因此摩擦力较小，所需夹持力和挤压力更小，对设备要求较低，能耗较低，且焊接耗时更短，焊接时热量集中在第一凸台11和第二凸台21处，对靶材的晶粒影响相对较小，并且，小面积的接触摩擦不易导致靶材1或背板2整体变形。

可选地，如图1所示，在本实施例中，第一凸台11的直径为靶材1直径的1/4～1/2。如此，冶金结合的面积较为合适，摩擦力较小。

可选地，如图1所示，在本实施例中，靶材1的直径为350～450mm，背板2的直径为450～550mm。其中，350mm、360mm、380mm、400mm、430mm、450mm为靶材1直径的优选值，450mm、480mm、500mm、520mm、550mm为背板2直径的优选值。如此，可适配不同规格的晶圆等半导体材料。

可选地，如图1所示，在本实施例中，靶材1可由高纯铝、铝铜合金、铝硅、铝硅铜合金、高纯铜、铜锰、铜铝合金中的一种或多种制成。

可选地，如图1所示，在本实施例中，靶材1的厚度为9～25mm。其中，9mm、12mm、15mm、18mm、20mm、22mm、25mm为靶材1厚度的优选值。

可选地，如图1所示，在本实施例中，背板2可由铝合金、无氧铜中的一种或多种制成。背板的厚度为10～30mm。其中，10mm、12mm、15mm、18mm、20mm、22mm、25mm、30mm为背板2厚度的优选值。

可选地，如图1所示，在本实施例中，背板2具有环形凸台22，环形凸台22围成容纳槽23，第一凸台11位于容纳槽23的范围内。基于此，靶材1和背板2摩擦熔化后，熔液将存留在容纳槽23内，不会造成飞溅和溢流，在挤压下形成良好的冶金结合；其次，靶材1部分进入容纳槽23内，使得容纳槽23起到了容纳固定靶材1的作用，便于后续的加工。

可选地，如图1所示，在本实施例中，S3步骤具体包括：

S31、使靶材1下压直至靶材1的端面与背板2的端面之间的距离达到第一预定距离X，其中，X为0.5～2mm。其中,0.5mm、1mm、1.2mm、1.5mm、2mm为第一预定距离X的优选值。基于此，靶材1和背板2之间形成厚度为X的焊接结合层，强度较高。当结合层厚度过小时强度不足，当结合层厚度过大时焊接耗时较长，且所需夹持力和挤压力较大，功耗较高。应当理解的是，第一预定距离X所指的靶材1端面为靶材1除第一凸台11以外的与背板2相对的端面，背板2端面为背板2除第二凸台21、环形凸台22以外的与靶材1相对的端面，也即容纳槽23的底面。

可选地，如图1所示，在本实施例中，X≤D^2×(M+N)/D_1^2，其中，D为第一凸台11的直径，M为第一凸台11的高度，N为第二凸台21的高度，D1为容纳槽23的直径。基于此，可保证熔化后的熔液体积填满整个容纳槽23，以防止存在空缺降低结合的强度。

可选地，如图1所示，在本实施例中，第一凸台11的高度M为3～7mm，第二凸台21的高度N为3～7mm，环形凸台22的高度P为2～6mm。其中，3mm、4mm、5mm、6mm、7mm为第一凸台11高度的优选值，3mm、4mm、5mm、6mm、7mm为第二凸台21高度的优选值，2mm、3mm、4mm、5mm、6mm为环形凸台22高度的优选值。如此，第一凸台11、第二凸台21和环形凸台22的高度设置较为合理，焊接时长较短，环形凸台22不会对焊接造成阻碍。

可选地，如图1所示，在本实施例中，第一预定转速为1000～2000r/min。

可选地，如图1所示，在本实施例中，控制靶材1朝向背板2压入的速度为5～10mm/min。如此，压入速度较为合适，不会导致靶材1和背板2其他部分变形。

可选地，如图1所示，在本实施例中，第一预定时间为0.5～5min。如此，焊接时长较短，效率较高。

可选地，如图1所示，在本实施例中，预定粗糙度为25～30um。如此，粗糙度的处理较为合理，便于第一凸台11和第二凸台21的摩擦熔化。

综上，本发明实施例提供了一种靶材组件的摩擦焊接方法，与现有技术相比，该摩擦焊接方法具有耗时较短、靶材1和背板2不易变形、强度更高等优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种靶材组件的摩擦焊接方法，其特征在于，靶材组件包括靶材和背板，所述靶材具有第一凸台，所述背板具有第二凸台，所述第二凸台与所述第一凸台的直径相等，所述背板具有环形凸台，所述环形凸台围成容纳槽，所述第一凸台位于所述容纳槽的范围内，且所述摩擦焊接方法包括如下步骤：

S4、冷却至第一预定时间后进行卸料。

2.如权利要求1所述的靶材组件的摩擦焊接方法，其特征在于：

所述第一凸台的直径为所述靶材直径的1/4～1/2。

3.如权利要求1所述的靶材组件的摩擦焊接方法，其特征在于，S3步骤具体包括：

4.如权利要求3所述的靶材组件的摩擦焊接方法，其特征在于：

其中，D为所述第一凸台的直径，M为所述第一凸台的高度，N为所述第二凸台的高度，D₁为所述容纳槽的直径。

5.如权利要求4所述的靶材组件的摩擦焊接方法，其特征在于：

第一凸台的高度M为3～7mm，第二凸台的高度N为3～7mm，所述环形凸台的高度P为2～6mm。

6.如权利要求1所述的靶材组件的摩擦焊接方法，其特征在于：

所述第一预定转速为1000～2000r/min。

7.如权利要求6所述的靶材组件的摩擦焊接方法，其特征在于：

控制所述靶材朝向所述背板压入的速度为5～10mm/min。

8.如权利要求6所述的靶材组件的摩擦焊接方法，其特征在于：

所述第一预定时间为0.5～5min。

9.如权利要求1所述的靶材组件的摩擦焊接方法，其特征在于：

所述预定粗糙度为25～30um。