[发明专利]一种大面积靶材与背板的快速焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于靶材的焊接技术领域，特别涉及一种大面积靶材与背板的快速焊接方法。

背景技术

溅射薄膜材料在电子信息、存储记录以及显示器等相关产业中，有着极其广泛的应用。同时，溅射靶材伴随着这些行业的发展需求量也逐年增多。靶材的质量对溅射薄膜的性能有着重要影响，尤其是半导体集成电路芯片的制备向着大尺寸化方向发展(8、12甚至18英寸)，溅射靶材的尺寸和溅射功率也将随之增大，对溅射靶材纯度、微观组织以及靶材与背板连接的要求也越来越高。大面积靶材与背板的连接技术已成为靶材组件制备的关键技术。

在溅射过程中，靶材组件作为阴极，首先应具有优良的导电性，同时为了排放高能态离子高速轰击靶材表面产生的热量，靶材组件也要具有优良的导热性。因此，靶材与背板的连接既要有一定的结合强度，以避免溅射靶在工作中的脱落、脆裂等问题，又要有高的热传导率和电传导率，此外靶材的晶粒经变形处理后，细小均匀，晶粒取向合适，不允许在焊接过程中发生改变。

靶材与背板连接的常用技术包括：机械咬合、钎焊、扩散焊等。采用机械咬合时，靶材与背板的对接面很难完全致密，可能存在的缝隙会导致靶材与背板之间残存有气体，从而影响溅射室的真空度，同时还影响靶材的传导性和导电性。采用钎焊连接的大面积靶材组件，其靶材与背板的结合强度常常满足不了要求，容易溅射过程中掉靶，并且不能够在较高的温度下使用。通常，扩散焊接在真空环境中进行，大面积靶材焊接时所需的设备要求高，需要大尺寸的真空扩散焊接炉或热等静压机等，加工成本高，温度高，时间也相对较长，会对靶材的微观组织，晶粒的大小及取向产生改变。(如美国专利《Diffusion bonded sputter targetassembly and method of making》(6,071,389))。

为了克服常见的扩散焊接溅射靶的不足，关键的是要采用不改变靶材微观组织结构的快速焊接，以保留靶材原来的组织结构，晶粒大小及取向，焊接的热影响区要尽量小。

《Ti-6Al-4V钛合金的脉冲大电流加热焊接方法》(200410013469.5)和《一种铝锂合金的快速、低温、温差焊接方法》(CN 100427259C)提出，将合金用砂纸打磨至尽量光滑，然后通入脉冲电流，加热保温一段时间后形成扩散连接的方法。该方法对焊接表面的平整度、光洁度要求高，且只适用于该合金同种金属的焊接。虽然也是温差焊，然而基体的升温已经不能满足靶材的焊接要求，在该种情况下，铝合金很有可能发生再结晶，微观组织发生改变。

发明内容

本发明的目的是提供一种大面积靶材与背板(又叫靶托)的快速焊接方法，该方法步骤如下：

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

(2)将靶材和背板待焊面之间撒上厚度为1mm～5mm的金属粉末，然后放入大电流装置中，在真空气氛或保护性气体氛围下，在待焊接靶材和背板的两端施加不小于8MPa的压力，并通过高频脉冲电流进行焊接，电流大小为1000A～9000A，通电1min～5min，即完成焊接。其中，在真空气氛或保护性气体氛围下进行焊接，目的是避免靶材和背板的氧化，真空气氛时，要求真空度≤8Pa。

一种优选的技术方案为：放入大电流装置前，对所述靶材和背板进行预压，预压压力为10～30MPa，预压5～10min。可预压也可不预压，同等条件下，预压能使得焊接效果更好，但不同材料效果不尽相同。

一种优选的技术方案为：步骤(1)中，所述表面粗糙度Rz控制在50μm～500μm之间。

所述金属粉末粒度为5μm～50μm。

选用金属粉末种类的原则是粉末可以和靶材和背板进行良好的焊接。优选金属粉末为与背板同成分的粉末，或与靶材同成分的粉末，或两者混合的组合，这样焊接较容易进行。

所述靶材选自高纯Al、AlSi合金、AlCu合金、AlSiCu合金、高纯Cu、高纯Ti、高纯Ni、高纯Ta、陶瓷靶中的任意一种。

所述背板选自无氧铜或者1-6系铝合金。6系铝合金优选6061Al和6063Al。

所述方法适用于焊接直径为200mm～400mm的靶材。

本发明中，步骤(1)中将靶材待焊面的表面粗糙化，可以通过喷砂、喷丸、抛丸、钢丝刷、压印、车削、磨削、电火花毛化、激光毛化等加工手段。