CN101648305A - 大尺寸靶材组件的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大尺寸靶材组件的焊接方法，包括：提供靶材坯料、背板和钎料，所述背板被划分为多个子区；将所述钎料涂布于所述靶材坯料的焊接面上；将所述钎料涂布于所述背板的焊接面上；给每一个子区对应配置一台超声波焊接设备，每一台超声波焊接设备按照预定的处理轨迹对每一个子区进行超声波处理，使得所述每一个子区的焊接面上的钎料充分浸润；将所述靶材坯料和所述背板相互接触，进行焊接处理，将所述靶材坯料焊接至所述背板形成靶材组件；冷却所述靶材组件。与现有技术相比，本发明不仅可以缩短了处理时间，提高工作效率，更能节省下配置专用的大型超声波焊接设备的成本。

Description

大尺寸靶材组件的焊接方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及大尺寸靶材组件的焊接方法。

背景技术

在半导体工业中，靶材组件是由符合溅射性能的坯料和与所述坯料结合、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基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。目前，用作坯料的材料主要有铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、铜(Cu)等，用作背板的材料则是选用具有足够强度，且导热、导电性也较高的铜或铝。因此高纯的金属坯料与背板的焊接结合是制造靶材成品的关键技术之一。

一般，对于坯料与背板在熔点等物理性能相接近的产品，可以采用常规的焊接方式，例如钎焊，其原理是将金属或合金坯料通过钎料与合金(铝基合金或铜基合金)的背板结合在一起，具体来讲，在实际应用中，首先将待焊接的坯料和背板的焊接面上加入钎料(例如有铅焊锡、无铅焊锡)，再在焊接平台上使用超声波焊接设备进行超声波处理，使钎料充分浸润，将坯料和背板结合在一起。

为使坯料与背板能在焊接过程中保持一致性，不会因外力影响而产生导致焊接效果劣化的浸润不充分或移位等问题，对于某一靶材组件采用一台超声波焊接设备。因此，对于大尺寸的靶材组件而言，就需要提供大型的超声波焊接设备。当前大多数大尺寸方形靶材(表面尺寸可以达到3000mmx500mm靶材)的金属靶材的加工方法焊接过程中就需要使用大型的焊接设备。但是，大型超声波焊接设备不仅结构复杂，操作不便，对操作人员的要求较高；同时，由于大型超声波焊接设备一般仅限于应用于大尺寸靶材组件的焊接作业中，应用于小尺寸靶材则会显得大材小用并造成浪费，应用场合比较单一，利用率较低；再有，大型超声波焊接设备成本较高。

因此，对于大尺寸靶材组件的焊接作业，如何选择一种有效的焊接方式，使得靶材与背板在可靠结合的同时，还能实现操作简便、节省成本等目的，就显得十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在现有大尺寸靶材组件的焊接作业中必须使用大型超声波焊接设备而造成资源浪费及成本上升的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种大尺寸靶材组件的焊接方法，其包括：提供靶材坯料、背板和钎料，所述背板被划分为多个子区；将所述钎料涂布于所述靶材坯料的焊接面上；将所述钎料涂布于所述背板的焊接面上；给每一个子区对应配置一台超声波焊接设备，每一台超声波焊接设备按照预定的处理轨迹对每一个子区进行超声波处理，使得所述每一个子区的焊接面上的钎料充分浸润；将所述靶材坯料和所述背板相互接触，进行焊接处理，将所述靶材坯料焊接至所述背板形成靶材组件；冷却所述靶材组件。

可选地，所述靶材坯料尺寸为3000mmx500mm，所述背板的焊接面的尺寸为3000mmx500mm，所述子区的尺寸为600mmx500mm。

可选地，所述靶材坯料的材料具体选自钽、铜、铝、银、镍、铬、钛、锆、锕、钼、钨、铂、金、铌、钴、铼、钪或它们任意组合的合金。

可选地，所述背板的材料具体选自铝基合金或者铜基合金。

可选地，所述钎料选自有铅焊锡钎料或者无铅焊锡钎料，其中钎料中银的质量百分比为0.2％。

可选地，所述将所述钎料涂布于所述靶材坯料的焊接面上具体包括：对所述靶材坯料进行预热，将钎料均匀涂布于所述靶材坯料的焊接面上，打磨所述焊接面，使得所述靶材坯料上的钎料充分浸润。

可选地，所述对靶材坯料进行预热温度为200摄氏度至250摄氏度。

可选地，所述打磨焊接面包括利用钢刷来回磨刷所述靶材坯料的焊接面上的钎料。

可选地，所述在将所述钎料涂布于所述背板的焊接面上之前还包括对背板进行预热的步骤。

可选地，所述对背板进行预热温度为200摄氏度至250摄氏度。

可选地，每一台超声波焊接设备按照预定的处理轨迹对每一个子区进行超声波处理包括：将每一台超声波焊接设备的探头的初始位置设定为与所述超声波焊接设备对应的子区的左上角；按照从上往下、左右来回的处理轨迹将所述探头扫遍所述子区，使得所述每一个子区的焊接面上的钎料充分浸润；调整每一台超声波焊接设备的探头的位置，将每一台超声波焊接设备向右移动、临近于相邻二子区的边界区域；按照从上往下、左右来回的处理轨迹将所述探头扫遍相邻二子区的边界区域，使得所述边界区域的焊接面上的钎料充分浸润。

可选地，所述对靶材坯料和背板进行钎焊处理工艺参数为：工作温度260摄氏度至280摄氏度，压强0.48兆帕至0.52兆帕。

与现有技术相比，本发明所提供的大尺寸靶材组件的焊接方法，具有以下优点：无须配置专用的大型超声波焊接设备，节省成本；利用多台小型超声波焊接设备同时处理，操作简便且缩短了处理时间，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明大尺寸靶材组件的焊接方法的流程图；

图2和图3为根据图1所示流程制作靶材组件的示意图；

图4为图1中步骤S4在一个实施例中的流程示意图；

图5至图7为根据步骤S4在一个实施例中对背板进行超声波处理的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人发现，在制作大尺寸靶材组件时，需要配置大型的超声波焊接设备，不仅成本较高，且处理时间较长，工作效率较低。有鉴于此，故本发明的发明人设想进行区域化处理，具体是将大尺寸靶材分成多个子区，为每一个子区配置一台小型的超声波焊接设备，进行超声波处理，这样，就可以利用现有小型的超声波焊接设备进行大尺寸靶材的焊接处理。

本发明提供一种靶材组件的制作方法，所述方法包括：提供靶材坯料、背板和钎料，所述背板被划分为多个子区；将所述钎料涂布于所述靶材坯料的焊接面上；将所述钎料涂布于所述背板的焊接面上；给每一个子区对应配置一台超声波焊接设备，每一台超声波焊接设备按照预定的处理轨迹对每一个子区进行超声波处理，使得所述每一个子区的焊接面上的钎料充分浸润；将所述靶材坯料和所述背板相互接触，进行焊接处理，将所述靶材坯料焊接至所述背板形成靶材组件；冷却所述靶材组件。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参考图1，本发明实施方式提供一种大尺寸靶材组件的焊接方法，包括如下步骤：

步骤S1，提供靶材坯料、背板和钎料，所述背板被划分为多个子区；

步骤S2，将所述钎料涂布于所述靶材坯料的焊接面上；

步骤S3，将所述钎料涂布于所述背板的焊接面上；

步骤S4，给每一个子区对应配置一台超声波焊接设备，每一台超声波焊接设备按照预定的处理轨迹对每一个子区进行超声波处理，使得所述每一个子区的焊接面上的钎料充分浸润；

步骤S5，将所述靶材坯料和所述背板相互接触，进行焊接处理，将所述靶材坯料焊接至所述背板形成靶材组件；

步骤S6，冷却所述靶材组件。

下面结合附图对于上述实例过程进行详细说明。结合图1和图2所示，如步骤S1所述，提供靶材坯料10、背板20和钎料(未图示)。所述靶材坯料的材料具体选自钽、铜、铝、银、镍、铬、钛、锆、锕、钼、钨、铂、金、铌、钴、铼、钪或它们任意组合的合金。所述靶材坯料10的形状可以根据应用环境、溅射设备的实际要求，例如为矩形、圆形、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。在本实施例中，是以矩形为例进行说明的，但并不以此来限定本发明的保护范围。所述靶材坯料10的尺寸为3000mmx500mm，其厚度可以为1mm至80mm不等，实际上，所述靶材坯料的长度或宽度在设计尺寸上加5mm至10mm的余量，厚度为在设计尺寸上加1mm至3mm的余量。增加余量的目的是对形成靶材组件之后的加工步骤提供比较宽裕的加工空间。

另外，所述背板20的材料具体选自铝基合金或者铜基合金。所述背板20为矩形结构，与所述靶材坯料10的形状相对应。另可参阅第5图，所述背板20的尺寸要大于所述靶材坯料10，其中的焊接面的尺寸为3000mmx500mm，所述背板20被划分为多个子区。在本实施例中，所述背板20被平均划分为6个子区C1，C2、C3、C4、C5、C6，其中的每一个子区的尺寸为500mmx500mm。实际上，划分子区的数量以及各个子区的尺寸大小可以根据工作需要(例如超声波焊接设备的数量、所需处理时间等)来进行具体调整，例如也可以将背板20平均划分为5个子区C1，C2、C3、C4、C5，其中的每一个子区的尺寸为600mmx500mm。

再有，所述钎料选自有铅焊锡钎料或者无铅焊锡钎料，其中钎料中银的质量百分比为0.2％。

接着执行步骤S2，将所述钎料涂布于所述靶材坯料的焊接面上。在实际应用中，上述步骤S2具体包括：首先，对所述靶材坯料10进行预热，目的为让后续工艺中的钎料与靶材坯料10的焊接面100充分浸润。所述靶材坯料10预热可以采用加热板加热，加热温度为200摄氏度至250摄氏度。接着，将钎料均匀涂布于所述靶材坯料10的焊接面100上；最后，利用钢刷来回多次磨刷所述靶材坯料10的焊接面100上的钎料，不仅可以刮去所述焊接面100上的氧化层，增加所述焊接面100的毛糙度，还可以使得钎料与所述焊接面100充分浸润，能够获得更高的焊接牢固度。

接着执行步骤S3，将钎料涂布于所述背板20的焊接面200上。所述步骤S3具体包括：首先，对所述背板20进行预热。所述背板20预热可以采用加热板加热，加热温度为200摄氏度至250摄氏度。接着，将钎料均匀涂布于所述背板20的焊接面200上。

接着执行步骤S4，给每一个子区对应配置一台超声波焊接设备，每一台超声波焊接设备按照预定的处理轨迹对每一个子区进行超声波处理，使得所述每一个子区的焊接面上的钎料充分浸润。

参考图4，在一个具体实施方式中，图1中的步骤S4可通过下述步骤来实现：步骤S41，给每一个子区对应配置一台小型的超声波焊接设备。步骤S42，将每一台超声波焊接设备的探头的初始位置设定为与所述超声波焊接设备对应的子区的左上角，具体参考图6，其中子区C1上配置了超声波焊接设备E1(在图式中，为便于描述，仅标示出超声波焊接设备的探头)，子区C2上配置了超声波焊接设备E2，......，子区C6上配置了超声波焊接设备E6。步骤S43，各个超声波焊接设备E1、E2、E3、E4、E5、E6按照从上往下、左右来回的处理轨迹(如图6中的箭头所示)扫遍所述子区，使得所述每一个子区的焊接面上的钎料充分浸润。步骤S44，调整每一台超声波焊接设备的探头的位置，将每一台超声波焊接设备向右移动、临近于相邻二子区的边界区域，具体可参考图7，超声波焊接设备E1移动至子区C1的右侧并临近于子区C1和子区C2的边界位置处，超声波焊接设备E2移动至子区C2的右侧并临近于子区C2和子区C3的边界位置处，.......，超声波焊接设备E5移动至子区C5的右侧并临近于子区C5和子区C6的边界位置处。其中的子区C6的右侧边缘在步骤S43中作了超声波处理，故超声波焊接设备E6可省去。步骤S45，各个超声波焊接设备E1、E2、E3、E4、E5可以按照从上往下、左右来回的处理轨迹(如图7中的箭头所示)扫遍相邻二子区的边界区域，使得所述相邻二子区的边界区域的焊接面上的钎料也能充分浸润。

需特别说明的是，上述步骤S41至步骤S45仅为一个较佳实施例，在其他实施例中，只要能实现利用多台小型的超声波焊接设备同时处理多个子区的超声波处理，则上述超声波焊接设备的设定位置，处理轨迹等仍可作其他的变动，例如所述超声波焊接设备设置于所述子区的右下角，所述处理轨迹可以为从下往上、左右来回。

执行步骤S5，将所述靶材坯料和所述背板相互接触，进行焊接处理，将所述靶材坯料焊接至所述背板形成靶材组件，如图3所示。具体来讲，请同时参考图2和图3，就是将靶材坯料10与背板20接触，用真空吸盘吸附靶材坯料10的非焊接面，让靶材坯料10的焊接面100与背板20的焊接面200接触，并按住靶材坯料10的非焊接面旋转三至四圈，使得多余的钎料从靶材坯料10与背板20形成的缝隙排出；将接触的靶材坯料10与背板20放置于工作台保持稳定，将靶材坯料10焊接至背板20形成靶材组件；使用压力设备对放置在工作台上的靶材坯料10与背板20进行焊接。焊接工艺参数为：工作台工作温度为260摄氏度至280摄氏度，压强0.48兆帕至0.52兆帕。采用上述工艺条件，将钛靶材坯料焊接至背板形成靶材组件。

接着，执行步骤S6，冷却靶材组件，所述冷却靶材组件可以采用循环水冷却装置，冷却期间保持压力0.48兆帕至0.52兆帕，将靶材组件冷却至水温。

相对于现有技术，本发明所提供的大尺寸靶材组件的焊接方法，通过将大尺寸靶材划分为多个子区，并为每一个子区配置小型超声波焊接设备，以使得多个子区同时进行超声波处理，缩短了处理时间，提高了工作效率。并且，在超声波处理中，无须配置专用的大型超声波焊接设备，成本得到了有效降低。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种大尺寸靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述方法包括：

提供靶材坯料、背板和钎料，所述背板被划分为多个子区；

将所述钎料涂布于所述靶材坯料的焊接面上；

将所述钎料涂布于所述背板的焊接面上；

给每一个子区对应配置一台超声波焊接设备，每一台超声波焊接设备按照预定的处理轨迹对每一个子区进行超声波处理，使得所述每一个子区的焊接面上的钎料充分浸润；

将所述靶材坯料和所述背板相互接触，进行焊接处理，将所述靶材坯料焊接至所述背板形成靶材组件；

冷却所述靶材组件。

2.根据权利要求1所述的大尺寸靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述靶材坯料尺寸为3000mmx500mm，所述背板的焊接面的尺寸为3000mmx500mm，所述子区的尺寸为600mmx500mm。

3.根据权利要求1所述的大尺寸靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述靶材坯料的材料具体选自钽、铜、铝、银、镍、铬、钛、锆、锕、钼、钨、铂、金、铌、钴、铼、钪或它们任意组合的合金。

4.根据权利要求1所述的大尺寸靶材组件的制作方法，其特征在于，所述背板的材料具体选自铝基合金或者铜基合金。

5.根据权利要求1所述的大尺寸靶材组件的制作方法，其特征在于，所述钎料选自有铅焊锡钎料或者无铅焊锡钎料，其中钎料中银的质量百分比为0.2％。

6.根据权利要求1所述的大尺寸靶材组件的制作方法，其特征在于，所述将所述钎料涂布于所述靶材坯料的焊接面上具体包括：对所述靶材坯料进行预热，将钎料均匀涂布于所述靶材坯料的焊接面上，打磨所述焊接面，使得所述靶材坯料上的钎料充分浸润。

7.根据权利要求6所述的大尺寸靶材组件的制作方法，其特征在于，所述对靶材坯料进行预热温度为200摄氏度至250摄氏度。

8.根据权利要求6所述的大尺寸靶材组件的制作方法，其特征在于，所述打磨焊接面包括利用钢刷来回磨刷所述靶材坯料的焊接面上的钎料。

9.根据权利要求1所述的大尺寸靶材组件的制作方法，其特征在于，所述在将所述钎料涂布于所述背板的焊接面上之前还包括对背板进行预热的步骤。

10.根据权利要求9所述的大尺寸靶材组件的制作方法，其特征在于，所述对背板进行预热温度为200摄氏度至250摄氏度。

11.根据权利要求1所述的大尺寸靶材组件的制作方法，其特征在于，每一台超声波焊接设备按照预定的处理轨迹对每一个子区进行超声波处理包括：

将每一台超声波焊接设备的探头的初始位置设定为与所述超声波焊接设备对应的子区的左上角；按照从上往下、左右来回的处理轨迹将所述探头扫遍所述子区，使得所述每一个子区的焊接面上的钎料充分浸润；

调整每一台超声波焊接设备的探头的位置，将每一台超声波焊接设备向右移动、临近于相邻二子区的边界区域；按照从上往下、左右来回的处理轨迹将所述探头扫遍相邻二子区的边界区域，使得所述边界区域的焊接面上的钎料充分浸润。

12.根据权利要求1所述的大尺寸靶材组件的制作方法，其特征在于，所述对靶材坯料和背板进行钎焊处理工艺参数为：工作温度260摄氏度至280摄氏度，压强0.48兆帕至0.52兆帕。

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