CN102059421A

CN102059421A - 钛靶铝背板焊接方法

Info

Publication number: CN102059421A
Application number: CN2010105814258A
Authority: CN
Inventors: 姚力军; 潘杰; 王学泽; 李响
Original assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2011-05-18

Abstract

本发明实施例公开了一种钛靶铝背板焊接方法。该焊接方法包括：提供靶材和背板，所述靶材为Ti靶材，所述背板为Al背板；在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层；采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来。本发明所提供的钛靶铝背板焊接方法，通过在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层，而镍层与焊接材料能够较好地润湿、结合，故本发明所提供的方法能够提高Ti靶材和Al背板的结合能力，不易产生Ti靶材从Al背板上脱落的现象。

Description

钛靶铝背板焊接方法

技术领域

本发明涉及光学镀膜技术领域，更具体地说，涉及一种钛靶铝背板焊接方法。

背景技术

在大规模的光学镀膜领域，常采用靶材组件在基底表面进行等离子体气相沉积(Plasma Vapor Deposition，PVD)镀膜，形成阻挡层。所述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。所述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。

在溅射过程中，靶材组件的工作环境一般较恶劣，例如，靶材组件工作温度较高，可达300℃～500℃；另外，靶材组件的一侧充以冷却水强冷，而另一侧则处于高真空环境下，由此在靶材组件的两侧形成有巨大的压力差；再有，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。在如此恶劣的环境下，如果靶材组件中靶材与背板之间的结合度较差，将导致靶材在受热条件下变形、开裂，甚至与结合的背板相脱落，使得溅射无法正常进行。

因此，选择一种有效的焊接方式，使得靶材与背板实现可靠结合，满足长期稳定生产、使用靶材的需要，就显得十分必要。

常用的焊接方式有扩散焊接和钎焊等。所述扩散焊接是指互相接触的材料表面，在一定温度、压力作用下靠近，局部产生塑性变形，原子间互相扩散，在界面处形成新的扩散层，实现可靠结合。所述钎焊是指采用焊接材料，在低于靶材和背板的熔点、高于焊接材料熔点的温度下，利用液态的焊接材料在靶材和背板表面湿润、铺展并填充靶材和背板的间隙，通过焊接材料的溶解、扩散进而实现靶材和背板的结合。

在形成靶材组件的过程中，常采用Ti作为靶材，Al作为背板。由于Al背板上有水道，故不能施加重压，所以不能采用扩散焊接方法。采用焊接材料钎焊时，由于Ti和Al的热膨胀系数相差较大(Ti的热膨胀系数为10.8，Al的热膨胀系数为23.2)，故一般的焊接材料在冷却过程中容易崩开，且浸润效果不是很好，致使靶材与背板的结合度不高，甚至产生靶材从背板上脱落的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钛靶铝背板焊接方法，该方法能够极大地提高Ti靶材与Al背板的结合强度，使得Ti靶材不易变形、不易从Al背板上脱落。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钛靶铝背板焊接方法，所述方法包括：

提供靶材和背板，所述靶材为Ti靶材，所述背板为Al背板；

在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层；

采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来。

优选的，采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来，具体包括：

将所述Ti靶材和Al背板分别加热至预设温度；

在所述Ti靶材具有镍层的焊接面上及Al背板的焊接面上分别放置焊接材料；

使所述Ti靶材具有镍层的焊接面与Al背板的焊接面接触形成结合体；

将Ti靶材和Al背板的结合体置于冷却台上进行冷却处理。

优选的，所述Ti靶材的表面为三角形形状，所述冷却台上设置有三个和Ti靶材表面三角形三个顶点相对应的、高于冷却台平面预设值的点。

优选的，所述高于冷却台平面预设值的范围为1.5mm～2.0mm。

优选的，对置于冷却台上的Ti靶材和Al背板的结合体施加400N～500N的力。

优选的，所述预设温度范围为160℃～170℃。

优选的，所述焊接材料为In。

优选的，在所述Ti靶材具有镍层的焊接面上及Al背板的焊接面上分别放置焊接材料之后，还包括：对所述Ti靶材和Al背板分别进行超声处理。

优选的，所述超声处理的时间为15min～20min。

优选的，采用化学镀或电镀方法在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的钛靶铝背板焊接方法中，首先在Ti靶材的焊接面上形成镍层，进而采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来。由于镍层与焊接材料能够较好地润湿、结合，从而在后续钎焊冷却时不易出现焊接材料崩开的问题，能够提高Ti靶材和Al背板的结合能力，不易产生Ti靶材从Al背板上脱落的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种钛靶铝背板焊接方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的另一种钛靶铝背板焊接方法的流程示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种Ti靶材的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他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例的限制。

实施例一

参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种钛靶铝背板焊接方法的流程示意图。该方法具体包括：

步骤S1：提供靶材和背板，所述靶材为Ti靶材，所述背板为Al背板。

本发明实施例中所述靶材为Ti靶材，所述背板为Al背板。所述靶材的形状可以根据具体需要而定，例如：可以设置靶材表面呈三角形、矩形或圆形等形状。

步骤S2：在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层。

由于Ti和Al的热膨胀系数相差较大(Ti的热膨胀系数为10.8，Al的热膨胀系数为23.2)，故采用钎焊方法将Ti靶材和Al背板结合起来时，冷却过程中焊接材料易崩开，进而导致Ti靶材和Al背板结合不牢固。本发明实施例为了解决Ti靶材和Al背板结合不牢固的问题，首先在Ti靶材的焊接面上形成镍层。由于镍层和焊接材料能够较好地润湿、结合，故所述镍层和Al背板能够通过焊接材料较好地结合在一起。在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层的方法不限，可以为电镀法，也可以为化学镀法等。形成镍层的厚度一般在10μm～20μm之间。

步骤S3：采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来。

此步骤中，采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来。钎焊过程中所用的焊接材料可以为In或Sn等。

由上可知，本发明实施例通过在Ti靶材的焊接面上形成镍层，进而采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来。由于镍层与焊接材料能够较好地润湿、结合，从而在后续钎焊冷却时不易出现焊接材料崩开的问题，能够提高Ti靶材和Al背板的结合能力，不易产生Ti靶材从Al背板上脱落的现象。

实施例二

下面以一具体的实施例详细描述本发明所提供的钛靶铝背板焊接方法。参考图2，图2为本发明实施例所提供的另一种钛靶铝背板焊接方法的流程示意图，所述方法具体如下：

参考图3，本实施例中所述Ti靶材的表面呈三角形形状，三角形的底b为352.044mm，高a为387.35mm，Ti靶材的厚度为10mm，所述10mm的厚度上再增加2mm余量，增加余量的目的是防止冷却过程Ti靶材严重收缩而影响后续加工步骤。Al背板的焊接面上设置有和Ti靶材形状相对应的深度为0.7mm的凹槽，该凹槽是为了定位和放置焊接材料所用。

步骤S2：在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层。

本发明实施例中采用化学镀方法在Ti靶材的焊接面上形成镍层。形成镍层的具体过程为：首先对所述Ti靶材的焊接面进行磨光、清洗、干燥；然后进行喷砂处理，喷砂处理的目的主要是使Ti靶材的焊接面在进行化学镀镍时形成一个不连续镍层，进而降低镍层表面的张力，提高镍层与Ti靶材焊接面的结合力；接着对所述Ti靶材进行活化处理，即将所述Ti靶材放入活化液中活化15s～20s，本实施例中所述活化液为分析纯级别的浓盐酸，即浓度为36％或者更高一点的浓盐酸；最后将所述Ti靶材放入镀镍溶液中进行化学镀镍，所述镀镍溶液由浓度为15g/L～40g/L的硫酸镍、浓度为10g/L～40g/L的柠檬酸钠和浓度为15g/L～40g/L的次磷酸钠混合而成，所述镀镍溶液的PH值为4.6～4.8，温度为86℃～90℃。通过控制所述Ti靶材在所述镀镍溶液中的时间，可控制形成镍层的厚度。本实施例中形成的镍层厚度为20μm。

还可以采用电镀方法在所述Ti靶材上形成镍层，对此，本发明并无特别限制。

该步骤又可包括如下几个步骤：

步骤S31：将所述Ti靶材和Al背板分别加热至预设温度。

将所述Ti靶材和Al背板分别放入两个炉子内进行加热，一般将其加热到160℃～170℃之间即可，加热完成之后将所述Ti靶材和Al背板分别从两个炉子内取出。

步骤S32：在所述Ti靶材具有镍层的焊接面上及Al背板的焊接面上分别放置焊接材料。

将所述Ti靶材和Al背板从加热炉内取出后，在其各自的焊接面上放置焊接材料，利用Ti靶材和Al背板上的余热使得所述焊接材料“渗透”到各自的焊接面内。为了达到更好的“渗透”目的，本步骤中还可以采用超声处理的方法对各自焊接面上放置有焊接材料的Ti靶材和Al背板分别进行超声处理。超声处理的时间可控制在15min～20min之间。

本实施例中所述焊接材料为In，其他实施例中还可以为Sn等。

步骤S33：使所述Ti靶材具有镍层的焊接面与Al背板的焊接面接触形成结合体。

本步骤中使所述Ti靶材的焊接面与Al背板的焊接面接触形成结合体。在两者相互接触的时候应保证Ti靶材正好落入Al背板焊接面上的凹槽内。

步骤S34：将Ti靶材和Al背板的结合体置于冷却台上进行冷却处理。

本发明实施例中所述冷却台上设置有三个高于冷却台平面预设值(所述预设值为人为设定，即一个定值)的点，所述三个较高的点(也可称三个凸点)和Ti靶材表面三角形的三个顶点相对应，即，将所述Ti靶材置于所述冷却台上时，可以使得所述Ti靶材表面三角形的三个顶点和冷却台上的三个凸点一一重合。所述三个凸点高于所述冷却台平面的预设值可以控制在1.5mm～2.0mm之间。本实施例中设置所述预设值为1.5mm。

将Ti靶材和Al背板的结合体置于所述冷却台上，且保证所述Ti靶材表面三角形的三个顶点和冷却台上的三个凸点相对应。另外，本实施例中还在所述结合体上施加了500N的力。其他实施例中，在所述结合体上施加的力可控制在400N～500N之间。具体实施过程可通过在所述结合体上放置相应重量的物体来实现。

本发明实施例在Ti靶材和Al背板的结合体处于冷却过程中时，在所述结合体上施加一定的力，然后使所述结合体自然冷却，冷却过程中所述Ti靶材和Al背板必然要有收缩的趋势，该收缩的趋势正好被施加在结合体上的力所抑制，即，所述结合体上施加的力和使所述结合体产生收缩趋势的力正好抵消，从而使得所述结合体在冷却后能够达到表面较平整的目的。

通过本发明实施例所提供的钛靶铝背板焊接方法，使得Ti靶材和Al背板的结合强度提高了，所述结合强度能够达到4Mpa～5Mpa之间；Ti靶材和Al背板的接合率可高达95％以上；且靶材组件的平面度(所述平面度指物体表面凹凸高度相对理想表面的偏差)较小，所述平面度小于0.5mm。

从上述实施例可以看出，本发明实施例所提供的钛靶铝背板焊接方法，首先在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层，接着采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来。通过本发明所提供的方法，其一，能够实现Ti靶材和Al背板的大面积结合(这是由所述钎焊方法来决定的，扩散焊接方法则不能实现此目的)；其二，钎焊过程中，Ti靶材和Al背板的接合率较高，可达95％以上，从而解决了传统工艺中Ti靶材和Al背板焊接接合率较低的问题；其三，Ti靶材和Al背板的结合强度较高，可达4Mpa～5Mpa，解决了传统工艺中Ti靶材和Al背板结合强度低，致使所述Ti靶材易于从所述Al背板上脱落的问题；其四，钎焊完成后，Ti靶材和Al背板的结合体不易发生变形，所述结合体的表面弯曲度小于0.5mm，解决了传统工艺中Ti靶材变形大难以矫正的问题。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种钛靶铝背板焊接方法，其特征在于，包括：

提供靶材和背板，所述靶材为Ti靶材，所述背板为Al背板；

在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层；

采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，采用钎焊方法将具有镍层的Ti靶材和Al背板结合起来，具体包括：

将所述Ti靶材和Al背板分别加热至预设温度；

将Ti靶材和Al背板的结合体置于冷却台上进行冷却处理。

3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述Ti靶材的表面为三角形形状，所述冷却台上设置有三个和Ti靶材表面三角形三个顶点相对应的、高于冷却台平面预设值的点。

4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述高于冷却台平面预设值的范围为1.5mm～2.0mm。

5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，对置于冷却台上的Ti靶材和Al背板的结合体施加400N～500N的力。

6.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述预设温度范围为160℃～170℃。

7.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接材料为In。

8.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，在所述Ti靶材具有镍层的焊接面上及Al背板的焊接面上分别放置焊接材料之后，还包括：对所述Ti靶材和Al背板分别进行超声处理。

9.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述超声处理的时间为15min～20min。

10.根据权利要求1～9任一项所述的焊接方法，其特征在于，采用化学镀或电镀方法在所述Ti靶材的焊接面上形成镍层。