CN102145403A

CN102145403A - 钨合金靶材铣削加工方法

Info

Publication number: CN102145403A
Application number: CN2011100869511A
Authority: CN
Inventors: 姚力军; 潘杰; 王学泽; 范文新
Original assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2031-04-07
Also published as: CN102145403B

Abstract

一种钨合金靶材加工方法，包括：提供钨合金靶材半成品，对钨合金靶材半成品进行精加工，所述精加工步骤中钨合金靶材平面采用PCBN刃面铣刀加工，所述钨合金靶材侧面采用钨钢立铣刀加工。采用本发明提供的钨合金靶材加工方法，可以避免在加工过程中出现掉角，同时可以实现复杂曲面的钨合金靶材加工，并且解决加工周期长，生产效率低问题。

Description

钨合金靶材铣削加工方法

技术领域

本发明涉及半导体制造行业中的机械加工技术领域，尤其涉及一种钨合金靶材铣削加工方法。

背景技术

真空溅镀是由电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜，而最终达到对基片表面镀膜的目的。

在进行真空溅镀的过程中经常会使用到钨合金靶材。钨的机械物理性能：钨是一种难熔金属，它具有熔点高(达3400℃)、密度大(19.32g/cm3)、耐化学腐蚀性好及高温强度高等特点，烧结的富钨合金其抗拉强度可高达1700MPa。下表中列出了难熔金属钨的物理机械性能：

属性	单位	数值
			熔点	℃	3410
密度	g/cm3	19.32
			热导率	W/(m·K)	166.2
线膨胀系数	10-6/℃	4.6
			弹性模量	MPa	35316
硬度	HBS	290～350
			抗拉强度	MPa	981～1472
伸长率	％	35

对钨合金靶材进行切削加工具备以下特点：

1、钨合金的铸锭切削加工时，由于晶粒粗大，易产生掉块而使加工表面粗糙；

2、钨合金的化学活性较大，亲和力较强，切削过程中容易产生积屑瘤，而积屑瘤的剥落会导致工艺过程的不稳定；

3、钨合金室温下呈脆性，在切削其烧结制品时，切屑成粉末状，且硬度很高，加剧了刀具的磨损。

目前，在对钨合金靶材的加工一般采用电火花切割、磨床加工的方式。然而，采用该方式仍然会存在易产生掉角而使加工表面粗糙的问题，并且加工类型比较单一，只能加工简单的图形，例如加工圆、方、简单圆方组合的钨合金靶材，复杂曲面的钨合金靶材则加工不了。另外，采用该方式进行加工，加工周期比较长，生产效率比较低。

有鉴于此，实有必要提供一种钨合金靶材加工方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种钨合金靶材的加工方法，可以避免在加工过程中出现掉角，同时可以实现复杂曲面的钨合金靶材加工，并且解决加工周期长，生产效率低问题。

为解决上述问题，本发明提供如下的技术方案：

一种钨合金靶材加工方法，包括：提供钨合金靶材半成品，对钨合金靶材半成品进行精加工，其特征在于，所述精加工步骤中钨合金靶材平面采用PCBN刃面铣刀加工，所述钨合金靶材侧面采用钨钢立铣刀加工。

可选地，所述精加工过程中冷却钨合金靶材及刀具。

可选地，所述冷却方式采用空冷。

可选地，所述所述精加工步骤中先采用PCBN刃面铣刀加工钨合金靶材平面，后采用钨钢立铣刀加工钨合金靶材侧面。

可选地，所述PCBN刃面铣刀刀刃数目为3个。

可选地，所述面铣刀主轴转速范围包括：400r/min～600r/min，进给速度范围包括：150mm/min～250mm/min，背吃刀量范围包括：0.01mm～0.03mm。

可选地，所述面铣刀主轴转速为：500r/min。

可选地，所述面铣刀进给速度为：200mm/min。

可选地，所述面铣刀背吃刀量为：0.02mm。

可选地，所述钨钢立铣刀主轴转速范围包括：1400r/min～1600r/min，进给速度范围包括：35mm/min～45mm/min，背吃刀量范围包括：0.01mm～0.03mm。

可选地，所述钨钢立铣刀主轴转速为：1500r/min。

可选地，所述钨钢立铣刀进给速度为：40mm/min。

可选地，所述钨钢立铣刀背吃刀量为：0.02mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：由于精加工步骤中钨合金靶材平面采用PCBN面铣刀加工，钨合金靶材侧面采用钨钢立铣刀加工，利用了铣削加工过程中刀刃产生切割力均匀的特点，避免了加工过程中掉角，且整个加工过程周期短，生产效率高；

进一步地，所述使用PCBN刃面铣刀加工钨合金靶材平面与使用钨钢立铣刀加工钨合金靶材侧面过程中采用空冷方式，利用了空冷降温过程温度梯度下降与经济的特点，使得刀刃与钨合金靶材表面接触温度降低，避免了钨合金化学性能增强从而产生积屑瘤，同时也使得刀刃的使用寿命延长；

进一步地，所述PCBN刃面铣刀在加工过程中进给速度范围包括：150mm/min～250mm/min，所述钨钢立铣刀采用进给速度范围包括：35mm/min～45mm/min，利用了比较慢的进给，使得刀具不易崩刃；

进一步地，由于采用了钨钢立铣刀加工，可以利用程序控制进刀退刀及调节刀体距离待加工钨合金靶材之间的距离，实现了复杂曲面的钨合金靶材加工。

附图说明

图1是本发明实施例加工步骤流程示意图；

图2是本发明实施例中三刃面铣刀加工示意图；

图3是本发明实施例中钨钢立铣刀加工示意图。

具体实施方式

本发明旨在通过对钨合金靶材进行精加工步骤中钨合金靶材平面采用PCBN(立方氮化硼)刃面铣刀加工，所述钨合金靶材侧面采用钨钢立铣刀加工方法，可以避免在加工过程中出现掉角，同时可以实现复杂曲面的钨合金靶材加工，并且解决加工周期长，生产效率低问题。

在钨合金靶材加工中，人们通常都希望使用最短的加工时间，提高加工效率，同时也需考虑钨合金的硬度，所需加工的精度，因此，在加工过程中必须选择合适的加工工具并使用高效率的加工条件，其中，所述加工条件，具体包括：转速、进给速度、背吃刀量和冷却方式。

转速：转动性物体在转动速度上的一种衡量单位，是指一个物体在一分钟内的旋转圈数，一圈即是指一次的绕周转动，以数学上的角度单位来衡量即是转动了360度。

进给速度：刀具上的基准点沿着刀具轨迹相对于工件移动时的速度。

背吃刀量：待加工表面与已加工表面间的垂直距离。

冷却方式：使待加工工件温度由高变低的方式。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面以加工钨钛合金靶材为例对本发明的具体实施方式做详细的说明，由于重点在于说明本发明的原理，所以不必按比例制图。

如图1所示，本实施例提供的钨钛合金靶材加工方法，包括：

执行步骤S1，提供钨钛合金靶材半成品；

所述步骤S1中形成半成品的加工技术是本领域的熟知技术，在此不再赘述。

经步骤S1后，待加工的钨钛合金靶材半成品需加工余量已经很少，接着执行步骤S2，对钨钛合金靶材半成品进行精加工，先对钨钛合金靶材平面采用PCBN刃面铣刀加工，所述精加工过程中冷却钨合金靶材及刀具。

钨钛合金靶材平面加工过程如图2所示，面铣刀2沿箭头所示方向给进，在主轴转动过程中带动钎焊在面铣刀上的PCBN刃21转动，PCBN刃21在与钨钛合金靶材1的平面11接触过程中，铣削掉多余的靶材。

在具体实施例中，根据需加工钨钛合金靶材平面尺寸，选择PCBN刃面铣刀刀刃数目、直径，需要注意的是，可选择大直径的面铣刀，这样，面铣刀在铣削过程中可以减少进给距离，提高工作效率。本实施例中，PCBN刃优选3个。

铣削过程是剪切与挤压并存的过程，如果背吃刀量过小，挤压效果大于剪切效果，使得距表层不同深度的晶粒间大小不同，造成钨钛合金表面残余应力大；如果背吃刀量过大，则在加工中易出现打滑现象。在背吃刀量一定情况下，主轴转速、进给速度对表面粗糙度影响很大，具体为：主轴转速低、进给速度高，产品表面粗糙度比较差但加工效率高；主轴转速高、进给比较慢，产品表面粗糙度好加工效率低。本步骤S2中选择主轴转速高、进给速度慢的加工条件。

在本实施例中，钨钛合金靶材平面加工采用的面铣刀主轴转速范围可以包括：400r/min～600r/min，优选500r/min；进给速度范围包括：150mm/min～250mm/min，优选200mm/min；背吃刀量范围包括：0.01mm～0.03mm，优选0.02mm。

对钨钛合金靶材平面加工完后，再对侧面采用钨钢立铣刀加工。

钨钛合金靶材侧面加工过程如图3所示，钨钢立铣刀3沿顺时针方向向纸外给进，刀刃在与钨钛合金靶材1的侧面12接触过程中，铣削掉多余的靶材。

在具体实施例中，根据需加工钨钛合金靶材尺寸，选择钨钢立铣刀直径，需要注意的是，经本发明人多次试验发现，选择直径大的钨钢立铣刀，由于刀刃相应变长，造成在铣过程中切割力大，容易掉块，不能满足靶材加工要求。

本实施例中，所述钨钢立铣刀主轴转速范围包括：1400r/min～1600r/min，优选1500r/min；进给速度范围包括：35mm/min～45mm/min，优选40mm/min；背吃刀量范围包括：0.01mm～0.03mm，优选0.02mm。

例如，加工长度为207毫米，宽度为203毫米，厚度为23毫米的钨钛合金靶材，使用的3刃PCBN刃面铣刀刀刃参数为：R245-12T3E5，R代表右旋，245为出厂编号，12代表刀片的宽度为12毫米，T3代表刀片的厚度，E5代表切削刃性能。所采用的加工条件为：主轴转速优选500r/min，进给速度优选200mm/min，背吃刀量优选0.02mm。侧面加工采用的钨钢立铣刀主轴转速优选1500r/min，进给速度优选40mm/min，背吃刀量优选0.02mm。此外，需加工的钨钛合金靶材厚度为23毫米，选择的钨钢立铣刀直径8毫米，在本实施例中，钨钢立铣刀带刃长度35毫米，保证有效铣削距离大于靶材厚度23毫米。

本实施例中，平面与侧面加工过程中均采用气枪提供气流冷却钨合金靶材及刀具，所述气体为空气。

经上述步骤后，靶材平面与侧面粗糙度可达0.71微米，满足靶材加工标准。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种钨合金靶材加工方法，包括：提供钨合金靶材半成品，对钨合金靶材半成品进行精加工，其特征在于，所述精加工步骤中钨合金靶材平面采用PCBN刃面铣刀加工，所述钨合金靶材侧面采用钨钢立铣刀加工。

2.根据权利要求1所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述精加工过程中冷却钨合金靶材及刀具。

3.根据权利要求2所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述冷却方式采用空冷。

4.根据权利要求1所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述精加工步骤中先采用PCBN刃面铣刀加工钨合金靶材平面，后采用钨钢立铣刀加工钨合金靶材侧面。

5.根据权利要求1至4任一项所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述PCBN刃面铣刀刀刃数目为3个。

6.根据权利要求5所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述面铣刀主轴转速范围包括：400r/min～600r/min，进给速度范围包括：150mm/min～250mm/min，背吃刀量范围包括：0.01mm～0.03mm。

7.根据权利要求6所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述面铣刀主轴转速为：500r/min。

8.根据权利要求7所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述面铣刀进给速度为：200mm/min。

9.根据权利要求8所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述面铣刀背吃刀量为：0.02mm。

10.根据权利要求1至4任一项所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述钨钢立铣刀主轴转速范围包括：1400r/min～1600r/min，进给速度范围包括：35mm/min～45mm/min，背吃刀量范围包括：0.01mm～0.03mm。

11.根据权利要求10所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述钨钢立铣刀主轴转速为：1500r/min。

12.根据权利要求11所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述钨钢立铣刀进给速度为：40mm/min。

13.根据权利要求12所述的钨合金靶材加工方法，其特征在于，所述钨钢立铣刀背吃刀量为：0.02mm。