CN102699519A - 一种大型平面靶材和背板的粘接方法 - Google Patents

一种大型平面靶材和背板的粘接方法 Download PDF

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王广欣
钟小亮
豆帆
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Abstract

本发明涉及一种大型平面靶材和背板的粘接方法。它包括依次进行的粘接前处理，预涂焊料，粘接，粘接后处理几个步骤。预涂焊料过程中，两个相对粘接表面先涂以均匀分布的焊料，然后在任一粘接面上预涂鱼骨形的焊料或放置鱼骨形的焊料预制件。该方法能够在大气及真空环境中实现靶材与背板之间的稳固粘接，使得靶材的组织性能和尺寸不受粘接影响，达到了所得粘接既有较高的结合强度又有高的热传导率和电传导率，且低成本易操作的目的。

Description

一种大型平面靶材和背板的粘接方法
技术领域
本发明涉及大型平面靶材和背板的粘接方法。
背景技术
溅射镀膜在电子信息、太阳能、锂离子薄膜电池、存储记录及平面显示等相关产业中，有着极其广泛的应用。在平面显示和太阳能等应用领域，靶材的尺寸越来越大，例如，TFT-LCD 液晶显示5代线所用平面靶材，长约1700mm、宽约1400mm，这样的靶材用铟等低熔点焊料粘接时常常会在焊缝中出现大量气泡，这些气泡影响热的传导，严重时会导致脱靶现象。因此，大型靶材与背板的粘接技术也就成为靶材生产的一项关键技术。
在靶材溅射的过程中，靶材为阴极，因此，靶材与底座间应保持具有优良的导电性和导热性。为了排放高能态离子轰击靶材表面产生的热量，靶材粘接面和背板也要具有优良的导热性。因此，靶材与背板的粘接既要有一定的结合强度，以避免溅射过程中靶材出现脱落、脆裂等问题，又要有高的热传导率和电传导率。
大型靶材与背板的粘接的常用技术包括机械压紧法和焊接法。采用机械压紧法粘接时，靶材与背板的粘接面很难完全接触，粘接率较低，结合强度较低。而焊接法主要有钎焊、扩散焊。对于大型靶材而言，采用钎焊粘接得到的靶材组件，结合强度难以满足要求；而采用扩散焊接时，焊接要求的工作温度较高，在焊接过程中靶材容易发生变形。
发明内容
本发明旨在提供一种大型平面靶材和背板的粘接方法，通过设计筛选成熟的工艺步骤和工艺参数，达到所得粘接既有较高的结合强度又有高的热传导率和电传导率，且低成本易操作的目的。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种大型平面靶材和背板的粘接方法，其特征在于：包括如下依次进行的四个步骤：
Ⅰ、粘接前处理：对靶材和背板的表面进行磨加工处理，让表面的粗糙度达到0.32μm至0.8μm；然后在粘接面镀上若干层过渡材料；所述过渡材料是指热膨胀系数介于靶材和背板之间的金属；
Ⅱ、预涂焊料：将背板和靶材加热至温度高于焊料的液相线以上10～50℃，然后将焊料涂覆在背板和靶材粘接面的表面形成均匀的焊料薄层；之后，在任一粘接面上再涂覆一层鱼骨形的焊料或者放置一块鱼骨形的焊料预制件；
Ⅲ、粘接：将靶材和背板上下放置，两粘接面接触；放置稳妥并定位后，在垂直平板方向施加10～100MPa的压力，然后在常压或者真空炉内加热；
所述加热条件为：常压加热时，直接在加热平台上加热至温度高于焊料液相线10～50℃以上；真空炉内加热时，将靶材和背板放进真空炉内，抽真空至10Pa，然后加热至焊料熔化；
Ⅳ、粘接后处理：清理靶材和背板的非粘接面并将背板非粘接面磨光，监测靶材粘接率；
所述的鱼骨形焊料或者鱼骨形焊料预制件是指：该焊料或焊料预制件具有一条位于中心位置且与靶材或背板的粘接面等长的纵向焊料，纵向焊料的两侧是走向与纵向焊料走向相垂直的若干条横向焊料，相邻横向焊料间具有间隙，且两侧横向焊料的总宽度与靶材或背板粘接面等宽。
下面结合热压法的作用机理说明本方明的有益效果：
预涂焊料过程中，两个相对粘接表面先涂以均匀分布的焊料，然后在任一粘接面上预涂鱼骨形的焊料或放置鱼骨形的焊料预制件的有益效果在于：焊料加热熔化过程中，鱼骨形焊料在压力作用下逐渐均匀展开，两板间的气体通过横向焊料间的空隙逐渐挤出。冷凝后两板粘接在一起。焊缝厚薄均匀，其中无明显气泡存在。
本方法适用范围较广，可对绝大多数的大型靶材进行粘接。其优势如下：
1、大气环境下，鱼骨状焊料熔化结合的过程中，空气在预留的通道中被挤出，能更有效地减少焊接面中的气泡量，特别是能有效减少大气泡的数量；真空环境下，可进一步减少焊接面中的气泡量，提高粘接率。
2、通过导电及导热性良好的焊料填充于靶材与靶托之间各结合面，并且采用加热粘接的形式，保证了结合面的充分接触，有效地提高了热传导率和电传导率。
3、粘接方式简单，容易实现，有效降低了成本，易于推广应用。
4、适用范围广泛。本方法不仅适用于普通金属靶材的粘接，而且适用于高纯金属的粘接。
附图说明
图1是本发明背板的粘接面示意图。本图显示了背板焊料涂覆面积。
图2是本发明靶材的粘接面示意图。本图显示了粘接面的鱼骨形的焊料形状。
图3是本发明粘接成品的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解和实施本发明，下面结合具体实施例进一步说明本发明。
如图1、2所示，一种大型平面靶材和背板的粘接方法，包括如下依次进行的四个步骤：
Ⅰ、粘接前处理：对靶材3和背板1的表面进行磨加工处理，让表面的粗糙度达到0.32μm至0.8μm，平整度公差小于±0.1mm，外形尺寸公差控制为小于±0.2mm；然后在粘接面镀上若干层过渡材料；所述过渡材料是指热膨胀系数介于靶材3和背板1之间的金属，如Cr、Ni等。
Ⅱ、预涂焊料：将背板1和靶材3加热至温度高于焊料的液相线以上10～50℃，然后将焊料涂覆在背板1和靶材3粘接面的表面形成均匀的焊料薄层；之后，在任一粘接面上再涂覆一层鱼骨形的焊料或者放置一块鱼骨形的焊料预制件4；
Ⅲ、粘接：将靶材3和背板1上下放置，两粘接面接触，在垂直平板方向施加10～100MPa的压力，然后在常压或者真空炉内加热；
所述加热条件为：常压加热时，直接在加热平台上加热至温度高于焊料液相线10～50℃以上；真空炉内加热时，将靶材和背板放进真空炉内，抽真空至10Pa，然后加热至焊料熔化；
Ⅳ、粘接后处理：将溢出的焊料清理掉，清理靶材及背板非粘接面并磨光，监测靶材粘接率；
所述的鱼骨形焊料或者鱼骨形焊料预制件是指：该焊料或焊料预制件具有一条位于中心位置且与靶材3或背板1的粘接面等长的纵向焊料，纵向焊料的两侧是走向与纵向焊料走向相垂直的若干条横向焊料，相邻横向焊料间具有间隙，且两侧横向焊料的总宽度与靶材3或背板1的粘接面等宽。
所述的靶材为下述材料中的一种：W、Mo、WTi、MoNb、SiCr、Cr、TiAl、SiAl、NiCrSi、Ta2O5、MgF2、Al2O3、TiO2、LiCoO2；所述的背板为下述材料中的一种：紫铜背板、铝合金背板、不锈钢背板、钼背板；所述的焊料为下述材料中的一种：铟、锡铜、锌锡、锡银、锡银铜、铝、银。
对发明粘接成品进行剖切观察，并模拟断面图片绘制出图3所示的截面示意图，显示冷凝后两板粘接在一起，焊缝5厚薄均匀，且其中无明显气泡存在。

Claims (2)

1.一种大型平面靶材和背板的粘接方法，其特征在于：包括如下依次进行的四个步骤：
Ⅰ、粘接前处理：对靶材（3）和背板（1）的表面进行磨加工处理，让表面的粗糙度达到0.32μm至0.8μm；然后在粘接面镀上若干层过渡材料；所述过渡材料是指热膨胀系数介于靶材（3）和背板（1）之间的金属；
Ⅱ、预涂焊料：将背板（1）和靶材（3）加热至温度高于焊料的液相线以上10～50℃，然后将焊料涂覆在背板（1）和靶材（3）粘接面的表面形成均匀的焊料薄层；之后，在任一粘接面上再涂覆一层鱼骨形的焊料（4）或者放置一块鱼骨形的焊料预制件（4）；
Ⅲ、粘接：将靶材（3）和背板（1）上下放置，两粘接面接触；放置稳妥并定位后，在垂直平板方向施加10～100MPa的压力，然后在常压或者真空炉内加热；
所述加热条件为：常压加热时，直接在加热平台上加热至温度高于焊料液相线10～50℃以上；真空炉内加热时，将靶材和背板放进真空炉内，抽真空至10Pa，然后加热至焊料熔化；
Ⅳ、粘接后处理：清理靶材和背板的非粘接面并将背板非粘接面磨光，监测靶材粘接率；
所述的鱼骨形焊料或者鱼骨形焊料预制件是指：该焊料或焊料预制件具有一条位于中心位置且与靶材（3）或背板（1）的粘接面等长的纵向焊料，纵向焊料的两侧是走向与纵向焊料走向相垂直的若干条横向焊料，相邻横向焊料间具有间隙，且两侧横向焊料的总宽度与靶材（3）或背板（1）粘接面等宽。
2.如权利要求1所述的大型平面靶材和背板的粘接方法，其特征在于：所述的靶材为下述材料中的一种：W、Mo、WTi、MoNb、SiCr、Cr、TiAl、SiAl、NiCrSi、Ta2O5、MgF2、Al2O3、TiO2、LiCoO2；所述的背板为下述材料中的一种：紫铜背板、铝合金背板、不锈钢背板、钼背板；所述的焊料为下述材料中的一种：铟、锡铜、锌锡、锡银、锡银铜、铝、银。
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