CN102814585A - 一种靶材与背板焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于靶材制造技术领域的一种靶材与背板焊接方法。该方法首先在钴靶材和背板上均加工出凹槽，再利用多层复合材料中间层，采用低温扩散焊接方法将钴靶材焊接在铜合金背板上。本发明的方法利用多层材料中间层可以实现大面积钴靶材的低温焊接，防止钴靶材的磁性能发生变化，提高钴靶材与铜合金背板的焊接强度，避免靶材组件在溅射时开裂，确保钴靶材的溅射性能得到保证。
Description
技术领域
本发明属于靶材制造技术领域，具体涉及一种靶材与背板的焊接方法。
背景技术
工业应用的多种溅射靶材是由符合溅射要求的靶与背板连接而成的组件，在现有溅射技术下，靶材组件工作条件恶劣，溅射时靶材一侧温度可达到300℃~400℃，并且处于10-5Pa高真空下，而背板一侧则通以一定压力的冷却水强冷，因此靶材组件两侧形成巨大的温度差和压力差，同时，靶材一侧受到高压电场和强磁场中各种粒子的轰击，有大量热量产生。因此，靶材制造中对焊接质量有着严格要求，焊接必须具有良好的导热性，能够将溅射产生的热量传导至冷却水；焊缝必须具有一定的强度，否则将导致靶材在受热条件下发生变形、开裂，影响成膜质量甚至对对溅射机台造成损伤。
钴靶在半导体和磁记录领域有着广泛的应用。钴靶作为溅射阴极，其厚度必须控制在一定范围内，钴靶过厚会导致溅射区磁场强度极大降低，造成氩气的电离效率降低，进而在很大程度上降低溅射效率并影响沉积薄膜的质量。因此，钴靶通常与铜合金背板焊接，在减小钴靶厚度的同时提高靶材组件强度。钴靶与铜合金背板直接进行焊接时需要较高的温度，而钴靶在温度达到相变温度后会发生严重的磁性能变化，造成其透磁率降低，导致溅射所得薄膜质量变差。因此，钴靶材与铜合金背板进行焊接时需添加中间层来降低焊接所需温度。金属锌与钴具有相同的晶体结构，都是密排六方晶体，二者晶胞参数极为相近，容易在较低温度下发生扩散。但是锌的韧性差，导热性不好，单纯采用锌作为焊接中间层，不利于高功率条件下的溅射，而铝或者铜的韧性好，导热性能优异，采用锌/铝或者锌/铜复合中间层能够在较低温度下实现钴靶材与铜合金背板的高强度、高可靠性焊接。
发明内容
本发明的目的是提供一种靶材与背板的焊接方法，实现大面积靶材的低温焊接，获得高强度的钴靶材组件，以及保证钴靶材磁性能不受影响。
一种靶材与背板的焊接方法，其操作步骤如下：
（1）钴靶材和铜合金背板的加工：在钴靶材与铜合金背板的焊接面上均加工出一系列的凹槽；
（2）中间层的制备：中间层为2~3层金属材料，制备时直接由片状的金属材料依次叠放，或在铝片或铜片上采用电镀、热浸镀、喷涂、溅射或真空蒸镀的方法制备锌层；
（3）钴靶材与铜合金背板的焊接：采用扩散焊接方法将将钴靶材和铜合金背板分别与中间层焊接到一起，扩散焊接的温度为200℃~450℃，压强为1~100MPa，保温时间0.5~10小时。
步骤（1）中所述凹槽形状为环形、V形、倒梯形、圆弧形或矩形，其深度为0.01mm~2mm。
步骤（2）中所述的金属材料依次为锌和铝，锌层与钴靶材连接，铝层与铜合金连接。
步骤（2）中所述的金属材料依次为锌、铝和锌，上锌层与钴靶材连接，下锌层与铜合金连接。
步骤（2）中所述的金属材料依次为锌和铜，锌层与钴靶材连接，铜层与铜合金连接。
步骤（2）中所述的片状材料依次为锌、铜和锌，上锌层与钴靶材连接，下锌层和铜合金连接。
步骤（2）中所述的中间层的总厚度为0.1mm~5mm，单层锌层厚度为0.001~1mm。
本发明的有益效果：采用含锌多层材料作为中间层使扩散焊接能够在较低温度下发生，避免了钴靶磁性能由于高温而产生的不利变化，保证了靶材的溅射性能，此外，在钴靶材和铜合金背板焊接面上加工有一系列环形凹槽，增加了焊缝有效面积，提高了焊接强度。
附图说明
图1为采用本发明靶材与背板焊接方法所得靶材组件结构示意图；图中标号各代表：1为钴靶；2为多层复合中间层；3为铜合金背板。
具体实施方式
实施例1：
高纯钴靶与铜铬背板的焊接实例。高纯钴靶与背板直径均为330mm，钴靶厚度为3mm，铜铬背板厚度为10mm。首先在高纯钴靶与铜铬背板的焊接面上均加工出深0.2mm的环形凹槽；中间层采用锌/铜复合材料，锌与钴连接，铜与铜铬连接，中间层由纯铜板表面喷涂纯锌制成，总厚度约1mm，锌层厚度50~200μm；采用热压方法进行扩散焊接，温度390℃，压强20MPa，保温时间3小时后随炉冷却，所得靶材组件结构见图1。
焊接质量检测：焊后对钴靶组件进行PTF测试，其透磁性能与焊接前相比无明显变化；利用C-Scan检测焊接结合率可达到99.1%；测试靶材组件焊接强度，平均值为72MPa。上述结果表明采用本发明焊接方法所得钴靶组件焊接可靠，钴靶磁性能未受影响，能够满足溅射要求。
实施例2：
高纯钴靶与铜锌背板的焊接实例。钴靶与背板直径均为440mm，钴靶厚度4mm，铜锌厚度10mm：首先在高纯钴靶与铜锌背板的焊接面上加工出V形深度为0.1mm的凹槽；中间层采用锌/铝/锌复合材料，由纯铝板两面电镀锌制成，总厚度约2mm，单面锌镀层厚度30~50μm；采用热等静压的方法进行扩散焊接，温度370℃，压强60MPa，保温时间5小时后随炉冷却，所得靶材组件结构见图1。
焊接质量检测：焊后对钴靶材组件进行PTF测试，其透磁性能与焊接前相比无明显变化；利用C-Scan检测焊接结合率可达到99.7%；测试靶材组件焊接强度，平均值为80MPa。上述结果表明采用本发明焊接方法所得钴靶材组件焊接可靠，钴靶磁性能未受影响，能够满足溅射要求。
Claims (7)
1.一种靶材与背板的焊接方法，其特征在于，其操作步骤如下：
（1）钴靶材和铜合金背板的加工：在钴靶材与铜合金背板的焊接面上均加工出凹槽；
（2）中间层的制备：中间层为2~3层金属材料，制备时直接由片状的金属材料依次叠放，或在铝片或铜片上采用电镀、热浸镀、喷涂、溅射或真空蒸镀的方法制备锌层；
（3）钴靶材与铜合金背板的焊接：采用扩散焊接方法将钴靶材和铜合金背板分别与中间层焊接到一起，扩散焊接的温度为200℃~450℃，压强为1~100MPa，保温时间0.5~10小时。
2.根据权利要求书1所述的一种靶材与背板的焊接方法，其特征在于，步骤（1）中所述凹槽形状为环形、V形、倒梯形、圆弧形或矩形，其深度为0.01mm~2mm。
3.根据权利要求书1所述的一种靶材与背板的焊接方法，其特征在于，步骤（2）中所述的金属材料依次为锌和铝，锌层与钴靶材连接，铝层与铜合金连接。
4.根据权利要求书1所述的一种靶材与背板的焊接方法，其特征在于，步骤（2）中所述的金属材料依次为锌、铝和锌，上锌层与钴靶材连接，下锌层与铜合金连接。
5.根据权利要求书1所述的一种靶材与背板的焊接方法，其特征在于，步骤（2）中所述的金属材料依次为锌和铜，锌层与钴靶材连接，铜层与铜合金连接。
6.根据权利要求书1所述的一种靶材与背板的焊接方法，其特征在于，步骤（2）中所述的片状材料依次为锌、铜和锌，上锌层与钴靶材连接，下锌层和铜合金连接。
7.根据权利要求书1所述的一种靶材与背板的焊接方法，其特征在于，步骤（2）中所述的中间层的总厚度为0.1mm~5mm，单层锌层厚度为0.001~1mm。
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