CN103567611A

CN103567611A - 聚焦环的焊接方法

Info

Publication number: CN103567611A
Application number: CN201210258447.XA
Authority: CN
Inventors: 姚力军; 相原俊夫; 大岩一彦; 潘杰; 王学泽; 李超
Original assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: CN103567611B

Abstract

本发明公开一种聚焦环的焊接方法，包括：在金属板条首尾两端的至少一端形成尖端，将所述金属板条卷成环形，使所述首尾两端相接触，并在接触处形成凹陷；进行氩弧焊处理，将所述首尾两端焊接在一起，形成聚焦环，其中，在所述氩弧焊处理中，用熔化的焊丝填充所述凹陷。本发明所提供的钛环焊接方法解决了以往聚焦环焊接质量差、在加工中易开裂的问题。利用本发明所公开的聚焦环焊接方法焊接得到的聚焦环焊接质量优良、不易开裂，满足后续各种加工的要求。

Description

聚焦环的焊接方法

技术领域

本发明属于半导体溅射领域，特别是涉及溅射过程中使用的聚焦环的制作方法。

背景技术

在溅射过程中靶材和硅片之间通常设有一个钛环作为聚焦环，此钛环既可以改变磁场使靶材集中溅射于硅片上，又可以利用其粗糙表面吸收杂质粒子，从而提高溅射的质量。

钛环由钛板条加工而成，一般是将钛板条先卷成首尾对接的环状，再对对接缺口进行焊接。由于需要对焊接后的钛环进行车削和滚花等加工操作（以使其表面达到所需的粗糙度），因而要求所述钛环有较好的焊接质量。

普通的电弧焊不适于焊接钛环。这是因为：钛在室温下较稳定，但随着温度的升高，钛的活性急剧升高，比如空气环境中固态钛在250~300℃开始吸收氢气（与氢气反应），在400℃时开始吸收氧气，在600℃时开始吸收氮气。同时，焊接中当温度达到400℃以上时，除了氢气和氧气以外，钛还会与碳、铁、硅等杂质元素发生反应，导致钛的塑性降低，产生焊接裂纹。

可用氩弧焊焊接钛环。氩弧焊是国内外发展最快、应用最广泛的一种焊接技术。氩气保护可隔绝空气中氧气、氮气、氢气等对电弧和熔池产生的不良影响，减少合金元素的烧损，以得到致密、无飞溅、质量高的焊接接头。氩弧焊的电弧燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，焊接生产效率高，热影响区窄，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小。氩弧焊焊接时无熔剂、涂药层。

但是，采用普通的氩弧焊焊接方法焊接钛环，在钛环后续加工过程中焊接处易开裂，导致无法加工，严重的甚至会直接致使钛环报废。

发明内容

本发明提供一种聚焦环的焊接方法以解决利用现有技术焊接得到的聚焦环焊接质量不佳的问题，降低焊接得到的聚焦环在后续加工过程中焊缝开裂的可能性。

为解决上述问题，本发明提供了一种聚焦环的焊接方法，包括：

在金属板条首尾两端的至少一端形成尖端，将所述金属板条卷成环形，使所述首尾两端相接触，并在接触处形成凹陷；

进行氩弧焊处理，将所述首尾两端焊接在一起，形成聚焦环，其中，在所述氩弧焊处理中，用熔化的焊丝填充所述凹陷。

可选的，所述氩弧焊处理包括：

在第一电流条件下进行氩弧焊点焊，在所述尖端的接触处形成多个焊接点；

在第二电流条件下对所述接触处进行氩弧焊满焊，形成所述聚焦环。

可选的，所述焊丝与所述金属板条材质相同。

可选的，所述聚焦环为钛环，所述焊丝的材料为钛。

可选的，所述氩弧焊为钨极氩弧焊。

可选的，氩弧焊处理前，利用丙酮或者异丙醇清洗所述尖端。

可选的，所述首尾两端相接触成“X”形，所述凹陷包括对顶并对称的两个“V”形凹陷。

可选的，所述“V”形凹陷开口角度在65°至75°之间。

可选的，所述氩弧焊处理包括分别在两个对顶并对称的所述“V”形凹陷各选取至少2个定位点进行点焊。

可选的，分别在两个对顶并对称的所述“V”形凹陷各选取相距距离最大的3个定位点进行点焊。

可选的，所述第一电流条件为210~220A的直流电流。

可选的，在形成每个所述焊接点后，焊枪停止加热但停留在原位置继续通气6s，以对所述焊接点进行保护。

可选的，所述第二电流条件为140~150A的直流电流。

可选的，所述氩弧焊满焊后所述凹陷处的厚度小于或者等于所述聚焦环其它部位的厚度。

可选的，其特征在于，所述钛焊丝直径为1.6~2.4mm。

可选的，所述钨极直径为2.0~3.0mm的钨极。

可选的，所述氩弧焊处理选用流量为8~12L/min的氩气流。

可选的，在氩弧焊处理之后，对形成的所述聚焦环进行车削和滚花，以增加所述聚焦环表面的粗糙程度。

与现有技术相比，发明所公开的聚焦环的焊接方法可得到焊接质量优良的聚焦环，利用本发明所提供的焊接方法焊接得到的聚焦环满足后续车削和滚花等加工操作的要求。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的将钛板条卷成首尾相接触的环形的流程示意图；

图2为图1中卷成环形的钛板条的放大图；

图3为图2中的钛板条其中一个凹陷相距距离最大的A、B、C三点的示意图；

图4为焊接后的钛聚焦环环的示意图。

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例做详细的说明。

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，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

首先，提供金属板条。所提供金属板条的尺寸与待形成的聚焦环的尺寸相适应，比如金属板条的长度可大体等于聚焦环的周长，金属板条的宽度及厚度可大体等于与聚焦环的宽度及厚度。当然，考虑到后续加工可能产生的损耗，金属板条可具有适当的加工余量。在实际中，所提供的金属板条可由大尺寸的金属板切割而成。另外，须根据需求的聚焦环材质来确定金属板条的材质，比如钽或钛等。在本实施例中，请参考图1，所提供的金属板条为钛板条100，其初始为长扁平状的长方体，长约为1000mm，宽约为60mm，厚度约为10mm，首尾两端为平面截面。

请继续参照图1，将钛板条100的首尾两端锉成尖端101，再将其卷成首位相接的环形。所形成的尖端101突出的方向与钛板条100长度方向（即首端与尾端之间连线的方向）相一致，以使得卷成环形后其能最先与相对端（尾端或首端）的钛板条相接触。

由于尖端101处在厚度方向上小于其它处（主要是其与其它部分连接处）的尺寸，因而在卷成环形后，尖端处101（即首尾两端的接触处）自然形成凹陷102（结合图2）。在本实施例中，由于尖端101沿钛板条100宽度方向呈长条状，因而形成的凹陷102为条状的凹槽。在其它实施例中，凹陷完全可以是其它的形状。

另外，在本实施例中，由于尖端101的截面呈两边（指的是外露的两条边）均倾斜（这里的倾斜带来的效果是厚度变小）的三角形，因而对接后，尖端101处（或称接触处）在环形的内外两个表面均形成凹陷，从而使得两尖端101相互接触后大体呈“X”形，每个凹陷102呈“V”形。在其它实施例中，可仅令尖端101的一边倾斜，从而只在环形的内表面或外表面形成凹陷。不仅如此，仅在钛板条100的首端或尾端形成尖端101，卷成环形后同样可在对接处形成凹陷，因而也基本能实现本发明的目的。

在具体实施过程中，可用锉刀或具有锉刀的自动设备在钛板条100的首尾端形成尖端101，也完全可用其它常用的加工方式来形成该尖端101；可用卷圆机将钛板条卷成圆环形，也可根据需要将钛板条卷成椭圆环形或者四方环形。不仅如此，为方便加工的进行，本实施例中是先形成尖端101而后卷成环形，在加工设备和条件许可的情况下，也完全可颠倒该两步的次序。

请参考图2，图2为卷成环形的钛板条100的放大图，图2中显示出“X”形接触处上下面的两个对顶并对称的“V”形凹陷102。

作为较佳的选择，“V”形凹陷102的开口角度在65°至75°之间。在此角度范围内，“V”形凹陷102具有合适的大小，既保证后续焊接中焊接电极（对于钨极氩弧焊，指的是钨极）和焊丝（对于钛板条101，为钛焊丝）能够伸入其中进行焊接，又保证所需要焊接材料较少、所需焊接时间较短。

在焊接前，可用丙酮或者异丙醇清洗两相接触的尖端101，以去除表面油污，避免油污对后续焊接产生不利影响。

而后，进行氩弧焊处理，将首尾两端焊接在一起，形成聚焦环200（结合图4），其中，在所述氩弧焊处理中，熔化的焊丝填充在所述凹陷102（参图3）内，并在焊接结束后作为聚焦环200的一部分。在焊接中，凹陷102的存在一方面提供了容纳焊料（指固化后的焊丝）的空间，使得焊料更容易结合在环形的首尾端，另一方面，也加大了焊料与首尾端的接触面；这两个方面都增强了焊接强度。在具体实施中，所述焊丝优选与所述金属板条材质相同，以避免杂质进入聚焦环。所述氩弧焊可为钨极氩弧焊或熔化极氩气保护焊，本说明书中，以钨极氩弧焊为例。

在具体焊接过程中，可先进行点焊，即在所述尖端101的接触处形成多个焊接点，初步将首尾端定位，而后进行满焊而实现两者间的稳固连接。该两次焊接可在不同的电流条件下进行。

请参考图3，在“V”形凹陷102中找到相距距离最大的A、B、C三个点，其中A和B为边缘的两个点，C为中间点。可以选择在A和B两点进行氩弧焊点焊。也可以在另一个“V”形凹陷102相同位置的两点（图中未显示）同样进行氩弧焊点焊，即可实现初步定位作用，使得钛板条100的“V”形凹陷102固定住。在一个“V”形凹陷102仅选择两点进行点焊，焊接点最少，效率最高。

优选地，对图3显示的“V”形凹陷102上的A、B和C三点进行氩弧焊点焊，在另一个“V”形凹陷102相同位置的三点同样进行氩弧焊点焊，亦可实现点焊，并且固定效果更加好，此优选方案兼备好的效果与高的效率。

当然，选取更多适合位置的定位点进行氩弧焊点焊，定位效果会相应地提高，但焊接效率则相应下降。本领域技术人员根据实际需要可选择相应点数，点焊焊接点点数的选取并不脱离本发明精神范围。

点焊在第一电流条件下进行，此第一电流条件为210~220A的直流电流。除铝及铝合金用反接法或交流电源外，一般材质用直流正接，因而本发明采用直流电流。电流首先要能引弧，其次是要能尽快熔化钛焊丝进行焊接，但电流又不能大得使钨极烧坏，由此可知过高与过低的电流都不利于焊接。210~220A的直流电流满足以上焊接要求。

点焊操作时，左手持一定长度的钛焊丝接近焊点，右手持焊枪将钛焊丝熔化焊接于焊点，每个点焊接时间为1~2秒，而后停止焊接但焊枪停留6秒进行通氩气保护，以防止焊接处因仍处较高温度而被氧化。

在点焊完成之后进行满焊，即将“V”形凹陷102用钛焊丝焊接填满。满焊在第二电流条件下进行，第二电流条件为140~150A的直流电流。在满焊过程中，如果焊接电流太大，板材容易烧穿，而电流太小，则会出现烧熔太浅焊接不上或者焊接不牢固等。

满焊的操作过程与点焊操作过程类似。左手持钛焊丝接近凹陷102，右手持焊枪进行焊接。将钛焊丝烧熔焊接于“V”形凹陷102中，每个“V”形凹陷102大约焊接2min左右。两面的“V”形凹陷102都满焊完，整个焊接过程才完成。同样在每个“V”形凹陷102焊接完时，焊枪也保持通氩气一段时间，防止焊接处被氧化。

满焊要保证最后焊接处的厚度不大于所焊接成的钛环其它部分的厚度，一旦焊接处厚度高出其它部分的厚度，则焊接处的强度就会大于其它部分的强度，在加工过程中反而产生不利影响。并且，对焊接得到的钛环加工完成后，还需要将钛环沿焊接处切开，如果焊接处厚度高出其它部分厚度，会导致切开困难。

本实施例所提供的钛聚焦环的焊接方法，钨极的直径可为2.0~3.0mm之间，选择钨极直径的考虑因素主要是既保证钨极能够尽量伸入“V”形凹陷102，又保证钨极能够满足在相应电流条件下能够引弧并正常工作。钨极到被焊接位的距离，很重要的，一般来说，钨极越近，相对焊接出来的质量越好，但是前提是钨极不能碰到被焊接的部位。考虑到本实施例所使用的电流大小和V”形凹陷102开口大小，选取直径为2.0~3.0mm的钨极。

优选地，选择直径为2.5mm的钨极。此直径的钨极既能够在工作电流下正常使用，又能地伸入“V”形凹陷102并接近其底部。

本实施例所提供的钛聚焦环的焊接方法，钛焊丝直径可为1.6~2.4mm之间，选择钛焊丝直径的考虑因素主要是既能够伸入到“V”形凹陷102底部，又能够尽快填充“V”形凹陷102。

优选地，选择直径为2.0mm的钛焊丝。此直径的钛焊丝既能很好地伸入“V”形凹陷102并接近“V”形凹陷102底部，又能迅速尽快焊接“V”形凹陷102。

本实施例所提供的钛聚焦环的焊接方法，氩气流量的大小可为8~12L/min。氩气流量大小直接影响保护效果，流量太大会引起紊流，导致电弧的不稳定，造成焊缝表面起皱和焊缝内部的一些缺陷，并容易吹出焊熔的部分，造成气体穿孔，而流量太小可能导致保护效果差、烧出来的焊接处颜色会比较黑等。因而优选地，将气流选择在10L/min的流量条件。

在焊接形成钛聚焦环之后，通常还对所形成的钛聚焦环进行车削和滚花两种加工处理方式的至少一种加工处理，以增大钛环表面的粗糙程度，有利于后续溅射过程中吸收杂质原子。

虽然本发明已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

1.一种聚焦环的焊接方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述氩弧焊处理包括：

3.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊丝与所述金属板条材质相同。

4.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述聚焦环为钛环，所述焊丝的材料为钛。

5.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述氩弧焊为采用钨极的钨极氩弧焊。

6.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，氩弧焊处理前，利用丙酮或者异丙醇清洗所述尖端。

7.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述首尾两端相接触成“X”形，所述凹陷包括对顶并对称的两个“V”形凹陷。

8.如权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述“V”形凹陷开口角度在65°至75°之间。

9.如权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述氩弧焊处理包括分别在两个对顶并对称的所述“V”形凹陷各选取至少2个定位点进行点焊。

10.如权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，分别在两个对顶并对称的所述“V”形凹陷各选取相距距离最大的3个定位点进行点焊。

11.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述第一电流条件为210~220A的直流电流。

12.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，在形成每个所述焊接点后，焊枪停止加热但停留在原位置继续通气6秒，以对所述焊接点进行保护。

13.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述第二电流条件为140~150A的直流电流。

14.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述氩弧焊满焊后所述凹陷处的厚度小于或者等于所述聚焦环其它部位的厚度。

15.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述氩弧焊处理中所使用的钛焊丝直径为1.6~2.4mm。

16.如权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，所述钨极直径为2.0~3.0mm。

17.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述氩弧焊处理选用流量为8~12L/min的氩气流。

18.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在氩弧焊处理之后，对形成的所述聚焦环进行车削和/或滚花，以增加所述聚焦环表面的粗糙程度。