CN104690410A - 一种靶材组件的制备方法 - Google Patents

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万小勇
何金江
徐学礼
曾浩
王越
董亭义
罗俊峰
陈明
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target

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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组件的制备方法。此方法包括：提供靶材和背板板坯，将两者校平，在靶坯或背板非结合的一侧铺放炸药，爆炸焊接完毕，进行校平处理，无损探伤合格后再根据成品靶材组件的尺寸进行分割，加工到成品。本方法利用爆炸焊接可以实现大面积铝靶材和铜背板的高强度焊接，制备高性能复合靶材。

Description

一种靶材组件的制备方法
技术领域
本发明属于靶材制造技术领域，具体涉及一种靶材组件的制备方法。 
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。 
通常，纯铝及其合金靶与铜背板的大面积焊接以钎焊和扩散焊方式进行。钎焊焊料一般为铟和锡，但是受铟和锡的熔点限制，这种连接方式仅适合于尺寸较小、溅射功率较低的铝靶材组件。当溅射功率增大到一定程度后，这种靶材组件将会因为焊料的熔化而失效。扩散焊接可以保证靶材的高强度焊接，并适用于大功率溅射，但扩散焊接的温度高，靶材晶粒容易发生长大，导致靶材溅射的薄膜失效；同时扩散焊接过程热循环时间长，生产率低，且焊接工件的尺寸受到设备的限制，大规模生产成本高。为了使靶材的经济化生产并保证靶材质量，需开发出一种新型靶材与背板的焊接方法。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种靶材组件的制备方法，实现大面积靶材与背板的快速可靠焊接，保障产品质量，提高生产效率。 
一种靶材组件的制备方法，包括以下步骤： 
（1）根据溅射靶材组件的尺寸准备爆炸焊接用靶材和背板，对其校平、清洗；保证其表面平面度＜2mm/m，粗糙度Ra≤3.2μm； 
（2）在靶材或背板非结合的一侧铺放炸药，进行爆炸焊接，形成复合板坯； 
（3）对复合板坯进行校平处理，校平后的平面度≤2mm/m； 
（4）采用超声A扫或C扫对复合板坯进行无损探伤，检验合格的复合板坯根据溅射靶尺寸规格进行分割，制成粗坯，再加工到成品。 
所述靶材为纯铝、铝硅合金、铝铜合金或铝硅铜合金。 
所述背板为纯铜、铜铬合金、铜锌合金或铜镍硅合金。 
本发明的有益效果为：实现靶材与背板的大面积焊接，获得高强度焊接性能靶材组件；爆炸焊接是一种“冷”焊过程，爆炸过程产生的热量迅速散失，靶材不会发生晶粒异常长大，避免靶材溅射薄膜性能异常；爆炸焊接制备的复合板坯可以根据靶材组件尺寸进行分割，一次性制备出多块靶材，生产高效快捷且成本低。 
附图说明
图1是本发明靶材与背板连接方法具体实施流程图。 
图2为复合板坯进行矩形靶材坯料的分割示意图； 
图3为复合板坯进行圆形靶材坯料的分割示意图； 
图中标号为：1-大面积复合板坯；2-用于机加工单个靶材的坯料。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的方法作进一步说明。 
实例一 
以下是高纯铝靶与无氧铜背板的焊接实例，纯铝靶组件的成品尺寸是：铝靶和铜背板尺寸均是600mm×400mm×6mm。准备铝靶坯尺寸为700×450×9mm，铜背板尺寸为700×450×8mm。按照如下步骤进行实施： 
将纯铝靶与无氧铜背板经过校平和精加工，表面平面度＜2mm/m，粗糙度Ra≤3.2μm；铝靶和铜铬背板的焊接面经过化学处理和有机清洗剂清洗，保证表面的洁净； 
炸药放置在铝靶或铜背板非结合面一侧，进行爆炸焊接，； 
对复合坯料一次校平，表面平面度＜1mm/m； 
采用线锯将复合坯料切割成610mm×410mm的方坯，如图2所示，再进行机加工成成品。 
对校平后复合板坯利用超声C-Scan检测铝靶焊接质量，焊接结合率可达到99%；测试靶材组件焊接强度，平均值大于30MPa。结果表明采用本发明焊接方 法所得铝靶材组件焊接可靠，能够满足使用要求。 
实例二 
以下是高纯铝铜靶与铜铬背板的焊接实例，铝硅靶组件的成品尺寸是：铝铜靶尺寸是Φ340mm×10mm，铜铬背板尺寸是Φ400mm×5mm，两者需要对中焊接在一起。准备铝铜靶坯尺寸为1000×1000×14mm，铜铬背板尺寸为1000×1000×8mm。 
高纯铝硅靶与铜铬背板经过校平和精加工，表面平面度＜1.5mm/m，粗糙度Ra≤3.2μm；铝硅靶和铜铬背板的焊接面经过化学处理和有机清洗剂清洗，保证表面的洁净； 
采用爆炸焊接连接靶面与铜铬背板，炸药放置在铝靶或铜合金背板非结合面一侧； 
对坯料一次校平，表面平面度＜1mm/m； 
将校平后的坯料进行超声探伤，再采用水刀将复合坯料切割成Φ420mm的圆坯4个，如图3所示，再进行机加工成4个成品。 
焊接质量检测表明，利用C-Scan检测焊接结合率超过99%；靶材组件焊接强度大于35MPa。上述结果表明采用本发明焊接方法所得铝靶材组件焊接可靠，能够满足使用要求，而且能够一次制备出多块坯料。 

Claims (3)

1.一种靶材组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据溅射靶材组件的尺寸准备爆炸焊接用靶材和背板，对其校平、清洗；保证其表面平面度＜2mm/m，粗糙度Ra≤3.2μm；
（2）在靶材或背板非结合的一侧铺放炸药，进行爆炸焊接，形成复合板坯；
（3）对复合板坯进行校平处理，校平后的平面度≤2mm/m；
（4）采用超声A扫或C扫对复合板坯进行无损探伤，检验合格的复合板坯根据溅射靶尺寸规格进行分割，制成粗坯，再加工到成品。
2.根据权利要求书1所述的靶材组件的制备方法，其特征在于，所述靶材为纯铝、铝硅合金、铝铜合金或铝硅铜合金。
3.根据权利要求书1所述的靶材组件的制备方法，其特征在于，所述背板为纯铜、铜铬合金、铜锌合金或铜镍硅合金。
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