CN105436649A - 焊接夹具及靶材组件的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接夹具及靶材组件的制作方法。其中靶材组件的制作方法包括：提供靶材、背板和焊接夹具；利用钎料在所述靶材的待焊接面形成第一钎料层；利用钎料在所述背板的待焊接面形成第二钎料层；将形成有第一钎料层的靶材与形成有第二钎料层的背板固定在所述焊接夹具上；利用焊接工艺使第一钎料层和第二钎料层结合，以形成靶材组件。采用本发明的靶材组件的制作方法形成的靶材组件能够满足长期稳定生产和使用陶瓷靶材的需要，而且能够大大延长靶材组件的使用寿命。

Description

焊接夹具及靶材组件的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体溅射靶材制作领域，尤其涉及焊接夹具及靶材组件的制作方法。

背景技术

在半导体工业中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材及能与所述靶材结合并具有一定强度的背板构成。背板可以在所述靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。

在溅射过程中，靶材组件所处的工作环境比较恶劣。靶材组件所处的环境温度较高，例如300℃至600℃；另外，靶材组件的一侧冲以冷却水强冷，而另一侧则处于10^-9Pa的高真空环境下，由此在靶材组件的相对二侧形成有巨大的压力差；再有，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。在如此恶劣的环境下，如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接强度较差，将导致靶材组件在受热条件下变形、开裂、并与结合的背板相脱落，使得溅射无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会对溅射基台造成损伤。

因此，需要选择一种有效的焊接方式，以使靶材与背板之间的焊接强度满足实际应用的需求。在公开号为CN1986133A(公开日：2007年6月27日)的中国专利文献中还能发现更多的关于靶材和背板的焊接方法的信息。

随着半导体工业的发展，制备集成电路时，会需要陶瓷薄膜以进行更好的绝缘。而现有技术中，很难将陶瓷靶材与背板进行焊接形成陶瓷靶材组件。即使将陶瓷靶材与背板进行焊接形成靶材组件，该靶材组件的焊接结合率差、同心度低。不能满足长期稳定生产和使用陶瓷靶材的需要。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中，很难将陶瓷靶材与背板进行焊接形成陶瓷靶材组件。即使将陶瓷靶材与背板进行焊接形成靶材组件，该靶材组件的焊接结合率差、同心度低。不能满足长期稳定生产和使用陶瓷靶材的需要。

为解决上述问题，本发明提供一种焊接夹具，包括：

第一环形面，与第一环形面相对的第二环形面，与第一环形面和第二环形面连接的内环侧面，与第一环形面和第二环形面连接的外环侧面；

所述内环侧面包括第一内环侧面、所述第一内环侧面与所述第一环形面连接；

所述第二环形面具有凹槽，所述凹槽底面为环形，所述凹槽底面开口尺寸大于所述第一内环侧面所围尺寸；

所述内环侧面还包括所述第二内环侧面，所述环形底面与所述第一内环侧面通过第二内环侧面连接，所述第二内环侧面为斜面。

可选的，所述焊接夹具为圆环状，所述第一环形面、所述第二环形面和所述凹槽底面为圆环形。

可选的，所述第一环形面、第二环形面和所述凹槽底面同轴。

本发明还提供一种靶材组件的制作方法，包括：

提供靶材、背板和上述焊接夹具；

利用钎料在所述靶材的待焊接面形成第一钎料层；

利用钎料在所述背板的待焊接面形成第二钎料层；

将形成有第一钎料层的靶材与形成第二钎料层的背板固定于所述焊接夹具上；

利用焊接工艺使第一钎料层和第二钎料层结合，以形成靶材组件。

可选的，将形成有第一钎料层的靶材与形成有第二钎料层的背板固定于所述焊接夹具上包括：

将所述背板的上部分卡设于所述焊接夹具的凹槽内，所述凹槽底面与所述背板的待焊接面贴合，并且，所述凹槽底面露出所述第二钎料层；

将所述靶材置于所述第一内环侧面所包围的空间内；

所述第一钎料层与第二钎料层贴合。

可选的，所述靶材的材料为陶瓷。

可选的，所述背板的材料为铜或铜合金，所述焊接夹具的材料为45号钢、铝或铝合金。

可选的，所述钎料为铟钎料。

可选的，所述焊接工艺包括：

在所述靶材的顶面设置压块，所述压块的重量值与所述靶材的待焊接面积值之比为大于或等于四分之一且小于或等于二分之一；

焊接温度为大于或等于145℃且小于或等于160℃，在所述焊接温度和所述压块的压力下保温大于或等于2min且小于或等于5min。

可选的，所述第一钎料层的形成方法包括：

在所述靶材上放置钎料；

将所述放置钎料的靶材加热至第一处理温度，所述第一处理温度为大于或等于130℃且小于或等于160℃，并且在第一处理温度下保温大于或等于20min且小于或等于60min；

所述保温大于或等于20min且小于或等于60min后，对所述钎料进行第一超声波处理，

所述第二钎料层的形成方法包括：

在所述背板上放置钎料；

将所述放置钎料的背板加热至第二处理温度，所述第二处理温度为大于或等于130℃且小于或等于160℃，并且在第二处理温度下保温大于或等于20min且小于或等于60min；

所述保温大于或等于20min且小于或等于60min后，对所述钎料进行第二超声波处理。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的焊接夹具用于靶材与背板的焊接。其中靶材的待焊接面具有第一钎料层，背板的待焊接面具有第二钎料层。将形成有第一钎料层的靶材与形成有第二钎料层的背板固定在所述焊接夹具上，限定了靶材与背板的焊接位置，从而增加了第一钎料与第二钎料的对齐度，提高了靶材与背板的同心度，从而提高焊接结合率。

进一步的，将背板的上部分卡设于所述焊接夹具的凹槽内，所述凹槽底面与所述背板的待焊接面贴合，并且，所述凹槽底面露出所述第二钎料层；将所述靶材置于所述第一内环侧面所包围的空间内；所述第一钎料层与所述第二钎料层贴合。

焊接夹具中的凹槽限定了背板的位置，第一内环侧面限定了靶材在背板上的位置，从而限定了靶材与背板的焊接位置，可以增加第一钎料与第二钎料的对齐度，提高了靶材与背板的同心度，从而提高焊接结合率。

进一步的，焊接夹具中的第二内环侧面与靶材侧壁、背板的待焊接面组成一个环形角状空隙。第一钎料层与第二钎料层在贴合的过程中，同时受到靶材重力的影响，第一钎料层与第二钎料层中的钎料会从靶材的待焊接面与背板的待焊接面被挤出。被挤出的钎料会流入上述环形角状空隙。在焊接的过程中，即使因为背板膨胀在钎料中出现小孔现象。被挤出的、在环形角状位置处的钎料会重新流入靶材的待焊接面与背板的待焊接面之间，对靶材的待焊接面与背板的待焊接面之间的钎料进行填充，以大大减小所述小孔的数量，从而减小焊接缺陷，进而提高后续形成的靶材组件的焊接强度。

附图说明

图1是本发明实施例一中的焊接夹具的俯面结构示意图；

图2是图1中的焊接夹具沿AA方向和沿BB方向的剖面结构示意图；

图3是本发明的形成有第一钎料层的靶材与形成有第二钎料层的背板的剖面结构示意图；

图4是应用实施例一中的焊接夹具固定图3中的靶材与背板的剖面结构示意图。

具体实施方式

经发明人发现和分析，现有的陶瓷靶材与背板进行高温焊接的过程中，背板会发生膨胀，而钎料不会发生膨胀。这样，位于靶材待焊接面与背板待焊接面间的钎料呈收缩状并出现多个小孔。该小孔处并没有钎料，属于焊接缺陷，会严重影响靶材与背板的焊接结合率。

另外，没有一个合适的焊接方法与焊接参数可以提高陶瓷靶材组件的焊接结合率。

为了解决上述技术问题，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

实施例一

本发明提供以一种焊接夹具1，用于靶材与背板的焊接。具体结构如下：

第一环形面11，与第一环形面11相对的第二环形面12，与第一环形面11和第二环形面12连接的内环侧面13，与第一环形面11和第二环形面12连接的外环侧面14，

所述内环侧面13包括第一内环侧面131、所述第一内环侧面131与所述第一环形面11连接；

所述第二环形面12具有凹槽15，所述凹槽底面151为环形，所述凹槽底面151开口尺寸大于所述第一内环侧面131所围尺寸；

所述内环侧面13还包括所述第二内环侧面132，所述凹槽底面151与所述第一内环侧面131通过第二内环侧面132连接，所述第二内环侧面132为斜面。

本发明的焊接夹具用于靶材与背板的焊接。其中靶材的待焊接面具有第一钎料层，背板的待焊接面具有第二钎料层。将背板的上部分卡设于所述焊接夹具的凹槽内，所述凹槽底面与所述背板的待焊接面贴合，并且，所述凹槽底面露出所述第二钎料层；将所述靶材置于所述第一内环侧面所包围的空间内；所述第一钎料层与所述第二钎料层贴合。

焊接夹具中的凹槽限定了背板的位置，第一内环侧面限定了靶材在背板上的位置，从而限定了靶材与背板的焊接位置，可以增加第一钎料与第二钎料的对齐度，提高了靶材与背板的同心度，从而提高焊接结合率。

焊接夹具中的第二内环侧面与靶材侧壁、背板的待焊接面组成一个环形角状空隙。第一钎料层与第二钎料层在贴合的过程中，同时受到靶材重力的影响，第一钎料层与第二钎料层中的钎料会从靶材的待焊接面与背板的待焊接面被挤出。被挤出的钎料会流入上述环形角状空隙。在焊接的过程中，即使因为背板膨胀在钎料中出现小孔现象。被挤出的、在环形角状位置处的钎料会重新流入靶材的待焊接面与背板的待焊接面之间，对靶材的待焊接面与背板的待焊接面之间的钎料进行填充，以大大减小所述小孔的数量，从而减小焊接缺陷，进而提高后续形成的靶材组件的焊接强度。

参考图1、图2和图4，本发明的焊接夹具1呈圆环状，用于实现圆柱形的靶材与圆柱形背板的焊接。靶材的待焊接面上具有第一钎料层，背板的待焊接面上具有第二钎料层。具体结构包括：

第一环形面11，与第一环形面11相对的第二环形面12，与第一环形面11和第二环形面12连接的内环侧面13，与第一环形面11和第二环形面12连接的外环侧面14。内环侧面13与外环侧面14相对。

本实施例中，第一环形面11与第二环形面12都为圆形，且第一环形面11与第二环形面12平行。

所述内环侧面13包括第一内环侧面131、所述第一内环侧面131与所述第一环形面11连接。

所述第二环形面12具有凹槽15，所述凹槽底面151为环形，所述凹槽底面151开口尺寸大于所述第一内环侧面131所围尺寸。

凹槽15的内侧壁与背板上半部分的外侧壁贴合，并且，凹槽底面151与背板的待焊接面相贴合。环形的凹槽底面151将背板的第二钎料层露出。

靶材放置于第一内环侧面131所包围的空间内，并且靶材侧壁与第一内环侧面131尽量相贴合。靶材的第一钎料层与环形凹槽底面151露出的第二钎料层互相贴合。

所述内环侧面13还包括所述第二内环侧面132，所述凹槽底面151与所述第一内环侧面131通过第二内环侧面132连接，所述第二内环侧面132为斜面。所述凹槽底面151开口尺寸大于所述第一内环侧面131所围尺寸。这样焊接夹具中的第二内环侧面132与靶材侧壁、背板上没有形成第二钎料层的待焊接面组成一个环形角状空隙。

更进一步的，本实施例中，第一环形面、第二环形面和所述凹槽底面同轴，且与圆形靶材和圆形背板同轴。因此，焊接夹具中的凹槽限定了背板的位置，且凹槽与背板同轴。而第一内环侧面限定了靶材在背板上的位置，且第一内环侧面与靶材同轴。从而可以进一步提高靶材与背板的同心度。

本实施例中，焊接夹具1的材料为45号钢、铝或铝合金。

焊接夹具1中，第二内环侧面132与凹槽底面151的连接处与第一内环侧面131之间的距离D1为大于或等于0且小于或等于(R-r)/2。其中，R为背板的半径，r为靶材的半径。

第二内环侧面132与凹槽底面151的连接处与第一内环侧面131之间的距离D1如果太大，焊接夹具1容易从背板上滑落。第二内环侧面132与凹槽底面151的连接处与第一内环侧面131之间的距离D1如果太小，环形角状空隙变小，存放被第一钎料层和第二钎料层挤出的钎料的空间会变小。被挤出的钎料就会在靶材侧壁与第一内环侧面131之间存在。这样，靶材侧壁会有凝固的钎料，采用机械加工的方法去除靶材侧壁的钎料，会使靶材受损。至少没有一个合适的方法可以在不损伤靶材的情况下将靶材侧壁的凝固钎料去除。

焊接夹具中，环形角状空隙的高度D2大于或等于0且小于或等于靶材厚度H的一半。

环形角状空隙的高度D2如果太大，环形角状空隙的体积会变大，被第一钎料层和第二钎层挤出的钎料会覆盖靶材侧壁，这样，后续工艺步骤中，靶材侧壁会有较大面积的凝固钎料，还没有一个合适的方法将附着在靶材侧壁的凝固钎料在不损伤陶瓷靶材的情况下去除。另外，环形角状空隙的高度D2如果太大，第一内环侧面131的厚度D4就会很小。加工这样的焊接夹具时，由于第一内环侧面131的厚度D4太小而使得加工难度系数增加，从而降低了焊接夹具的精度，进而影响靶材与背板的同心度。环形角状空隙的高度D2如果太小，环形角状空隙变小，存放被挤出的钎料的空间会变小。被挤出的钎料就会在靶材侧壁与第一内环侧面131之间存在。这样，靶材侧壁会有凝固的钎料，采用机械加工的方法去除靶材侧壁的钎料，会使靶材受损。至少没有一个合适的方法将靶材侧壁的凝固钎料去除。

第一内环侧面131的厚度D4与环形角状空隙的高度D2之和为内环侧面厚度D3。内环侧面厚度D3大于或等于靶材厚度的一半，且小于或等于靶材厚度。

内环侧面厚度D3如果太高，会增加制作焊接夹具的成本。内环侧面厚度D3如果太小，一方面，环形角状空隙变小，存放被挤出的钎料的空间会变小。被挤出的钎料就会在靶材侧壁与第一内环侧面131之间存在。这样，靶材侧壁会有凝固的钎料。另一方面，靶材夹具的加工精度也很难保证，从而影响靶材与背板的同心度。

其他实施例中，焊接夹具也可以呈方环或本领域技术人员熟知的环状。对应的适用于方形靶材与背板的焊接或者是本领域技术人员熟知的形状的靶材与背板的焊接。

实施例二

本发明提供了一种靶材组件的制作方法，在该靶材组件的制作过程中应用到了实施例一的夹具。具体如下：

参考图3，执行步骤S11，提供靶材2、背板3和实施例一所述的焊接夹具1。

本实施例中，所述靶材2为超高纯且致密的陶瓷靶材。其中，纯度至少为99.9％，致密度至少为99％。根据应用环境、溅射设备的实际要求，靶材2的形状可以为圆柱体、长方体、正方体，截面为环形、三角形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种的柱体。

参考图3，本实施例中，靶材为圆柱体。所述靶材2包括靶材上表面22、靶材下表面21和靶材侧壁23。其中，靶材上表面22与靶材下表面21相对且平行。靶材侧壁23位于靶材上表面22与靶材下表面21之间，并与靶材上表面22与靶材下表面21连接。

靶材下表面21整体为靶材待焊接面，靶材的上表面22为靶材的溅射面，为后续形成的靶材组件的溅射面。

根据应用环境、溅射设备的实际要求，背板3的形状可以为圆柱体、长方体、正方体，截面为环形、三角形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种的柱体。本实施例中，背板3的材料为铜或铜合金。其中铜合金的成分除了纯铜之外，还包括Fe、Zr、Mg、Al和Cr。其中，Fe的质量百分含量为0.02～0.2％，Zr的质量百分含量为0.25～0.85％，Mg的质量百分含量为0.1～0.30％，Al的质量百分含量为0.1～0.2％，Cr的质量百分含量为0.1～0.8％。一方面，对于陶瓷靶材来说，上述铜或铜合金材料在焊接时，焊接应力较小，从而可以减小靶材与背板在焊接过程中的焊接变形量和焊接裂纹的产生；另一方面，铜或铜合金背板具有较高的使用强度、较高的导热性和导电性，可以提高后续形成的靶材组件在磁控溅射过程中的使用寿命。

参考图3，本实施例中，背板也为圆柱体。背板3包括背板上表面31、背板下表面32和背板侧壁33。其中，背板上表面31与背板下表面32相对且平行。背板侧壁33位于背板上表面31与背板下表面32之间，并与背板上表面31与背板下表面32连接。背板的上表面31为平面，背板的上表面31整体也为背板的待焊接面。

需要说明的是，本实施例中的背板与现有技术中的背板的形状不相同。现有技术中的背板虽然也是圆柱体，但是背板具有容纳靶材的凹槽，也就是说，背板的上表面不是平面，背板的上表面呈凹槽状。凹槽底面是背板的待焊接面。背板凹槽为保证后续形成的靶材组件的同心度起着不可忽视的作用。因为，现有技术中，采用机械加工的方法去除背板凹槽侧壁和靶材侧壁处钎料以形成成品靶材组件的过程中，机械加工的过程可以保证成品靶材组件的同心度。

而本发明中背板一定是没有容纳靶材的凹槽，也就是，背板的上表面为平面，且整体为待焊接面。原因如下：靶材的材料为陶瓷，由于陶瓷特有的性质，靶材无法进行车削等机械加工，否则，陶瓷会产生裂纹等严重损伤。本发明中，如果背板采用现有技术中的背板，陶瓷靶材放置在背板的凹槽进行焊接的过程中，靶材侧壁与凹槽侧壁之间的空隙处会出现钎料。焊接结束后，凝固的钎料会覆盖整个靶材侧壁，后续需要用机械加工的方法将覆盖在靶材侧壁的钎料去除，这样会造成靶材的损伤。

因此，本发明中，正因为无法对靶材进行机械加工，所以，靶材和背板的尺寸都为成品尺寸。

根据需要焊接的靶材2和背板3的材料，选定钎料可以为纯度为99.99％的铟钎料。本实施例中的铟钎料具有优异的热传导性，低熔点，极好的柔软性等独特的特性，铟钎料与靶材、背板材料的匹配度最好，可以对靶材待焊接面与背板待焊接面进行很好的浸润。从而，可以提高靶材与背板的焊接强度。原因如下：铟钎料在靶材或背板待焊接面上表面张力较小，形成的润湿角很大，所以铟钎料会平铺在靶材或背板的待焊接面上。

执行步骤S11，利用钎料在所述靶材2的待焊接面形成第一钎料层4。

本实施例中，在靶材2的待焊接面上形成第一钎料层4之前，需要采用清洁工艺对所述靶材2的待焊接面进行清洁，有利于靶材2的待焊接面与钎料的浸润结合。

由于靶材2的材料为陶瓷，无法对靶材2的表面进行车削处理，所以需要对靶材2的待焊接面进行特殊的清洁，该特殊的清洁方法可以去除靶材2的待焊接面上的异物，还可以使靶材2的待焊接面具有特定的粗糙度且待焊接面纹路均匀。其中，特定的粗糙度为1.4μm～1.5μm。之所以对靶材2的待焊接面有上述要求，原因如下：后续步骤中，可以使靶材2的待焊接面与钎料能够进行很好的浸润，不影响钎料的浸润角度。更进一步的，靶材2的待焊接面与钎料紧密均匀的接触，靶材分子与钎料分子之间容易产生范德华力。上述特殊的清洁操作如下：

首先使用320目水性砂纸对靶材2的待焊接面进行抛光1min～3min；然后使用800目水性砂纸对靶材2的待焊接面进行抛光1min～3min；接着，使用1000目水性砂纸对靶材2的待焊接面进行抛光1min～3min，最后使用2000目水性砂纸对靶材2的待焊接面进行抛光1min～3min。

抛光的过程中，抛光机的转速为50～250r/min。对于陶瓷靶材的待焊接面来说，抛光机的转速太大或太小，每一类型砂纸(根据目数区别砂纸类型)抛光的时间太长或太短都影响陶瓷靶材的待焊接面的表面粗糙度，靶材待焊接面的纹路均匀度，从而影响钎料与靶材2的待焊接面的浸润效果。

抛光结束后，采用异丙醇或酒精对靶材2的待焊接面进行擦拭，用于去除抛光时的污染物。

接着，继续参考图3，利用钎料在所述靶材2的待焊接面形成第一钎料层4。本实施例中，形成第一钎料层的微观过程为使得靶材原子进入该钎料层内。

具体操作过程如下：

将钎料放置在靶材2的待焊接面上，然后对靶材2进行加热至第一处理温度，所述第一处理温度为大于或等于130℃且小于或等于160℃，并且在第一处理温度下保温大于或等于20min且小于或等于60min。

第一处理温度太大，钎料容易挥发，从而引起钎料缺失，进而影响焊接强度。钎料在形成第一钎料层4的过程中会发生氧化，如果在第一处理温度下保温时间太长，钎料氧化严重，影响钎料在背板待焊接面的浸润，同样会影响焊接强度。第一处理温度太低或者在第一处理温度下的保温时间太低，钎料熔化不完全，同样影响钎料在靶材待焊接面的浸润。

本实施例中，为了在靶材2的待焊接面上形成第一钎料层4，还需要对在第一处理温度下保温后的钎料进行第一超声波处理。第一超声波处理可以使靶材2待焊接面上的钎料与靶材2的待焊接面浸润结合。

第一超声波处理的过程如下：超声波焊接机的探头在靶材2的待焊接面上对熔化的钎料进行扫描，所述扫描顺序可以从上到下、左右来回以便覆盖整个熔化的钎料，从而形成均匀的第一钎料层4。本实施例中的扫描顺序不限于上述扫描顺序，在其它实施例中也可以采用从下到上、左右来回的顺序或其它顺序，在此不赘述，只要能够形成均匀的第一钎料层就可以。

另外，超声波产生高频振动波传递到添加钎料的靶材2的待焊接面，钎料与靶材2的交接处声阻大，会产生局部高温，并且不能及时散发，在探头施压的情况下，钎料分子浸入靶材的待焊接面，当超声波停止作用后，压力持续几秒钟，使进入靶材待焊接面的钎料凝固成型，从而使靶材的待焊接面上的钎料与靶材2的待焊接面进行浸润，形成第一钎料层4。第一超声波处理的具体工艺参数与靶材待焊接面的材料、粗糙度、靶材待焊接面的纹路的均匀度、钎料的材料有关。本实施例中，为了实现最佳的浸润效果，可以将超声波焊接机的超声波振荡器的输出功率设置为大于或等于250W且小于或等于350W，超声波振荡器的频率为大于或等于15KHz且小于或等于20KHz，超声波处理时间为大于或等于5min且小于或等于30min。超声波处理时间如果太久，一方面会降低焊接工艺的整体效率，另一方面在钎料表面还容易被氧化。

第一钎料层4的形成可以使靶材2的待焊接面上的钎料分布均匀牢固且钎料覆盖率高，一方面可以实现焊接。更进一步的，缩短了焊接时间，提高了焊接效率；另一方面，可以减小钎料在焊接处的缺失，从而减小焊接缺陷。

本实施例中，在形成第一钎料层4过程中，还需要去除第一钎料层4表面的氧化膜和废渣。

在形成第一钎料层4的过程中，钎料内部的杂质会形成废渣浮在第一钎料层4表面，并且钎料在加热过程中容易氧化形成氧化膜，所述氧化膜也会浮在第一钎料层4表面，所述氧化膜和废渣是不具备焊接能力的，如果不去除会影响焊接。为此，采用刮刀去除第一钎料层4上的氧化膜和废渣，以提高后续与背板的焊接质量。

需要说明的是：本实施例中，在靶材2的待焊接面上放置钎料之前，需要将靶材侧壁23采用胶带裹住。原因如下：靶材待焊接面上的钎料在上述第一处理温度加热的过程中会发生熔化。熔化的钎料会沿靶材侧壁23顺利流而下。如果靶材侧壁23没有采用胶带裹住，这样，当钎料冷却后，靶材侧壁23会有凝固的钎料，需要采用机械加工的方法去除。而靶材为陶瓷靶材，采用机械加工的方法去除靶材侧壁23的钎料时，会对靶材产生严重损伤。

接着，继续参考图3，执行步骤S13，利用钎料在背板3的待焊接面形成第二钎料层5。

本实施例中，在背板3的待焊接面上形成第二钎料层5之前，需要采用清洁工艺对所述背板3的待焊接面进行清洁，有利于背板3的待焊接面与钎料的浸润结合。

对所述背板3的待焊接面进行清洁的具体步骤包括：由于背板的材料为铜或铜合金，直接对背板3的待焊接面进行车削处理，车削转速为50～250r/min，车削时间为1～3min。对背板的车削处理不但能够去除背板3的待焊接面上的异物，而且，铜或铜合金的待焊接面纹路均匀，具有金属光泽度。对背板3的待焊接面进行车削处理后，使背板3的待焊接面的粗糙度为1.3μm～1.5μm。之所以对背板3的待焊接面有上述要求，原因如下：后续步骤中，可以使背板3的待焊接面与钎料能够进行很好的浸润，不影响浸润角。更进一步的，背板3的待焊接面与钎料紧密均匀的接触，背板原子或分子与钎料分子之间容易产生范德华力。

车削的转速太大或太小，车削的时间太长或太短影响背板3的待焊接面的表面粗糙度，背板3待焊接面的纹路均匀度，从而影响钎料与背板3的待焊接面的浸润效果。

车削结束后，用酒精或异丙醇清洗背板3的待焊接面，清洗40min～60min，用于去除车削时形成的污染物，清洗过程中不会使铜或铜合金背板生锈，清洗完毕将背板3残留的酒精吹干，进一步防止铜或铜合金背板生锈。

接着，继续参考图3，利用钎料在所述背板3的待焊接面形成第二钎料层5。形成第二钎料层的微观过程为使得背板原子进入该钎料层内。

具体操作过程如下：

将钎料放置在背板3的待焊接面上，然后对背板3进行加热至第二处理温度，所述第二处理温度为大于或等于130℃且小于或等于160℃，并且在第二处理温度下保温大于或等于20min且小于或等于60min。

本实施例中，第二处理温度太大，钎料容易挥发，从而引起钎料缺失，进而影响焊接强度。钎料在形成第二钎料层5的过程中会发生氧化，如果在第二处理温度下保温时间太长，钎料氧化严重，影响钎料在背板待焊接面的浸润，同样会影响焊接强度。第二处理温度太低或者在第二处理温度下的保温时间太低，钎料熔化不完全，同样影响钎料在背板待焊接面的浸润。

本实施例中，为了在背板3的待焊接面上形成第二钎料层，还需要对在第二处理温度下保温后的钎料进行第二超声波处理。第二超声波处理可以使背板3待焊接面上的钎料与背板3的待焊接面浸润结合。

第二超声波处理的过程请参考第一超声波的处理。与第一超声波处理不同之处为：第二超声波处理的具体工艺参数与背板待焊接面的材料、粗糙度、背板待焊接面的纹路的均匀度、钎料的材料有关。本实施例中，为了实现最佳的浸润效果，可以将超声波焊接机的超声波振荡器的输出功率设置为大于或等于250W且小于或等于350W，超声波振荡器的频率为大于或等于15KHz且小于或等于20KHz，超声波处理时间为大于或等于5min且小于或等于30min。超声波处理时间如果太久，一方面会降低焊接工艺的整体效率，另一方面在钎料表面还容易被氧化。

第二钎料层5的形成可以使背板3的待焊接面上的钎料分布均匀牢固且钎料覆盖率高，一方面可以实现焊接。更进一步的，缩短了焊接时间，提高了焊接效率；另一方面，可以减小钎料在焊接处的缺失，从而减小焊接缺陷。

本实施例中，在形成第二钎料层5过程中，还需要去除第二钎料层5表面的氧化膜和废渣。去除方法请参考去除第一钎料层4表面的氧化膜和废渣的方法。

需要说明的是：后续工艺中，为了避免对背板侧壁进行机械加工以去除背板侧壁上凝固的钎料，在背板3的待焊接面上放置钎料之前需要将背板侧壁33采用胶带裹住。但是，由于背板是铜或铜合金，可以进行机械加工，所以，在背板侧壁裹胶带的操作不是必须的，与在靶材侧壁裹胶带的操作不同。

接着，参考图4，将形成有第一钎料层的靶材2与形成第二钎料层的背板3固定于所述焊接夹具1上。包括：

将所述背板的上部分卡设于所述焊接夹具1的凹槽内，所述凹槽底面与所述背板的待焊接面贴合，并且，所述凹槽底面露出所述第二钎料层；

将所述靶材2置于所述第一内环侧面131所包围的空间内，并且保证靶材侧壁与第一内环侧面131尽量贴合。这样，后续步骤中，从第一钎料层、第二钎料层被挤出的钎料不容易被挤到靶材侧壁与第一内环侧面之间，从而减少了在陶瓷靶材侧壁形成凝固钎料的几率。

靶材2至于所述第一内环侧面131所包围的空间后，靶材待焊接面上的第一钎料层会与背板上的第二钎料层紧密贴合。

具体请参考实施例一。

需要说明的是，现有技术中的背板凹槽为保证后续形成的靶材组件的同心度起着不可忽视的作用。而本发明的背板上表面31(参考图3)是平面，没有背板凹槽，所以本实施例的焊接夹具是比不可少的，因为焊接夹具可以保证靶材与背板的焊接过程中的同心度。具体请参考实施例一。

需要继续说明的是，本实施例中，靶材2的材料为陶瓷，陶瓷在加热的过程中，不容易发生膨胀，因此，膨胀系数非常低。而背板3的材料为铜或铜合金，在加热的过程中，会发生膨胀。

本实施例中，焊接夹具的材料为45号钢、铝或铝合金。其中铝合金的具体成分除了纯铝还包括Fe、Mg、Cr和Cu。其中，Fe的重量百分含量为0.05～0.7％，Mg的重量百分含量为0.20～1.0％，Cr的重量百分含量为0.1～0.5％，Cu的重量百分含量为0.2～0.5％。

焊接夹具材料的选择与背板3的材料、靶材2的材料有关。焊接夹具的膨胀系数需要与背板的膨胀系数相近，而且，焊接夹具的向外方向的膨胀力大于向内方向的膨胀力，这样，焊接夹具整体的膨胀方向向外。在加热焊接的过程中，靶材2不会被膨胀的焊接夹具箍紧而无法取出，甚至被膨胀的焊接夹具夹碎。

需要强调说明的是，焊接夹具的第二内环侧面132与凹槽底面151的连接处与第一内环侧面131之间的距离D1不能太大，焊接夹具1在后续的焊接过程中会产向生向外的膨胀力，因此焊接夹具更容易从背板上滑落。

45号钢的膨胀系数与背板3的膨胀系数更相近些，铝或铝合金的膨胀系数大于45号钢。因此，对于45号钢来说，可以在第二处理温度下加热形成第二钎料层5之前将焊接夹具与背板3进行组装。铝或铝合金焊接夹具需要先进行加热，然后将加热后的铝或铝合金焊接夹具与背板进行组装，再在第二处理温度下继续加热形成第二钎料层。

与材料为45号钢的焊接夹具相比，材料为铝或铝合金的焊接夹具的各尺寸需要调整。所述调整需要满足下列关系：b/2＜a＜b/1.85。其中，a为材料为铝或铝合金的焊接夹具的各尺寸；b为材料为45号钢的焊接夹具的各尺寸。

接着，执行步骤S14，利用焊接工艺使第一钎料层和第二钎料层结合，以形成靶材组件。具体过程如下：

在所述靶材的顶面设置压块(图未示)，所述压块的重量值与所述靶材的待焊接面积值之比为大于或等于四分之一且小于或等于二分之一。焊接温度为大于或等于145℃且小于或等于160℃，在所述焊接温度和所述压块的压力下保温大于或等于2min且小于或等于5min。

焊接过程中，第一钎料层与第二钎料层需要充分浸润和结合，才能形成焊接结合率高的靶材组件。焊接的微观过程如下：靶材原子除了在形成第一钎料层的过程中会进入第一钎料层，在焊接的过程中，靶材原子还会继续进入第一钎料层。背板原子除了在形成第二钎料层的过程中会进入第二钎料层，在焊接的过程中，背板原子还会继续进入第二钎料层。进入第一钎料层中的靶材原子经过第二钎料层进入背板中，进入第二钎料层的背板原子经过第一钎料层进入靶材中。

焊接温度如果过低，钎料熔化不充分，从而影响后续形成的靶材组件的焊接结合率。焊接温度如果过高，钎料容易发生氧化，形成焊接缺陷，同样会影响后续形成的靶材组件的焊接结合率。

焊接压力如果太大，会将靶材与背板之间的钎料过分挤出，从而影响后续形成的靶材组件的焊接结合率。焊接压力如果太小，靶材与背板之间的钎料饱满，第一钎料层和第二钎料层较厚，靶材原子进入背板的路径与背板原子进入靶材的路径都变长，而且较厚的钎料层反而对靶材原子进入背板、背板原子进入靶材的过程产生较大的阻力。从而影响后续形成的靶材组件的焊接结合率。

保温时间如果太长，第一钎料层与第二钎料层会过多接触空气，会形成氧化层缺陷，从而增加靶材组件的焊接缺陷率。保温时间如果太短，导致靶材和背板间的第一钎料层与第二钎料层之间不能充分浸润。从而影响靶材组件的焊接结合率。

本实施例中，形成靶材组件后，最后，进行焊接状况检测：利用C-SCAN(水浸超声C扫描系统)检测焊接结合率，该由靶材与背板所组成的靶材组件的缺陷率为小于0.5％。靶材与背板的同心度低于0.2mm。不仅能够满足长期稳定生产和使用陶瓷靶材的需要，而且能够大大延长陶瓷靶材组件的使用寿命。其中，靶材与背板的同心度低于0.2mm，能够提高陶瓷靶材的溅射效果。

虽然本发明披露如上，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 (10)

1.一种焊接夹具，其特征在于，呈环状，包括：

第一环形面，与第一环形面相对的第二环形面，与第一环形面和第二环形面连接的内环侧面，与第一环形面和第二环形面连接的外环侧面；

所述内环侧面包括第一内环侧面、所述第一内环侧面与所述第一环形面连接；所述第二环形面具有凹槽，所述凹槽底面为环形，所述凹槽底面开口尺寸大于所述第一内环侧面所围尺寸；

所述内环侧面还包括所述第二内环侧面，所述环形底面与所述第一内环侧面通过第二内环侧面连接，所述第二内环侧面为斜面。

2.如权利要求1所述焊接夹具，其特征在于，所述焊接夹具为圆环状，所述第一环形面、所述第二环形面和所述凹槽底面为圆环形。

3.如权利要求2所述的焊接夹具，其特征在于，所述第一环形面、第二环形面和所述凹槽底面同轴。

4.一种靶材组件的制作方法，其特征在于，包括：

提供靶材、背板和如权利要求1～3中任一项权利要求所述的焊接夹具；

利用钎料在所述靶材的待焊接面形成第一钎料层；

利用钎料在所述背板的待焊接面形成第二钎料层；

将形成有第一钎料层的靶材与形成有第二钎料层的背板固定在所述焊接夹具上；

利用焊接工艺使第一钎料层和第二钎料层结合，以形成靶材组件。

5.如权利要求4所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，将形成有第一钎料层的靶材与形成有第二钎料层的背板固定在所述焊接夹具上，包括：

将所述背板的上部分卡设于所述焊接夹具的凹槽内，所述凹槽底面与所述背板的待焊接面贴合，并且，所述凹槽底面露出所述第二钎料层；

将所述靶材置于所述第一内环侧面所包围的空间内；

所述第一钎料层与第二钎料层贴合。

6.如权利要求4所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述靶材的材料为陶瓷。

7.如权利要求6所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述背板的材料为铜或铜合金，所述焊接夹具的材料为45号钢、铝或铝合金。

8.如权利要求4所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述钎料为铟钎料。

9.如权利要求4所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述焊接工艺包括：

在所述靶材的顶面设置压块，所述压块的重量值与所述靶材的待焊接面积值之比为大于或等于四分之一且小于或等于二分之一；

焊接温度为大于或等于145℃且小于或等于160℃，在所述焊接温度和所述压块的压力下保温大于或等于2min且小于或等于5min。

10.如权利要求4所述的靶材组件的制作方法，其特征在于，所述第一钎料层的形成方法包括：

在所述靶材上放置钎料；

将所述放置钎料的靶材加热至第一处理温度，所述第一处理温度为大于或等于130℃且小于或等于160℃，并且在第一处理温度下保温大于或等于20min且小于或等于60min；

所述保温大于或等于20min且小于或等于60min后，对所述钎料进行第一超声波处理，

所述第二钎料层的形成方法包括：

在所述背板上放置钎料；

将所述放置钎料的背板加热至第二处理温度，所述第二处理温度为大于或等于130℃且小于或等于160℃，并且在第二处理温度下保温大于或等于20min且小于或等于60min；

所述保温大于或等于20min且小于或等于60min后，对所述钎料进行第二超声波处理。