CN105624627A - 绑定式磁控溅射旋转靶材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绑定式磁控溅射旋转靶材及其制备方法，所述绑定式磁控溅射旋转靶材包括背管以及固定套接在背管外壁的靶管，所述靶管为至少一个，所述背管外壁设有开口槽，所述靶管是通过填充在开口槽内的无铟钎焊材料经旋转加热焊接固定在背管外壁的，所述靶管内壁与背管外壁间隙为0.2-0.4mm。所述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法包括如下步骤：选取背管，在背管外壁机加工开口槽，清洗烘干后水平固定到旋转设备上，在开口槽内加入无铟钎焊材料；选取靶管，对靶管内壁进行金属化处理；将处理后的靶管套到准备好的背管上；启动旋转设备，对背管内壁和靶材外壁同时加热，绑定完成后，关掉加热源，保持旋转设备工作，直至靶管冷却到室温。该方法操作简单、效率高、成本低、应用范围广，并且通过该制备方法所得靶材尺寸不受限制、利用率高。

Description

绑定式磁控溅射旋转靶材及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁控溅射旋转靶材及其制备方法，尤其是涉及一种采用无铟钎焊绑定来制备尺寸不受限制、利用率更高的磁控溅射旋转靶材的方法。
背景技术
磁控溅射是一种广泛使用溅射靶材进行大规模Low-E玻璃镀膜，太阳能电池镀膜，平板显示屏触摸屏镀膜，光通信和磁储存镀膜及装饰镀膜的镀膜技术。溅射靶材通常有两类：平面靶材和旋转靶材。近年来，随着镀膜技术的高速发展，对靶材的利用率要求越来越高，但是平面靶材利用率只有20-30％。由于一些金属合金、陶瓷旋转靶材成分偏析，脆性大，很难用浇注法和喷涂方法生产，只能用冷等静压加烧结或热等静压方法生产出一节节靶管，然后通过绑定到背管上形成大尺寸靶材。现在最常用的绑定方法是用铟从垂直方向绑定，铟不仅价格昂贵，而且熔点低，靶材使用时会产生脱靶现象，另一方面，铟对人体和环境有害。总之，铟绑定通常是在垂直方向进行的，即将背管垂直于地面，由上而下将靶管套到背管上，对背管内壁加热，将熔化的铟倒入靶管和背管的间隙中而成，这对于长度较长的靶材极为不方便，而且绑定效率差。
发明内容
发明目的：针对上述现有磁控溅射旋转靶材制备中的缺陷，本发明提供了一种尺寸不受限制、利用率高的绑定式磁控溅射旋转靶材，并提供一种采用低成本无铟钎焊材料在水平方向制备绑定式磁控溅射旋转靶材的方法。
技术方案：为了达到上述目的，本发明公开的是一种绑定式磁控溅射旋转靶材，包括背管和固定套结在背管外壁的至少一个靶管，所述背管外壁设有开口槽。
所述靶管是通过填充在开口槽内的无铟钎焊材料经旋转加热焊接固定在背管外壁的，所述背管内壁经过金属化处理。
所述开口槽形状多样，优选的为半圆形螺旋槽，进一步的，所述半圆形螺旋槽螺距是槽深的一半。
进一步地，所述靶管内壁与背管外壁间隙为0.2—0.4mm，便于钎焊绑定过程中无铟钎焊材料经加热后进行绑定。
所述靶管为两个以上时，靶管与靶管之间间隙小于0.5mm，使用硅橡胶垫和高温胶带密封。为保证靶材溅射时等离子不打到背管上，靶管之间的缝隙不能大于等离子的平均自由程，优选的，靶管与靶管之间间隙小于0.5mm，即是硅橡胶垫的厚度小于0.5mm。
所述靶管为三个以上时，设置在两端部的两个靶管比中间靶管厚30％—50％。由于旋转靶材在磁控溅射镀膜时，两端的溅射速度比中间快，两端靶材溅射完成后，中间的靶材还有许多没有用完，影响靶材的利用率，使得生产成本较高。两端靶管的厚度超中间靶管30％到50％，能够保证靶材稳定溅射，同时提升利用率到90％。
本发明所述上述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法，包括如下步骤：选取背管，在背管外壁机加工开口槽，清洗烘干后水平固定到旋转设备上，在开口槽内加入无铟钎焊材料；选取靶管，对靶管内壁进行金属化处理；将处理后的靶管套到准备好的背管上；启动旋转设备，对背管内壁和靶材外壁同时加热，绑定完成后，关掉加热源，保持旋转设备工作，直至靶管冷却到室温。
所述无铟钎焊材料不使用熔剂，加入量为开口槽槽深的一半。
优选地，所述无铟钎焊材料可以是BiSnAg，BiZnAg，BiSnInAg，SnPb，SnAgCu，BiZnSn，BiZnSnTi，BiSnGa，CuAgSnMg等。
所选背管需要具有良好的导电性和导热性，可为金属或合金。进一步地，可以是不锈钢，Mo，Ti，Ta，Cu，Al，Cr等。
优选地，所述靶管材料为合金，陶瓷，硅或石墨等材料，进一步地，可以是AlNd，MoNb，TbFeCo，GdFeCoGe,，DyFeCo，MoTi，TiW，MoW，ITO，AZO，GZO，IGZO，ZnO，高纯Si，B掺杂Si等。
所述金属化处理优选的为对靶管内壁进行Ni镀膜。
优选的，绑定过程中控制旋转速度为15—20转/分钟，加热温度为180℃—350℃。
综上，所述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法是通过对背管外表面开口槽里放入的无铟钎焊材料和套在背管靶管加热和旋转，利用离心力和表面(毛细)张力及钎焊材料的塑性形变将一节靶管或多节靶管固定在一起形成一个完整的尺寸不受限制的旋转溅射靶材。
有益效果：相对于现有绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法，本发明制备方法适用范围广，对金属合金、陶瓷旋转靶材效果也很好；并且本发明方法采用无铟钎焊，成本低、效率高；本发明是在水平方向进行制备，操作更加简单高效。通过本方法制备所得绑定式磁控溅射旋转靶材尺寸不受限制，利用率高达90％。
附图说明
图1是旋转靶材开始绑定的纵向截面图；
图2是旋转靶材完成绑定的纵向截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
如图2所示一种绑定式磁控溅射旋转靶材，包括不锈钢背管1以及固定套接在不锈钢背管1外壁的六个MoNb靶管3，所述不锈钢背管1外壁设有半圆形螺旋槽2，所述MoNb靶管3通过填充在半圆形螺旋槽槽2内的无铟钎焊材料焊接固定在背管1外壁，所述MoNb靶管3内壁与不锈钢背管1外壁间隙为0.25mm，其中位于两端的两个MoNb靶管3比中间四个MoNb靶管3厚30％，靶管3与靶管3之间用硅橡胶垫4隔开，并用高温胶带密封。
如图1所示上述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，选取不锈钢背管1，在不锈钢背管1外壁上机加工开口槽2，开口槽2为半圆形螺旋槽，其中螺旋槽螺距是槽深的一半；清洗并烘干背管1，将其水平固定到旋转设备上，然后在开口槽2内加入BiZnSn焊料；
步骤二，选取六个MoNb靶管3，对靶管3内壁进行Ni镀膜金属化处理；
步骤三，将靶管3按顺序套到背管1上，其中两端的两个靶管3比中间的靶管3厚30％，靶管3与靶管3之间用硅橡胶垫4隔开，并用高温胶带密封；其中靶管3与靶管3之间的硅橡胶垫4厚度为0.35mm；靶管3内壁与背管1外壁间隙为0.25mm；
步骤四，启动旋转设备，旋转速度为20转/分钟，并安装加热源5对背管1内壁和靶管3外壁同时加热，加热温度为250℃，关掉加热源5，保持旋转设备工作，直至靶管3冷却到室温，即得绑定式磁控溅射旋转靶材(图2)。
实施例2
一种绑定式磁控溅射旋转靶材，包括不锈钢背管1以及固定套接在不锈钢背管1外壁的一个AZO陶瓷靶管3，所述不锈钢背管1外壁设有半圆形螺旋槽2，所述AZO陶瓷靶管3通过填充在半圆形螺旋槽2内的无铟钎焊材料焊接固定在背管1外壁，所述AZO陶瓷靶管3内壁与不锈钢背管1外壁间隙为0.25mm。
上述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，选取不锈钢背管1，在不锈钢背管1外壁上机加工半圆形螺旋槽2，其中螺旋槽螺距是槽深的一半；清洗并烘干背管，将其水平固定到旋转设备上，然后在半圆形螺旋槽2内加入SnAgCu焊料；
步骤二，选取一个AZO陶瓷靶管3，对靶管3内壁进行Ni镀膜金属化处理；
步骤三，将靶管3套到背管1上，靶管3内壁与背管1外壁间隙为0.25mm；
步骤四，启动旋转设备，旋转速度为16转/分钟，并安装加热源5对背管1内壁和靶管3外壁同时加热，加热温度为300℃，关掉加热源5，保持旋转设备工作，直至靶管3冷却到室温，即得到绑定式磁控溅射旋转靶材。
实施例3
一种绑定式磁控溅射旋转靶材，包括不锈钢背管1以及固定套接在不锈钢背管1外壁的二个ZnO陶瓷靶管3，所述不锈钢背管1外壁设有半圆形螺旋槽2，所述靶管3通过填充在半圆形螺旋槽2内的无铟钎焊材料焊接固定在背管1外壁，所述AZO陶瓷靶管3内壁与不锈钢背管1外壁间隙为0.3mm，靶管3与靶管3之间用硅橡胶垫4隔开，并用高温胶带密封。
上述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，选取不锈钢背管1，在不锈钢背管1外壁上机加工半圆形螺旋槽2，其中螺旋槽螺距是槽深的一半；清洗并烘干背管1，将其水平固定到旋转设备上，然后在半圆形螺旋槽2内加入SnAgCu焊料；
步骤二，选取二个ZnO陶瓷靶管3，对靶管3内壁进行Ni镀膜金属化处理；
步骤三，将靶管3套到背管1上，靶管3与靶管3之间用硅橡胶垫4隔开，并用高温胶带密封；其中靶管3与靶管3之间的硅橡胶垫4厚度为0.4mm；靶管3内壁与背管2外壁间隙为0.3mm；
步骤四，启动旋转设备，旋转速度为16转/分钟，并安装加热源5对背管1内壁和靶管3外壁同时加热，加热温度为270℃，关掉加热源5，保持旋转设备工作，直至靶管3冷却到室温，即绑定得到磁控溅射旋转靶材。
实施例4
一种绑定式磁控溅射旋转靶材，包括不锈钢背管1以及固定套接在不锈钢背管1外壁的三个AZO陶瓷靶管3，所述不锈钢背管1外壁设有半圆形螺旋槽2，所述靶管3通过填充在半圆形螺旋槽2内的无铟钎焊材料焊接固定在背管1外壁，所述靶管3内壁与不锈钢背管1外壁间隙为0.35mm，其中位于两端的两个靶管3比中间1个靶管3厚40％，靶管3与靶管3之间用硅橡胶垫4隔开，并用高温胶带密封。
本实施例所述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法与实施例1一样，所不同在于：半圆形螺旋槽2内加入SnZnBi焊料；靶管3与靶管3之间的硅橡胶垫4厚度为0.4mm；旋转设备旋转速度为15转/分钟，加热温度为280℃。
实施例5
一种绑定式磁控溅射旋转靶材，包括不锈钢背管1以及固定套接在不锈钢背管1外壁的四个AlNd靶管3，所述不锈钢背管1外壁设有半圆形螺旋槽2，所述靶管3通过填充在半圆形螺旋槽2内的无铟钎焊材料焊接固定在背管1外壁，所述靶管3内壁与不锈钢背管1外壁间隙为0.2mm，其中位于两端的两个靶管3比中间2个靶管3厚30％，靶管3与靶管3之间用硅橡胶垫4隔开，并用高温胶带密封。
本实施例所述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法与实施例1一样，所不同在于：半圆形螺旋槽2内加入SnPb焊料；靶管3与靶管3之间的硅橡胶垫4厚度为0.3mm；旋转设备旋转速度为18转/分钟，加热温度为180℃。
实施例6
一种绑定式磁控溅射旋转靶材，包括不锈钢背管1以及固定套接在不锈钢背管1外壁的10个ITO陶瓷靶管3，所述不锈钢背管1外壁设有半圆形螺旋槽2，所述靶管通过填充在半圆形螺旋槽2内的无铟钎焊材料焊接固定在背管1外壁，所述靶管3内壁与不锈钢背管1外壁间隙为0.4mm，其中位于两端的两个靶管3比中间8个靶管3厚50％，靶管3与靶管3之间用硅橡胶垫4隔开，并用高温胶带密封。
本实施例所述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法与实施例1一样，所不同在于：半圆形螺旋槽2内加入CuAgSnMg焊料；靶管3与靶管3之间的硅橡胶垫4厚度为0.4mm；旋转设备旋转速度为16转/分钟，加热温度为250℃。

Claims (10)

1.一种绑定式磁控溅射旋转靶材，其特征在于：包括背管以及固定套接在背管外壁靶管，所述靶管为至少一个，所述背管外壁设有开口槽。
2.根据权利要求1所述绑定式磁控溅射旋转靶材，其特征在于：所述靶管通过填充在开口槽内的无铟钎焊材料焊接固定在背管外壁。
3.根据权利要求1所述绑定式磁控溅射旋转靶材，其特征在于：所述开口槽为半圆形螺旋槽，螺旋槽螺距是槽深的一半。
4.根据权利要求1所述绑定式磁控溅射旋转靶材，其特征在于：所述靶管内壁与背管外壁间隙为0.2—0.4mm。
5.根据权利要求1所述绑定式磁控溅射旋转靶材，其特征在于：所述靶管为两个以上时，所述靶管与靶管之间间隙小于0.5mm，使用硅橡胶垫和高温胶带密封。
6.根据权利要求1所述绑定式磁控溅射旋转靶材，其特征在于：所述靶管为三个以上时，设置在两端的两个靶管比中间靶管厚30％—50％。
7.一种权利要求1-6中任一所述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：选取背管，在背管外壁机加工开口槽，清洗烘干后水平固定到旋转设备上，在开口槽内加入无铟钎焊材料；选取靶管，对靶管内壁进行金属化处理；将处理后的靶管套到准备好的背管上；启动旋转设备，对背管内壁和靶材外壁同时加热，绑定完成后，关掉加热源，保持旋转设备工作，直至靶管冷却到室温，即得。
8.根据权利要求7所述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法，其特征在于：所述无铟钎焊材料不使用熔剂，加入量为开口槽槽深的一半。
9.根据权利要求7所述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法，其特征在于：所述金属化处理是对靶管内壁进行Ni镀膜。
10.根据权利要求7所述绑定式磁控溅射旋转靶材的制备方法，其特征在于：绑定过程中控制旋转速度为15—20转/分钟，加热温度为180℃—350℃。
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