CN110218983A - 磁控溅射旋转靶材的绑定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁控溅射旋转靶材的绑定方法，包括以下步骤：利用超声表面处理的方式实现旋转靶管内表面的金属化；采用喷砂处理手段，使不锈钢管外表面粗糙，然后采用钢刷将焊料刷至不锈钢管外表面；将不锈钢管树立起来，将旋转靶管套设在不锈钢管的外部，确保旋转靶管的温度恒定在180～300℃，控制不锈钢管温度保持在180～300℃，待旋转靶管与不锈钢管的温度一致后，将融化的焊料倒置在旋转靶管内表面与不锈钢管外表面之间的缝隙中，待缝隙中的空气排出后，将旋转靶管和不锈钢管以1～5℃/min的速度同时冷却到室温，即得到绑定好的旋转靶材。优点是：加热均匀、成品率较高。

Description

磁控溅射旋转靶材的绑定方法
技术领域
本发明涉及旋转靶材技术领域，尤其是涉及一种磁控溅射旋转靶材的绑定方法。
背景技术
利用磁控溅射沉积的各种薄膜，已经在电子、光学、光电、磁性等功能器件领域得到广泛的应用。最近，为了提升靶材的利用率、减低镀膜的成本，业界采用旋转靶材代替传统的平面靶材，这是由于旋转靶材的材料利用率可达到80％，而平面靶材的利用率只有30～40％。此外，采用旋转靶材还可以起到降低靶材表面“结瘤”、提升镀膜均匀性的目的。
采用绑定贴合的手段是旋转靶材制造行业最重要的一类旋转靶材制备手段，把靶材分节绑定在金属衬管(通常为不锈钢或者钛材料制备)上，以提高导热性能和强度。目前旋转靶材的绑定基本工艺为：将内圆表面金属化的靶管套在经过处理的衬管外表面，靶管和金属衬管之间通过金属焊料粘结。在绑定的过程中，需要对金属衬管和靶管进行加热，然后把熔化的金属焊料填充到靶管和金属衬管的缝隙里，随后冷却、焊料固化，将靶管牢牢地固定在衬管上。绑定焊接率的质量直接关系到靶材溅射过程中的导热效果，若焊料没有填满，该区域导热不好，局部区域升温严重，当温度超过焊料的熔点，金属焊料就会熔化流出滴落在膜面上，或者导致靶材受热不均匀开裂，开裂的靶材碎片损失薄膜表面的质量。因此对旋转靶材进行高质量的绑定贴合，提升焊接率可以有效提升后续磁控溅射镀膜的质量。
在绑定工艺中，对靶管和衬管加热的均匀性和稳定性对贴合质量具有重要的影响。申请公布号为：CN109352109 A的中国发明专利申请，公开了一种旋转靶材绑定的装置和方法，其采用油浴加热密封背管的方式对背管进行加热。该方法虽然可以获得背管的均匀加热，但是存在如下问题：(1)设备操作复杂，特别是高温密封相对比较复杂。(2)油浴温度相对较低，不能实现高温焊料的靶材绑定。申请公布号为：CN 108637506 A的中国发明专利申请，公开了一种在衬管内设加热棒对衬管加热的方式。该方式虽然操作相对简单，但是存在对靶材加热不均匀的问题。即：(1)加热区上下不均匀。由于通常靶材采用竖直绑定，衬管的“烟囱”效应很明显，热量一直向上跑，导致加热区上端的温度比下端的温度高，为了达到平衡，需要更长时间的加热，导致耗电量过大。(2)加热区周围不均匀。由于加热棒放置在衬管的内部，加热棒与衬管内壁有一定的距离，依靠热传导的方式将热量传递到衬管上，但是在实际操作中，很难控制加热棒与四周衬管内部距离的一致性，导致局部区域与钢管接触，这个区域钢管温度极高，而其他区域则距离加热棒较远，则温度较低。这种温度的差异极易引起焊料的流动性较差，绑定焊接不均匀，进而影响靶材的焊接率。(3)靶材的加热不均匀极易导致陶瓷类脆性靶材的开裂，影响绑定的成品率。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种磁控溅射旋转靶材的绑定方法，它具有加热均匀、成品率较高的特点。
本发明所采用的技术方案是：
磁控溅射旋转靶材的绑定方法，包括以下步骤：
(1)旋转靶管的内表面的处理：利用常规的超声表面处理的方式实现旋转靶管内表面的金属化，且形成的金属化层的厚度为0.1～0.3mm；
(2)不锈钢管外表面的处理：首先采用常规的喷砂处理手段，使不锈钢管外表面的粗糙度增加至0.05～0.3mm，然后采用钢刷将焊料刷至不锈钢管外表面，焊料层为0.1～0.3mm；
(3)靶材绑定：首先将不锈钢管树立起来，将旋转靶管套设在不锈钢管的外部，控制旋转靶管的内表面与不锈钢管外表面的之间的间隙为0.5～1mm，接着，用电热丝加热或者感应加热的方式确保旋转靶管的温度恒定在180～300℃，采用导电卡夹连接不锈钢管的上下两端，通过低压低频电源对不锈钢管进行短路加热，控制不锈钢管温度保持在180～300℃，待旋转靶管与不锈钢管的温度一致后，将融化的焊料倒置在旋转靶管内表面与不锈钢管外表面之间的缝隙中，待缝隙中的空气排出后，将旋转靶管和不锈钢管以1～5℃/min的速度同时冷却到室温，即得到绑定好的旋转靶材。
所述金属化所用的材料为铟、铜、锡、银、镍中的一种或者几种。
所述焊料为铟系或锡系焊料。
本发明和现有技术相比所具有的优点是：加热均匀、成品率较高。本发明的磁控溅射旋转靶材的绑定方法可以使靶管和背管同时均匀地达到所设定的温度，促进温场均匀，焊料不会因温场不均匀导致在局部区域凝固，进而有效避免焊料在缝隙中的不均匀分布，提升靶材的焊接率，经测试焊接率可达99％以上。同时，降低了绑定过程中加热不均匀导致的脆性靶材开裂等影响绑定成品率的质量问题，极大提升了成品。如加热不均匀会导致陶瓷靶管在高低温不同区域的热膨胀不一样，进而产生内应力，极易导致所绑定的靶管开裂。以及，所绑定的靶材可以满足高功率的溅射需求，提升薄膜的沉积速率。由于焊料在缝隙中均匀的分布，靶材在溅射过程中产生的热量也为均匀的导出，因此很高功率的溅射所堆积的热量也能很好地导出，不会因为局部过热导致靶材开裂。而高功率意味着高的溅射速率和生产效率，对于降低下游镀膜客户的生产成本有着重要的意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是采用本发明实施例的磁控溅射旋转靶材的绑定方法实现AZO旋转靶材绑定焊接率的C-SCAN检测图像。
具体实施方式
实施例
磁控溅射旋转靶材的绑定方法，包括以下步骤：
(1)旋转靶管的内表面的处理：利用常规的超声表面处理的方式实现旋转靶管内表面的金属化，且形成的金属化层的厚度为0.1～0.3mm。比如，金属化层的厚度为0.1、0.2或0.3mm。对旋转靶管内表面的金属化的目的在于：降低金属焊料在靶管内表面的润湿角，进而提升金属焊料与靶管表面的附着力。金属化所用的材料为铟、铜、锡、银、镍中的一种或者几种。当采用铟、铜、锡、银、镍中的几种进行混合时，可以是任意比例。
(2)不锈钢管外表面的处理：首先采用常规的喷砂处理手段，使不锈钢管外表面的粗糙度增加至0.05～0.3mm。比如，使粗糙度为0.05、0.1或～0.3mm。然后采用钢刷将焊料刷至不锈钢管外表面，焊料层为0.1～0.3mm。比如，焊料层为0.1、0.2或0.3mm。其中，增加不锈钢管外表面的粗糙度的目的在于：增加不锈钢管表面与金属焊料的的接触面积，提升附着力；发现采用钢刷刷焊料后，金属焊料在不锈钢管外表面的附着更为均匀。
(3)靶材绑定：首先将不锈钢管树立起来，将旋转靶管套设在不锈钢管的外部，控制旋转靶管的内表面与不锈钢管外表面的之间的间隙为0.5～1mm。比如，间隙为0.5、0.8或1mm。接着，用电热丝加热或者感应加热的方式确保旋转靶管的温度恒定在180～300℃。电热丝加热主要用于不导电的靶材，感应加热主要用于导电类的靶材加热。采用导电卡夹连接不锈钢管的上下两端，通过低压低频电源对不锈钢管进行短路加热，控制不锈钢管温度保持在180～300℃。待旋转靶管与不锈钢管的温度一致后，比如，待旋转靶管与不锈钢管的温度均为180、220或300℃时，将融化的焊料倒置在旋转靶管内表面与不锈钢管外表面之间的缝隙中。焊料为铟系或锡系焊料。待缝隙中的空气排出后，将旋转靶管和不锈钢管以1～5℃/min的速度同时冷却到室温，即得到绑定好的旋转靶材。比如，将旋转靶管和不锈钢管以1、3或5℃/min的速度同时冷却到室温。其中，判断缝隙中的空气排出的标准为：在2min内无气泡从上液面冒出。
通过上述磁控溅射旋转靶材的绑定方法绑定的靶材，采用C-SCAN探伤仪进行扫描以及计算后，靶材的焊接率>99％。比如，一个典型3242mm长的AZO绑定旋转靶材焊接率图像见图1所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.磁控溅射旋转靶材的绑定方法，包括以下步骤：
(1)旋转靶管的内表面的处理：利用常规的超声表面处理的方式实现旋转靶管内表面的金属化，且形成的金属化层的厚度为0.1～0.3mm；
(2)不锈钢管外表面的处理：首先采用常规的喷砂处理手段，使不锈钢管外表面的粗糙度增加至0.05～0.3mm，然后采用钢刷将焊料刷至不锈钢管外表面，焊料层为0.1～0.3mm；
(3)靶材绑定：首先将不锈钢管树立起来，将旋转靶管套设在不锈钢管的外部，控制旋转靶管的内表面与不锈钢管外表面的之间的间隙为0.5～1mm，接着，用电热丝加热或者感应加热的方式确保旋转靶管的温度恒定在180～300℃，采用导电卡夹连接不锈钢管的上下两端，通过低压低频电源对不锈钢管进行短路加热，控制不锈钢管温度保持在180～300℃，待旋转靶管与不锈钢管的温度一致后，将融化的焊料倒置在旋转靶管内表面与不锈钢管外表面之间的缝隙中，待缝隙中的空气排出后，将旋转靶管和不锈钢管以1～5℃/min的速度同时冷却到室温，即得到绑定好的旋转靶材。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射旋转靶材的绑定方法，其特征在于：所述金属化所用的材料为铟、铜、锡、银、镍中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的磁控溅射旋转靶材的绑定方法，其特征在于：所述焊料为铟系或锡系焊料。
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