CN110565057B - 一种tft靶材与铜背板的绑定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及靶材绑定技术领域，具体涉及一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，包括如下步骤：1)材料准备，以备用；2)加热预处理：对靶坯和背板同时进行加热；3)金属化预处理：对靶坯和背板进行超声波涂铟预处理；4)绑定贴合处理：向背板的焊接面注入铟焊料，调整靶坯位置，使靶坯呈一定倾斜角度贴合于背板的绑定区域。本发明的绑定方法能有效改善TFT靶材的绑定质量，使得所绑定得到的靶材焊合率高达98.5％。

Description

一种TFT靶材与铜背板的绑定方法

技术领域

本发明涉及靶材绑定技术领域，尤其是涉及一种TFT靶材与铜背板的绑定方法。

背景技术

溅射作为一种先进的薄膜材料制备技术，具有“高速”及“低温”两大特点。它利用离子源产生的离子，在真空中加速聚集成高速离子流，轰击固体表面，离子和固体表面的原子发生动能交换，使固体表面的原子离开靶材并沉积在基材表面，从而形成纳米(或微米)薄膜。而被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的材料，称为溅射靶材。

TFT靶材主要广泛应用于液晶电视、电脑显示屏和智能手机，而在现有中的TFT靶材绑定过程中，由于绑定层中夹杂的气泡和杂质多、铟焊料与靶坯和背板的结合性能差、铟的流动性差等诸多问题导致TFT靶材的绑定质量较差，进而影响后续镀膜工艺的稳定性、成膜的质量，因此有必要予以改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，包括如下步骤：

步骤1)、材料准备：提前准备靶坯、背板和定量的铟焊料，加热铟焊料，得到熔融的铟焊料；

步骤2)、加热预处理：将靶坯的焊接面和背板的焊接面分别朝上，并列平铺放置于加热平台上，在背板的两侧或四周固定挡板，以在背板的焊接面形成一绑定区域，启动加热平台，通过加热平台先将靶坯和背板同时加热至200℃，再将靶坯和背板分别冷却至180-190℃；

步骤3)、金属化预处理：在靶坯和背板的温度分别冷却在180-190℃后，通过超声波探头分别对靶坯的焊接面和背板的焊接面进行涂铟预处理，以分别在靶坯的焊接面和背板的焊接面形成一金属铟层；

步骤4)、绑定贴合处理：将步骤1)中备用的熔融的铟焊料注入背板的焊接面，使熔融的铟焊料浸润并充满背板的金属铟层，然后将靶坯翻转，使靶坯的金属铟层呈一定倾斜角度朝向固定于加热平台的背板，用真空吸盘带动靶坯逐渐朝向背板的焊接面移动，并将靶坯贴合于背板的绑定区域，在靶坯贴合于背板的绑定区域的过程中，使靶坯的金属铟层的低部先接触背板，再逐渐减少靶坯的倾斜角度，使靶坯的金属铟层高部逐渐降低，以将靶坯与背板之间的气泡排挤出绑定区域。

进一步的技术方案中，所述靶坯为铜靶坯、铝靶坯、钼靶坯或钛靶坯，所述背板选用铜背板。

进一步的技术方案中，所述步骤4)具体包括以下依次执行的子步骤，

步骤4.1)、先在背板的焊接面加入限位件，限位件均匀分布于背板的铟层表面，各限位件之间在水平方向形成一填充间隙，各限位件在高度方向形成一限位承托层，以限定铟焊料厚度，再将步骤1)中备用的熔融的铟焊料匀速注入填充间隙中，使熔融的铟焊料浸润并充满背板的限位承托层；

步骤4.2)、采用翻转夹具夹紧靶坯并翻转靶坯180°，通过真空吸盘吸起靶坯非涂铟的一面，使靶坯悬空于背板上方，然后分别刮去靶坯和背板的铟层的氧化皮，使靶坯的金属铟层朝向下，并使靶坯相对于加热平台呈30-40°的倾斜角度，再使靶坯朝向固定于加热平台的背板移动，在靶坯的移动过程中铟层始终相对加热平台保持30-40°的倾斜角度，最后将靶坯贴合于背板的绑定区域之上，在靶坯贴合于背板的绑定区域的过程中，使靶坯的金属铟层的低部先接触背板，再逐渐减少靶坯的倾斜角度，使靶坯的金属铟层高部逐渐降低，以将靶坯与背板之间的气泡排挤出绑定区域。

进一步的技术方案中，在步骤4)中，所述限位件的厚度为0.1-0.5mm，限位件选用铜珠、铜线或铜块。

进一步的技术方案中，本发明还包括步骤5)、负重静置处理：处理待靶坯完全贴合于背板的绑定区域后，围绕背板的绑定区域的四周边缘加入少量铟液，然后启动行车来回往复推动靶坯并使靶坯前后晃动，至少使靶坯前后晃动2-3次，其中，在晃动过程中至少在靶坯的自重作用下使靶坯的焊接面压紧背板的焊接面并始终保持贴合接触状态，通过晃动将靶坯和背板铟层之间的气泡挤出绑定区域，在晃动后再对靶坯进行负重并静置2h，得到成品靶材。

进一步的技术方案中，在步骤2)中，所述对靶坯和背板同时进行加热的步骤具体为：

步骤2.1)、变速升温子步骤，将加热平台的起始加热速率控制在0.55-0.70℃/Min以上，同时对靶坯和背板进行加热，并在加热过程中逐渐增加加热平台的加热速率，将靶坯和背板同时加热至200℃；

步骤2.2)、自然冷却子步骤，在靶坯和背板的温度均达到200℃后，控制加热平台停止加热，使靶坯和背板在加热平台自然冷却15-25分钟，使靶坯和背板的温度分别保持在180-190℃。

进一步的技术方案中，所述变速升温子步骤包括以下子步骤，

步骤2.11)、以0.55-0.70℃/Min的升温速率将所述靶坯和所述背板从室温加热到50℃，

步骤2.12)、在靶坯和背板的温度均达到50℃后，以0.7-0.8℃/Min的升温速率从50℃加热至90℃，

步骤2.13)、在靶坯和背板的温度均达到90℃后，以1.1-1.3℃/Min的升温速率从90℃加热至130℃，

步骤2.14)、在靶坯和背板的温度均达到130℃后，以1.4-1.5℃/Min的升温速率从130℃加热至160℃，

步骤2.15)、在靶坯和背板的温度均达到160℃后，以1.4-1.5℃/Min的升温速率从160℃加热至200℃，

所述自然冷却子步骤中，在靶坯和背板的温度均达到200℃后，加热平台待机，使靶坯和背板保持固定在加热平台一同自然冷却20分钟，以使靶坯和背板的温度分别维持在180-190℃。

进一步的技术方案中，本发明还包括步骤6)、校平处理：对所述步骤5处理后的靶材进行数据测量，得到靶材的和翘曲位置对应的翘曲度，在靶材的翘曲位置对应放置一“工”字架，然后在“工”字架和加热台之间夹上F型钳，静置10-12h，待靶材温度与常温持平时，完成校平。

进一步的技术方案中，所述步骤6)具体包括以下子步骤，

步骤6.1)、绑定贴合完成后静置2h，待靶材的温度维持在100-140℃，对所述步骤5处理后的靶材进行数据测量，得到靶材的和翘曲位置对应的翘曲度，

步骤6.2)、先在绑定区域的两端部的下方分别垫上垫块，然后再在靶材的翘曲位置对应放置一“工”字架，然后在“工”字架和加热台之间夹上F型钳，静置，待靶材的温度自然冷却至室温时，完成校平。

进一步的技术方案中，所述垫块选用厚度为60-80mm的木块或纸块。

采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：

1、本发明先通过超声波探头分别对靶坯和背板进行金属化预处理，解决了不同材料之间的结合率不同，提高绑定焊合率；

2、本发明在在绑定贴合处理步骤，采用了边界-中部-边界的贴合顺序，能够将靶坯和背板之间的气泡和杂质有序地排出绑定区域之外，改善绑定质量；

3、本发明在绑定贴合处理后、靶材校正之前，增添晃动靶坯的步骤，能够有效地将靶坯和背板铟层之间的气泡挤出绑定区域。

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是现有技术中的钼靶材，在超声波探伤仪测量下得到的成像图。

图2是由本发明制得的钼靶材，在超声波探伤仪测量下得到的成像图。

具体实施方式

以下仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

本发明提供的一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其包括如下步骤，

步骤1)、材料准备：提前准备靶坯、背板和定量的铟焊料，加热铟焊料，得到熔融的铟焊料，备用，本发明将铟提前加热成熔融状态的铟液，然后在材料上直接涂抹，铟液在靶坯和背板表面均匀度好，涂抹厚度合适，使得靶坯跟铜背板结合紧密，无间隙和气孔，其中，靶坯为铜靶坯、铝靶坯、钼靶坯或钛靶坯，背板选用铜背板；

步骤2)、加热预处理：在背板的两侧或四周固定挡板，以在背板的焊接面形成一绑定区域，并将靶坯的焊接面和背板的焊接面分别朝上，并列平铺放置于加热平台上，使得靶坯和背板的各个位置均匀受热，然后使用高温布平铺或包覆于靶坯和背板的表面，能够减少热能损失，同时能够使得靶坯和背板在加热升温的过程受热均匀，减小靶坯和背板的受热变形量，然后通过加热平台对靶坯和背板同时进行加热，

其中，所述对靶坯和背板同时进行加热具体包括以下子步骤，

步骤2.1)、变速升温子步骤，以0.55-0.70℃/Min的升温速率将所述靶坯和所述背板从室温加热到50℃，在靶坯和背板的温度均达到50℃后，以0.7-0.8℃/Min的升温速率从50℃加热至90℃，在靶坯和背板的温度均达到90℃后，以1.1-1.3℃/Min的升温速率从90℃加热至130℃，在靶坯和背板的温度均达到130℃后，以1.4-1.5℃/Min的升温速率从130℃加热至160℃，在靶坯和背板的温度均达到160℃后，以1.4-1.5℃/Min的升温速率从160℃加热至200℃，本发明采用逐渐增加加热平台的加热速率对靶坯进行加热，避免在加热初期，靶坯贴近加热平台的一面一下子温度高于靶坯远离加热平台的一面，而导致靶坯破裂或影响绑定质量。

步骤2.2)、自然冷却子步骤中，在靶坯和背板的温度均达到200℃后，加热平台待机，使靶坯和背板保持固定在加热平台一同自然冷却约20分钟，以使靶坯和背板的温度分别维持在180-190℃。

步骤3)、金属化预处理：待靶坯和背板的温度自然冷却至180-190℃时，通过超声波探头分别对靶坯的焊接面和背板的焊接面进行涂铟预处理，以分别在靶坯的焊接面和背板的焊接面形成一金属铟层，进而分别得到具有铟层的靶坯和铟层的背板，备用，由于不同材料之间的结合率低于同种材料之间的结合率，本发明利用超声波探头发出高频振动波，使得铟分子分别先与靶坯和背板的表面相融合，以分别在为靶坯和背板的焊接面形成金属铟层，使得铟焊料更易于与靶坯、背板相结合，其相对于现有技术直接将铟液分别倒入靶坯和背板之间，铟焊料分别与靶坯和背板之间的结合效果好，绑定质量佳。

步骤4)、绑定贴合处理：先在背板的焊接面加入限位件，限位件均匀分布于背板的铟层表面，各限位件之间在水平方向形成一填充间隙，各限位件在高度方向形成一限位承托层，以限定铟焊料厚度，再将步骤1)中备用的熔融的铟焊料匀速注入填充间隙中，然后使熔融的铟焊料浸润并充满限位承托层，形成一绑定区域，其中，限位件的厚度为0.1-0.5mm，限位件选用铜珠、铜线或铜块，在靶坯和背板绑定完成后，铜材质本身的电接触性能和导热性能均良好，即不会影响成品靶材的溅射镀膜效果，最后，采用翻转夹具夹紧靶坯并将靶坯翻转180°，使靶坯的金属铟层正面朝向加热平台，然后用真空吸盘吸起靶坯非涂铟的一面，使靶坯悬空于背板上方，采用刮刀分别刮去靶坯和背板的铟层表面的氧化皮后，调整真空吸盘的位置，使靶坯相对于加热平台呈30-40°的倾斜角度，再使靶坯朝向固定于加热平台的背板移动，在靶坯的移动过程中铟层始终相对加热平台保持30-40°的倾斜角度，最后将靶坯贴合于背板的绑定区域之上，在靶坯贴合于背板的绑定区域的过程中，使靶坯的金属铟层的低部先接触背板的绑定区域的边界，再逐渐减少靶坯的倾斜角度，使靶坯的金属铟层高部逐渐降低，以将靶坯与背板之间的气泡先边界挤到中部再从另一个边缘排挤出绑定区域，相对于现有技术直接将靶坯正面盖合于背板之上，其绑定得到得成品靶材气孔数量少，绑定质量佳。

步骤5)、负重静置处理：待靶坯完全贴合于背板的绑定区域后，围绕背板的绑定区域的周边加入少量铟液，然后启动行车来回往复地推动靶坯，至少使靶坯前后晃动2-3次，尤为重要的是，在晃动过程中，至少在靶坯的自重作用下使靶坯的焊接面压紧背板的焊接面并始终保持贴合接触状态，从而将靶坯和背板铟层之间的气泡排挤出绑定区域，然后再对靶坯和背板进行负重并静置2h，得到成品靶材。

在较佳的实施方式中，分别采用铜靶坯、铝靶坯、钼靶坯或钛靶坯与铜背板采用步骤1)到步骤5)完成绑定以形成成品靶材，并选取四组靶材作为量测样本，然后在室温条件下采用超声波探伤测试对四组靶材进行，在本实施例中，采用2650mm×200mm×22mm的靶坯与3070mm×230mm×16mm的铜背板绑定形成的靶材，该靶材绑定层的厚度为0.5mm，其测试结果如表1所示：

表1

	气孔面积占比率	最大气孔面积	焊合率
				铜靶材	≤1％	≤0.50mm<sup>2</sup>	≥99％
铝靶材	≤1％	≤0.54mm<sup>2</sup>	≥98.5％
				钼靶材	≤1.5％	≤0.54mm<sup>2</sup>	≥98.5％
钛靶材	≤1.5％	≤0.55mm<sup>2</sup>	≥98.5％

其中，表1的实验数据表征无论是靶坯选用铜靶坯、铝靶坯、钼靶坯还是钛靶坯，其分别采用本发明的步骤完成绑定的靶材的焊合率至少为98.5％，另外结合图1和图2，其中，图中的阴影面积即为气孔，可见图中1相对于图2，其气孔数量多和气孔面积大，可见得本发明绑定得到的钼靶材其相对现有技术的钼靶材，其绑定层的气孔非常少，绑定面相对平整，焊合率高。

在更为具体的实施方式中，实际应用中，在绑定完成后，靶坯和背板同时冷却，不同的靶坯和铜背板之间膨胀系数的差异和刚度的差异，导致降温过程中靶材整体向膨胀系数大的一侧弯曲，例如，铜背板的膨胀系数为17.5*E-6/℃，而纯钼的膨胀系数为5.2*E-6/℃，但是钼靶坯的密度大、强度高和刚性良好，一般钼靶坯的翘曲度为15-20mm，远远超出了钼靶材的出产要求，在磁控溅射过程中，由于轰炸在靶材表面的氩离子具有精确的运动轨迹和能量，为提高薄膜的品质，靶材的尺寸偏差必须小于1mm，由此可见，对于绑定成品的靶材进行校正显得尤为重要，故本绑定方法还包括步骤6)、校平处理：具体的，绑定贴合完成后静置2h，待靶材背板的温度冷却至100-140℃，此时，焊料比较软，在这时候校平处理，大大减小靶材开裂风险，对步骤5)处理后的靶材进行数据测量，得到靶材的和翘曲位置对应的翘曲度，分别在绑定区域的两端部的下方分别垫上厚度为60-80mm的垫块，垫块选用木块或纸块，在靶材的翘曲位置对应放置一“工”字架，然后在“工”字架和加热台之间夹上F型钳，其相对于现有技术直接在靶材和加热台之间夹C型钳，避免了负重过程中造成靶材开裂，然后静置，待靶材的温度自然冷却到室温时，完成校平。本发明通过在绑定区域的两端部增设垫块，使得F型钳能够对靶材进行过压负重，其校平后的靶材不易反弹，校正完成的靶材平整度高，其次，垫块选用木块或纸块，不会刮伤靶材，另外，现有技术中通常在常温条件下进行靶材校平处理，其校平时间需要约20-24h，本发明在热压条件下对靶材进行校正。

在较佳的实施方式中，选用2650mm×200mm×222mm的铜靶坯、铝靶坯、钼靶坯和钛靶坯分别与3070mm×230mm×16mm的铜背板按照步骤1)至步骤5)绑定制得四批成品靶材，然后分别随机在各批成品靶材选5个靶材作为测量样品，对各组的5个靶材分别进行翘曲度并对应计算出平均翘曲度，然后在室温条件下对各组的5个靶材进行校正测试，测试结果如表2所示：

表2

	翘曲度	垫片厚度	平整度	校正时长
					铜靶材	-3.20mm	60mm	-0.52mm	1h
铝靶材	15.8mm	60mm	+0.98mm	3h
					钼靶材	-18.6mm	60mm	-0.99mm	5h
钛靶材	-30.3mm	60mm	-1.00mm	12h

铝靶材、钼靶材和钛靶材铝靶材、钼靶材和钛靶材，当靶材的平整度偏差小于1mm时，其相对于现有技术在常温条件下直接对靶材进行负重，大大缩短了校正时间。以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1)、材料准备：提前准备靶坯、背板和定量的铟焊料，加热铟焊料，得到熔融的铟焊料；

步骤2)、加热预处理：在背板的两侧或四周固定挡板，以在背板的焊接面形成一绑定区域，并将靶坯的焊接面和背板的焊接面分别朝上，并列平铺放置于加热平台上，启动加热平台，通过加热平台先将靶坯和背板同时加热至200℃，再将靶坯和背板分别冷却至180-190℃；

步骤3)、金属化预处理：在靶坯和背板的温度分别冷却在180-190℃后，通过超声波探头分别对靶坯的焊接面和背板的焊接面进行涂铟预处理，以分别在靶坯的焊接面和背板的焊接面形成一金属铟层；

步骤4)、绑定贴合处理：将步骤1)中备用的熔融的铟焊料注入背板的焊接面，使熔融的铟焊料浸润并充满背板的金属铟层，然后将靶坯翻转，使靶坯的金属铟层呈一定倾斜角度朝向固定于加热平台的背板，用真空吸盘带动靶坯逐渐朝向背板的焊接面移动，并将靶坯贴合于背板的绑定区域，在靶坯贴合于背板的绑定区域的过程中，使靶坯的金属铟层的低部先接触背板，再逐渐减少靶坯的倾斜角度，使靶坯的金属铟层高部逐渐降低，以将靶坯与背板之间的气泡排挤出绑定区域；

步骤4.1)、先在背板的焊接面加入限位件，限位件均匀分布于背板的铟层表面，各限位件之间在水平方向形成一填充间隙，各限位件在高度方向形成一限位承托层，以限定铟焊料厚度，再将步骤1)中备用的熔融的铟焊料匀速注入填充间隙中，使熔融的铟焊料浸润并充满背板的限位承托层；

步骤4.2)、采用翻转夹具夹紧靶坯并翻转靶坯180°，通过真空吸盘吸起靶坯非涂铟的一面，使靶坯悬空于背板上方，然后分别刮去靶坯和背板的铟层的氧化皮，使靶坯的金属铟层朝向下，并使靶坯相对于加热平台呈30-40°的倾斜角度，再使靶坯朝向固定于加热平台的背板移动，在靶坯的移动过程中铟层始终相对加热平台保持30-40°的倾斜角度，最后将靶坯贴合于背板的绑定区域之上，在靶坯贴合于背板的绑定区域的过程中，使靶坯的金属铟层的低部先接触背板，再逐渐减少靶坯的倾斜角度，使靶坯的金属铟层高部逐渐降低，以将靶坯与背板之间的气泡排挤出绑定区域。

2.根据权利要求1所述的一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其特征在于：所述靶坯为铜靶坯、铝靶坯、钼靶坯或钛靶坯，所述背板选用铜背板。

3.根据权利要求1所述的一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其特征在于：在步骤4)中，所述限位件的厚度为0.1-0.5mm，限位件选用铜珠、铜线或铜块。

4.根据权利要求1所述的一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其特征在于：包括步骤5)、负重静置处理：处理待靶坯完全贴合于背板的绑定区域后，围绕背板的绑定区域的四周边缘加入少量铟液，然后启动行车来回往复推动靶坯并使靶坯前后晃动，至少使靶坯前后晃动2-3次，其中，在晃动过程中至少在靶坯的自重作用下使靶坯的焊接面压紧背板的焊接面并始终保持贴合接触状态，通过晃动将靶坯和背板铟层之间的气泡挤出绑定区域，在晃动后再对靶坯进行负重并静置2h，得到成品靶材。

5.根据权利要求1所述的一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其特征在于：在步骤2)中，所述对靶坯和背板同时进行加热的步骤具体为：

步骤2.1)变速升温子步骤，将加热平台的起始加热速率控制在0.55-0.70℃/Min以上，同时对靶坯和背板进行加热，并在加热过程中逐渐增加加热平台的加热速率，将靶坯和背板同时加热至200℃；

步骤2.2)自然冷却子步骤，在靶坯和背板的温度均达到200℃后，控制加热平台停止加热，使靶坯和背板在加热平台自然冷却15-25分钟，使靶坯和背板的温度分别保持在180-190℃。

6.根据权利要求5所述的一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其特征在于：所述变速升温子步骤包括以下子步骤，

步骤2.11)、以0.55-0.70℃/Min的升温速率将所述靶坯和所述背板从室温加热到50℃；

步骤2.12)、在靶坯和背板的温度均达到50℃后，以0.7-0.8℃/Min的升温速率从50℃加热至90℃；

步骤2.13)、在靶坯和背板的温度均达到90℃后，以1.1-1.3℃/Min的升温速率从90℃加热至130℃；

步骤2.14)、在靶坯和背板的温度均达到130℃后，以1.4-1.5℃/Min的升温速率从130℃加热至160℃；

步骤2.15)、在靶坯和背板的温度均达到160℃后，以1.4-1.5℃/Min的升温速率从160℃加热至200℃；

所述自然冷却子步骤中，在靶坯和背板的温度均达到200℃后，加热平台待机，使靶坯和背板保持固定在加热平台一同自然冷却20分钟，以使靶坯和背板的温度分别维持在180-190℃。

7.根据权利要求4所述的一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其特征在于：包括步骤6)校平处理：对步骤5)处理后的靶材进行数据测量，得到靶材的和翘曲位置对应的翘曲度，在靶材的翘曲位置对应放置一“工”字架，然后在“工”字架和加热台之间夹上F型钳，静置10-12h，待靶材温度与常温持平时，完成校平。

8.根据权利要求7所述的一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其特征在于：步骤6)具体包括以下子步骤，

步骤6.1)、绑定贴合完成后静置2h，待靶材的温度维持在100-140℃，对所述步骤5)处理后的靶材进行数据测量，得到靶材的和翘曲位置对应的翘曲度；

步骤6.2)、先在绑定区域的两端部的下方分别垫上垫块，然后再在靶材的翘曲位置对应放置一“工”字架，然后在“工”字架和加热台之间夹上F型钳，静置，待靶材的温度自然冷却至室温时，完成校平。

9.根据权利要求8所述的一种TFT靶材与铜背板的绑定方法，其特征在于：所述垫块选用厚度为60-80mm的木块或纸块。

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