CN111015111A - 一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法 - Google Patents

一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111015111A
CN111015111A CN201911337066.9A CN201911337066A CN111015111A CN 111015111 A CN111015111 A CN 111015111A CN 201911337066 A CN201911337066 A CN 201911337066A CN 111015111 A CN111015111 A CN 111015111A
Authority
CN
China
Prior art keywords
back plate
welding
titanium target
copper back
copper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911337066.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111015111B (zh
Inventor
曹晓萌
丁照崇
李勇军
李利利
贾倩
张延宾
张晓娜
孙秀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grikin Advanced Material Co Ltd
Original Assignee
Grikin Advanced Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grikin Advanced Material Co Ltd filed Critical Grikin Advanced Material Co Ltd
Priority to CN201911337066.9A priority Critical patent/CN111015111B/zh
Publication of CN111015111A publication Critical patent/CN111015111A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111015111B publication Critical patent/CN111015111B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • B23K20/023—Thermo-compression bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开了属于磁控溅射靶材制造技术领域的一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法。所述靶材为大尺寸钛靶材，背板为铜合金背板，通过热压扩散的方法进行焊接。包括如下步骤：对大尺寸钛靶材、铜合金背板机械加工、酸洗、装配放入热压炉中，进行扩散焊接，最终整体弯曲变形量＜3mm，焊接面的焊接强度≥55MPa。通过利用热压模具长时间高压保持至室温，保持2～5℃/min降温速率缓慢降温，降低异种材料焊接变形及残余应力。

Description

一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法
技术领域
本发明属于磁控溅射靶材制造技术领域，尤其涉及一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法。
背景技术
高纯Ti溅射靶材在半导体芯片制作中有着广泛的应用。对于高纯Ti靶来说，背板主要是以Al合金为主，Ti/Al的焊接较为成熟。但是，当靶材溅射功率很高，溅射条件非常极端的时候，就需要强度高，导电导热性好的铜合金作为背板材料。溅射过程中，靶材工作环境比较极端，如靶材表面工作温度达到300℃至500℃，处于高真空，而靶材另一侧以高压冷却水强冷，这样就会在靶材两侧形成巨大的压力差；还有，安装靶材的超高真空溅射腔体内同时存在高压电场、磁场，及各种粒子的轰击。在这样的环境下，就需要靶材与背板的结合强度较高，普通的钎焊难以承受高温的环境以及大尺寸靶材的重量，因此需要选择高强度铜合金作为背板，同时实现钛靶材和铜合金背板的高强度稳定结合，满足使用要求。
钛铜异种材料的扩散焊接，由于多种物理性质尤其是线膨胀系数的不同(Ti线膨胀系数为8.2×10-6K-1，Cu线膨胀系数为16.6×10-6K-1)，导致靶材和背板在降温过程中收缩比例不同，从而使靶材组件产生较大的变形及残余应力，导致变形量一般都达到3mm以上，尤其是对于Φ350～Φ450mm大尺寸靶材，变形量能够达到5mm以上。在后续压平过程中，容易产生靶材与背板的撕裂，导致焊接失效。
现有技术中采用热等静压(HIP)的方法，将靶材与背板焊接在一起。但是热等静压焊接时，只有包套约束靶材组件而无模具的束缚，使得整个包套及靶材组件都会随着降温过程而产生愈来愈大的变形，对于Φ350～Φ450mm大尺寸靶材，变形量甚至达到5mm以上。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法，包括以下步骤：
1)选择所需的钛靶材和铜背板，并对其进行精加工，调整表面粗糙度；
2)对步骤1)精加工后的铜背板的焊接面进行机械加工，加工出螺纹，增大焊接时钛靶材和铜背板的接触面积，并对钛靶材及铜背板进行酸洗，去除焊接面的氧化层；
3)将步骤2)酸洗后的钛靶材和铜背板利用热压模具进行热压扩散焊接，将钛靶材焊接至铜背板上，随后降温至室温，得到钛靶材-铜背板焊接组件，所述过程均在真空热压炉内进行，降温过程保持高压状态；
所述钛靶材-铜背板焊接组件整体弯曲变形量＜3mm，焊接面的焊接强度≥55MPa。
所述钛靶材的尺寸为Φ350～Φ450mm，表面粗糙度≤1.6um。
所述铜背板尺寸为Φ400～Φ550mm，螺纹深度为0.2～0.4mm，间距0.4～0.6mm。
所述热压焊接的温度450℃～600℃，保温时间为3～5h，压力为20～40MPa，降温速率为2～5℃/min。
本发明的有益效果在于：
利用热压(HP)的方法焊接大尺寸钛靶材与铜背板，通过模具长时间高压保持至室温，并保持2～5℃/min降温速率缓慢降温，在降温时一直保持高压，降低整体弯曲变形量，同时降低异种材料焊接变形及残余应力，最终整体弯曲变形量＜3mm，焊接面的焊接强度≥55MPa，形成大尺寸钛靶材与铜合金背板的可靠焊接。
附图说明
图1为本发明所述钛靶材与铜背板焊接方法流程图。
图2为本发明热压时的焊接装配示意图。
图3为本发明不锈钢套环的示意图。
其中：
1-钛靶材，2-不锈钢套环，3-铜背板，4-上热压头，5-下热压头，6-热压模具。
具体实施方式
一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法，包括以下步骤：
1)选择所需的钛靶材和铜背板，并对其进行精加工，钛靶材的尺寸为Φ350～Φ450mm，调整表面粗糙度≤1.6um；
2)对步骤1)精加工后的铜背板的焊接面进行机械加工，加工出螺纹，增大焊接时钛靶材和铜背板的接触面积，铜背板尺寸为Φ400～Φ550mm，螺纹深度为0.2～0.4mm，间距0.4～0.6mm，并对钛靶材及铜背板进行酸洗，去除焊接面的氧化层；
3)将步骤2)酸洗后的钛靶材和铜背板利用热压模具进行热压扩散焊接，将钛靶材焊接至铜背板上，热压焊接的温度450℃～600℃，保温时间为3～5h，压力为20～40MPa，随后控制降温速率为2～5℃/min，降至室温，得到钛靶材-铜背板焊接组件，步骤3)过程均在真空热压炉内进行，降温过程保持高压状态；得到的钛靶材-铜背板焊接组件整体弯曲变形量＜3mm，焊接面的焊接强度≥55MPa。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
实施例1～6
1、按照如图1所示的流程，进行焊接；准备所需的大尺寸Φ350～Φ450mm的钛靶材1和Φ400～Φ550mm的铜背板3；
2、对钛靶材、铜背板进行精加工，表面粗糙度1.6um以下，对铜背板进行机械加工形成深度0.2～0.4mm，间距0.4～0.6mm的螺纹，增大焊接时钛与铜的接触面积，并对钛靶材及铜背板进行酸洗，去除焊接面的氧化层；
3、按照图2及图3进行装配，将钛靶材及铜背板调整到合适位置放置，将不锈钢套环套2装在钛靶材1外围，用以填充钛靶材与铜背板形状不同的部分使其形状规则，不锈钢套环内径和钛靶材外径相匹配，使其均匀受力。不锈钢套环均匀分隔成3部分，可以方便热压完成后的脱模过程；然后将上热压头4、下热压头5和热压模具6依次安装完成，放入真空热压炉内进行热压扩散焊接，将钛靶材焊接至铜背板上，热压扩散焊接温度为450℃～600℃，保温时间为3～5h，施加压力为20～40MPa，随后保持2～5℃/min降温速率缓慢降温，降温过程保持高压状态，降低异种材料焊接变形及残余应力，最终得到钛靶材-铜背板焊接组件。
对比例1～2
1、准备所需的Φ350～Φ400mm大尺寸钛靶材、Φ400～Φ550mm的铜合金背板。
2、对钛靶材、铜合金背板进行精加工，表面粗糙度1.6um以下，对铜背板进行机械加工形成深度0.2～0.4mm，间距0.4～0.6mm的螺纹状，增大焊接时钛与铜的接触面积，并对钛靶材及铜背板进行酸洗，去除焊接面的氧化层。
3、钛靶材与铜合金背板进行450℃～600℃，保温时间为3～5h，压强为120MPa热等静压扩散。
实施例1～6及对比例1、2中钛靶材与铜合金背板主要焊接工艺及性能结果见表1。
表1实施例及对比例钛靶材与铜背板主要焊接工艺及性能
Figure BDA0002331213110000031

Claims (4)

1.一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选择所需的钛靶材和铜背板，并对其进行精加工，调整表面粗糙度；
2)对步骤1)精加工后的铜背板的焊接面进行机械加工，加工出螺纹，增大焊接时钛靶材和铜背板的接触面积，并对钛靶材及铜背板进行酸洗，去除焊接面的氧化层；
3)将步骤2)酸洗后的钛靶材和铜背板利用热压模具进行热压扩散焊接，将钛靶材焊接至铜背板上，随后降温至室温，得到钛靶材-铜背板焊接组件，所述过程均在真空热压炉内进行，降温过程保持高压状态；
所述钛靶材-铜背板焊接组件整体弯曲变形量＜3mm，焊接面的焊接强度≥55MPa。
2.根据权利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述钛靶材的尺寸为Φ350～Φ450mm，表面粗糙度≤1.6um。
3.根据权利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述铜背板尺寸为Φ400～Φ550mm，螺纹深度为0.2～0.4mm，间距0.4～0.6mm。
4.根据权利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述热压焊接的温度450℃～600℃，保温时间为3～5h，压力为20～40MPa，降温速率为2～5℃/min。
CN201911337066.9A 2019-12-23 2019-12-23 一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法 Active CN111015111B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911337066.9A CN111015111B (zh) 2019-12-23 2019-12-23 一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911337066.9A CN111015111B (zh) 2019-12-23 2019-12-23 一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111015111A true CN111015111A (zh) 2020-04-17
CN111015111B CN111015111B (zh) 2021-10-08

Family

ID=70211616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911337066.9A Active CN111015111B (zh) 2019-12-23 2019-12-23 一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111015111B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111876787A (zh) * 2020-07-22 2020-11-03 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种铜磷蒸发料的处理工艺
CN112059349A (zh) * 2020-08-31 2020-12-11 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种钛靶材和铜背板的焊接方法
US20220388090A1 (en) * 2021-06-04 2022-12-08 The Boeing Company Fabrication of thick stock via diffusion bonding of titanium alloys

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000073164A (ja) * 1998-08-28 2000-03-07 Showa Alum Corp スパッタリング用バッキングプレート
CN101542011A (zh) * 2007-02-09 2009-09-23 日矿金属株式会社 由高熔点金属合金、高熔点金属硅化物、高熔点金属碳化物、高熔点金属氮化物或高熔点金属硼化物这些难烧结物质构成的靶及其制造方法以及该溅射靶－背衬板组件及其制造方法
CN101648316A (zh) * 2009-05-08 2010-02-17 宁波江丰电子材料有限公司 靶材与背板的焊接结构及方法
CN101648320A (zh) * 2009-05-08 2010-02-17 宁波江丰电子材料有限公司 靶材与背板的焊接方法
CN102500909A (zh) * 2011-10-26 2012-06-20 余姚康富特电子材料有限公司 靶材与背板的焊接方法
CN104694889A (zh) * 2013-12-10 2015-06-10 北京有色金属研究总院 一种CdTe溅射靶材的制备方法
CN104708192A (zh) * 2013-12-12 2015-06-17 有研亿金新材料有限公司 一种W-Ti合金靶材组件扩散焊接方法
CN105798409A (zh) * 2014-12-31 2016-07-27 宁波江丰电子材料股份有限公司 靶材组件的焊接方法
CN107552939A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 宁波江丰电子材料股份有限公司 靶材组件的焊接方法
CN109371371A (zh) * 2018-12-10 2019-02-22 有研工程技术研究院有限公司 一种硒砷锗多元合金溅射靶材的制备方法
CN110421246A (zh) * 2019-08-12 2019-11-08 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种背板与高纯金属靶材的扩散焊接方法
CN110539067A (zh) * 2019-09-16 2019-12-06 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种高纯铜靶材的扩散焊接方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000073164A (ja) * 1998-08-28 2000-03-07 Showa Alum Corp スパッタリング用バッキングプレート
CN101542011A (zh) * 2007-02-09 2009-09-23 日矿金属株式会社 由高熔点金属合金、高熔点金属硅化物、高熔点金属碳化物、高熔点金属氮化物或高熔点金属硼化物这些难烧结物质构成的靶及其制造方法以及该溅射靶－背衬板组件及其制造方法
CN101648316A (zh) * 2009-05-08 2010-02-17 宁波江丰电子材料有限公司 靶材与背板的焊接结构及方法
CN101648320A (zh) * 2009-05-08 2010-02-17 宁波江丰电子材料有限公司 靶材与背板的焊接方法
CN102500909A (zh) * 2011-10-26 2012-06-20 余姚康富特电子材料有限公司 靶材与背板的焊接方法
CN104694889A (zh) * 2013-12-10 2015-06-10 北京有色金属研究总院 一种CdTe溅射靶材的制备方法
CN104708192A (zh) * 2013-12-12 2015-06-17 有研亿金新材料有限公司 一种W-Ti合金靶材组件扩散焊接方法
CN105798409A (zh) * 2014-12-31 2016-07-27 宁波江丰电子材料股份有限公司 靶材组件的焊接方法
CN107552939A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 宁波江丰电子材料股份有限公司 靶材组件的焊接方法
CN109371371A (zh) * 2018-12-10 2019-02-22 有研工程技术研究院有限公司 一种硒砷锗多元合金溅射靶材的制备方法
CN110421246A (zh) * 2019-08-12 2019-11-08 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种背板与高纯金属靶材的扩散焊接方法
CN110539067A (zh) * 2019-09-16 2019-12-06 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种高纯铜靶材的扩散焊接方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111876787A (zh) * 2020-07-22 2020-11-03 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种铜磷蒸发料的处理工艺
CN111876787B (zh) * 2020-07-22 2022-03-15 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种铜磷蒸发料的处理工艺
CN112059349A (zh) * 2020-08-31 2020-12-11 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种钛靶材和铜背板的焊接方法
US20220388090A1 (en) * 2021-06-04 2022-12-08 The Boeing Company Fabrication of thick stock via diffusion bonding of titanium alloys

Also Published As

Publication number Publication date
CN111015111B (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111015111B (zh) 一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法
CN102534518B (zh) 背板的制作方法
JP5685201B2 (ja) 一体構造のアルミニウム合金ターゲットとそれを製造する方法
CN110539067B (zh) 一种高纯铜靶材的扩散焊接方法
CN112453623A (zh) 一种圆形钛靶材和背板的焊接整形一体化方法
CN101543935B (zh) 靶材组件的制作方法
CN102500909A (zh) 靶材与背板的焊接方法
CN113084289B (zh) 一种靶材与背板的高性能焊接方法
CN104690417B (zh) 一种镍或镍合金靶材与背板的焊接方法
CN112935512A (zh) 一种钴靶材与铜铬合金背板的扩散焊接方法
CN101537533A (zh) 靶材与背板的焊接结构及方法
KR101528374B1 (ko) 분말 야금 스퍼터링 타겟의 확산 결합 방법
CN112935511A (zh) 一种钴靶材与铜锌合金背板的扩散焊接方法
CN104588620A (zh) 一种钨铜模块的制备方法
CN110239194B (zh) 一种高Nb-TiAl合金材料的制备方法
CN110335798B (zh) 一种金刚石输能窗及其制备方法
CN116607121B (zh) 一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法
CN107282670A (zh) 一种涡轮盘高温合金铸锭的挤压开坯方法
CN106584012A (zh) 一种非晶态合金整形方法
CN115488333A (zh) 一种钼钛合金管靶及其制备方法与应用
CN105814233A (zh) 扩散结合的铜溅射靶组件
CN101205601A (zh) 嵌套式溅射靶及其制造方法
CN103692151A (zh) 钛聚焦环的制造方法
CN111041423B (zh) 蓝宝石表面结构与成分梯度层设计改善其焊接性能的方法
CN103706797A (zh) 宽幅多层Cu-CuMo70-Cu复合材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant