CN111136396A - 一种铜靶材与背板的扩散焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备铜靶材、带有凹槽的背板和垫块，其中所述铜靶材和垫块的面积均与背板凹槽的底面积相等；(2)依次将步骤(1)所述铜靶材、垫块放入背板的凹槽内，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫块，完成所述铜靶材与背板的扩散焊接。所述扩散焊接方法通过改进铜靶材和背板的装配结构，不仅保证了铜靶材和背板焊接面的结合度，还有效避免了晶粒异常长大，尤其避免了铜靶材边缘处出现晶粒粗大的现象。

Description

一种铜靶材与背板的扩散焊接方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，涉及一种靶材组件的焊接方法，尤其涉及一种铜靶材与背板的扩散焊接方法。

背景技术

溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，一般被称为溅射靶材。

由于溅射靶材的强度不一，在实际应用过程中，需要将符合性能要求的溅射靶材和具有一定强度的背板结合制成靶材组件，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有效地进行溅射控制。背板可以为溅射靶材提供支撑作用，并具有传导热量的功效，因此需要将溅射靶材和背板进行加工并焊接成型。如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接质量较差，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会导致溅射基台损坏。此外，如果焊接过程中出现晶粒异常长大，会导致焊接不牢，产生气孔和焊缝，严重时会产生异常辉光放电(Arcing问题)，导致靶材被击穿，电源损坏等严重问题。

铜靶材因为硬度较低，需要与高硬度的合金背板焊接在一起。目前常用的焊接方法主要是锡焊和扩散焊接。对于锡焊工艺所制造的铜靶材组件，由于锡的熔点较低，耐高温性能较差，当铜靶材组件所使用机台温度较高时，容易出现焊料熔化的现象，从而容易增加产品脱焊的风险。扩散焊接是指相互接触的材料表面，在温度和压力的作用下相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面处形成新的扩散层，从而实现可靠连接，属于高温、高压、高强度的焊接方法。然而，如果扩散焊接的温度较高，铜靶材易发生晶粒异常长大，造成晶粒粗大的现象，会对所形成互连结构、导线的线宽以及均匀性有不利影响，进而影响所形成半导体芯片的性能。

热等静压(Hot Isostatic Press，简称HIP)是一种利用热等静压机在高温高压密封容器中，以高压惰性气体为介质，对其中的粉末或待压实的烧结坯料或异种金属施加各向均等静压力来制备高致密度坯料或零件的方法。热等静压技术已成为高温粉末冶金、消除铸件缺陷、异种金属扩散连接、新型工程陶瓷、复合材料、耐火材料、高强石墨碳素等先进成型技术和先进材料研制领域的关键技术。

现有技术中将扩散焊接和HIP相结合，开发出了HIP扩散焊接技术。例如CN101579782A公开了一种铜靶材坯料与铜合金背板的焊接方法，包括提供铜靶材坯料和铜合金背板，将铜靶坯料和铜合金背板放置入真空包套送入焊接设备，采用热等静压工艺进行扩散焊接，将铜靶材坯料焊接至铜合金背板形成靶材组件，完成焊接后，进行空冷并拆除真空包套取出靶材组件。所述焊接方法虽然采用的是HIP扩散焊接技术，但是采用机加工使得靶材以及背板表面的光洁度达到0.2μm～3.2μm，焊接层较薄，焊接效果不佳。

CN108213855A公开了一种铜靶材组件及其制造方法，包括提供背板和铜靶材，所述背板包括第一焊接面，所述铜靶材包括第二焊接面；在所述第一焊接面上形成由多个凸起构成的花纹；将所述第二焊接面与形成有花纹的第一焊接面相对设置并贴合形成初始组件；对所述初始组件进行焊接处理，使所述第一焊接面内的凸起嵌入所述第二焊接面内，在所述铜靶材和所述背板之间形成焊接层，所述焊接层的厚度大于或等于所述凸起的高度，以获得铜靶材组件。所述焊接方法虽然通过在背板上车削螺纹增大了焊接面的接触面积，将焊接层增厚，但是在焊接过程中仍然存在晶粒异常长大的问题，尤其是铜靶材边缘处易出现晶粒粗大的现象。

CN110539067A公开了一种高纯铜靶材的扩散焊接方法，包括准备高纯铜靶材与背板，并在背板的焊接面加工螺纹；将金属粉末均匀设置于背板的螺纹面；将高纯铜靶材与背板组合后放入金属包套，然后对金属包套进行脱气处理，然后对脱气处理后的金属包套进行密封；热等静压处理密封后的金属包套，然后冷却至室温；去除金属包套，完成高纯铜靶材与背板的扩散焊接。所述焊接方法虽然通过均匀布置金属粉末来填充由于螺纹挤压变形带来的孔洞，从而提高了高纯铜靶材与背板的结合率，但是在焊接过程中仍然存在晶粒异常长大的问题，尤其是铜靶材边缘处易出现晶粒粗大的现象。

以上现有技术中的焊接方法，虽然均采用了HIP扩散焊接技术，但是仍然存在焊接效果不佳，而且在焊接过程中铜靶材边缘处易出现气孔、焊缝，导致焊接过程中存在晶粒异常长大的问题。因此，目前亟需开发一种行之有效的铜靶材和背板的扩散焊接方法。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备铜靶材、带有凹槽的背板和垫块，其中所述铜靶材和垫块的面积均与背板凹槽的底面积相等；(2)装配处理后放入包套；(3)包套封口后进行脱气处理；(4)热等静压焊接后去除包套和所述垫块，完成所述铜靶材与背板的扩散焊接。所述扩散焊接方法通过改进铜靶材和背板的装配结构，不仅保证了铜靶材和背板焊接面的结合度，还有效避免了晶粒异常长大，尤其避免了铜靶材边缘处出现晶粒粗大的现象。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的在于提供一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)准备铜靶材、带有凹槽的背板和垫块，其中所述铜靶材和垫块的面积均与背板凹槽的底面积相等；

(2)将步骤(1)所述部件进行装配处理，依次将所述铜靶材、所述垫块放入背板的凹槽内，然后再将整体放入包套内；

(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；

(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫块，完成所述铜靶材与背板的扩散焊接。

本发明所述扩散焊接方法通过改进铜靶材和背板的装配结构，将铜靶材整个包裹起来，并保证铜靶材受压均衡，不仅保证了铜靶材和背板焊接面的结合度，还有效避免了晶粒异常长大，尤其避免了铜靶材边缘处出现晶粒粗大的现象。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述背板包括CuZn合金背板、CuCr合金背板或CuCrZr合金背板中的任意一种，本领域技术人员可以根据工艺需要进行合理地选择，优选为CuCrZr合金背板，进一步优选为C18000背板。

本发明所述C18000背板为一种CuCrZr合金背板，按质量百分数计，其化学成分为Cr 0.25-0.65％，Zr 0.08-0.20％，此外，C18000背板的硬度为HRB 78-83，导电率为43ms/m，软化温度为550℃，具有较高的强度和硬度，良好的导电性和导热性，优良的耐磨性和减磨性，经时效处理后可显著提高硬度、强度、导电性和导热性，易于焊接。

优选地，步骤(1)所述垫块为不锈钢垫块。

优选地，对步骤(1)所述铜靶材和背板进行焊接面加工。

优选地，所述铜靶材焊接面进行光滑处理。

优选地，所述光滑处理指的是采用金刚石刀片进行车削。

优选地，所述背板焊接面进行车削螺纹处理。

优选地，所述螺纹的凸起称为螺牙。

优选地，所述螺纹中相邻螺牙之间的距离为0.3-0.6mm，例如0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm或0.6mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述螺纹中螺牙的高度为0.05-0.25mm，例如0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm或0.25mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，在垂直于螺纹延伸方向的截面内，所述螺牙的尺寸沿背向所述背板的方向逐渐减小。

本发明所述对铜靶材焊接面进行光滑处理，对背板焊接面进行车削螺纹处理，在HIP扩散焊接过程中，可以使背板焊接面上的螺纹嵌入铜靶材焊接面内，在扩大焊接面之间接触面积的同时，可以有效避免焊接层出现焊缝，从而保证了铜靶材和背板之前焊接面的结合度。

作为本发明优选的技术方案，在步骤(2)所述装配处理之前，需要对所述铜靶材和背板进行清洗和干燥处理。

优选地，所述清洗处理指的是采用IPA清洗液进行超声波清洗。

优选地，所述超声波清洗时间为10-20min，例如10min、12min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述干燥处理指的是真空干燥处理。

优选地，所述真空干燥处理的真空度＜0.01Pa，本领域技术人员可以根据工艺需要进行合理地选择。

优选地，所述真空干燥处理的干燥时间为30-60min，例如30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，若干燥处理后的铜靶材在3小时内未装配，需趁热充氩气进行真空包装。

本发明所述清洗和干燥处理采用IPA超声波清洗和真空干燥，可以有效除去铜靶材上的铜锈，以及背板焊接面上的灰尘、颗粒、水渍等，而且有效避免了铜靶材被再次氧化的可能，有利于提高铜靶材的质量和性能。

作为本发明优选的技术方案，在步骤(2)所述装配处理中，所述铜靶材和背板的装配间隙为0.15-0.3mm，例如0.15mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm、0.25mm、0.27mm或0.3mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，在步骤(2)所述垫块和铜靶材之间放置不锈钢皮。

优选地，所述不锈钢皮的面积和背板凹槽的底面积相等。

优选地，所述不锈钢皮的厚度为0.1-0.2mm，例如0.1mm、0.12mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.18mm或0.2mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述不锈钢皮的数量至少为一块，优选为一块。

本发明所述垫块具有良好的导热性，可以和背板一起将铜靶材整个包裹起来，并保证铜靶材受压均衡，避免晶粒异常长大，尤其避免了铜靶材边缘处出现晶粒粗大的现象。此外，在垫块和铜靶材之间放置不锈钢皮，不仅可以在低压状态下把铜靶材和垫块有效隔开，还可以帮助将垫块有效去除。

优选地，步骤(2)所述包套为不锈钢包套和/或铝包套，优选为铝包套。

作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述包套封口采用氩弧焊焊接。

优选地，步骤(3)所述包套封口后进行氦泄漏检查。

优选地，步骤(3)所述脱气处理的温度为150-250℃，例如150℃、160℃、180℃、200℃、220℃、230℃、240℃或250℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(3)所述脱气处理的真空度＜0.01Pa，本领域技术人员可以根据工艺需要进行合理地选择。

优选地，步骤(3)所述脱气处理的时间为2-5h，例如2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(4)所述热等静压焊接在热等静压机中进行。

优选地，步骤(4)所述热等静压焊接的温度为200-300℃，例如200℃、220℃、240℃、250℃、260℃、280℃或300℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(4)所述热等静压焊接的压力≥100MPa，本领域技术人员可以根据工艺需要进行合理地选择。

优选地，步骤(4)所述热等静压焊接的时间为3-8h，例如3h、4h、5h、6h、7h或8h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，在所述扩散焊接之后进行电子束焊接，得到铜靶材组件。

优选地，所述电子束焊接包括机加工出电子束焊接线。

在本发明所述扩散焊接后进行电子束焊接，通过电子束焊接将铜靶材和背板之间的缝隙封死，防止了焊接面处气体、杂质等向外扩散，保证了铜靶材组件在溅射过程中的安全性和优良性。

作为本发明优选的技术方案，在所述电子束焊接之前，需要对扩散焊接后的组件进行清洗和干燥处理。

优选地，所述清洗处理指的是采用IPA清洗液进行超声波清洗。

优选地，所述超声波清洗时间为10-20min，例如10min、12min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述干燥处理指的是真空干燥处理。

优选地，所述真空干燥处理的真空度＜0.01Pa，本领域技术人员可以根据工艺需要进行合理地选择。

优选地，所述真空干燥处理的干燥时间为30-60min，例如30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，若干燥处理后的靶材组件粗品在3小时内未进行电子束焊接，需趁热充氩气进行真空包装。

作为本发明优选的技术方案，在所述电子束焊接之前，需要对扩散焊接后的组件进行宏观腐蚀检测。

本发明所述宏观腐蚀检测用来检查铜靶材晶粒是否存在晶粒异常长大的情况，并找到铜靶材和背板的分界线，为机加工电子束焊接线作准备。

优选地，所述电子束焊接在真空中进行。

优选地，所述电子束焊接的焊接速度为10-20mm/s，例如10mm/s、12mm/s、14mm/s、15mm/s、16mm/s、18mm/s或20mm/s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述电子束焊接的焊接时间为90-100s，例如90s、92s、94s、95s、96s、97s、99s或100s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述电子束焊接的输入束流为20-60mA，例如20mA、25mA、30mA、35mA、40mA、45mA、50mA、55mA或60mA等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述电子束焊接的焦点电流为500-550mA，例如500mA、510mA、520mA、530mA、540mA或550mA等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述电子束焊接的焊接次数为2-6次，例如2次、3次、4次、5次或6次等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)准备铜靶材、带有凹槽的背板和垫块，其中所述铜靶材和垫块的面积均与背板凹槽的底面积相等；所述背板包括CuZn合金背板、CuCr合金背板或CuCrZr合金背板中的任意一种；对铜靶材焊接面进行光滑处理，对背板焊接面进行车削螺纹处理；

(2)将步骤(1)所述铜靶材和背板进行清洗和干燥处理后，再进行装配处理，依次将所述铜靶材、所述不锈钢皮、所述垫块放入背板的凹槽内，然后再将整体放入包套内；其中，所述铜靶材和背板的装配间隙为0.15-0.3mm；

(3)将步骤(2)得到的包套采用氩弧焊焊接进行封口，经氦泄漏检查达标后，进行脱气处理；

其中，所述脱气处理的温度为150-250℃，真空度＜0.01Pa，时间为2-5h；

(4)将步骤(3)脱气后的包套放入热等静压机中进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫块，完成所述铜靶材与背板的扩散焊接；

其中，所述热等静压焊接的温度为200-300℃，压力≥100MPa，时间为3-8h；

(5)将步骤(4)得到的扩散焊接后的组件进行清洗和干燥处理后，经宏观腐蚀检测达标后，机加工出电子束焊接线，再进行电子束焊接，得到铜靶材组件；

其中，所述电子束焊接在真空中进行，焊接速度为10-20mm/s，焊接时间为90-100s，输入束流为20-60mA，焦点电流为500-550mA，焊接次数为2-6次。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明所述扩散焊接方法改进了铜靶材和背板的装配结构，使得铜靶材被背板和垫块完全包裹起来，进而使得铜靶材受压均匀，全面提高了铜靶材和背板的结合度，有效避免了晶粒异常长大的情况，尤其避免了铜靶材边缘处出现晶粒粗大的现象；

(2)在本发明所述扩散焊接后进行电子束焊接，通过电子束焊接将铜靶材和背板之间的缝隙封死，防止了焊接面处气体、杂质等向外扩散，保证了铜靶材组件在溅射过程中的安全性和优良性。

附图说明

图1是本发明所述扩散焊接方法的流程示意图；

图2是本发明所述扩散焊接方法装配处理之前的结构示意图；

图3是本发明所述扩散焊接方法转配处理之后的结构示意图；

图4是本发明所述扩散焊接方法热等静压处理的结构示意图；

图5是本发明所述扩散焊接方法完成扩散焊接后的组件的结构示意图；

图6是本发明所述扩散焊接方法机具有电子束焊接线的组件的结构示意图；

图7是本发明所述扩散焊接方法电子束焊接的焊线的结构示意图；

图8是本发明实施例1所得铜靶材组件中铜靶材边缘处的放大图；

图9是本发明对比例1所得铜靶材组件中铜靶材边缘处的放大图；

图中：10-带有凹槽的背板，11-背板焊接面上的螺纹，20-铜靶材，30-不锈钢皮，40-垫块，50-包套，60-扩散焊接后的组件，70-具有电子束焊接线的组件，80-电子束焊接的焊线。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

图1示出了本发明所述扩散焊接方法的流程，图2至图7示出了图1所示扩散焊接方法中各步骤对应的结构示意图，具体描述为：

结合参考图1和图2，步骤S1是准备铜靶材20、带有凹槽的背板10和垫块40，其中，铜靶材20和垫块40的面积均与背板凹槽的底面积相等；步骤S2是进行焊接面加工和清洗、干燥处理，焊接面加工包括铜靶材焊接面的光滑处理和背板焊接面的车削螺纹处理，焊接面加工之后进行清洗和干燥，可以有效除去铜靶材20上的铜锈和背板10上的灰尘、颗粒、水渍等；

结合参考图1和图3，步骤S3是将铜靶材20、带有凹槽的背板10、垫块40进行装配处理，并在铜靶材20与垫块40之间放置一块不锈钢皮30，如此装配处理，可以将铜靶材20整个包裹起来，保证其受压均衡，避免晶粒异常长大。此外，设置不锈钢皮30可以在低压状态下把铜靶材20和垫块40有效隔开，还可以帮助将垫块40有效去除；

结合参考图1和图4至图5，步骤S4是在装配完成并放入包套50后，进行脱气处理，随后进行的步骤S5是对包套50进行热等静压焊接，使得背板焊接面上的螺纹11嵌入铜靶材20中，并通过扩散焊接形成一个焊接层，在去除包套50和不锈钢皮30、垫块40之后，完成了铜靶材20与背板10的扩散焊接；

结合参考图1和图6至图7，步骤S6是将扩散焊接后的组件60通过机加工得到电子束焊接线，进而得到具有电子束焊接线的组件70，如图6中虚线框所示，所述电子束焊接线是机加工后铜靶材20和背板10之间的分界线，在电子束焊接线上完成电子束焊接之后，即可得到具有图7所示电子束焊接的焊线80的铜靶材组件。

实施例1

本实施例提供了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)准备铜靶材20、带有凹槽的C18000背板10和不锈钢垫块40，其中所述铜靶材20和不锈钢垫块40的面积均与背板凹槽的底面积相等；对铜靶材焊接面采用金刚石刀片进行车削光滑处理，对背板焊接面进行车削螺纹处理，所述螺纹的凸起称为螺牙，其中所述螺纹中相邻螺牙之间的距离为0.45mm，螺牙的高度为0.15mm；

(2)将步骤(1)得到的铜靶材20和带有凹槽的C18000背板10进行清洗和干燥处理，其中采用IPA清洗液进行超声波清洗10min，然后在真空度为0.005Pa条件下真空干燥50min，随后依次将铜靶材20、厚度为0.15mm的不锈钢皮30、不锈钢垫块40放入C18000背板的凹槽内，其中铜靶材20和C18000背板10之间的装配间隙为0.2mm，完成装配处理后将整体放入铝包套50内；

(3)将步骤(2)得到的铝包套50采用氩弧焊焊接进行封口，经氦泄漏检查达标后再进行脱气处理；其中脱气处理的温度为200℃，真空度为0.005Pa，时间为4h；

(4)将步骤(3)脱气后的铝包套50放入热等静压机中进行热等静压焊接，其中热等静压焊接的温度为250℃，压力为100MPa，时间为5h，完成热等静压焊接后去除铝包套50、不锈钢皮30、不锈钢垫块40，得到扩散焊接后的组件60；

(5)将步骤(4)得到的扩散焊接后的组件60进行清洗和干燥处理后，其中采用IPA清洗液进行超声波清洗20min，然后在真空度为0.008Pa条件下真空干燥60min，经宏观腐蚀检测达标后，找到铜靶材20和C18000背板10的分界线，机加工出电子束焊接线，然后进行4次电子束焊接，即可得到铜靶材组件，其中具体的电子束焊接参数见表1。

表1

序号	焊接速度	输入束流	焦点电流	焊接时间
					1	15mm/s	20mA	515mA	99s
2	15mm/s	40mA	505mA	99s
					3	15mm/s	55mA	500mA	99s
4	15mm/s	60mA	545mA	99s

通过本实施例扩散焊接方法得到的铜靶材组件，铜靶材和背板的结合度高，没有出现晶粒异常长大的情况，其中铜靶材边缘处的放大图如图8所示，没有出现晶粒粗大的现象；此外，得到的铜靶材组件在溅射过程中，可以保证所镀薄膜的均匀性。

实施例2

本实施例提供了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，将步骤(1)中螺纹尺寸更改为“其中所述螺纹中相邻螺牙之间的距离为0.3mm，螺牙的高度为0.05mm”，其他条件和实施例1完全相同。

通过本实施例扩散焊接方法得到的铜靶材组件，铜靶材和背板的结合度高，没有出现晶粒异常长大的情况，其中铜靶材边缘处的放大图与实施例1相似；此外，得到的铜靶材组件在溅射过程中，可以保证所镀薄膜的均匀性。

实施例3

本实施例提供了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，将步骤(1)中螺纹尺寸更改为“其中所述螺纹中相邻螺牙之间的距离为0.6mm，螺牙的高度为0.25mm”，其他条件和实施例1完全相同。

通过本实施例扩散焊接方法得到的铜靶材组件，铜靶材和背板的结合度高，没有出现晶粒异常长大的情况，其中铜靶材边缘处的放大图与实施例1相似；此外，得到的铜靶材组件在溅射过程中，可以保证所镀薄膜的均匀性。

实施例4

本实施例提供了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，将步骤(2)中装配间隙由0.2mm更改为0.15mm，其他条件和实施例1完全相同。

通过本实施例扩散焊接方法得到的铜靶材组件，铜靶材和背板的结合度高，没有出现晶粒异常长大的情况，其中铜靶材边缘处的放大图与实施例1相似；此外，得到的铜靶材组件在溅射过程中，可以保证所镀薄膜的均匀性。

实施例5

本实施例提供了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，将步骤(2)中装配间隙由0.2mm更改为0.3mm，其他条件和实施例1完全相同。

通过本实施例扩散焊接方法得到的铜靶材组件，铜靶材和背板的结合度高，没有出现晶粒异常长大的情况，其中铜靶材边缘处的放大图与实施例1相似；此外，得到的铜靶材组件在溅射过程中，可以保证所镀薄膜的均匀性。

实施例6

本实施例提供了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，将步骤(4)中热等静压条件更改为“其中热等静压焊接的温度为200℃，压力为150MPa，时间为8h”，其他条件和实施例1完全相同。

通过本实施例扩散焊接方法得到的铜靶材组件，铜靶材和背板的结合度高，没有出现晶粒异常长大的情况，其中铜靶材边缘处的放大图与实施例1相似；此外，得到的铜靶材组件在溅射过程中，可以保证所镀薄膜的均匀性。

实施例7

本实施例提供了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，将步骤(4)中热等静压条件更改为“其中热等静压焊接的温度为300℃，压力为100MPa，时间为3h”，其他条件和实施例1完全相同。

通过本实施例扩散焊接方法得到的铜靶材组件，铜靶材和背板的结合度高，没有出现晶粒异常长大的情况，其中铜靶材边缘处的放大图与实施例1相似；此外，得到的铜靶材组件在溅射过程中，可以保证所镀薄膜的均匀性。

对比例1

本对比例提供了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，步骤(1)省去了不锈钢垫块，其他条件和实施例1完全相同。

通过本对比例扩散焊接方法得到的铜靶材组件，在铜靶材边缘处出现了晶粒异常长大的情况，铜靶材边缘处的放大图如图9所示，在溅射过程中存在镀膜不均匀的问题。

通过上述实施例和对比例可以看出，本发明所述扩散焊接方法改进了铜靶材和背板的装配结构，使得铜靶材被背板和垫块完全包裹起来，进而使得铜靶材受压均匀，全面提高了铜靶材和背板的结合度，有效避免了晶粒异常长大的情况，尤其避免了铜靶材边缘处出现晶粒粗大的现象，进而可以保证溅射过程中所镀薄膜的均匀性。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，其特征在于，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)准备铜靶材、带有凹槽的背板和垫块，其中所述铜靶材和垫块的面积均与背板凹槽的底面积相等；

(2)依次将步骤(1)所述铜靶材、垫块放入背板的凹槽内，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；

(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；

(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫块，完成所述铜靶材与背板的扩散焊接。

2.根据权利要求1所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(1)所述背板包括CuZn合金背板、CuCr合金背板或CuCrZr合金背板中的任意一种；

优选地，步骤(1)所述垫块为不锈钢垫块；

优选地，对步骤(1)所述铜靶材和背板进行焊接面加工；

优选地，所述铜靶材焊接面进行光滑处理；

优选地，所述光滑处理指的是采用金刚石刀片进行车削；

优选地，所述背板焊接面进行车削螺纹处理；

优选地，所述螺纹的凸起称为螺牙；

优选地，所述螺纹中相邻螺牙之间的距离为0.3-0.6mm；

优选地，所述螺纹中螺牙的高度为0.05-0.25mm；

优选地，在垂直于螺纹延伸方向的截面内，所述螺牙的尺寸沿背向所述背板的方向逐渐减小。

3.根据权利要求1或2所述的扩散焊接方法，其特征在于，在步骤(2)所述装配处理之前，需要对所述铜靶材和背板进行清洗和干燥处理；

优选地，所述清洗处理指的是采用IPA清洗液进行超声波清洗；

优选地，所述超声波清洗时间为10-20min；

优选地，所述干燥处理指的是真空干燥处理；

优选地，所述真空干燥处理的真空度＜0.01Pa；

优选地，所述真空干燥处理的干燥时间为30-60min。

4.根据权利要求1至3任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，在步骤(2)所述装配处理中，所述铜靶材和背板的装配间隙为0.15-0.3mm；

优选地，在步骤(2)所述垫块和铜靶材之间放置不锈钢皮；

优选地，所述不锈钢皮的面积和背板凹槽的底面积相等；

优选地，所述不锈钢皮的厚度为0.1-0.2mm；

优选地，所述不锈钢皮的数量至少为一块，优选为一块；

优选地，步骤(2)所述包套为不锈钢包套和/或铝包套，优选为铝包套。

5.根据权利要求1至4任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(3)所述包套封口采用氩弧焊焊接；

优选地，步骤(3)所述包套封口后进行氦泄漏检查；

优选地，步骤(3)所述脱气处理的温度为150-250℃；

优选地，步骤(3)所述脱气处理的真空度＜0.01Pa；

优选地，步骤(3)所述脱气处理的时间为2-5h。

6.根据权利要求1至5任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(4)所述热等静压焊接在热等静压机中进行；

优选地，步骤(4)所述热等静压焊接的温度为200-300℃；

优选地，步骤(4)所述热等静压焊接的压力≥100MPa；

优选地，步骤(4)所述热等静压焊接的时间为3-8h。

7.根据权利要求1至6任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，在所述扩散焊接之后进行电子束焊接；

优选地，所述电子束焊接包括机加工出电子束焊接线。

8.根据权利要求7所述的扩散焊接方法，其特征在于，在所述电子束焊接之前，需要对扩散焊接后的组件进行清洗和干燥处理；

优选地，所述清洗处理指的是采用IPA清洗液进行超声波清洗；

优选地，所述超声波清洗时间为10-20min；

优选地，所述干燥处理指的是真空干燥处理；

优选地，所述真空干燥处理的真空度＜0.01Pa；

优选地，所述真空干燥处理的干燥时间为30-60min。

9.根据权利要求7或8所述的扩散焊接方法，其特征在于，在所述电子束焊接之前，需要对扩散焊接后的组件进行宏观腐蚀检测；

优选地，所述电子束焊接在真空中进行；

优选地，所述电子束焊接的焊接速度为10-20mm/s；

优选地，所述电子束焊接的焊接时间为90-100s；

优选地，所述电子束焊接的输入束流为20-60mA；

优选地，所述电子束焊接的焦点电流为500-550mA；

优选地，所述电子束焊接的焊接次数为2-6次。

10.根据权利要求1至9任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，所述扩散焊接方法包括如下步骤：

(1)准备铜靶材、带有凹槽的背板和垫块，其中所述铜靶材和垫块的面积均与背板凹槽的底面积相等；所述背板包括CuZn合金背板、CuCr合金背板或CuCrZr合金背板中的任意一种；对铜靶材焊接面进行光滑处理，对背板焊接面进行车削螺纹处理；

(2)将步骤(1)所述铜靶材和背板进行清洗和干燥处理后，再进行装配处理，依次将所述铜靶材、所述不锈钢皮、所述垫块放入背板的凹槽内，然后再将整体放入包套内；其中，所述铜靶材和背板的装配间隙为0.15-0.3mm；

(3)将步骤(2)得到的包套采用氩弧焊焊接进行封口，经氦泄漏检查达标后，进行脱气处理；

其中，所述脱气处理的温度为150-250℃，真空度＜0.01Pa，时间为2-5h；

(4)将步骤(3)脱气后的包套放入热等静压机中进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫块，完成所述铜靶材与背板的扩散焊接；

其中，所述热等静压焊接的温度为200-300℃，压力≥100MPa，时间为3-8h；

(5)将步骤(4)得到的扩散焊接后的组件进行清洗和干燥处理后，经宏观腐蚀检测达标后，机加工出电子束焊接线，再进行电子束焊接，得到铜靶材组件；

其中，所述电子束焊接在真空中进行，焊接速度为10-20mm/s，焊接时间为90-100s，输入束流为20-60mA，焦点电流为500-550mA，焊接次数为2-6次。

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