CN111185659A - 一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件 - Google Patents

一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件 Download PDF

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CN111185659A CN202010098945.7A CN202010098945A CN111185659A CN 111185659 A CN111185659 A CN 111185659A CN 202010098945 A CN202010098945 A CN 202010098945A CN 111185659 A CN111185659 A CN 111185659A
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Abstract

本发明涉及一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈；(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈围在所述钛靶材四周，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圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。所述焊接方法通过加入垫圈有效地改进了钛靶材和背板的装配结构，提高了钛靶材和背板的焊接结合度，经超声波C扫描成像探伤仪检测，钛靶材和背板的焊接结合度在99％以上。

Description

一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件
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，尤其涉及一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件。
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。由于靶材组件在溅射过程中的工作环境比较恶劣，往往存在高温、高压力差、高压电场、高压磁场等，如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接结合度较低，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。
目前，采用高纯钛作为溅射材料的钛靶材属于一种常用靶材，一般采用耐高温、高强度的扩散焊接将钛靶材和背板进行焊接。为了避免钛靶材在较高的扩散焊接温度下出现晶粒异常长大的情况，避免达不到晶圆线宽的要求，扩散焊接过程中的焊接温度一般较低。然而，在较低的焊接温度下得到的钛靶材组件中，钛靶材和背板的焊接结合度较低，变形量大，严重时甚至无法实现焊接，不能满足长期稳定生产和靶材组件的使用需求。
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。HIP扩散焊接技术是一种将扩散焊接和HIP相结合的技术。
为了提高钛靶材和背板的焊接结合度，现有技术公开了如下研究内容。例如CN101648307A公开了一种靶材组件的制作方法，包括：提供钛靶材坯料、背板和钎料，所述背板四周形成有侧壁；对钛靶材坯料进行预热，将钎料均匀分布在钛靶材坯料的结合面与坯料外周，使得钎料在钛靶材坯料的结合面和外周充分浸润，去除钛靶材坯料结合面和外周上的钎料；对背板的结合面进行打磨处理，对背板进行预热，将钎料均匀分布在背板的结合面和侧壁内侧，超声波处理添加钎料的背板；对钛靶材坯料和背板进行钎焊，将钛靶材坯料焊接至背板形成靶材组件；冷却靶材组件。所述钛靶材组件的制作方法采用钎料焊接方法，虽然可以提高焊接速度，缩短产品的加工周期，但是不仅存在钎料熔化导致的产品脱焊，还无法有效提高钛靶材和背板的焊接结合度。
CN101537533A公开了一种靶材与背板的焊接方法，包括：提供钛靶材和铝背板；在铝背板上形成凹槽；将钛靶材安装至凹槽内；采用热等静压方法将钛靶材与铝背板进行焊接。所述焊接方法虽然避免了钎料焊接导致的产品脱焊风险，但是焊接面仅是简单的粗糙度加工，仍无法有效提高钛靶材和背板的焊接结合度。
CN107745177A公开了一种钛靶热等静压焊接方法，包括如下步骤：将钛靶的钛焊接面进行粗加工；将铝背板的铝焊接面进行粗加工，在铝焊接面上设置铝槽；将粗加工后的所述钛靶和开设铝槽后的所述铝背板放入IPA液中进行超声清洗，并进行真空干燥；将所述钛靶放入所述铝槽内，并放入包套中进行抽真空处理；将所述包套放入热等静压炉中进行热等静压焊接。所述焊接方法虽然采用了热等静压来进行扩散焊接，但是焊接面仅是简单的粗糙度加工，仍无法有效提高钛靶材和背板的焊接结合度。
CN101648316A公开了一种靶材与背板的焊接方法，包括：提供钛靶材和铝背板；对钛靶材和铝背板进行加工，在钛靶材焊接面加工成螺纹状；采用热压方法将钛靶材与铝背板进行焊接形成靶材组件；对靶材组件进行热扩散处理，然后空冷冷却。所述焊接方法虽然对钛靶材焊接面进行了加工螺纹处理，但是却包括热压处理和热扩散处理两个步骤，降低了焊接速度，延长了产品的生产周期。
综上所述，目前亟需开发一种行之有效的钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈；(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈围在所述钛靶材四周，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圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。所述焊接方法通过加入垫圈有效地改进了钛靶材和背板的装配结构，提高了钛靶材和背板的焊接结合度，避免了晶粒异常长大的情况，达到了晶圆线宽的要求；经超声波C扫描成像探伤仪检测，钛靶材和背板的焊接结合度在99％以上。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种钛靶材和背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：
(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈，其中所述钛靶材的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈的面积和背板顶部环面的面积相等；
(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈围在所述钛靶材四周，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圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。
本发明所述扩散焊接方法通过加入垫圈改进了钛靶材和背板的装配结构，将钛靶材整个包裹起来，从而使得钛靶材受压均衡，提高了钛靶材和背板的焊接结合度，避免了晶粒异常长大的情况，达到了晶圆线宽的要求；此外，装配结构中的垫圈可以循环使用，降低了生产成本。
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。
优选地，步骤(1)所述垫圈为不锈钢垫圈。
作为本发明优选的技术方案，对步骤(1)所述钛靶材进行焊接面加工。
优选地，对所述钛靶材焊接面进行车削螺纹处理。
优选地，所述车削螺纹处理采用金刚石刀片进行。
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。
本发明所述对钛靶材焊接面进行车削螺纹处理，可以在扩散焊接过程中将钛靶材焊接面上的螺纹嵌入背板内，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，从而有效提高了钛靶材和背板焊接面的结合度。
优选地，对所述螺纹进行区域螺纹深度检测。
本发明所述区域螺纹深度检测用于验证钛靶材焊接面螺纹深度是否均匀，避免螺纹深度不均导致的钛靶材和背板焊接结合度不高；而且，按照钛靶材焊接面由中心到边缘的方向，将钛靶材焊接面划分为了中心区域、中间区域和边缘区域，对钛靶材焊接面的三个区域进行区域螺纹深度检测，可以充分有效地判断螺纹深度是否均匀，为提高钛靶材和背板焊接结合度提供结构基础。
作为本发明优选的技术方案，对步骤(1)所述背板凹槽进行装配尺寸公差检测。当钛靶材为圆柱状时，需要对背板凹槽进行圆度检测。
优选地，步骤(1)所述背板凹槽的底面边缘处设有装配槽清角。
优选地，所述装配槽清角的宽度为1-2mm，例如1mm、1.2mm、1.4mm、1.5mm、1.7mm、1.9mm或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，所述装配槽清角的槽深为0.05-0.1mm，例如0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm或0.1mm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。
本发明所述背板凹槽的底面边缘处设有装配槽清角，可以有效地解除刀具车削后背板凹槽底面边缘处的圆弧状态，防止钛靶材放入背板凹槽中出现装配干涉的问题，保证了后续装配过程中钛靶材焊接面和背板凹槽底面的良好接触，为保证焊接结合度的质量要求提供结构基础。
作为本发明优选的技术方案，在步骤(2)所述装配处理之前，需要对步骤(1)所述钛靶材和背板进行清洗和干燥处理。
优选地，所述清洗处理包括超声波清洗和高压水枪冲洗。
优选地，所述超声波清洗的时间为5-20min，例如5min、8min、10min、12min、13min、15min、17min、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，所述超声波清洗的温度为50-100℃，例如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃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。
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，若干燥处理后的钛靶材在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包括超声波清洗、高压水枪冲洗和真空干燥，可以有效除去钛靶材和背板上的氧化层、灰尘、颗粒、水渍等，而且有效降低了钛靶材和背板被再次氧化的可能性，有利于提高钛靶材的质量和性能。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述包套为不锈钢包套和/或铝包套，本领域技术人员可以根据工艺需要进行合理地选择，优选为铝包套。
优选地，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。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述脱气处理的温度为300-400℃，例如300℃、320℃、340℃、350℃、370℃、390℃或400℃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为0.001-0.01Pa，例如0.001Pa、0.002Pa、0.004Pa、0.005Pa、0.007Pa、0.009Pa或0.01Pa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400-500℃，例如400℃、420℃、440℃、450℃、460℃、480℃或500℃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≥105MPa，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。
优选地，对步骤(4)扩散焊接得到的钛靶材组件依次进行机加工、尺寸检测、清洗干燥和包装出货。
作为本发明优选的技术方案，述扩散焊接方法包括如下步骤：
(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈，其中所述钛靶材的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈的面积和背板顶部环面的面积相等；
其中，对所述钛靶材焊接面采用金刚石刀片进行车削螺纹处理；对步骤(1)所述背板凹槽进行装配尺寸公差检测；
(2)将步骤(1)所述钛靶材和背板进行清洗和干燥处理之后，再将所述钛靶材放入背板的凹槽内，将所述垫圈围在所述钛靶材四周，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300-400℃，真空度为0.001-0.01Pa，时间为2-5h；
(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圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接；
其中，所述热等静压焊接的温度为400-500℃，压力≥105MPa，时间为3-8h；
(5)对步骤(4)扩散焊接得到的钛靶材组件依次进行机加工、尺寸检测、清洗干燥和包装出货。
本发明的目的之二在于提供一种利用目的之一所述的扩散焊接方法制备得到的钛靶材组件，所述钛靶材组件包括：带有凹槽的背板，凹槽内的钛靶材，钛靶材焊接面和背板凹槽底面通过扩散焊接形成的焊接层。
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通过加入垫圈改进了钛靶材和背板的装配结构，将钛靶材整个包裹起来，从而使得钛靶材受压均衡，提高了钛靶材和背板的焊接结合度，避免了晶粒异常长大的情况，达到了晶圆线宽的要求；经超声波C扫描成像探伤仪检测，钛靶材和背板的焊接结合度在99％以上；
(2)本发明所述扩散焊接方法采用的垫圈可以循环使用，降低了生产成本。
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中垫圈的立体结构示意图；
图3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4是本发明所述扩散焊接方法装配处理之后的结构示意图；
图5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6是由本发明所述扩散焊接方法得到的钛靶材组件的结构示意图；
图中：10-钛靶材，11-钛靶材焊接面上的螺纹，20-带有凹槽的背板，30-垫圈，40-包套，50-钛靶材组件。
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3至图6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3，步骤S1是准备钛靶材10、带有凹槽的背板20和垫圈30，其中钛靶材10的面积和背板凹槽的底面积相等，垫圈30的面积和背板顶部环面的面积相等；步骤S2是对钛靶材焊接面加工，具体为进行车削螺纹处理，然后进行清洗和干燥处理；
结合参考图1和图4，步骤S3是将钛靶材10放入背板的凹槽内，将垫圈30围在钛靶材10四周，完成装配处理，并放入包套40，如此装配处理可以将钛靶材10整个包裹起来，从而使得钛靶材10受压均衡，提高了钛靶材10和背板20的焊接结合度，避免了晶粒异常长大的情况，达到了晶圆线宽的要求；
结合参考图1和图5至图6，步骤S4是包套40封口后进行脱气处理，随后进行的步骤S5是对脱气处理后的包套40进行热等静压焊接，使得钛靶材10焊接面上的螺纹11嵌入背板中，并通过扩散焊接形成一个焊接层，然后去除包套40和垫圈30，完成扩散焊接，得到钛靶材组件50；步骤S6是对扩散焊接得到的钛靶材组件50依次进行机加工、尺寸检测、清洗干燥和包装出货。
实施例1
本实施例提供了一种钛靶材和背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：
(1)准备纯度4N且直径为300mm的圆柱状钛靶材10、带有凹槽的C46400背板20和不锈钢垫圈30，其中所述钛靶材10的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈30的面积和背板顶部环面的面积相等；对钛靶材焊接面采用金刚石刀片进行车削螺纹处理，所述螺纹11的凸起称为螺牙，其中所述螺纹11中相邻螺牙之间的距离为0.45mm，螺牙的高度为0.15mm；随后对所述螺纹11进行中心区域、中间区域和边缘区域的区域螺纹深度检测；
其中，带有凹槽的背板20在凹槽的底面边缘处设有装配槽清角，装配槽清角的宽度为1.3mm，槽深为0.07mm，并对背板凹槽进行装配尺寸公差检测；
(2)将步骤(1)得到的检测达标的钛靶材10和带有凹槽的背板20进行清洗和干燥处理，其中在70℃下超声波清洗10min，再进行高压水枪冲洗，然后在真空度＜0.01Pa条件下真空干燥50min，随后将钛靶材10放入背板的凹槽内，垫圈30围在钛靶材10四周，完成装配处理，然后再将整体放入铝包套40内；
(3)将步骤(2)得到的铝包套40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350℃，真空度为0.002Pa，时间为3h；
(4)将步骤(3)脱气后的铝包套40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450℃，压力为120MPa，时间为5h，完成热等静压焊接后去除铝包套40和不锈钢垫圈30，得到扩散焊接后的钛靶材组件50；
(5)对步骤(4)扩散焊接得到的钛靶材组件50依次进行机加工、尺寸检测、清洗干燥和包装出货。
实施例2
本实施例提供了一种钛靶材和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11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。
实施例3
本实施例提供了一种钛靶材和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11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。
实施例4
本实施例提供了一种钛靶材和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400℃，压力为105MPa，时间为8h”，其他条件和实施例1完全相同。
实施例5
本实施例提供了一种钛靶材和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500℃，压力为150MPa，时间为3h”，其他条件和实施例1完全相同。
实施例6
本实施例提供了一种钛靶材和背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：
(1)准备纯度4N5且直径为300mm的圆柱状钛靶材10、带有凹槽的C18200背板20和不锈钢垫圈30，其中所述钛靶材10的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈30的面积和背板顶部环面的面积相等；对钛靶材焊接面采用金刚石刀片进行车削螺纹处理，所述螺纹11的凸起称为螺牙，其中所述螺纹11中相邻螺牙之间的距离为0.35mm，螺牙的高度为0.1mm；随后对所述螺纹11进行中心区域、中间区域和边缘区域的区域螺纹深度检测；
其中，带有凹槽的背板20在凹槽的底面边缘处设有装配槽清角，装配槽清角的宽度为1mm，槽深为0.05mm，并对背板凹槽进行装配尺寸公差检测；
(2)将步骤(1)得到的检测达标的钛靶材10和带有凹槽的背板20进行清洗和干燥处理，其中在50℃下超声波清洗20min，再进行高压水枪冲洗，然后在真空度＜0.01Pa条件下真空干燥60min，随后将钛靶材10放入背板的凹槽内，垫圈30围在钛靶材10四周，完成装配处理，然后再将整体放入铝包套40内；
(3)将步骤(2)得到的铝包套40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300℃，真空度为0.001Pa，时间为5h；
(4)将步骤(3)脱气后的铝包套40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430℃，压力为110MPa，时间为6h，完成热等静压焊接后去除铝包套40和不锈钢垫圈30，得到扩散焊接后的钛靶材组件50；
(5)对步骤(4)扩散焊接得到的钛靶材组件50依次进行机加工、尺寸检测、清洗干燥和包装出货。
实施例7
本实施例提供了一种钛靶材和背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：
(1)准备纯度5N且直径为300mm的圆柱状钛靶材10、带有凹槽的C18150背板20和不锈钢垫圈30，其中所述钛靶材10的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈30的面积和背板顶部环面的面积相等；对钛靶材焊接面采用金刚石刀片进行车削螺纹处理，所述螺纹11的凸起称为螺牙，其中所述螺纹11中相邻螺牙之间的距离为0.5mm，螺牙的高度为0.2mm；随后对所述螺纹11进行中心区域、中间区域和边缘区域的区域螺纹深度检测；
其中，带有凹槽的背板20在凹槽的底面边缘处设有装配槽清角，装配槽清角的宽度为1.7mm，槽深为0.08mm，并对背板凹槽进行装配尺寸公差检测；
(2)将步骤(1)得到的检测达标的钛靶材10和带有凹槽的背板20进行清洗和干燥处理，其中在100℃下超声波清洗5min，再进行高压水枪冲洗，然后在真空度＜0.01Pa条件下真空干燥30min，随后将钛靶材10放入背板的凹槽内，垫圈30围在钛靶材10四周，完成装配处理，然后再将整体放入铝包套40内；
(3)将步骤(2)得到的铝包套40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400℃，真空度为0.01Pa，时间为2h；
(4)将步骤(3)脱气后的铝包套40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480℃，压力为105MPa，时间为4h，完成热等静压焊接后去除铝包套40和不锈钢垫圈30，得到扩散焊接后的钛靶材组件50；
(5)对步骤(4)扩散焊接得到的钛靶材组件50依次进行机加工、尺寸检测、清洗干燥和包装出货。
对比例1
本对比例提供了一种钛靶材和背板的扩散焊接方法，步骤(1)省去了不锈钢垫圈30，其他条件和实施例1完全相同。
钛靶材和背板的结合度测试
将上述实施例和对比例扩散焊接得到的钛靶材组件进行超声波C扫描成像探伤仪检测，用于对比参考的标样的具体检测条件如表1所示，而利用超声波C扫描成像探伤仪检测得到的各钛靶材组件的焊接结合度如表2所示。
表1
Figure BDA0002386259510000141
Figure BDA0002386259510000151
表2
钛靶材组件编号 焊接结合度
实施例1 99.8％
实施例2 99.5％
实施例3 99.2％
实施例4 99.4％
实施例5 99.6％
实施例6 99.5％
实施例7 99.7％
对比例1 89.4％
通过表2可以看出，本发明所述扩散焊接方法通过加入垫圈改进了钛靶材和背板的装配结构，使得钛靶材被背板和垫圈完全包裹起来，进而使得钛靶材受压均匀，全面提高了钛靶材和背板的焊接结合度，有效避免了晶粒异常长大的情况，达到了晶圆线宽的要求；经超声波C扫描成像探伤仪检测，钛靶材和背板的焊接结合度在99％以上；此外，所述扩散焊接方法采用的垫圈可以循环使用，降低了生产成本。
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)

1.一种钛靶材和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)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈，其中所述钛靶材的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈的面积和背板顶部环面的面积相等；
(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈围在所述钛靶材四周，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圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。
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)所述垫圈为不锈钢垫圈。
3.根据权利要求1或2所述的扩散焊接方法，其特征在于，对步骤(1)所述钛靶材进行焊接面加工；
优选地，对所述钛靶材焊接面进行车削螺纹处理；
优选地，所述车削螺纹处理采用金刚石刀片进行；
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；
优选地，对所述螺纹进行区域螺纹深度检测。
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，对步骤(1)所述背板凹槽进行装配尺寸公差检测；
优选地，步骤(1)所述背板凹槽的底面边缘处设有装配槽清角；
优选地，所述装配槽清角的宽度为1-2mm；
优选地，所述装配槽清角的槽深为0.05-0.1mm。
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，在步骤(2)所述装配处理之前，需要对步骤(1)所述钛靶材和背板进行清洗和干燥处理；
优选地，所述清洗处理包括超声波清洗和高压水枪冲洗；
优选地，所述超声波清洗的时间为5-20min；
优选地，所述超声波清洗的温度为50-100℃；
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。
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(2)所述包套为不锈钢包套和/或铝包套，优选为铝包套；
优选地，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。
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，步骤(3)所述脱气处理的温度为300-400℃；
优选地，步骤(3)所述脱气处理的真空度为0.001-0.01Pa；
优选地，步骤(3)所述脱气处理的时间为2-5h。
8.根据权利要求1至7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400-500℃；
优选地，步骤(4)所述热等静压焊接的压力≥105MPa；
优选地，步骤(4)所述热等静压焊接的时间为3-8h；
优选地，对步骤(4)扩散焊接得到的钛靶材组件依次进行机加工、尺寸检测、清洗干燥和包装出货。
9.根据权利要求1至8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)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈，其中所述钛靶材的面积和背板凹槽的底面积相等，所述垫圈的面积和背板顶部环面的面积相等；
其中，对所述钛靶材焊接面采用金刚石刀片进行车削螺纹处理；对步骤(1)所述背板凹槽进行装配尺寸公差检测；
(2)将步骤(1)所述钛靶材和背板进行清洗和干燥处理之后，再将所述钛靶材放入背板的凹槽内，将所述垫圈围在所述钛靶材四周，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300-400℃，真空度为0.001-0.01Pa，时间为2-5h；
(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圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接；
其中，所述热等静压焊接的温度为400-500℃，压力≥105MPa，时间为3-8h；
(5)对步骤(4)扩散焊接得到的钛靶材组件依次进行机加工、尺寸检测、清洗干燥和包装出货。
10.一种利用权利要求1至9任一项所述的扩散焊接方法制备得到的钛靶材组件。
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