CN112359331A - 一种平面绑定靶材及一种平面靶材的绑定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平面绑定靶材、及一种平面靶材的绑定方法。按照所述平面绑定靶材的厚度方向，所述平面绑定靶材依次包括：背板、第一导电粘结层、非磁性金属网、第二导电粘结层金属铟层和靶材；所述第一导电粘结层为通过PVD法镀制到所述背板上，所述第二导电粘结层为通过PVD法镀制到所述靶材上，所述铜网层为通过PVD法镀制到第一导电粘结层或第二导电粘结层上。所述平面靶材的绑定方法中，金属铟层通过PVD法涂布到背板与靶材之间，涂层均匀，且金属铟的用量仅为传统用量的1％‑20％，大大节省铟的用量，节约了靶材绑定的成本。

Description

一种平面绑定靶材及一种平面靶材的绑定方法
技术领域
本发明属于靶材制备技术领域，具体涉及一种平面绑定靶材、及一种平面靶材的绑定方法。
背景技术
平面靶材绑定，要求靶材的粘接面积要达到95％以上，绑定用材料有良好的浸润性、铺展性，还要有适当的熔点，同时粘接层需要有良好的导电、导热性能。目前常用的粘接材料为金属铟，绑定方法具体为，1)靶材表面镀一层1-5μm的镍涂层；2)靶材除镀镍面外，贴合高温胶带，防止后续绑定过程靶材被铟污染；3)将加热平台加热至160℃-200℃，将铜或钛背板置于加热平台上，绑定面朝上；4)采用超声波涂覆装置，在背板绑定面上涂覆熔融态的金属铟，厚度约100-500μm；5)将靶材镀镍面置于背板绑定面上，靶材完全浸润于熔融金属铟上；5)在靶材上表面放置负重部件，使平面靶受到重力作用，平面靶与背板在绑定焊料铟固化过程中，始终保持压紧状态，完成平面靶绑定。但该法存在如下几点不足：1)绑定过程需要对靶材绑定面以外的五个面贴合高温胶带，操作繁琐，不利于大规模批量生产；2)采用超声波涂覆装置涂覆铟层，铟层均匀性差，且容易造成浪费，提高了靶材成本；3)由于绑定过程中，靶材处于浸润状态，靶材与背板相对位置的定位困难，容易出现贴合位置不准确的问题导致返工。为解决上述技术问题，本发明提出一种平面靶材绑定方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明的目的在于提供一种平面绑定靶材及其绑定方法，本绑定方法操作简单，适合大批量生产，铟层覆盖均匀且易于定位。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种平面绑定靶材，按照所述平面绑定靶材的厚度方向，所述平面绑定靶材依次包括：背板、第一导电粘结层、非磁性金属网、第二导电粘结层金属铟层和靶材；所述第一导电粘结层为通过PVD法镀制到所述背板上，所述第二导电粘结层为通过PVD法镀制到所述靶材上，所述铜网层为通过PVD法镀制到第一导电粘结层或第二导电粘结层上。
在上述平面绑定靶材中，作为一种优选实施方式，所述第一导电粘结层为金属铟层或金属锡层或铟锡合金层；优选地，所述第二导电粘结层为金属铟层或金属锡层或铟锡合金层；
在上述平面绑定靶材中，作为一种优选实施方式，所述第一导电粘结层的厚度为1-10μm，优选为1-8μm，更优选为1-6μm，进一步优选为1-4μm，更优选为2-4μm。采用PVD法制备金属铟层等导电粘结层时，厚度最好控制在5μm内，若厚度过大时，膜层由于张力太大，容易开裂。
在上述平面绑定靶材中，作为一种优选实施方式，所述第二导电粘结层的厚度为1-10μm，优选为1-8μm，更优选为1-6μm，进一步优选为1-4μm，更优选为2-4μm。采用PVD法制备金属铟层等导电粘结层时，厚度最好控制在5μm内。若厚度过大时，膜层由于张力太大，容易开裂，例如铟层的导电粘结层会生长不牢固，从而造成脱靶隐患。
在上述平面绑定靶材中，作为一种优选实施方式，所述非磁性金属网为铜网层，所述铜网层的厚度为10-1000nm，优选地为50-500nm，优选地为100-300nm；所述铜网层的网孔为20-120目。
在上述平面绑定靶材中，作为一种优选实施方式，所述靶材为陶瓷材料时，所述第二金属铟层和靶材之间具有金属镍层。
一种平面靶材的绑定方法，包括：
步骤(1)：采用PVD法，在背板绑定面上制备第一导电粘结层，得到背板组件；
步骤(2)：采用PVD法，在平面靶材绑定面上制备第二导电粘结层金，之后在所述第二金属铟层上制备非磁性金属网，得到靶材组件；
步骤(3)：将所述靶材组件置于背板组件上且使得所述第一金属铟层与非磁性金属网接触，然后将所述背板组件加热，待所述第一导电粘结层和所述第二导电粘结层达到熔融状态时，停止所述加热，所述背板组件和背板组件进行自然冷却，待所述第一导电粘结层和第二导电粘结层凝固粘合后，即可。
或者，所述平面靶材的绑定方法，包括：
步骤(1’)：采用PVD法，在背板绑定面上制备第一导电粘结层，之后在所述第一金属铟层上制备非磁性金属网，得到背板组件；
步骤(2’)：采用PVD法，在平面靶材绑定面上制备第二导电粘结层，得到靶材组件；
步骤(3’)：将所述靶材组件置于背板组件上且使得所述第二导电粘结层与非磁性金属网接触，然后将所述背板组件加热，待所述第一导电粘结层和所述第二导电粘结层达到熔融状态时，停止所述加热且所述背板组件和背板组件进行自然冷却，待所述第一导电粘结层和第二导电粘结层凝固粘合后，即可。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(1)和步骤(1’)中，所述PVD法为真空镀膜法；优选地，所述PVD法为真空蒸发法、磁控溅射法和离子镀法中的任一种。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(1)和步骤(1’)中，所述背板的材料为铜或钛；所述背板的材料也可以是其他适合做背板的金属材料。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(1)和步骤(1’)中，所述第一导电粘结层为金属铟层或金属锡层或铟锡合金层；优选地，所述第一导电粘结层的厚度为1-10μm，优选为1-8μm，更优选为1-6μm，进一步优选为1-4μm，更优选为2-4μm。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(1)和步骤(1’)中，所述第二导电粘结层为金属铟层或金属锡层或铟锡合金层；优选地，所述第二导电粘结层的厚度为1-10μm，优选为1-8μm，更优选为2-6μm，进一步优选为1-4μm，更优选为2-4μm。
在上述平面绑定靶材中，作为一种优选实施方式，在所述步骤(1)和步骤(1’)中，所述非磁性金属网为铜网层。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(2)和步骤(2’)中，当所述靶材为金属材料时，直接在平面靶材绑定面上制备第二导电粘结层；当所述靶材为陶瓷材料时，先在平面靶材绑定面上制备金属过渡层，然后再在所述金属过渡层上制备第二导电粘结层；优选地，所述金属过渡层为金属镍层、镍铬层、钛层、银层、铜层等，所述金属过渡层可加强陶瓷靶材与金属铟层的结合强度，防止由于陶瓷材质与金属铟层结构差异较大、结合力弱，而容易脱落导致失效；优选地，采用电镀或化学镀制备所述金属过渡层；所述金属过渡层的厚度为1-10μm；优选地，所述金属过渡层的厚度为1-5μm。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(2)中，在所述第二导电粘结层上制备铜网层之前，在所述第二导电粘结层上贴合掩膜，之后再在所述掩膜上制备铜网层；所述掩膜为网状，可助于将铜镀到指定区域，形成铜网状膜层(即铜网层)。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(2)和步骤(2’)中，所述铜网层的制备采用PVD法，所述PVD法为真空镀膜法；优选地，所述PVD法为真空蒸发法、磁控溅射法和离子镀法中的任一种。本发明设置铜网层的目的有两方面：一方面对被绑定物起到支撑作用，另一方面在金属铟层制备和后续加热过程容易产生气泡，铜网可以有效地消除和切割气泡，从而消除由于气泡导致焊合不牢的问题。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(2)和步骤(2’)中，所述铜网层的厚度为10-1000nm，优选地为50-500nm，优选地为100-300nm；所述铜网层的网孔为20-120目。在本发明中，掩膜版上有网状图案(可以自行设计网孔大小)，贴合到靶材表面，利用PVD法在指定区域镀膜，形成铜网层，因此，本发明铜网层网孔的大小易于控制(主要通过掩膜版来控制，其中，掩膜可遮挡靶材表面不需要沉积涂层的部分，从而按照掩膜图案在靶材表面制备铜网，当获得铜网涂层时，除去掩膜即可)。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(3)和步骤(3’)中，给与所述靶材组件向下的压力，优选地，所述靶材组件上表面设置有负重部件，使得平面靶材受到重力作用，靶材组件与背板组件焊合过程中，始终保持压紧状态；所述负重部件的重量即所述靶材组件受到向下的压力随靶材尺寸增大而增加，优选地，所述负重部件的重量为5kg-50kg(即压力为50N-500N)。
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(3)和步骤(3’)中，所述加热的温度为150-200℃，(若温度过低，铟层不能达到熔融状态，靶材组件和背板组件不能焊合在一起，若温度过高，铟层完全融化，在焊合过程中容易溢出)，优选为150℃-190℃，优选为160℃-170℃；
在上述平面靶材的绑定方法中，作为一种优选的实施方式，在所述步骤(3)步骤(3’)中，所述靶材组件受到的所述向下压力的持续的时间为2-24h，优选为4-16h，优选为6-12h，优选为8-10h。
现有技术中靶材在焊合时，是浸润在铟溶液中，所以在靶材焊合面外的其他五个面不可避免会受到污染；本发明中，因为在加热之前，铟是以涂层的形式存在于靶材表面，只有加热之后才会形成熔融状态与背板焊合，所以相对现有技术，本技术对靶材其他面几乎没有污染。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)该方法金属铟层通过PVD法涂布到背板与靶材之间，涂层均匀，且金属铟的用量仅为传统用量的1％-20％，大大节省铟的用量，节约了靶材绑定的成本。本方法铟层是利用PVD发沉积到背板及靶材绑定面的，此时靶材和背板定位时，铟呈固体膜层状，不影响靶材和背板的定位。
(2)本发明提供的平面靶材绑定方法中金属粘结层(绑定层，如铟层)处于熔融状态，二者在焊合过程时，不会对靶材绑定面以外的其他五面造成污染，不需要贴合高温胶带，操作简单，易于定位，适合大规模批量生产。
(3)因PVD法制备铟层等导电粘结层时，厚度基本做到5μm以内，因此本发明采用两层导电粘结层可大大地增加绑定的牢固程度。
附图说明
图1是本发明实例1所述绑定方法所得平面靶绑定产品的横截面示意图；
图2是本发明实例2所述绑定方法所得平面靶绑定产品的横截面示意图。
具体实施方式
为了突出表达本发明的目的、技术方案及优点，下面结合实施例对本发明进一步说明，示例通过本发明的解释方式表述而非限制本发明。本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
实施例1：
一种平面靶材的绑定方法，包括如下步骤：
步骤一，以铜作为背板1材料，采用真空蒸发镀的镀膜装置在背板1上沉积金属铟层2，得到背板组件7。镀膜装置的蒸发源温度为800℃(温度范围700-900℃，优选的750℃-850℃)。金属铟层2的厚度为3μm。
步骤二，采用真空蒸发镀的镀膜装置在平面金属靶材5上沉积金属铟层4。蒸发源温度为800℃(温度范围700-900℃，优选的750℃-850℃)。金属铟层4的厚度为3μm。
步骤三，在步骤二获得的金属铟层4上贴合掩膜，采用磁控溅射装置在金属铟层4上制备铜网层3，得到平面金属靶材组件8-1。铜网层3厚度为200nm。铜网层3的网孔为60目。
步骤四，将由步骤一(1)制备的背板组件7置于加热平台上，背板组件7镀铟面朝上。将由步骤三制备的平面金属靶材组件8-1置于背板组件7上。靶材组件8-1的铜网层3与背板组件7的金属铟层2接触。背板组件7和平面金属靶材组件8-1按尺寸要求精确定位。所述加热平台温度加热至180℃。
步骤五，在平面金属靶材组件8-1上表面设置负重部件，使平面金属靶材受到重力作用，平面金属靶材组件8-1与背板组件7焊合过程中，始终保持压紧状态。该过程所需时间为4h。
步骤六，降温，平面金属靶材组件8-1与背板组件7通过金属铟层2和金属铟层4完全焊合后，加热平台断电，自然冷却。完成平面金属靶材绑定。平面金属靶材绑定结构示意图见图1。
实施例2
一种平面靶材的绑定方法，包括如下步骤：
步骤一，以铜作为背板1材料，采用蒸空蒸发镀的镀膜装置在背板1上沉积金属铟层2，得到背板组件7。蒸发源温度为800℃(温度范围700-900℃，优选的750℃-850℃)。金属铟层2的厚度为3μm。
步骤二，采用电镀法在平面陶瓷靶材5上沉积金属层镍层6。金属镍层6厚度5μm。
步骤三，采用蒸空蒸发镀的镀膜装置在步骤二制得的金属镍层6上沉积金属铟层4。蒸发源温度为800℃(温度范围700-900℃，优选的750℃-850℃)。金属铟层2的厚度为3μm。
步骤四，在步骤三获得的金属铟层4上贴合掩膜，采用磁控溅射装置在金属铟层4上制备铜网层3，得到平面陶瓷靶材组件8-2。铜网层3厚度为200nm。
步骤五，将由步骤一制备的背板组件7置于加热平台上，背板组件7镀铟面朝上。将由步骤四制备的平面陶瓷靶材组件8-2置于背板组件7上。平面陶瓷靶材组件8-2的铜网层3与组件7的金属铟层2接触。背板组件7和平面陶瓷靶材组件8-2按尺寸要求精确定位。所述加热平台温度加热至180℃。
步骤六，在平面陶瓷靶材组件8-2上表面设置负重部件，使平面陶瓷靶材受到重力作用，平面陶瓷靶材组件8-2与背板组件7焊合过程中，始终保持压紧状态。该过程所需时间为4h。
步骤七，降温，平面陶瓷靶材组件8-2与背板组件7通过金属铟层2和金属铟层4完全焊合后，加热平台断电，自然冷却。完成平面陶瓷靶材绑定。平面陶瓷靶材绑定结构示意图见图2。
对比例
1)靶材表面镀一层5μm的镍涂层，除镀镍面外，靶材其他面贴合高温胶带，防止后续绑定过程靶材被铟污染；2)采用超声波涂覆装置，在背板绑定面上涂覆熔融态的金属铟，厚度约300μm；3)将加热平台加热至180℃，将铜背板置于加热平台上，绑定面朝上；4)将靶材镀镍面置于背板绑定面上，靶材完全浸润于熔融金属铟上；5)在靶材上表面放置负重部件，使平面靶受到重力作用，平面靶与背板在绑定焊料铟固化过程中，始终保持压紧状态，完成平面靶绑定。
本发明实施例采用PVD法制做粘合材料，可以精确控制粘合材料涂层的厚度，在较小涂层厚度时即可以达到比传统工艺更好的均匀性，且覆盖率高；另外，与对比例采用超声波涂覆装置将粘合材料涂覆在背板和靶材之间的传统方法相比，对比例中传统方法制作的粘合材料只是物理结合，而本发明的PVD法在制作粘合材料如金属铟层时，部分铟离子会镶嵌到靶材和背板的浅表层，除了有物理结合，还有可能存在化学键结合(与靶材材料有关)，结合也更加牢固。

Claims (10)

1.一种平面绑定靶材，其特征在于，按照所述平面绑定靶材的厚度方向，所述平面绑定靶材依次包括：背板、第一导电粘结层、非磁性金属网、第二导电粘结层金属铟层和靶材；所述第一导电粘结层为通过PVD法镀制到所述背板上，所述第二导电粘结层为通过PVD法镀制到所述靶材上，所述铜网层为通过PVD法镀制到第一导电粘结层或第二导电粘结层上。
2.根据权利要求1所述的平面绑定靶材，其特征在于，所述第一导电粘结层为金属铟层或金属锡层或铟锡合金层；优选地，所述第二导电粘结层为金属铟层或金属锡层或铟锡合金层；
优选地，所述第一导电粘结层的厚度为1-10μm，优选为1-8μm，更优选为1-6μm，进一步优选为1-4μm，更优选为2-4μm；
优选地，所述第二导电粘结层的厚度为1-10μm，优选为1-8μm，更优选为1-6μm，进一步优选为1-4μm，更优选为2-4μm。
3.根据权利要求1所述的平面绑定靶材，其特征在于，所述非磁性金属网为铜网层，所述铜网层的厚度为10-1000nm，优选地为50-500nm，优选地为100-300nm；所述铜网层的网孔为20-120目；
优选地，所述靶材为陶瓷材料时，所述第二金属铟层和靶材之间具有金属镍层。
4.一种平面靶材的绑定方法，其特征在于，包括：
步骤(1)：采用PVD法，在背板绑定面上制备第一导电粘结层，得到背板组件；
步骤(2)：采用PVD法，在平面靶材绑定面上制备第二导电粘结层金，之后在所述第二金属铟层上制备非磁性金属网，得到靶材组件；
步骤(3)：将所述靶材组件置于背板组件上且使得所述第一金属铟层与非磁性金属网接触，然后将所述背板组件加热，待所述第一导电粘结层和所述第二导电粘结层达到熔融状态时，停止所述加热，所述背板组件和背板组件进行自然冷却，待所述第一导电粘结层和第二导电粘结层凝固粘合后，即可。
或者，所述平面靶材的绑定方法，包括：
步骤(1’)：采用PVD法，在背板绑定面上制备第一导电粘结层，之后在所述第一金属铟层上制备非磁性金属网，得到背板组件；
步骤(2’)：采用PVD法，在平面靶材绑定面上制备第二导电粘结层，得到靶材组件；
步骤(3’)：将所述靶材组件置于背板组件上且使得所述第二导电粘结层与非磁性金属网接触，然后将所述背板组件加热，待所述第一导电粘结层和所述第二导电粘结层达到熔融状态时，停止所述加热且所述背板组件和背板组件进行自然冷却，待所述第一导电粘结层和第二导电粘结层凝固粘合后，即可。
5.根据权利要求4所述的平面靶材的绑定方法，其特征在于，在所述步骤(1)和步骤(1’)中，所述PVD法为真空镀膜法；优选地，所述PVD法为真空蒸发法、磁控溅射法和离子镀法中的任一种；
优选地，在所述步骤(1)和步骤(1’)中，所述背板的材料为铜或钛。
6.根据权利要求4所述的平面靶材的绑定方法，其特征在于，在所述步骤(1)和步骤(1’)中，所述第一导电粘结层为金属铟层或金属锡层或铟锡合金层；优选地，所述第一导电粘结层的厚度为1-10μm，优选为1-8μm，更优选为1-6μm，进一步优选为1-4μm，更优选为2-4μm；
优选地，所述第二导电粘结层为金属铟层或金属锡层或铟锡合金层；优选地，所述第二导电粘结层的厚度为1-10μm，优选为1-8μm，更优选为2-6μm，进一步优选为1-4μm，更优选为2-4μm；
优选地，在所述步骤(1)和步骤(1’)中，所述非磁性金属网为铜网层。
7.根据权利要求4所述的平面靶材的绑定方法，其特征在于，在所述步骤(2)和步骤(2’)中，当所述靶材为金属材料时，直接在平面靶材绑定面上制备第二导电粘结层；当所述靶材为陶瓷材料时，先在平面靶材绑定面上制备金属过渡层，然后再在所述金属过渡层上制备第二导电粘结层；
优选地，所述金属过渡层为金属镍层、镍铬层、钛层、银层、铜层；
优选地，采用电镀或化学镀制备所述金属过渡层；所述金属过渡层的厚度为1-10μm；优选地，所述金属过渡层的厚度为1-5μm。
8.根据权利要求4所述的平面靶材的绑定方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，在所述第二导电粘结层上制备铜网层之前，在所述第二导电粘结层上贴合掩膜，之后再在所述掩膜上制备铜网层；所述掩膜为网状；
优选地，在所述步骤(2)和步骤(2’)中，所述铜网层的制备采用PVD法，所述PVD法为真空镀膜法；优选地，所述PVD法为真空蒸发法、磁控溅射法和离子镀法中的任一种。
9.根据权利要求4所述的平面靶材的绑定方法，其特征在于，在所述步骤(2)和步骤(2’)中，所述铜网层的厚度为10-1000nm，优选地为50-500nm，优选地为100-300nm；所述铜网层的网孔为20-120目。
10.根据权利要求4所述的平面靶材的绑定方法，其特征在于，在所述步骤(3)和步骤(3’)中，给与所述靶材组件向下的压力，优选地，所述靶材组件上表面设置有负重部件；优选地，所述负重部件的重量为5kg-50kg；
优选地，在所述步骤(3)和步骤(3’)中，所述加热的温度为150-200℃，优选为150℃-190℃，优选为160℃-170℃；
优选地，在所述步骤(3)步骤(3’)中，所述靶材组件受到的所述向下压力的持续的时间为2-24h，优选为4-16h，优选为6-12h，优选为8-10h。
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