CN112475676B - 一种钽靶材焊接面的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钽靶材焊接面的处理方法，钽靶材焊接面由从外到内的第一圆环、第二圆环和圆面组成；所述处理方法包括：对所述第一圆环进行熔射处理，对所述第二圆环进行喷砂处理，对所述圆面依次进行喷砂处理和熔射处理。本发明提供的处理方法，通过采用对不同的焊接区域采用不同的处理方法，使得到的钽靶材和背板焊接的焊接结合率高达98.5％以上，同时也改善了焊接后焊接面的应力分布，使的应力分布更加均匀。

Description

一种钽靶材焊接面的处理方法
技术领域
本发明涉及靶材焊接领域，具体涉及一种钽靶材焊接面的处理方法。
背景技术
物理气相沉积是把金属或金属的化合物以薄膜的形式沉积到硅片或其他的基板上，并随后通过光刻与腐蚀等工艺的配合，最终形成半导体芯片中复杂的配线结构。通常物理气相沉积是通过溅射机台来完成的，溅射靶材就是用于上述工艺中的一个非常重要的关键耗材。常见的溅射靶材有高纯度Ta，还有Ti、Al、Co或Cu等有色金属。
目前，钽靶材由于其高效的容错性，在靶材领域日显重要，然而靶材在使用过程中通常需要和背板焊接在一起，而焊接的时候，通常会采用热等静压焊接或其他焊接方法，如CN107511599A公开了一种钽靶材组件的焊接方法，包括：提供钽靶材和铜背板，钽靶材具有第一焊面，铜背板具有第二焊面；在第一焊面形成粘结层，粘结层的熔点小于钽靶材的熔点；在粘结层表面形成熔融的第一焊料层，粘结层的熔点大于第一焊料层的熔点；在第二焊面形成熔融的第二焊料层，粘结层的熔点大于第二焊料层的熔点；将所述钽靶材和铜背板压合，第一焊料层和第二焊料层接触；将所述钽靶材和铜背板压合后，进行冷却处理。由于在第一焊面形成粘结层，且粘结层的熔点小于钽靶材的熔点且大于第一焊料层和第二焊料层的熔点，因此使得冷却处理后钽靶材与第一焊料层和第二焊料层的焊接强度增强。从而使得钽靶材和铜背板的焊接强度增强。且使得铜背板能够重复利用。
CN111195757A公开了一种钽靶材与铜背板的钎焊方法，所述钎焊方法包括如下步骤：(1)矫正钽靶材翘曲度，使靶材的平面度≤0.2mm；(2)钽靶材与铜背板的焊接面分别独立的进行表面喷砂处理；(3)分别独立地对钽靶材与铜背板喷砂处理后的焊接面进行镀镍处理；(4)钎焊连接进行镀镍处理后的钽靶材与铜背板，完成钽靶材与铜背板的钎焊焊接。通过喷砂处理提高了焊接面的粗糙度，通过镀镍处理使钽靶材与铜背板进行有效结合，从而提高了钽靶材与铜背板的焊接效果。
然而现有焊接方法焊接过程中由于不同位置焊接温度差异导致焊料活性差异较大所带来的焊接结合率低及焊接面应力分布差带来的脱焊问题等。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种钽靶材焊接面的处理方法，本发明提供的处理方法，可以使的钽靶材和背板焊接后具有良好的焊接结合率，焊接结合率高达98.5％以上，同时也改善了焊接后焊接面的应力分布，使得应力分布更加均匀。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种钽靶材焊接面的处理方法，钽靶材焊接面由从外到内的第一圆环、第二圆环和圆面组成；所述处理方法包括：对所述第一圆环进行熔射处理，对所述第二圆环进行喷砂处理，对所述圆面依次进行喷砂处理和熔射处理。
本发明提供的处理方法，通过采用对不同的焊接区域采用不同的处理方法，使的得到的钽靶材和背板焊接的焊接结合率高达98.5％以上，同时也改善了焊接后焊接面的应力分布，使的应力分布更加均匀。进一步地，通过在边缘和中间区域采用熔射在表面形成熔射层，在焊接时，焊料可以与表面的熔射层进行熔合进而强化焊接效果，使得靶材和背板的焊接结合率进一步提升。
本发明中所述钽靶材的焊接面为平面。
作为本发明优选的技术方案，所述第一圆环的面积为焊接面总面积的20-30％，例如可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二圆环的面积为焊接面总面积的35-50％，例如可以是35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述圆面的面积为焊接面总面积的20-45％，例如可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％或45％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述第一圆环、第二圆环和圆面的面积之和为100％，沿径向从外到内分布，所述第一圆环、第二圆环和圆面的划分为在焊接面表面划定不同的区域，通过遮蔽等手段进行不同区域的作业。
作为本发明优选的技术方案，所述第一圆环进行熔射处理的电流为220-240A，例如可以是220A、221A、222A、223A、224A、225A、226A、227A、228A、229A、230A、231A、232A、233A、234A、235A、236A、237A、238A、239A或240A等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一圆环进行熔射处理的电压为33-50V，例如可以是33V、34V、35V、36V、37V、38V、39V、40V、41V、42V、43V、44V、45V、46V、47V、48V、49V或50V等，但不限于所列举的数值，该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，所述第一圆环进行熔射处理的金属源包括5-15μm的Ni基合金粉末，例如可以是5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述镍基合金粉可以是IN625、IN718、IN738LC、Hastelloy X、Waspaloy等。
优选地，所述第一圆环进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为30-45μm，例如可以是30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm或45μm等，但不限于所列举的数值，该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，所述第二圆环进行喷砂处理的砂料包括24#白刚玉和/或26#白刚玉。
作为本发明优选的技术方案，所述第二圆环进行喷砂处理后的表面粗糙度为8-10μm，例如可以是8μm、8.1μm、8.2μm、8.3μm、8.4μm、8.5μm、8.6μm、8.7μm、8.8μm、8.9μm、9μm、9.1μm、9.2μm、9.3μm、9.4μm、9.5μm、9.6μm、9.7μm、9.8μm、9.9μm或10μm等，但不限于所列举的数值，该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，所述圆面进行喷砂处理中的砂料包括50#石英砂。
作为本发明优选的技术方案，所述圆面进行喷砂处理的终点为表面粗糙度为15-35μm，例如可以是15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm、31μm、32μm、33μm、34μm或35μm等，但不限于所列举的数值，该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，所述圆面进行熔射处理的电流为230-250A，例如可以是230A、231A、232A、233A、234A、235A、236A、237A、238A、239A、240A、241A、242A、243A、244A、245A、246A、247A、248A、249A或250A等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述圆面进行熔射处理的电压为30-45V，考虑可以是30V、31V、32V、33V、34V、35V、36V、37V、38V、39V、40V、41V、42V、43V、44V或45V等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述圆面进行熔射处理中的金属源为5-10μm的铝粉，例如可以是5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm或10μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述圆面进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为20-30μm，例如可以是20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm或30μm等，但不限于所列举的数值，该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，钽靶材焊接面由从外到内的第一圆环、第二圆环和圆面组成；所述处理方法包括：对所述第一圆环进行熔射处理，对所述第二圆环进行喷砂处理，对所述圆面依次进行喷砂处理和熔射处理；
所述第一圆环的面积为焊接面总面积的20-30％；
所述第二圆环的面积为焊接面总面积的35-50％；
所述圆面的面积为焊接面总面积的20-45％；
所述第一圆环进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为30-45μm；
所述第二圆环进行喷砂处理后的表面粗糙度为8-10μm；
所述圆面进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为20-30μm。
本发明中，与钽靶材进行焊接的背板可以是铜背板、铝背板或其他合金背板等。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的处理方法，通过采用对不同的焊接区域采用不同的处理方法，使得到的钽靶材和背板焊接后具有高达98.5％以上的焊接结合率，同时也改善了焊接后焊接面的应力分布，使得应力分布更加均匀。
(2)通过在边缘和中间区域采用熔射在表面形成熔射层，在焊接时，焊料可以与表面的熔射层进行熔合进而强化焊接效果，使得靶材和背板的焊接结合率进一步提升。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种钽靶材焊接面的处理方法，钽靶材焊接面由从外到内的第一圆环、第二圆环和圆面组成；所述处理方法包括：对所述第一圆环进行熔射处理，对所述第二圆环进行喷砂处理，对所述圆面依次进行喷砂处理和熔射处理；
所述第一圆环的面积为焊接面总面积的25％；
所述第二圆环的面积为焊接面总面积的42％；
所述圆面的面积为焊接面总面积的33％；
所述第一圆环进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为37μm，熔射处理的电流为230A，熔射处理的电压为40V，熔射处理的金属源为6-10μm的Ni基合金粉末(IN625)；
所述第二圆环进行喷砂处理后的表面粗糙度为9μm，喷砂处理的砂料为24#白刚玉；
所述圆面进行喷砂处理的终点为表面粗糙度为22μm，砂料为50#石英砂；
所述圆面进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为25μm，熔射处理的电流为240A，熔射处理的电压为38V，熔射处理中的金属源为5-7μm的铝粉。
将所得靶材和铜背板进行焊接，焊接结合率为99％。
实施例2
本实施例提供一种钽靶材焊接面的处理方法，钽靶材焊接面由从外到内的第一圆环、第二圆环和圆面组成；所述处理方法包括：对所述第一圆环进行熔射处理，对所述第二圆环进行喷砂处理，对所述圆面依次进行喷砂处理和熔射处理；
所述第一圆环的面积为焊接面总面积的30％；
所述第二圆环的面积为焊接面总面积的48％；
所述圆面的面积为焊接面总面积的22％；
所述第一圆环进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为30μm，熔射处理的电流为220A，熔射处理的电压为33V，熔射处理的金属源包括5-7μm的Ni基合金粉末(IN718)；
所述第二圆环进行喷砂处理后的表面粗糙度为10μm，喷砂处理的砂料为26#白刚玉；
所述圆面进行喷砂处理的终点为表面粗糙度为35μm，砂料为50#石英砂；
所述圆面进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为20μm，熔射处理的电流为250A，熔射处理的电压为45V，熔射处理中的金属源为8-10μm的铝粉。
将所得靶材和铝合金背板进行焊接，焊接结合率为98.5％。
实施例3
本实施例提供一种钽靶材焊接面的处理方法，钽靶材焊接面由从外到内的第一圆环、第二圆环和圆面组成；所述处理方法包括：对所述第一圆环进行熔射处理，对所述第二圆环进行喷砂处理，对所述圆面依次进行喷砂处理和熔射处理；
所述第一圆环的面积为焊接面总面积的20％；
所述第二圆环的面积为焊接面总面积的35％；
所述圆面的面积为焊接面总面积的45％；
所述第一圆环进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为40μm，熔射处理的电流为240A，熔射处理的电压为50V，熔射处理的金属源包括10-15μm的Ni基合金粉末(IN738LC)；
所述第二圆环进行喷砂处理后的表面粗糙度为8μm，喷砂处理的砂料为24#白刚玉；
所述圆面进行喷砂处理的终点为表面粗糙度为15μm，砂料为50#石英砂；
所述圆面进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为30μm，熔射处理的电流为230A，熔射处理的电压为30V，熔射处理中的金属源为5-8μm的铝粉。
将所得靶材和铝背板进行焊接，焊接结合率为99.5％。
对比例1
与实施例1的区别仅在于将第一圆环的熔射处理替换为喷砂处理，将所得靶材和铜背板进行焊接，焊接结合率为95％。
对比例2
与实施例1的区别仅在于将第二圆环的喷砂处理替换为熔射处理，将所得靶材和铜背板进行焊接，焊接结合率为96％。
对比例3
与实施例1的区别仅在于圆面不进行熔射处理，将所得靶材和铜背板进行焊接，焊接结合率为94％。
对比例4
与实施例1的区别仅在于圆面不进行喷砂处理，将所得靶材和铜背板进行焊接，焊接结合率为95％。
对比例6
与实施例1的区别仅在于第一圆环中熔射金属层的厚度为100μm，将所得靶材和铜背板进行焊接，焊接结合率为91％，熔射金属层过厚，不利于背板和熔射层进行熔合，降低了焊接强度。
对比例7
与实施例1的区别仅在于第一圆环中熔射金属层的厚度为10μm，将所得靶材和铜背板进行焊接，焊接结合率为93％。
对比例8
与实施例1的区别仅在于圆面中熔射金属层的厚度为50μm，将所得靶材和铜背板进行焊接，焊接结合率为97％。
对比例9
与实施例1的区别仅在于圆面中熔射金属层的厚度为5μm，将所得靶材和铜背板进行焊接，焊接结合率为96％。
上述实施例和对比例中靶材和背板的焊接皆采用热等静压的方法进行焊接，焊接条件相同。
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明提供的处理方法，通过采用对不同的焊接区域采用不同的处理方法，使的钽靶材和背板焊接后具有良好的焊接结合率，焊接结合率高达98.5％以上，同时也改善了焊接后焊接面的应力分布，使得应力分布更加均匀。进一步地，通过在边缘和中间区域采用熔射在表面形成熔射层，在焊接时，焊料可以与表面的熔射层进行熔合进而强化焊接效果，使得靶材和背板的焊接结合率进一步提升。
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 (17)

1.一种钽靶材焊接面的处理方法，其特征在于，钽靶材焊接面由从外到内的第一圆环、第二圆环和圆面组成；所述处理方法包括：对所述第一圆环进行熔射处理，对所述第二圆环进行喷砂处理，对所述圆面依次进行喷砂处理和熔射处理。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第一圆环的面积为焊接面总面积的20-30％。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第二圆环的面积为焊接面总面积的35-50％。
4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述圆面的面积为焊接面总面积的20-45％。
5.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第一圆环进行熔射处理的电流为220-240A。
6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第一圆环进行熔射处理的电压为33-50V。
7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第一圆环进行熔射处理的金属源包括5-15μm的Ni基合金粉末。
8.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第一圆环进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为30-45μm。
9.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第二圆环进行喷砂处理的砂料包括24#白刚玉和/或26#白刚玉。
10.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第二圆环进行喷砂处理后的表面粗糙度为8-10μm。
11.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述圆面进行喷砂处理中的砂料包括50#石英砂。
12.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述圆面进行喷砂处理的终点为表面粗糙度为15-35μm。
13.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述圆面进行熔射处理的电流为230-250A。
14.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述圆面进行熔射处理的电压为30-45V。
15.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述圆面进行熔射处理中的金属源为5-10μm的铝粉。
16.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述圆面进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为20-30μm。
17.如权利要求1-16任一项所述的处理方法，其特征在于，钽靶材焊接面由从外到内的第一圆环、第二圆环和圆面组成；所述处理方法包括：对所述第一圆环进行熔射处理，对所述第二圆环进行喷砂处理，对所述圆面依次进行喷砂处理和熔射处理；
所述第一圆环的面积为焊接面总面积的20-30％；
所述第二圆环的面积为焊接面总面积的35-50％；
所述圆面的面积为焊接面总面积的20-45％；
所述第一圆环进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为30-45μm；
所述第二圆环进行喷砂处理后的表面粗糙度为8-10μm；
所述圆面进行熔射处理的终点为熔射金属层的厚度为20-30μm。
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