CN112676782B - 一种钛靶材与铜背板的装配方法 - Google Patents
一种钛靶材与铜背板的装配方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种钛靶材与铜背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：(1)对钛靶材、中间层以及铜背板进行预处理；(2)对表面处理后的所述钛靶材、中间层以及铜背板进行装配并焊接；(3)对所述铜背板开设散热水道；(4)对装配后的靶材、中间层以及铜背板表面进行喷砂处理以及熔射处理。所述装配方法使得钛靶材与铜背板的结合率高，个体缺陷率低，冷却水道的设计提高了装配后的靶材的使用性能。
Description
技术领域
本发明属于靶材的装配领域，涉及一种钛靶材与铜背板的装配方法。
背景技术
溅射靶材铜背板(Sputtering Target Back Plate，BP)：金属溅射靶材是溅射沉积技术中用做阴极的材料。该阴极材料在溅射机台中被带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。由于金属溅射靶材往往是高纯的铝、铜、钛、镍、钽及贵金属等比较贵重的材料，所以在其制造时常常使用比较普通的材料来作为铜背板。铜背板起到支撑靶材、冷却、降低成本等作用，常用的材料有铝合金(ALBP)、铜合金(CUBP)等。
热等静压机(Hot Isostatic Press，简称HIP)：热等静压机是利用热等静压技术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，形成高致密度坯料(或零件)的方法的仪器设备。热等静压机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设备。
包套：一种密闭容器，用来放置制品，焊接后需将包套抽真空至一定真空度才能进行热等静压，如生产过程中漏气会导致包套鼓包膨胀。
CN110565057A公开了一种TFT靶材与铜铜背板的绑定方法，包括如下步骤：1)材料准备，以备用；2)加热预处理：对靶坯和铜背板同时进行加热；3)金属化预处理：对靶坯和铜背板进行超声波涂铟预处理；4)绑定贴合处理：向铜背板的焊接面注入铟焊料，调整靶坯位置，使靶坯呈一定倾斜角度贴合于铜背板的绑定区域。所述方法适用于TFT靶材，但在钛靶材的应用上效果欠佳。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种钛靶材与铜背板的装配方法，所述装配方法使得钛靶材与铜背板的结合率高，个体缺陷率低，冷却水道的设计提高了装配后的靶材的使用性能。
为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种钛靶材与铜背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材、中间层以及铜背板进行预处理；
(2)对表面处理后的所述钛靶材、中间层以及铜背板进行装配并焊接；
(3)对所述铜背板开设散热水道；
(4)对装配后的靶材、中间层以及铜背板表面进行喷砂处理以及熔射处理。
作为本发明优选的技术方案，所述钛靶材的预处理方法包括：对所述靶材的焊接面车削端面螺纹，对所述靶材的焊接面进行IPA液超声清洗并干燥。
优选地，所述钛靶材的晶粒≤100μm，如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm或90μm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，所述端面螺纹的螺距为(0.4～0.5)*(0.1～0.2)，如0.41*0.19、0.42*0.18、0.43*0.17、0.44*0.16、0.45*0.15、0.46*0.14、0.47*0.13、0.48*0.12或0.49*0.11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，所述超声清洗的时间不低于10min，如1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min或9min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，所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的真空度不高于0.01Pa，时间不低于60min。
本发明中，当所述钛靶材预处理后如果不能即时适用，需要进行充氩气真空包装，充氩气次数不少于3次。
作为本发明优选的技术方案，所述中间层的预处理方法包括：将所述中间层机加工至装配尺寸，对所述中间层的表面进行酸洗，干燥。
优选地，所述机加工后中间层的表面粗糙度小于等于1.6μm，如0.5μm、0.6μm、0.8μm、1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm或1.5μm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，所述酸洗时间不低于1min，如2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min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，所述所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的真空度不高于0.01Pa，时间不低于60min。
本发明中，所述中间层机加工机加工至两面无明显划伤，无氧化皮残留。酸洗可以允许中间层表面偏暗，但不可发黑。当所述中间层预处理后如果不能即时适用，需要进行充氩气真空包装，充氩气次数不少于3次。
作为本发明优选的技术方案，所述铜背板的预处理方法包括：对所述铜背板的焊接面车削端面螺纹，对所述铜背板的焊接面进行第一IPA液超声清洗并进行第一干燥；对所述铜背板的溅射面进行PVD镀钛膜，镀膜后对所述铜背板的焊接面进行第二IPA液超声清洗并进行第二干燥；
优选地，所述端面螺纹的螺距为(0.4～0.5)*(0.1～0.2)，如0.41*0.19、0.42*0.18、0.43*0.17、0.44*0.16、0.45*0.15、0.46*0.14、0.47*0.13、0.48*0.12或0.49*0.11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，所述第一IPA液超声清洗的时间不低于10min，如1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min或9min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，所述第一干燥为真空干燥，所述真空干燥的真空度不高于0.01Pa，时间不低于60min。
优选地，所述钛膜的厚度为3～6μm，如3.5μm、4μm、4.5μm、5μm或5.5μm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，所述第二IPA液超声清洗的时间不低于10min，如1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min或9min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，所述第二干燥为真空干燥，所述真空干燥的真空度不高于0.01Pa，时间不低于60min。
本发明中，钛膜需将铜背板的溅射面完全，而铜背板侧面需遮蔽50％面积以上，镀钛膜后表面无胶带残留。
作为本发明优选的技术方案，所述焊接包括焊接前装配、包套焊接与脱气以及热等静压焊接。
作为本发明优选的技术方案，所述包套焊接采用氩弧焊。
优选地，所述包套焊接后对所述包套进行抽真空，所述抽真空的真空度不高于0.001Pa。
优选地，所述抽真空后进行氦泄漏检查以及脱气。
优选地，所述脱气的温度为300～400℃，真空度不高于0.002Pa，时间为3～5h。
其中，脱气的温度可以是310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃或390℃等，时间可以是3.2h、3.5h、3.8h、4h、4.2h、4.5h或4.8h等，但并不仅限于所列举的数值，上述各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，所述热等静压焊接的温度为400～500℃，如510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃或590℃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，所述热等静压焊接的压力不低于105MPa，如110MPa、120MPa、130MPa、140MPa或150MPa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，所述热等静压焊接的时间为5～8h，如5.5h、6h、6.5h、7h或7.5h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，所述散热水道包括至少一条环形水道，如2条、3条、4条、5条、6条、7条、8条、9条或10条等，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，所述环形水道的半径为120～200mm，如130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm或190mm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，所述环形水道的深度为5.60～5.85mm，如5.62mm、5.65mm、5.68mm、5.70mm、5.72mm、5.75mm、5.78mm、5.80mm、5.82mm或5.84mm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，所述喷砂处理的粗糙度为5.25～8.23μm，如5.35μm、5.50μm、5.80μm、6.00μm、6.50μm、7.00μm、7.50μm、8.00μm、8.10μm或8.20μm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，所述熔射处理的粗糙度为17.94～21.13μm，如18.00μm、18.50μm、19.00μm、19.50μm、20.00μm、20.50μm、21.00μm或21.10μm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。
本发明中，通过对钛靶材、中间层以及铜背板的预处理，以及焊机条件的合理选择提高了钛靶材与铜背板的结合能力，减少了焊接缺陷率。同时，通过对铜背板背面散热水道的设计，提高了靶材的使用性能。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种钛靶材与铜背板的装配方法，所述装配方法使得钛靶材与铜背板的结合强度高，冷却水道的设计提高了装配后的靶材的使用性能。
附图说明
图1本发明实施例3铜背板水道结构图；
图2本发明具体实施方式机加工结构图；
图3本发明具体实施方式喷砂处理以及熔射处理结构图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
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。
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
本实施例提供一种钛靶材与铜背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材、中间层以及铜背板进行预处理；
所述钛靶材的预处理方法包括：对所述靶材的焊接面车削端面螺纹，所述端面螺纹的螺距为0.4*0.2，对所述靶材的焊接面进行IPA液超声清洗10min并真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间60min；
所述中间层的预处理方法包括：将所述中间层机加工至装配尺寸，所述机加工后中间层的表面粗糙度小于等于1.6μm，使用盐酸对所述中间层的表面进行酸洗1min，真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间60min；
所述铜背板的预处理方法包括：对所述铜背板的焊接面车削端面螺纹，所述端面螺纹的螺距为0.4*0.2，对所述铜背板的焊接面进行第一IPA液超声清洗10min并进行第一真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间60min；对所述铜背板的溅射面进行PVD镀钛膜，钛膜的厚度为4μm，镀膜后对所述铜背板的焊接面进行第二IPA液超声清洗10min并进行第二真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间60min；
(2)对表面处理后的所述钛靶材、中间层以及铜背板进行装配并焊接；
所述焊接包括焊接前装配、包套焊接与脱气以及热等静压焊接；
所述包套焊接采用氩弧焊，所述包套焊接后对所述包套进行抽真空，所述抽真空的真空度不高于0.001Pa，所述抽真空后进行氦泄漏检查以及脱气，所述脱气的温度为300℃，真空度不高于0.002Pa，时间为5h；
所述热等静压焊接的温度为400℃，压力105MPa，时间为8h；
(3)对所述铜背板开设散热水道，所述散热水道包括5条环形水道，各环形水道的间距相等，所述环形水道的半径为120～200mm，所述环形水道的深度为5.60mm；
(4)对装配后的靶材、中间层以及铜背板表面进行喷砂处理以及熔射处理，所述喷砂处理的粗糙度为5.25μm，所述熔射处理的粗糙度为17.94μm。
实施例2
本实施例提供一种钛靶材与铜背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材、中间层以及铜背板进行预处理；
所述钛靶材的预处理方法包括：对所述靶材的焊接面车削端面螺纹，所述端面螺纹的螺距为0.5*0.1，对所述靶材的焊接面进行IPA液超声清洗15min并真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间90min；
所述中间层的预处理方法包括：将所述中间层机加工至装配尺寸，所述机加工后中间层的表面粗糙度小于等于1.6μm，使用盐酸对所述中间层的表面进行酸洗2min，真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间90min；
所述铜背板的预处理方法包括：对所述铜背板的焊接面车削端面螺纹，所述端面螺纹的螺距为0.5*0.1，对所述铜背板的焊接面进行第一IPA液超声清洗15min并进行第一真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间90min；对所述铜背板的溅射面进行PVD镀钛膜，钛膜的厚度为6μm，镀膜后对所述铜背板的焊接面进行第二IPA液超声清洗15min并进行第二真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间90min；
(2)对表面处理后的所述钛靶材、中间层以及铜背板进行装配并焊接；
所述焊接包括焊接前装配、包套焊接与脱气以及热等静压焊接；
所述包套焊接采用氩弧焊，所述包套焊接后对所述包套进行抽真空，所述抽真空的真空度不高于0.001Pa，所述抽真空后进行氦泄漏检查以及脱气，所述脱气的温度为400℃，真空度不高于0.002Pa，时间为3h；
所述热等静压焊接的温度为500℃，压力110MPa，时间为5h；
(3)对所述铜背板开设散热水道，所述散热水道包括5条环形水道，各环形水道的间距相等，所述环形水道的半径为120～200mm，所述环形水道的深度为5.85mm；
(4)对装配后的靶材、中间层以及铜背板表面进行喷砂处理以及熔射处理，所述喷砂处理的粗糙度为8.23μm，所述熔射处理的粗糙度为21.13μm。
实施例3
本实施例提供一种钛靶材与铜背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材、中间层以及铜背板进行预处理；
所述钛靶材的预处理方法包括：对所述靶材的焊接面车削端面螺纹，所述端面螺纹的螺距为0.45*0.15，对所述靶材的焊接面进行IPA液超声清洗12min并真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间75min；
所述中间层的预处理方法包括：将所述中间层机加工至装配尺寸，所述机加工后中间层的表面粗糙度小于等于1.6μm，使用盐酸对所述中间层的表面进行酸洗1.5min，真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间75min；
所述铜背板的预处理方法包括：对所述铜背板的焊接面车削端面螺纹，所述端面螺纹的螺距为0.45*0.15，对所述铜背板的焊接面进行第一IPA液超声清洗12min并进行第一真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间90min；对所述铜背板的溅射面进行PVD镀钛膜，钛膜的厚度为5μm，镀膜后对所述铜背板的焊接面进行第二IPA液超声清洗12min并进行第二真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间75min；
(2)对表面处理后的所述钛靶材、中间层以及铜背板进行装配并焊接；
所述焊接包括焊接前装配、包套焊接与脱气以及热等静压焊接；
所述包套焊接采用氩弧焊，所述包套焊接后对所述包套进行抽真空，所述抽真空的真空度不高于0.001Pa，所述抽真空后进行氦泄漏检查以及脱气，所述脱气的温度为350℃，真空度不高于0.002Pa，时间为4h；
所述热等静压焊接的温度为450℃，压力115MPa，时间为6h；
(3)对所述铜背板开设散热水道，所述散热水道包括6条环形水道，各环形水道的间距相等，所述环形水道的半径为127～190.5mm，所述环形水道的深度为5.70mm；
(4)对装配后的靶材、中间层以及铜背板表面进行喷砂处理以及熔射处理，所述喷砂处理的粗糙度为6.55μm，所述熔射处理的粗糙度为19.87μm。
实施例1-3中使用的钛靶材的晶粒≤100μm，中间层为A1060，铜背板为CuZn合金，使用C18200，硬度142.5～164.3HV，电导率范围：46.4～50ms/m。焊接前的装配方法是为：1)钛靶焊接面朝下与AL中间层装配；2)AL中间层与CUBP镀Ti膜面朝上焊接面装配；3)装配到脱气必须4天内完成；4)趁热充氩气3次，真空包装。使用的钛靶材、中间层以及铜背板的结构如图2和图3所示。实施例3的铜背板的水道结构如图1所示。采用C-SCAN检测验证焊接效果，其检测条件如表1所示，结果如表2所示。
表1
表2
| 整体结合率/％ | 单个缺陷率/％ | |
| 实施例1 | 98.5 | 1.1 |
| 实施例2 | 99.1 | 0.6 |
| 实施例3 | 99.3 | 0.5 |
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 (7)
1.一种钛靶材与铜背板的装配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材、中间层以及铜背板进行预处理；所述钛靶材的晶粒≤100μm；所述钛靶材的预处理方法包括：对所述靶材的焊接面车削端面螺纹，所述端面螺纹的螺距为(0.4～0.5)*(0.1～0.15)，对所述靶材的焊接面进行IPA液超声清洗并干燥；所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的真空度不高于0.01Pa，时间不低于60min；
所述铜背板的预处理方法包括：对所述铜背板的焊接面车削端面螺纹，所述端面螺纹的螺距为(0.4～0.5)*(0.1～0.15)，对所述铜背板的焊接面进行第一IPA液超声清洗并进行第一干燥，所述第一干燥为真空干燥，所述真空干燥的真空度不高于0.01Pa，时间不低于60min；对所述铜背板的焊接面进行PVD镀钛膜，镀膜后对所述铜背板的焊接面进行第二IPA液超声清洗并进行第二干燥，所述第二干燥为真空干燥，所述真空干燥的真空度不高于0.01Pa，时间不低于60min；所述钛膜的厚度为3～6μm；
所述中间层的预处理方法包括：将所述中间层机加工至装配尺寸，对所述中间层的表面进行酸洗，干燥，所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的真空度不高于0.01Pa，时间不低于60min；所述机加工后中间层的表面粗糙度小于等于1.6μm；
(2)对表面处理后的所述钛靶材、中间层以及铜背板进行装配、包套焊接与脱气以及热等静压焊接；所述包套焊接后对所述包套进行抽真空，所述抽真空的真空度不高于0.001Pa；所述脱气的温度为300～400℃，真空度不高于0.002Pa，时间为3～5h；所述热等静压焊接的温度为450℃或500℃，压力不低于105MPa，时间为5～8h；
(3)对所述铜背板开设散热水道；所述散热水道包括至少一条环形水道；所述环形水道的半径为120～200mm；所述环形水道的深度为5.60～5.85mm；
(4)对装配后的靶材、中间层以及铜背板表面进行喷砂处理以及熔射处理；所述喷砂处理的粗糙度为5.25～8.23μm；所述熔射处理的粗糙度为17.94～21.13μm。
2.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述超声清洗的时间不低于10min。
3.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述酸洗时间不低于1min。
4.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述第一IPA液超声清洗的时间不低于10min。
5.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述第二IPA液超声清洗的时间不低于10min。
6.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述包套焊接采用氩弧焊。
7.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述抽真空后进行氦泄漏检查以及脱气。
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