CN112846651B - 一种钛靶材与铝背板的装配方法 - Google Patents

一种钛靶材与铝背板的装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供及一种钛靶材与铝背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：(1)对钛靶材以及铝背板进行预处理；(2)对表面处理后的所述钛靶材以及铝背板进行装配并焊接；(3)对所述铝背板开设散热水道；(4)对装配后的钛靶材以及铝背板表面进行表面处理。所述装配方法使得钛靶材与铝背板的结合率高，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

一种钛靶材与铝背板的装配方法
技术领域
本发明属于靶材的装配领域，涉及一种钛靶材与铝背板的装配方法。
背景技术
在大规模的光学镀膜领域，常采用靶材组件在基底表面进行等离子体气相沉积(Plasma Vapor Deposition，PVD)镀膜，形成阻挡层。所述靶材组件是由符合溅射性能的靶材和与所述靶材结合、具有一定强度的背板构成。所述背板可以在所述靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。
在溅射过程中，靶材组件的工作环境一般较恶劣，例如，靶材组件工作温度较高，可达300℃～500℃；另外，靶材组件的一侧充以冷却水强冷，而另一侧则处于高真空环境下，由此在靶材组件的两侧形成有巨大的压力差；再有，靶材组件处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。在如此恶劣的环境下，如果靶材组件中靶材与背板之间的结合度较差，将导致靶材在受热条件下变形、开裂，甚至与结合的背板相脱落，使得溅射无法正常进行。
因此，选择一种有效的焊接方式，使得靶材与背板实现可靠结合，满足长期稳定生产、使用靶材的需要，就显得十分必要。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种钛靶材与铝背板的装配方法，所述装配方法使得钛靶材与铝背板的结合率高，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。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于体用一种钛靶材与铝背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材以及铝背板进行预处理；
(2)对表面处理后的所述钛靶材以及铝背板进行装配并焊接；
(3)对所述铝背板开设散热水道；
(4)对装配后的钛靶材以及铝背板表面进行表面处理。
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和斜面螺纹，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，所述端面和斜面螺纹的螺距为(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。
作为本发明优选的技术方案，所述铝背板的预处理方法包括：对所述铝背板的焊接面进行车削无螺纹加工，对所述铝背板的焊接面进行IPA液超声清洗并干燥；
优选地，所述车削后焊接面的粗糙度Ra小于等于0.4μm，如0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm或0.35μm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。
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12～150mm，如20mm、30mm、50mm、80mm、100mm、120mm或140mm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5～7mm，如5.2mm、5.5mm、5.8mm、6mm、6.2mm、6.5mm或6.8mm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，所述表面处理包括喷砂处理和抛光处理。
作为本发明优选的技术方案，所述喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为6～8μm，如6.2μm、6.5μm、6.8μm、7μm、7.2μm、7.5μm或7.8μm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，所述水道内喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为1～3μm，如1.2μm、1.5μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.5μm或2.8μm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，所述抛光处理后所述铝背板外圆面以及本版面的粗糙度Ra≤1.6μm，如0.1μm、0.2μm、0.5μm、0.8μm、1.0μm、1.2μm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，所述抛光处理后所述铝背板密封处的粗糙度Ra≤0.8μm，如0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm或0.7μm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。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种钛靶材与铝背板的装配方法，所述装配方法使得钛靶材与铝背板的结合强度高，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是本发明具体实施方式使用的的钛靶材的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式使用的铝背板的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式表面处理示意图。
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铝背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材以及铝背板进行预处理；
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和斜面螺纹，所述端面和斜面螺纹的螺距为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；
所述铝背板的预处理方法包括：对所述铝背板的焊接面进行车削无螺纹加工，车削后焊接面的粗糙度Ra≤0.4μm，对所述铝背板的焊接面进行IPA液超声清洗并真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间60min；
(2)对表面处理后的所述钛靶材以及铝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)对所述铝背板开设5条散热水道，所述散热水道的半径为20～100mm，深度为5.5mm；
(4)对装配后的钛靶材以及铝背板表面进行表面处理；
所述表面处理包括喷砂处理和抛光处理，所述喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为6～7μm，所述水道内喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为1～2μm，所述抛光处理后所述铝背板外圆面以及本版面的粗糙度Ra≤1.6μm，铝背板密封处的粗糙度Ra≤0.8μm。
实施例2
本实施例提供一种钛靶材与铝背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材以及铝背板进行预处理；
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和斜面螺纹，所述端面和斜面螺纹的螺距为0.5*0.1，对所述靶材的焊接面进行IPA液超声清洗20min并真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间90min；
所述铝背板的预处理方法包括：对所述铝背板的焊接面进行车削无螺纹加工，车削后焊接面的粗糙度Ra≤0.4μm，对所述铝背板的焊接面进行IPA液超声清洗并真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间90min；
(2)对表面处理后的所述钛靶材以及铝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150MPa，时间为5h；
(3)对所述铝背板开设15条散热水道，所述散热水道的半径为30～150mm，深度为7mm；
(4)对装配后的钛靶材以及铝背板表面进行表面处理；
所述表面处理包括喷砂处理和抛光处理，所述喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为7～8μm，所述水道内喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为2～3μm，所述抛光处理后所述铝背板外圆面以及本版面的粗糙度Ra≤1.6μm，铝背板密封处的粗糙度Ra≤0.8μm。
实施例3
本实施例提供一种钛靶材与铝背板的装配方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材以及铝背板进行预处理；
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和斜面螺纹，所述端面和斜面螺纹的螺距为0.45*0.15，对所述靶材的焊接面进行IPA液超声清洗15min并真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间75min；
所述铝背板的预处理方法包括：对所述铝背板的焊接面进行车削无螺纹加工，车削后焊接面的粗糙度Ra≤0.4μm，对所述铝背板的焊接面进行IPA液超声清洗并真空干燥，真空度不高于0.01Pa，时间75min；
(2)对表面处理后的所述钛靶材以及铝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120MPa，时间为6h；
(3)对所述铝背板开设10条散热水道，所述散热水道的半径为40～130mm，深度为6mm；
(4)对装配后的钛靶材以及铝背板表面进行表面处理；
所述表面处理包括喷砂处理和抛光处理，所述喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为6～8μm，所述水道内喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为1～3μm，所述抛光处理后所述铝背板外圆面以及本版面的粗糙度Ra≤1.6μm，铝背板密封处的粗糙度Ra≤0.8μm。
实施例1-3中使用的钛靶材的晶粒≤100μm，铝背板规格为6061。采用常规方式进行装配。使用的钛靶材以及铝背板的结构如图1和图2所示。表面处理方式如图3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
检测条件 产品
探头 10MHZ
感度 36dB
材料声速 4000m/s
水距离 85.38mm
X轴间距 0.2mm
Y轴间距 0.2mm
扫描速度 100mm/s
扫描范围 /
扫描方向 Y-X
阀值 TH＝60
表2
整体结合率/％ 单个缺陷率/％
实施例1 98.8 0.9
实施例2 99.2 0.5
实施例3 99.4 0.3
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 (16)

1.一种钛靶材与铝背板的装配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)对钛靶材以及铝背板进行预处理；所述钛靶材的预处理方法包括：对所述钛靶材的焊接面车削端面和斜面螺纹，所述端面和斜面螺纹的螺距为(0.4～0.5)*(0.1～0.2)；所述车削后焊接面的粗糙度Ra小于等于0.4μm；
(2)对表面处理后的所述钛靶材以及铝背板进行装配并焊接；
(3)对所述铝背板开设散热水道；所述散热水道包括至少一条环形水道和至少一条弯型水道；所述环形水道的半径为12～150mm，所述环形水道的深度为5～7mm；
(4)对装配后的钛靶材以及铝背板表面进行表面处理；所述表面处理包括喷砂处理和抛光处理；所述喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为6～8μm；所述水道内喷砂处理的喷砂粗糙度Ra为1～3μm；所述抛光处理后所述铝背板外圆面以及本版面的粗糙度Ra≤1.6μm；所述抛光处理后所述铝背板密封处的粗糙度Ra≤0.8μm。
2.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述钛靶材的预处理方法还包括：对所述钛靶材的焊接面进行IPA液超声清洗并干燥。
3.根据权利要求2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。
4.根据权利要求2所述的装配方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述钛靶材的晶粒≤100μm。
6.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述铝背板的预处理方法包括：对所述铝背板的焊接面进行车削无螺纹加工，对所述铝背板的焊接面进行IPA液超声清洗并干燥。
7.根据权利要求6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。
8.根据权利要求6所述的装配方法，其特征在于，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。
9.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，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。
10.根据权利要求9所述的装配方法，其特征在于，所述包套焊接采用氩弧焊。
11.根据权利要求9所述的装配方法，其特征在于，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。
12.根据权利要求11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。
13.根据权利要求9所述的装配方法，其特征在于，所述脱气的温度为300～400℃，真空度不高于0.002Pa，时间为3～5h。
14.根据权利要求9所述的装配方法，其特征在于，所述热等静压焊接的温度为400～500℃。
15.根据权利要求9所述的装配方法，其特征在于，所述热等静压焊接的压力不低于105MPa。
16.根据权利要求9所述的装配方法，其特征在于，所述热等静压焊接的时间为5～8h。
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