CN113042841B - 一种条形钛靶材组件的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种条形钛靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：将遮蔽后的背板和条形钛靶材进行加热，将焊料设置于所述加热后背板和条形钛靶材的焊接面并采用钢刷对焊接面进行处理；对所述钢刷处理后靶材的焊接面采用手枪钻钢丝钻头进行处理，之后进行浸润处理；对所述钢刷处理后背板的焊接面进行浸润处理；将所述浸润处理后的靶材和背板进行组装并放置压块，然后进行冷却，得到所述条形钛靶材组件；所述压块设置于靶材的非焊接面，沿着所述靶材的中心线设置7‑8列。通过对焊接前的特定的钢刷处理和浸润处理方式，并在随炉冷却中还设置有压块，使得靶材和背板可以实现良好的结合，保证靶材和背板的结合率高达99％以上。

Description

一种条形钛靶材组件的焊接方法

技术领域

本发明涉及靶材焊接领域，具体涉及一种条形钛靶材组件的焊接方法。

背景技术

金属溅射靶材是溅射沉积技术中用做阴极的材料，在溅射机台中被带正电荷的阳离子撞击作用下，金属溅射靶材表面金属以分子、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采用高纯的铝、铜、钛、镍、钽等比较贵重的金属材料。由于金属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金属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。背板不仅可以为金属溅射靶材起到支撑作用和冷却作用，还可以降低生产工艺的原料成本。常用的背板材料有高纯铝、高纯铜、铝合金和铜合金等。

目前，需要将金属溅射靶材和背板进行加工并焊接成型，才能保证后续溅射的成功进行。如果金属溅射靶材和背板之间的焊接结合度较差，将导致金属溅射靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板上脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，还可能会导致溅射基台损坏。

CN102059421A公开了一种钛靶铝背板焊接方法，该焊接方法是在Ti靶材的焊接面上形成镍层，采用钎焊方法将具有镍层的Ti和背板结合起来，实现钛铝靶焊接的一种方法，由于镍层与焊接材料能够较好的润湿、结合，因此在Ti靶材的焊接面上形成镍层，可以防止Ti靶材从Al背板上脱落，还能提高Ti靶材和Al背板的结合能力。

CN111015111A公开了一种大尺寸钛靶材与铜背板的扩散焊接方法。所述靶材为大尺寸钛靶材，背板为铜合金背板，通过热压扩散的方法进行焊接。包括如下步骤：对大尺寸钛靶材、铜合金背板机械加工、酸洗、装配放入热压炉中，进行扩散焊接，最终整体弯曲变形量＜3mm，焊接面的焊接强度≥55MPa。通过利用热压模具长时间高压保持至室温，保持2-5℃/min降温速率缓慢降温，降低异种材料焊接变形及残余应力。

然而，大尺寸条形靶材由于其本身特殊规格，由于尺寸较长，采用一般的加热处理方式会导致靶材不同区域温度差异较大，导致焊接接触面存在大面积浸润不良区域，进而导致靶材和背板焊接结合率差，焊接不达标，产品报废率高。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种条形钛靶材组件的焊接方法，通过对焊接过程采用特定的处理过程，显著强化了焊接过程中靶材和背板的结合力，焊接结合率高达99％以上。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种条形钛靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：将遮蔽后的背板和条形钛靶材进行加热，将焊料设置于所述加热后背板和条形钛靶材的焊接面并采用钢刷对焊接面进行处理；

对所述钢刷处理后靶材的焊接面采用手枪钻钢丝钻头进行处理，之后进行浸润处理；

对所述钢刷处理后背板的焊接面进行浸润处理；

将所述浸润处理后的靶材和背板进行组装并放置压块，然后进行冷却，得到所述条形钛靶材组件；

所述压块设置于靶材的非焊接面，沿着所述靶材的中心线设置7-8列。

本发明提供的焊接方案，通过对焊接前的特定的钢刷处理和浸润处理方式，并在随炉冷却中还设置有压块，使得大尺寸条形钛靶材和背板可以实现良好的结合，保证靶材和背板的结合率高达99％以上。

本发明中，条形钛靶材组件中钛靶材的长宽比为10-20。

本发明中，若压块设置8列时，则各压块的质量为等质量即可。

作为本发明优选的技术方案，所述加热的温度为240-260℃，例如可以是240℃、242℃、244℃、246℃、248℃、250℃、252℃、254℃、256℃、258℃或260℃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，所述加热的时间为2.5-2.8h，例如可以是2.5h、2.55h、2.6h、2.65h、2.7h、2.75h或2.8h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，所述钢刷的不锈钢刷毛长为20-25mm，例如可以是20mm、20.5mm、21mm、21.5mm、22mm、22.5mm、23mm、23.5mm、24mm、24.5mm或25mm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，所述钢刷的不锈钢刷毛直径为0.3-0.35mm，例如可以是0.3mm、0.305mm、0.31mm、0.315mm、0.32mm、0.325mm、0.33mm、0.335mm、0.34mm、0.345mm或0.35mm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，所述钢刷可以是trusco钢丝刷如BT-5031等。

作为本发明优选的技术方案，所述钢刷对焊接面进行处理的时间为≤60min，例如可以是1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min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，所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理进行2-3次。

本发明中，所述手枪钻钢丝钻头为将碗型钢丝刷或笔形钢丝刷固定在手枪钻最靶材焊接面进行处理。

本发明中，所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理进行2-3次，为在一定的时间内进行多次的分段处理，即在≤60内，分2-3三次间隔处理完成。

优选地，所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理的总时间≤60min例如可以是1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min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，所述焊料为铟焊料。

优选地，所述铟焊料的添加量为2-3kg，例如可以是2kg、2.1kg、2.2kg、2.3kg、2.4kg、2.5kg、2.6kg、2.7kg、2.8kg、2.9kg或3kg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，所述浸润处理为采用钎焊机对焊接面进行处理。

优选地，所述浸润处理的时间为20-40min，例如可以是20min、22min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min、38min或40min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，所述压块等间距设置。

优选地，所述压块设置的为7列时，各列压块的质量比为(2-3):2:(1-2):3:2:(1-2):(2-3)。

作为本发明优选的技术方案，所述焊接方法包括：将遮蔽后的背板和条形钛靶材进行加热，将焊料设置于所述加热后背板和条形钛靶材的焊接面并采用钢刷对焊接面进行处理；所述加热的温度为240-260℃；所述加热的时间为2.5-2.8h；所述钢刷的不锈钢刷毛长为20-25mm；所述钢刷的不锈钢刷毛直径为0.3-0.35mm；所述钢刷对焊接面进行处理的时间为≤60min；所述焊料为铟焊料；所述铟焊料的添加量为2-3kg；

对所述钢刷处理后靶材的焊接面采用手枪钻钢丝钻头进行处理，之后进行浸润处理；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理进行2-3次；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理的总时间≤60min；

对所述钢刷处理后背板的焊接面进行浸润处理；

所述浸润处理为采用钎焊机对焊接面进行处理20-40min；

将所述浸润处理后的靶材和背板进行组装并放置压块，然后进行冷却，得到所述条形钛靶材组件；

所述压块设置于靶材的非焊接面，沿着所述靶材的中心线设置7列；

所述压块等间距设置；各列压块的质量比为(2-3):2:(1-2):3:2:(1-2):(2-3)。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)通过对焊接前的特定的钢刷处理和浸润处理方式，并在随炉冷却中设置有压块，使得靶材和背板可以实现良好的结合，保证靶材和背板的结合率高达99％以上。

(2)通过进一步的强化压块的设置个数和各位置上压块的质量比，进一步强化了靶材和背板的焊接效果，实现了靶材和背板良好的焊接。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的焊接方法中压块和靶材组件的示意图；

图中：1-压块，2-靶材，3-背板。

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

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

本实施例提供一种条形钛靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：将遮蔽后的背板3和条形钛靶材2进行加热，将焊料设置于所述加热后背板3和条形钛靶材2的焊接面并采用钢刷对焊接面进行处理；所述加热的温度为250℃；所述加热的时间为2.5h；所述钢刷的不锈钢刷毛长为20mm；所述钢刷的不锈钢刷毛直径为0.3mm；所述钢刷对焊接面进行处理的时间为20min；所述焊料为铟焊料；所述铟焊料的添加量为2kg；

对所述钢刷处理后靶材2的焊接面采用手枪钻钢丝钻头进行处理，之后进行浸润处理；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理进行2次；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理的总时间为40min；

对所述钢刷处理后背板3的焊接面进行浸润处理；

所述浸润处理为采用钎焊机对焊接面进行处理30min。

将所述浸润处理后的靶材2和背板3进行组装并放置压块1，然后进行冷却，得到所述条形钛靶材组件；

所述压块1设置于靶材2的非焊接面，沿着所述靶材2的中心线设置7列，如图1所示。

所述压块1等间距设置；各列压块1的质量比为3:2:2:3:2:2:3。

所得靶材组件的性能评价详见表1。

实施例2

本实施例提供一种条形钛靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：将遮蔽后的背板和条形钛靶材进行加热，将焊料设置于所述加热后背板和条形钛靶材的焊接面并采用钢刷对焊接面进行处理；所述加热的温度为240℃；所述加热的时间为2.8h；所述钢刷的不锈钢刷毛长为25mm；所述钢刷的不锈钢刷毛直径为0.35mm；所述钢刷对焊接面进行处理的时间为为30min；所述焊料为铟焊料；所述铟焊料的添加量为3kg；

对所述钢刷处理后靶材的焊接面采用手枪钻钢丝钻头进行处理，之后进行浸润处理；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理进行3次；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理的总时间为30min；

对所述钢刷处理后背板的焊接面进行浸润处理；

所述浸润处理为采用钎焊机对焊接面进行处理40min。

将所述浸润处理后的靶材和背板进行组装并放置压块，然后进行冷却，得到所述条形钛靶材组件；

所述压块设置于靶材的非焊接面，沿着所述靶材的中心线设置7列。

所述压块等间距设置；各列压块的质量比为2:2:1:3:2:1:2。

所得靶材组件的性能评价详见表1。

实施例3

本实施例提供一种条形钛靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括：将遮蔽后的背板和条形钛靶材进行加热，将焊料设置于所述加热后背板和条形钛靶材的焊接面并采用钢刷对焊接面进行处理；所述加热的温度为260℃；所述加热的时间为2.5h；所述钢刷的不锈钢刷毛长为22mm；所述钢刷的不锈钢刷毛直径为0.32mm；所述钢刷对焊接面进行处理的时间为为40min；所述焊料为铟焊料；所述铟焊料的添加量为2.5kg；

对所述钢刷处理后靶材的焊接面采用手枪钻钢丝钻头进行处理，之后进行浸润处理；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理进行2次；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理的总时间为20min；

对所述钢刷处理后背板的焊接面进行浸润处理；

所述浸润处理为采用钎焊机对焊接面进行处理20min。

将所述浸润处理后的靶材和背板进行组装并放置压块，然后进行冷却，得到所述条形钛靶材组件；

所述压块设置于靶材的非焊接面，沿着所述靶材的中心线设置8列。

所述压块等间距设置；各列中压块为等质量。

所得靶材组件的性能评价详见表1。

对比例1

与实施例1的区别仅在于加热后不进行钢丝刷处理，所得靶材组件的性能评价详见表1。

对比例2

与实施例1的区别仅在于加热后仅不对靶材的焊接面进行钢丝刷处理，所得靶材组件的性能评价详见表1。

对比例3

与实施例1的区别仅在于加热后仅不对背板的焊接面进行钢丝刷处理，所得靶材组件的性能评价详见表1。

对比例4

与实施例1的区别仅在于不对靶材的焊接面进行手枪钻钢丝钻头处理，所得靶材组件的性能评价详见表1。

对比例5

与实施例1的区别仅在于将对靶材的焊接面进行手枪钻钢丝钻头处理替换为对背板的焊接面进行手枪钻钢丝钻头处理，所得靶材组件的性能评价详见表1。

对比例6

与实施例1的区别仅在于压块等间距设置5个，所得靶材组件的性能评价详见表1。

对比例7

与实施例1的区别仅在于设置的压块质量比为1:1:1:1:1:1:1，所得靶材组件的性能评价详见表1。

表1实施例和对比例靶材性能评价

上述实施例中钛靶材的尺寸为：长2300mm，宽为200mm。

通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明提供的焊接方法，通过对焊接过程的特定设置，采用钢刷处理和手枪钻钢丝钻头处理，并在随炉冷却中设置有压块，使得靶材和背板可以实现良好的结合，保证靶材和背板的结合率高达99％以上。

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 (14)

1.一种条形钛靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：将遮蔽后的背板和条形钛靶材进行加热，将焊料设置于所述加热后背板和条形钛靶材的焊接面并采用钢刷对焊接面进行处理；

对所述钢刷处理后靶材的焊接面采用手枪钻钢丝钻头进行处理，之后进行浸润处理；

对所述钢刷处理后背板的焊接面进行浸润处理；

将所述浸润处理后的靶材和背板进行组装并放置压块，然后进行冷却，得到所述条形钛靶材组件；

所述压块设置于靶材的非焊接面，沿着所述靶材的中心线设置7列；

各列压块的质量比为(2-3):2:(1-2):3:2:(1-2):(2-3)。

2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述加热的温度为240-260℃。

3.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述加热的时间为2.5-2.8h。

4.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述钢刷的不锈钢刷毛长为20-25mm。

5.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述钢刷的不锈钢刷毛直径为0.3-0.35mm。

6.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述钢刷对焊接面进行处理的时间为≤60min。

7.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理进行2-3次。

8.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理的总时间≤60min。

9.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊料为铟焊料。

10.如权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，所述铟焊料的添加量为2-3kg。

11.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述浸润处理为采用钎焊机对焊接面进行处理。

12.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述浸润处理的时间为20-40min。

13.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述压块等间距设置。

14.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：将遮蔽后的背板和条形钛靶材进行加热，将焊料设置于所述加热后背板和条形钛靶材的焊接面并采用钢刷对焊接面进行处理；所述加热的温度为240-260℃；所述加热的时间为2.5-2.8h；所述钢刷的不锈钢刷毛长为20-25mm；所述钢刷的不锈钢刷毛直径为0.3-0.35mm；所述钢刷对焊接面进行处理的时间为≤60min；所述焊料为铟焊料；所述铟焊料的添加量为2-3kg；

对所述钢刷处理后靶材的焊接面采用手枪钻钢丝钻头进行处理，之后进行浸润处理；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理进行2-3次；所述采用手枪钻钢丝钻头进行处理的总时间≤60min；

对所述钢刷处理后背板的焊接面进行浸润处理；

所述浸润处理为采用钎焊机对焊接面进行处理20-40min；

将所述浸润处理后的靶材和背板进行组装并放置压块，然后进行冷却，得到所述条形钛靶材组件；

所述压块设置于靶材的非焊接面，沿着所述靶材的中心线设置7列；

所述压块等间距设置；各列压块的质量比为(2-3):2:(1-2):3:2:(1-2):(2-3)。

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