CN113263237A - 一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，所述钎焊方法包括：对所述硅靶材的焊接面进行镀镍处理；在所述焊接面放置焊料以及铜丝，将所述硅靶材与背板装配，加热进行钎焊，加压条件下使焊料充分浸润焊接面，冷却后完成钎焊。所述钎焊方法可以解决硅靶材在钎焊时的开裂现象，提高硅靶材与背板的焊接结合率，降低单个缺陷率。
Description
技术领域
本发明属于靶材制造领域，涉及一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法。
背景技术
钎焊(Soldering and Brazing，简称SB)：钎焊，是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度后，钎料熔化(工件未熔化)，并借助毛细作用被吸入和充满固态工件间隙之间，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷凝后即形成钎焊接头热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。
CN 104400169A公开了一种铝合金无焊片真空钎焊方法，包括以下步骤：1)选用高纯度的纯铝靶材和纯硅靶材；2)依次采用丙酮和酒精擦拭靶材和待焊件，以除去油污；3)利用磁控溅射方法，在待焊件表面沉积纯铝薄膜和纯硅薄膜；4)从真空室中取出表面沉积有薄膜的待焊件；5)装配待焊件；6)将装配的待焊件送入真空钎焊炉中，进行加热、焊接；7)待焊件冷却至室温，取出。该钎焊方法解除了现有真空钎焊技术对待焊工件焊接面必须为平面的要求，顺利实现斜面、曲面等结构的真空钎焊；避免了焊片设计、焊片切割、焊片清洗等流程。但是依然存在硅靶材与背板钎焊焊接开裂的问题。
CN 110064864A公开了一种用于多晶硅与金属连接的钎料、采用该钎料制备的焊膏与制法及用其焊接的方法，钎料包括In、Sn、Sb、Bi及Zn；焊膏包括质量比为4:1的钎料及助剂；焊膏制备时先按钎料组分配比原料，熔化成合金并制备成钎料粉末，将该钎料粉末与助剂混合配制即可；采用该焊膏进行焊接时在多晶硅和金属的结合面上各涂覆一层焊膏层，并在结合面上设置缝隙0.2～1.0mm，加热至150～200℃，熔敷、焊合即可。
虽然，现有技术中对硅靶材钎焊的焊料以及焊接方法进行了诸多改进，但是仍未完全解决硅靶材钎焊开裂的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，所述钎焊方法可以解决硅靶材在钎焊时的开裂现象，提高硅靶材与背板的焊接结合率，降低单个缺陷率。
为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，所述方法包括：
对所述硅靶材的焊接面进行镀镍处理；
在所述焊接面放置焊料以及铜丝，将所述硅靶材与背板装配，加热进行钎焊，加压条件下使焊料充分浸润焊接面，冷却后完成钎焊。
本发明中，通过镀镍处理，增加焊接面粗糙度，以及增加铜丝直径的方式，提高钎料的存储量，通过进一步匹配适当的钎焊条件，提高硅靶材与背板的焊接结合率。
作为本发明优选的技术方案，所述镀镍处理的方法为PVD镀镍。
优选地，所述PVD镀镍的镍膜厚度为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。
作为本发明优选的技术方案，所述硅靶材焊接面的平面度＜0.2。
作为本发明优选的技术方案，所述镀镍处理前对所述硅靶材焊接面进行精磨处理。
作为本发明优选的技术方案，所述述精磨处理后，所述硅靶材的焊接面的表面粗糙度Ra≤3μm。
本发明中，在所述精磨处理后，对所述焊接面进行IPA超声清洗。所述IPA超声清洗的时间不低于10min。清洗后进行真空干燥，所述真空干燥的压力不高于0.01Pa。所述干燥后，若所述靶材在一定时间内不进行装配和钎焊，则需要进行充氩气3次真空包装待用。
作为本发明优选的技术方案，所述铜丝的直径为0.5～0.8mm，如0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm或0.75mm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，所述加热的温度为200～220℃，如202℃、205℃、208℃、210℃、212℃、215℃或218℃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，靶材被焊料充分浸润的判断标准为：使用硅胶刮除表面焊料，焊接面已被银白色焊料均匀附着即可。背板被焊料充分浸润的判断标准为：超声波头划过的区域表面无气泡，且成银白色。
作为本发明优选的技术方案，所述冷却为加压冷却。
作为本发明优选的技术方案，述加压冷却的压力为55～65kg，如56kg、57kg、58kg、59kg、60kg、61kg、62kg、63kg或64kg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，上述高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法包括以下步骤：
对焊接面平面度＜0.2的硅靶才的焊接面进行精磨处理，所述硅靶材的焊接面的表面粗糙度Ra≤3μm；
对所述硅靶材的焊接面进行PVD镀镍处理，所述PVD镀镍的镍膜厚度为3～6μm；
在所述焊接面放置焊料以及铜丝，所述铜丝的直径为0.5～0.8mm；
将所述硅靶材与背板装配，200～220℃下加热进行钎焊，使焊料充分浸润焊接面，压力55～65kg下加压冷却后完成钎焊。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本申请提供一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，所述制作方法可以解决硅靶材在钎焊时的开裂现象，硅靶材与背板的焊接结合率可达95％以上，单个缺陷率低于2.5％。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，所述方法包括：
对焊接面平面度＜0.2的硅靶才的焊接面进行精磨处理，所述硅靶材的焊接面的表面粗糙度Ra≤3μm；
对所述硅靶材的焊接面进行PVD镀镍处理，所述PVD镀镍的镍膜厚度为3μm；
在所述焊接面放置焊料以及铜丝，所述铜丝的直径为0.5mm；
将所述硅靶材与背板装配，200℃下加热进行钎焊，使焊料充分浸润焊接面，压力55kg下加压冷却后完成钎焊。
实施例2
本实施例提供一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，所述方法包括：
对焊接面平面度＜0.2的硅靶才的焊接面进行精磨处理，所述硅靶材的焊接面的表面粗糙度Ra≤3μm；
对所述硅靶材的焊接面进行PVD镀镍处理，所述PVD镀镍的镍膜厚度为6μm；
在所述焊接面放置焊料以及铜丝，所述铜丝的直径为0.8mm；
将所述硅靶材与背板装配，220℃下加热进行钎焊，使焊料充分浸润焊接面，压力65kg下加压冷却后完成钎焊。
实施例3
本实施例提供一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，所述方法包括：
对焊接面平面度＜0.2的硅靶才的焊接面进行精磨处理，所述硅靶材的焊接面的表面粗糙度Ra≤3μm；
对所述硅靶材的焊接面进行PVD镀镍处理，所述PVD镀镍的镍膜厚度为3.5μm；
在所述焊接面放置焊料以及铜丝，所述铜丝的直径为0.6mm；
将所述硅靶材与背板装配，205℃下加热进行钎焊，使焊料充分浸润焊接面，压力58kg下加压冷却后完成钎焊。
实施例4
本实施例提供一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，所述方法包括：
对焊接面平面度＜0.2的硅靶才的焊接面进行精磨处理，所述硅靶材的焊接面的表面粗糙度Ra≤3μm；
对所述硅靶材的焊接面进行PVD镀镍处理，所述PVD镀镍的镍膜厚度为5.5μm；
在所述焊接面放置焊料以及铜丝，所述铜丝的直径为0.7mm；
将所述硅靶材与背板装配，215℃下加热进行钎焊，使焊料充分浸润焊接面，压力62kg下加压冷却后完成钎焊。
实施例5
本实施例提供一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，所述方法包括：
对焊接面平面度＜0.2的硅靶才的焊接面进行精磨处理，所述硅靶材的焊接面的表面粗糙度Ra≤3μm；
对所述硅靶材的焊接面进行PVD镀镍处理，所述PVD镀镍的镍膜厚度为4.5μm；
在所述焊接面放置焊料以及铜丝，所述铜丝的直径为0.65mm；
将所述硅靶材与背板装配，210℃下加热进行钎焊，使焊料充分浸润焊接面，压力60kg下加压冷却后完成钎焊。
对比例1
本对比例除了不进行镀镍处理外，其余条件均与实施例5相同。
对比例2
本对比例除了铜丝的直径为0.3mm外，其余条件均与实施例5相同。
对比例3
本对比例除了加热平台的温度为250℃外，其余条件均与实施例5相同。
实施例1-5以及对比例1-3使用的硅靶材为5N纯度，背板为CUBP无氧铜背板，电导率范围：14～16ms/m。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 | 95.2 | 2.1 |
| 实施例2 | 97.7 | 1.3 |
| 实施例3 | 95.9 | 1.9 |
| 实施例4 | 97.1 | 1.5 |
| 实施例5 | 96.8 | 1.6 |
| 对比例1 | 91.7 | 3.2 |
| 对比例2 | 92.5 | 2.9 |
| 对比例3 | 93.1 | 2.6 |
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、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。
Claims (10)
1.一种高纯硅靶材与铜背板的钎焊方法，其特征在于，所述钎焊方法包括：
对所述硅靶材的焊接面进行镀镍处理；
在所述焊接面放置焊料以及铜丝，将所述硅靶材与背板装配，加热进行钎焊，加压条件下使焊料充分浸润焊接面，冷却后完成钎焊。
2.根据权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于，所述镀镍处理的方法为PVD镀镍；
优选地，所述PVD镀镍的镍膜厚度为3～6μm。
3.根据权利要求1或2所述的钎焊方法，其特征在于，所述硅靶材焊接面的平面度＜0.2。
4.根据权利要求1-3任一项所述的钎焊方法，其特征在于，所述镀镍处理前对所述硅靶材焊接面进行精磨处理。
5.根据权利要求4所述的钎焊方法，其特征在于，所述述精磨处理后，所述硅靶材的焊接面的表面粗糙度Ra≤3μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钎焊方法，其特征在于，所述铜丝的直径为0.5～0.8mm。
7.根据权利要求1-4任一项所述的钎焊方法，其特征在于，所述加热的温度为200～220℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述的钎焊方法，其特征在于，所述冷却为加压冷却。
9.根据权利要求8所述的钎焊方法，其特征在于，所述加压冷却的压力为55～65kg。
10.根据权利要求1-9任一项所述的钎焊方法，其特征在于，所述方法包括：
对焊接面平面度＜0.2的硅靶才的焊接面进行精磨处理，所述硅靶材的焊接面的表面粗糙度Ra≤3μm；
对所述硅靶材的焊接面进行PVD镀镍处理，所述PVD镀镍的镍膜厚度为3～6μm；
在所述焊接面放置焊料以及铜丝，所述铜丝的直径为0.5～0.8mm；
将所述硅靶材与背板装配，200～220℃下加热进行钎焊，使焊料充分浸润焊接面，压力55～65kg下加压冷却后完成钎焊。
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