CN113500264A - 一种锗靶钎焊焊接方法以及焊接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锗靶钎焊焊接方法以及焊接结构，所述锗靶钎焊焊接方法包括：对锗靶和背板进行加热，在锗靶和背板的焊接面上均放置焊料并熔化，熔化后依次对焊接面进行刷磨处理和超声浸润处理，超声浸润处理后，在锗靶的焊接面上放置引线，并与背板的焊接面扣合，冷却后焊接完成。本发明通过对焊料进行刷磨处理和超声浸润处理，从而使焊料充分进入焊接面的缝隙内，提高焊料、背板和锗靶的焊接强度，具有工艺简单、效率高和焊接强度高等特点。

Description

一种锗靶钎焊焊接方法以及焊接结构
技术领域
本发明属于靶材技术领域，尤其涉及一种锗靶钎焊焊接方法以及焊接结构。
背景技术
钎焊是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时将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。
对于高纯锗靶坯，锗靶坯纯度达到99.999％。锗是一种重要的半导体材料,在红外光学、纤维光纤、太阳能电池、聚合催化剂等领域有广泛的应用，锗具有较高的电子迁移和空穴迁移性能，其形成的薄膜材料，可以提高半导体器件电学性能及使用的稳定性。由于锗器件无热辐射，具有极小的和电阻和功耗等其他器件所无法比拟的优点，且近几年国内集成电路制造业发展迅速，因此，未来锗在该领域仍具有一定的市场。
但是高纯锗靶坯通常需要与背板焊接结合后用于半导体溅射，上锗靶坯的性能较脆，所以亟需一种焊接方法对锗靶进行焊接。
CN110369897A公开了一种靶材与背板的焊接方法，所述方法包括如下步骤：准备靶材与背板，在硬度较高的材料的焊接面上加工螺纹；组合靶材与背板，并将组合材料放置于金属包套中；对装入组合材料的金属包套进行脱气处理，然后将金属包套进行密封；加热密封后的金属包套至第一温度，然后加压至第一压力，随后加热至第二温度，压力随温度升高至第二压力，保温保压后冷却至室温；去除金属包套，完成靶材与背板的焊接。本发明通过先升温再加压的方法，使螺纹更好地嵌入到硬度较小的材料中，提高了焊接面的接触面积，并能够破坏焊接面的氧化层，减少了氧化层对扩散焊接的阻挡作用，提升了焊接强度。
CN110394538A公开了一种高纯硫系相变合金靶材的焊接方法，其包括以下步骤：1)提供高纯硫系相变合金靶材与背板；2)靶材和背板焊接面进行表面处理；3)在靶材和背板焊接面上放置适量有机焊接胶；4)将靶材焊接面与背板焊接面相接触，施加一定压力，进行焊接；5)将焊接后的靶材冷却，以完成焊接。该发明方法通过优化靶材和背板焊接面表面状态，使两者对有机焊接胶具有浸润性，从而增加焊合面积，提高焊接效果即焊合率；同时控制焊接温度和焊接压力，从而控制焊接胶带流动性，降低焊接胶用量及控制焊缝厚度，满足客户对靶材性能的要求。
现有技术中对于锗靶的焊接方法均存在工艺复杂和效率低等问题，因此，如何在保证锗靶的焊接方法具有工艺简单的情况下，能够提高焊接强度，提高焊接效率，成为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种锗靶钎焊焊接方法以及焊接结构，通过对焊料进行刷磨处理和超声浸润处理，从而使焊料充分进入焊接面的缝隙内，提高焊料、背板和锗靶的焊接强度，具有工艺简单、效率高和焊接强度高等特点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种锗靶钎焊焊接方法，所述锗靶钎焊焊接方法包括：
对锗靶和背板进行加热，在锗靶和背板的焊接面上均放置焊料并熔化，熔化后依次对焊接面进行刷磨处理和超声浸润处理，超声浸润处理后，在锗靶的焊接面上放置引线，并与背板的焊接面扣合，冷却后焊接完成。
本发明通过采用钎焊的方式对锗靶和背板焊接，并且在焊接过程中分别采用刷磨处理和超声浸润处理，使焊料充分进入锗靶和背板的缝隙内，有效保证锗靶与背板焊接过程中不开裂，并提高焊接结合强度，解决锗靶性能较脆的问题，避免锗靶从背板脱落，具有工艺简单、效率高和焊接强度高等特点。
作为本发明的一个优选技术方案，所述锗靶和背板进行加热之前均对焊接面进行表面处理。
优选地，所述表面处理的方式包括酒精擦拭。
本发明通过对锗靶和背板的焊接面均进行表面处理，去除焊接面上的杂质与油污，保证焊料浸入锗靶和背板，提高焊接质量。
作为本发明的一个优选技术方案，所述加热的过程在焊接平台上进行。
优选地，所述加热的温度为200～250℃，例如为200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃或250℃。
作为本发明的一个优选技术方案，所述焊料的材质包括铟。
本发明通过采用焊料的材质为铟，铟具有优良的延展性能和可塑性能，并且具有良好的光渗透性能和导电性能，可以提高锗靶坯与无氧铜背板的浸润效果。
优选地，所述背板的材质包括无氧铜。
作为本发明的一个优选技术方案，所述刷磨处理的过程包括：采用钢刷分别对锗靶的焊接面上焊料和背板的焊接面上焊料进行刷磨。
优选地，所述刷磨处理的时间为5～10min，例如为5.0min、5.5min、6.0min、6.5min、7.0min、7.5min、8.0min、8.5min、9.0min、9.5min或10.0min。
作为本发明的一个优选技术方案，所述超声浸润处理的步骤包括：分别对锗靶的焊接面上焊料和背板的焊接面上焊料进行超声浸润处理。
优选地，所述超声浸润处理的功率为750～850W，例如为750W、760W、770W、780W、790W、800W、810W、820W、830W、840W或850W。
本发明通过控制超声浸润处理的功率为750～850W，从而能够使焊料铟浸入锗靶和背板中，从而提高焊接效率和焊接强度，若功率低于750W，则存在浸润难、浸润时间久的问题，生产效率低；若功率高于850W，浸润层容易被超声波破坏。
优选地，所述超声浸润处理的时间为10～20min，例如为10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min。
作为本发明的一个优选技术方案，所述扣合在压制作用下进行。
优选地，所述压制作用的压力为100～300N，例如为100N、120N、140N、160N、180N、200N、220N、240N、260N、280N或300N。
作为本发明的一个优选技术方案，所述引线的材质包括铜。
优选地，所述引线的直径为0.3～0.5mm，例如为0.30mm、0.32mm、0.34mm、0.36mm、0.38mm、0.40mm、0.42mm、0.44mm、0.46mm、0.48mm或0.50mm。
作为本发明的一个优选技术方案，所述锗靶钎焊焊接方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)对锗靶和背板的焊接面进行酒精擦拭表面处理，并放置到焊接平台上加热，加热温度为200～250℃，将焊料放置在锗靶的焊接面和背板的焊接面进行熔化；
(Ⅱ)焊料熔化后采用钢刷分别对锗靶的焊接面上焊料和背板的焊接面上焊料进行刷磨5～10min，刷磨后，分别对锗靶的焊接面上焊料和背板的焊接面上焊料进行750～850W的超声浸润处理10～20min；
(Ⅲ)超声浸润处理后，在背板的焊接面上放置引线，并在100～300N的压力下扣合，冷却后焊接完成。
第二方面，本发明提供了一种焊接结构，所述的焊接结构包括锗靶和背板，所述锗靶的焊接面与背板的焊接面通过焊料连接，所述焊接结构通过第一方面所述的锗靶钎焊焊接方法得到。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过采用钎焊的方式对锗靶和背板焊接，并且在焊接过程中分别采用刷磨处理和超声浸润处理，使焊料充分进入锗靶和背板的缝隙内，有效保证锗靶与背板焊接过程中不开裂，并提高焊接结合强度，解决锗靶性能较脆的问题，避免锗靶从背板脱落，具有工艺简单、效率高和焊接强度高等特点。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式中提供的焊接结构的示意图。
其中，1-锗靶；2-背板；3-焊料。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种锗靶钎焊焊接方法，所述锗靶钎焊焊接方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)对锗靶1和背板2的焊接面进行酒精擦拭表面处理，并放置到焊接平台上加热，加热温度为200～250℃，将焊料3放置在锗靶1的焊接面和背板2的焊接面进行熔化；
(Ⅱ)焊料3熔化后采用钢刷分别对锗靶1的焊接面上焊料3和背板2的焊接面上焊料3进行刷磨5～10min，刷磨后，分别对锗靶1的焊接面上焊料3和背板2的焊接面上焊料3进行750～850W的超声浸润处理10～20min；
(Ⅲ)超声浸润处理后，在背板2的焊接面上放置引线，并在100～300N的压力下扣合，冷却后焊接完成。
在另一个具体实施方式中，本发明还提供了一种焊接结构，如图1所示，所述的焊接结构包括锗靶1和背板2，所述锗靶1的焊接面与背板2的焊接面通过焊料3连接，所述焊接结构通过上述的锗靶钎焊焊接方法得到。
以下实施例中，焊料3均为铟焊料，背板2均为无氧铜背板。
实施例1
本实施例提供了一种锗靶钎焊焊接方法，所述锗靶钎焊焊接方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)对锗靶1和背板2的焊接面进行酒精擦拭表面处理，并放置到焊接平台上加热，加热温度为225℃，将焊料3放置在锗靶1的焊接面和背板2的焊接面进行熔化；
(Ⅱ)焊料3熔化后采用钢刷分别对锗靶1的焊接面上焊料3和背板2的焊接面上焊料3进行刷磨7.5min，刷磨后，分别对锗靶1的焊接面上焊料3和背板2的焊接面上焊料3进行800W的超声浸润处理15min；
(Ⅲ)超声浸润处理后，在背板2的焊接面上放置引线，并在200N的压力下扣合，冷却后焊接完成。
实施例2
本实施例提供了一种锗靶钎焊焊接方法，所述锗靶钎焊焊接方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)对锗靶1和背板2的焊接面进行酒精擦拭表面处理，并放置到焊接平台上加热，加热温度为200℃，将焊料3放置在锗靶1的焊接面和背板2的焊接面进行熔化；
(Ⅱ)焊料3熔化后采用钢刷分别对锗靶1的焊接面上焊料3和背板2的焊接面上焊料3进行刷磨10min，刷磨后，分别对锗靶1的焊接面上焊料3和背板2的焊接面上焊料3进行850W的超声浸润处理10min；
(Ⅲ)超声浸润处理后，在背板2的焊接面上放置引线，并在100N的压力下扣合，冷却后焊接完成。
实施例3
本实施例提供了一种锗靶钎焊焊接方法，所述锗靶钎焊焊接方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)对锗靶1和背板2的焊接面进行酒精擦拭表面处理，并放置到焊接平台上加热，加热温度为250℃，将焊料3放置在锗靶1的焊接面和背板2的焊接面进行熔化；
(Ⅱ)焊料3熔化后采用钢刷分别对锗靶1的焊接面上焊料3和背板2的焊接面上焊料3进行刷磨5min，刷磨后，分别对锗靶1的焊接面上焊料3和背板2的焊接面上焊料3进行750W的超声浸润处理20min；
(Ⅲ)超声浸润处理后，在背板2的焊接面上放置引线，并在300N的压力下扣合，冷却后焊接完成。
实施例4
本实施例提供了一种锗靶钎焊焊接方法，与实施例1相比，其区别在于，所述超声浸润的功率为600W，其余步骤与参数与实施例1完全相同。
实施例5
本实施例提供了一种锗靶钎焊焊接方法，与实施例1相比，其区别在于，所述超声浸润的功率为900W，其余步骤与参数与实施例1完全相同。
对比例1
本对比例提供了一种锗靶钎焊焊接方法，与实施例1相比，其区别在于，不进行超声浸润处理，其余步骤与参数与实施例1完全相同。
对比例2
本对比例提供了一种锗靶钎焊焊接方法，与实施例1相比，其区别在于，不进行刷磨处理，其余步骤与参数与实施例1完全相同。
对上述实施例和对比例制备得到的焊接结构进行焊接结合率和焊接强度测试，所述焊接强度测试采用拉伸式样机仪器测试，焊接结合率使用水浸式超声波检测仪测试。
测试结果如表1所示。
表1
焊接结合率(％) 焊接强度(MPa)
实施例1 99.9 8.0
实施例2 99.5 7.5
实施例3 99.6 7.8
实施例4 99.0 6.0
实施例5 99.0 7.0
对比例1 70.0 1.0
对比例2 95.0 3.0
有上表可以看出：
(1)实施例1与实施例4、5相比，实施例1的焊接强度以及焊接结合率明显高于实施例4、5，由此可以看出，本发明通过控制超声浸润处理的功率为750～850W，从而能够使焊料铟浸入锗靶和背板中，从而提高焊接效率和焊接强度，若功率低于750W，则存在浸润难、浸润时间久的问题，生产效率低；若功率高于850W，浸润层容易被超声波破坏。
(2)实施例1与对比例1、2相比，实施例1的焊接强度以及焊接结合率明显高于对比例1、2，由此可以看出，本发明通过采用钎焊的方式对锗靶1和背板2焊接，并且在焊接过程中分别采用刷磨处理和超声浸润处理，使焊料3充分进入锗靶1和背板2的缝隙内，有效保证锗靶1与背板2焊接过程中不开裂，并提高焊接结合强度，解决锗靶1性能较脆的问题，避免锗靶1从背板2脱落，具有工艺简单、效率高和焊接强度高等特点。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种锗靶钎焊焊接方法，其特征在于，所述锗靶钎焊焊接方法包括：
对锗靶和背板进行加热，在锗靶和背板的焊接面上均放置焊料并熔化，熔化后依次对焊接面进行刷磨处理和超声浸润处理，超声浸润处理后，在锗靶的焊接面上放置引线，并与背板的焊接面扣合，冷却后焊接完成。
2.根据权利要求1所述的锗靶钎焊焊接方法，其特征在于，所述锗靶和背板进行加热之前均对焊接面进行表面处理；
优选地，所述表面处理的方式包括酒精擦拭。
3.根据权利要求1或2所述的锗靶钎焊焊接方法，其特征在于，所述加热的过程在焊接平台上进行；
优选地，所述加热的温度为200～250℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的锗靶钎焊焊接方法，其特征在于，所述焊料的材质包括铟；
优选地，所述背板的材质包括无氧铜。
5.根据权利要求1-4任一项所述的锗靶钎焊焊接方法，其特征在于，所述刷磨处理的过程包括：采用钢刷分别对锗靶的焊接面上焊料和背板的焊接面上焊料进行刷磨；
优选地，所述刷磨处理的时间为5～10min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的锗靶钎焊焊接方法，其特征在于，所述超声浸润处理的步骤包括：分别对锗靶的焊接面上焊料和背板的焊接面上焊料进行超声浸润处理；
优选地，所述超声浸润处理的功率为750～850W；
优选地，所述超声浸润处理的时间为10～20min。
7.根据权利要求1-6任一项所述的锗靶钎焊焊接方法，其特征在于，所述扣合在压制作用下进行；
优选地，所述压制作用的压力为100～300N。
8.根据权利要求1-7任一项所述的锗靶钎焊焊接方法，其特征在于，所述引线的材质包括铜；
优选地，所述引线的直径为0.3～0.5mm。
9.根据权利要求8所述的锗靶钎焊焊接方法，其特征在于，所述锗靶钎焊焊接方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)对锗靶和背板的焊接面进行酒精擦拭表面处理，并放置到焊接平台上加热，加热温度为200～250℃，将焊料放置在锗靶的焊接面和背板的焊接面进行熔化；
(Ⅱ)焊料熔化后采用钢刷分别对锗靶的焊接面上焊料和背板的焊接面上焊料进行刷磨5～10min，刷磨后，分别对锗靶的焊接面上焊料和背板的焊接面上焊料进行750～850W的超声浸润处理10～20min；
(Ⅲ)超声浸润处理后，在背板的焊接面上放置引线，并在100～300N的压力下扣合，冷却后焊接完成。
10.一种焊接结构，其特征在于，所述的焊接结构包括锗靶和背板，所述锗靶的焊接面与背板的焊接面通过焊料连接，所述焊接结构通过权利要求1-9任一项所述的锗靶钎焊焊接方法得到。
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CN114453691A (zh) * 2022-03-21 2022-05-10 合肥江丰电子材料有限公司 一种靶材组件的焊接方法

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