CN114713960A - 一种锅型靶材的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锅型靶材的焊接方法，所述焊接方法包括将支撑件和锅型靶材采用电子束焊接；所述支撑件从外到内依次包括第一环和第二环；所述第二环的材质与所述锅型靶材的材质相同；所述锅型靶材设置有环形台阶；所述环形台阶的内圆直径＜所述第二环的内圆直径。本发明提供的焊接方法，通过对支撑件进行特定的设计实现了支撑件和锅型靶材的高效焊接，避免了电子束焊接时熔点差异较大的靶材和支撑件即法兰存在的脱焊及焊接强度不达标的问题。
Description
技术领域
本发明涉及溅射镀膜领域，具体涉及一种锅型靶材的焊接方法。
背景技术
目前，目前，在半导体工业中，由于集成化的提升即需要更小粒级的材料，HCM被提出进行应用，而HCM机台用铜溅射靶材外形与常见平面靶材差异较大，HCM用铜靶为“锅型”，靶材锅体外侧壁为水冷面，锅体内壁为溅射消耗面。
如CN1308146公开了一种包层的HCM溅射靶，该溅射靶将轻便和/或不昂贵、低纯度包层材料片附着在溅射靶材料板上，该溅射靶材料具有精细、均匀的微观结构。这种包层HCM溅射靶比单片HCM溅射靶更轻和/或造价较低，并且其溅射靶材料利用率更高。
进一步地，在锅型靶材的使用过程总通常需要将靶材进行固定方能进行使用，如CN113319417A公开了一种HCM机台用靶材电子束焊接成型的方法，所述方法包括：将原材料机加工形成锅型的靶材主体，所述靶材主体开口处的端面加工成斜面，并将法兰的一个端面也加工成斜面；将靶材主体和法兰的斜面接触装配后固定到工装夹具内；启动电子束焊接设备，抽真空后进行电子束焊接，电子束的方向与装配面平行，焊接后得到所述靶材。其针对某种特定结构的异型靶材，将靶材主体与法兰进行电子束焊接，并根据两者的装配面特点，选择合适的工装夹具结构，通过调整装配件和工装夹具在电子束焊接设备内的位置关系，保证焊接过程的顺利进行。
然而，在锅型靶材装配过程中通常需要通过加装法兰对靶材进行安装和固定，但由于靶材和法兰的材质往往并不相同，尤其是钽锅型靶材和钛法兰(支撑件)，由于两种材料共熔性不佳即熔点不相同，导致焊接强度不尽人意，使用过程中存在明显的脱焊现象。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锅型靶材温的焊接方法，以解决采用电子束焊接时熔点差异较大的靶材和支撑件即法兰存在的脱焊或焊接结合率不理想的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种锅型靶材的焊接方法，所述焊接方法包括将支撑件和锅型靶材采用电子束焊接；
所述支撑件从外到内依次包括第一环和第二环；
所述第二环的材质与所述锅型靶材的材质相同；
所述锅型靶材设置有环形台阶；
所述环形台阶的内圆直径＜所述第二环的内圆直径。
本发明提供的焊接方法，通过对支撑件进行特定的设计实现了支撑件和锅型靶材的高效焊接，避免了电子束焊接时熔点差异较大的靶材和支撑件即法兰存在的脱焊及焊接强度不达标的问题。
本发明中，所述锅型靶材设置有环形台阶如可以是将锅型靶材的外壁进行车削变薄形成台阶，或可以通过在锅型靶材外壁配套加装另一层锅型材料来设置台阶。
本发明中，所述环形台阶台阶面上方侧壁的高度等于所述支撑件的厚度。
作为本发明优选的技术方案，所述锅型靶材的材质包括钽、钛、铝或铜中的任意1种。
优选地，所述支撑件的材质包括钛、不锈钢、铝合金或铜合金中的任意1种。
作为本发明优选的技术方案，所述支撑件为将所述第一环和所述第二环进行热等静压焊接得到；
优选地，所述热等静压焊接中所述第一环内壁和所述第二环外壁之间的间隙为0.1-0.3mm，例如可以是0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm、0.19mm、0.2mm、0.22mm、0.23mm、0.24mm、0.25mm、0.26mm、0.27mm、0.28mm、0.29mm或0.3mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其它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500-800℃，例如可以是500℃、520℃、540℃、560℃、580℃、600℃、620℃、640℃、660℃、680℃、700℃、720℃、740℃、760℃、780℃或800℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述热等静压焊接的压力为100-200MPa，例如可以是100MPa、110MPa、120MPa、130MPa、140MPa、150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa或200MPa等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述热等静压焊接的保温时间为3-8h，例如可以是3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h、4h、4.2h、4.4h、4.6h、4.8h、5h、5.2h、5.4h、5.6h、5.8h、6h、6.2h、6.4h、6.6h、6.8h、7h、7.2h、7.4h、7.6h、7.8h或8h等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述电子束焊接包括依次进行的第一焊接、第二焊接、第三焊接和第四焊接。
优选地，所述电子束焊接的绝对真空度≤1×10-3Pa，例如可以是1×10-3Pa、0.9×10-3Pa、0.8×10-3Pa、0.7×10-3Pa、0.6×10-3Pa、0.5×10-3Pa、0.4×10-3Pa、0.3×10-3Pa、0.2×10-3Pa、0.1×10-3Pa或0.01×10-3Pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述电子束焊接为采用电子束对准焊缝进行焊接。
优选地，所述焊缝的宽度≤0.2mm，例如可以是0.2mm、0.19mm、0.18mm、0.17mm、0.16mm、0.15mm、0.14mm、0.13mm、0.12mm、0.11mm、0.1mm、0.09mm、0.08mm、0.07mm、0.06mm、0.05mm、0.04mm、0.03mm、0.02mm或0.01mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，所述焊缝的宽度指第二环的内侧面和锅型靶材外侧面间的距离。
作为本发明优选的技术方案，所述第一焊接中的束流为10-20mA，例如可以是10mA、11mA、12mA、13mA、14mA、15mA、16mA、17mA、18mA、19mA或20mA等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一焊接中的焦点为表面焦。
优选地，所述第一焊接中的线速度为10-20mm/s，例如可以是10mm/s、11mm/s、12mm/s、13mm/s、14mm/s、15mm/s、16mm/s、17mm/s、18mm/s、19mm/s或20mm/s等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第二焊接中的束流为30-40mA，例如可以是30mA、31mA、32mA、33mA、34mA、35mA、36mA、37mA、38mA、39mA或40mA等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二焊接中的焦点为沉焦。
优选地，所述第二焊接中的线速度为10-20mm/s，例如可以是10mm/s、11mm/s、12mm/s、13mm/s、14mm/s、15mm/s、16mm/s、17mm/s、18mm/s、19mm/s或20mm/s等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第三焊接中的束流为50-70mA，例如可以是50mA、51mA、52mA、53mA、54mA、55mA、56mA、57mA、58mA、59mA、60mA、61mA、62mA、63mA、64mA、65mA、66mA、67mA、68mA、69mA或70mA等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第三焊接中的焦点为沉焦。
优选地，所述第三焊接中的线速度为10-20mm/s，例如可以是10mm/s、11mm/s、12mm/s、13mm/s、14mm/s、15mm/s、16mm/s、17mm/s、18mm/s、19mm/s或20mm/s等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第四焊接中的束流为25-40mA，例如可以是25mA、26mA、27mA、28mA、29mA、30mA、31mA、32mA、33mA、34mA、35mA、36mA、37mA、38mA、39mA或40mA等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第四焊接中的焦点为浮焦；
优选地，所述第四焊接中的线速度为10-20mm/s，例如可以是10mm/s、11mm/s、12mm/s、13mm/s、14mm/s、15mm/s、16mm/s、17mm/s、18mm/s、19mm/s或20mm/s等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，表面焦为焦点位置在焊缝表面，沉焦为焦点位置在焊缝表面往工件下方沉15～30mA，浮焦为焦点位置在焊缝表面往工件上方浮15～30mA。
本发明中，通过对焊接过程的进一步设计，确保针对本发明中的锅型靶材和支撑件能达到更强的焊接强度，从而实现锅型靶材和支撑件的高效焊接。
作为本发明优选的技术方案，所述焊接方法包括将支撑件和锅型靶材采用电子束焊接；
所述支撑件从外到内依次包括第一环和第二环；所述支撑件为将所述第一环和所述第二环进行热等静压焊接得到；所述热等静压焊接中所述第一环内壁和所述第二环外壁之间的间隙为0.1-0.3mm；所述热等静压焊接的温度为500-800℃；所述热等静压焊接的压力为100-200MPa；所述热等静压焊接的保温时间为3-8h；
所述第二环的材质与所述锅型靶材的材质相同；所述锅型靶材的材质包括钽；所述第一环的材质包括钛；
所述锅型靶材设置有环形台阶；
所述环形台阶的内圆直径＜所述第二环的内圆直径；
所述电子束焊接包括依次进行的第一焊接、第二焊接、第三焊接和第四焊接；所述电子束焊接的绝对真空度≤1×10-3Pa；所述电子束焊接为采用电子束对准焊缝进行焊接；所述焊缝的宽度≤0.2mm；所述第一焊接中的束流为10-20mA；所述第一焊接中的焦点为表面焦；所述第一焊接中的线速度为10-20mm/s；所述第二焊接中的束流为30-40mA；所述第二焊接中的焦点为沉焦；所述第二焊接中的线速度为10-20mm/s；所述第三焊接中的束流为50-70mA；所述第三焊接中的焦点为沉焦；所述第三焊接中的线速度为10-20mm/s；所述第四焊接中的束流为25-40mA；所述第四焊接中的焦点为浮焦；所述第四焊接中的线速度为10-20mm/s。
与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的焊接方法，通过对支撑件进行特定的设计实现了支撑件和锅型靶材的高效焊接，避免了电子束焊接时熔点差异较大的靶材和支撑件即法兰存在的脱焊及焊接强度不达标的问题。通过对焊接过程的进一步设计，确保针对本发明中的锅型靶材和支撑件能达到更强的焊接强度，从而实现锅型靶材和支撑件的高效焊接，焊接结合率可达98％以上。
附图说明
图1是本发明实施例1中焊接装配示意图。
图中：1.1-第一环，1.2-第二环，2-锅型靶材。
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
本实施例提供一种锅型靶材的焊接方法，所述焊接方法包括将支撑件和锅型靶材2采用电子束焊接；
所述支撑件从外到内依次包括第一环1.1和第二环1.2；所述第二环1.2的材质与所述锅型靶材2的材质相同；所述锅型靶材2的材质为钽；所述第一环1.1的材质为钛；
所述锅型靶材2设置有环形台阶；
所述环形台阶的内圆直径＜所述第二环1.2的内圆直径，如图1所示；
所述支撑件为将所述第一环1.1和所述第二环1.2进行热等静压焊接得到；所述热等静压焊接中所述第一环1.1内壁和所述第二环1.2外壁之间的间隙为0.2mm；所述热等静压焊接的温度为652℃；所述热等静压焊接的压力为148MPa；所述热等静压焊接的保温时间为5.3h；
所述电子束焊接包括依次进行的第一焊接、第二焊接、第三焊接和第四焊接；所述电子束焊接的绝对真空度为1×10-3Pa；所述电子束焊接为采用电子束对准焊缝进行焊接；所述焊缝的宽度为0.2mm所述第一焊接中的束流为15mA；所述第一焊接中的焦点为表面焦；所述第一焊接中的线速度为15mm/s；所述第二焊接中的束流为35mA；所述第二焊接中的焦点为沉焦；所述第二焊接中的线速度为13mm/s；所述第三焊接中的束流为60mA；所述第三焊接中的焦点为沉焦；所述第三焊接中的线速度为14mm/s；所述第四焊接中的束流为33mA；所述第四焊接中的焦点为浮焦；所述第四焊接中的线速度为16mm/s。
焊接后靶材和支撑件的焊接指标详见表1。
实施例2
本实施例提供一种锅型靶材的焊接方法，所述焊接方法包括将支撑件和锅型靶材2采用电子束焊接；
所述第二环1.2的材质与所述锅型靶材2的材质相同；所述锅型靶材2的材质为钛；所述第一环1.1的材质为不锈钢SUS304；
所述锅型靶材2设置有环形台阶；
所述环形台阶的内圆直径＜所述第二环1.2的内圆直径；
所述支撑件从外到内依次包括第一环1.1和第二环1.2；所述支撑件为将所述第一环1.1和所述第二环1.2进行热等静压焊接得到；所述热等静压焊接中所述第一环1.1内壁和所述第二环1.2外壁之间的间隙为0.1mm；所述热等静压焊接的温度为800℃；所述热等静压焊接的压力为100MPa；所述热等静压焊接的保温时间为3h；
所述电子束焊接包括依次进行的第一焊接、第二焊接、第三焊接和第四焊接；所述电子束焊接的绝对真空度为0.1×10-3Pa；所述电子束焊接为采用电子束对准焊缝进行焊接；所述焊缝的宽度为0.01mm；所述第一焊接中的束流为10mA；所述第一焊接中的焦点为表面焦；所述第一焊接中的线速度为10mm/s；所述第二焊接中的束流为40mA；所述第二焊接中的焦点为沉焦；所述第二焊接中的线速度为20mm/s；所述第三焊接中的束流为70mA；所述第三焊接中的焦点为沉焦；所述第三焊接中的线速度为18mm/s；所述第四焊接中的束流为25mA；所述第四焊接中的焦点为浮焦；所述第四焊接中的线速度为11mm/s。
焊接后靶材和支撑件的焊接指标详见表1。
实施例3
本实施例提供一种锅型靶材的焊接方法，所述焊接方法包括将支撑件和锅型靶材2采用电子束焊接；
所述第二环1.2的材质与所述锅型靶材2的材质相同；所述锅型靶材2的材质为铜；所述第一环1.1的材质为铜合金(TU1)；
所述锅型靶材2设置有环形台阶；
所述环形台阶的内圆直径＜所述第二环1.2的内圆直径；
所述支撑件从外到内依次包括第一环1.1和第二环1.2；所述支撑件为将所述第一环1.1和所述第二环1.2进行热等静压焊接得到；所述热等静压焊接中所述第一环1.1内壁和所述第二环1.2外壁之间的间隙为0.3mm；所述热等静压焊接的温度为500℃；所述热等静压焊接的压力为200MPa；所述热等静压焊接的保温时间为8h；
所述电子束焊接包括依次进行的第一焊接、第二焊接、第三焊接和第四焊接；所述电子束焊接的绝对真空度为0.5×10-3Pa；所述电子束焊接为采用电子束对准焊缝进行焊接；所述焊缝的宽度为0.1mm；所述第一焊接中的束流为20mA；所述第一焊接中的焦点为表面焦；所述第一焊接中的线速度为20mm/s；所述第二焊接中的束流为30mA；所述第二焊接中的焦点为沉焦；所述第二焊接中的线速度为10mm/s；所述第三焊接中的束流为50mA；所述第三焊接中的焦点为沉焦；所述第三焊接中的线速度为10mm/s；所述第四焊接中的束流为40mA；所述第四焊接中的焦点为浮焦；所述第四焊接中的线速度为20mm/s。
焊接后靶材和支撑件的焊接指标详见表1。
实施例4
与实施例1的区别仅在于第二环的材质和第一环的材质相同，即此时为钽靶材与焊接后的第一钛环和第二钛环进行电子束焊接。焊接后靶材和支撑件的焊接指标详见表1。
实施例5
与实施例1的区别仅在于不进行第二焊接。焊接后靶材和支撑件的焊接指标详见表1。
实施例6
与实施例1的区别仅在于不进行第三焊接。焊接后靶材和支撑件的焊接指标详见表1。
实施例7
与实施例1的区别仅在于第二焊接和第四焊接的位置调换，即依次进行第一焊接、第四焊接、第三焊接和第二焊接。焊接后靶材和支撑件的焊接指标详见表1。
表1
本发明提供的焊接方法，通过对支撑件进行特定的设计实现了支撑件和锅型靶材的高效焊接，避免了电子束焊接时熔点差异较大的靶材和支撑件即法兰存在的脱焊及焊接强度不达标的问题。通过对焊接过程的进一步设计，确保针对本发明中的锅型靶材和支撑件能达到更强的焊接强度，从而实现锅型靶材和支撑件的高效焊接，焊接结合率可达98％以上。
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 (10)
1.一种锅型靶材的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括将支撑件和锅型靶材采用电子束焊接；
所述支撑件从外到内依次包括第一环和第二环；
所述第二环的材质与所述锅型靶材的材质相同；
所述锅型靶材设置有环形台阶；
所述环形台阶的内圆直径＜所述第二环的内圆直径。
2.如权利要求1所述焊接方法，其特征在于，所述锅型靶材的材质包括钽、钛、铝或铜中的任意1种；
优选地，所述第一环的材质包括钛、不锈钢、铝合金或铜合金中的任意1种。
3.如权利要求1或2所述焊接方法，其特征在于，所述支撑件为将所述第一环和所述第二环进行热等静压焊接得到；
优选地，所述热等静压焊接中所述第一环内壁和所述第二环外壁之间的间隙为0.1-0.3mm。
4.如权利要求3所述焊接方法，其特征在于，所述热等静压焊接的温度为500-800℃；
优选地，所述热等静压焊接的压力为100-200MPa；
优选地，所述热等静压焊接的保温时间为3-8h。
5.如权利要求1-4任一项所述焊接方法，其特征在于，所述电子束焊接包括依次进行的第一焊接、第二焊接、第三焊接和第四焊接；
优选地，所述电子束焊接的绝对真空度≤1×10-3Pa；
优选地，所述电子束焊接为采用电子束对准焊缝进行焊接；
优选地，所述焊缝的宽度≤0.2mm。
6.如权利要求5所述焊接方法，其特征在于，所述第一焊接中的束流为10-20mA；
优选地，所述第一焊接中的焦点为表面焦；
优选地，所述第一焊接中的线速度为10-20mm/s。
7.如权利要求5或6所述焊接方法，其特征在于，所述第二焊接中的束流为30-40mA；
优选地，所述第二焊接中的焦点为沉焦；
优选地，所述第二焊接中的线速度为10-20mm/s。
8.如权利要求5-7任一项所述焊接方法，其特征在于，所述第三焊接中的束流为50-70mA；
优选地，所述第三焊接中的焦点为沉焦；
优选地，所述第三焊接中的线速度为10-20mm/s。
9.如权利要求5-8任一项所述焊接方法，其特征在于，所述第四焊接中的束流为25-40mA；
优选地，所述第四焊接中的焦点为浮焦；
优选地，所述第四焊接中的线速度为10-20mm/s。
10.如权利要求1-9任一项所述焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括将支撑件和锅型靶材采用电子束焊接；
所述支撑件从外到内依次包括第一环和第二环；所述支撑件为将所述第一环和所述第二环进行热等静压焊接得到；所述热等静压焊接中所述第一环内壁和所述第二环外壁之间的间隙为0.1-0.3mm；所述热等静压焊接的温度为500-800℃；所述热等静压焊接的压力为100-200MPa；所述热等静压焊接的保温时间为3-8h；
所述第二环的材质与所述锅型靶材的材质相同；所述锅型靶材的材质包括钽、钛、铝或铜中的任意1种；所述第一环的材质包括钛、不锈钢、铝合金或铜合金中的任意1种；
所述锅型靶材设置有环形台阶；
所述环形台阶的内圆直径＜所述第二环的内圆直径；
所述电子束焊接包括依次进行的第一焊接、第二焊接、第三焊接和第四焊接；所述电子束焊接的绝对真空度≤1×10-3Pa；所述电子束焊接为采用电子束对准焊缝进行焊接；所述焊缝的宽度≤0.2mm；所述第一焊接中的束流为10-20mA；所述第一焊接中的焦点为表面焦；所述第一焊接中的线速度为10-20mm/s；所述第二焊接中的束流为30-40mA；所述第二焊接中的焦点为沉焦；所述第二焊接中的线速度为10-20mm/s；所述第三焊接中的束流为50-70mA；所述第三焊接中的焦点为沉焦；所述第三焊接中的线速度为10-20mm/s；所述第四焊接中的束流为25-40mA；所述第四焊接中的焦点为浮焦；所述第四焊接中的线速度为10-20mm/s。
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