CN115255596A - 一种靶材、靶材组件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种靶材，由两个或两个以上的部件经过焊接步骤形成，靶材包括靶材部和强化部，强化部的成分与靶材部的成分不同，强化部在靶材的焊接步骤中形成且连接至靶材部以提高了靶材的强度，强化部处于靶材的背面，且强化部覆盖靶材部的背面的至少一部分。靶材的强化部由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，具有强化部可以有效加强靶材的强度尤其是水冷面的强度。此外靶材是根据靶材本体在使用过程中正面受到侵蚀后的轮廓线而调整相应的焊接深度，使得在保证靶材本体使用率的情况下尽可能提高靶材的强化部的比例，从而使得靶材在长时间的使用后依然能够保持整体的强度比较稳定。
Description
技术领域
本发明涉及靶材制备技术领域，具体而言，涉及一种靶材、靶材组件及其制作方法。
背景技术
一般来说，溅射靶材主要由靶坯、背板等部分构成，其中，靶坯是高速离子束流轰击的目标材料，属于溅射靶材的核心部分，在溅射镀膜过程中，靶坯被离子撞击后，其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成电子薄膜。高纯度金属强度较低，而溅射靶材需要安装在专用的机台内完成溅射过程，机台内部为高电压、高真空环境。基于此，超高纯度金属的溅射靶坯需要与背板通过不同的焊接工艺进行接合，背板起到固定溅射靶材的作用，且需要具备良好的导电、导热性能。
在背板和溅射靶材一体成型的靶材组件中，背板部分和溅射材部分均由高纯度材料构成，使得靶材的整体强度不能达到设计或使用的要求。现有技术中可在背板部设置另外的合金材料，提高成品靶材的背板部分的强度。靶材和背板的焊接方式有搅拌摩擦焊(FSW)、电子束焊接(EBW)等，例如，公开号为CN111660003A、CN111496366A的专利说明书便公开了上述两种焊接方法。
在专利CN113529030A中公开了一种靶材组件及其制作方法，该靶材组件包括：靶材和背板，背板设置于靶材的外围，靶材的溅射面相对于背板的前端表面凸出。该发明中的靶材组件及其制作方法，通过将背板设置于靶材的外围，由于背板没有在靶材的背面进行占位，溅射范围的厚度全部由靶材构成，所以间接使得靶材自身可以设置更厚的厚度，延长了靶材自身的使用寿命，与以往产品相比，能够将综合功率延长至寿命末期，实现靶材组件的长寿命化。但是该方法将背板设置于靶材的外围，导致靶材的整体强度尤其是水冷面的强度不能达到设计或使用的需要。
在专利CN111660003A中公开了一种溅射靶材焊接方法，溅射靶材焊接方法通过下述装置实施，包括：溅射靶材、背板和搅拌摩擦焊机；溅射靶材焊接方法包括如下步骤：首先将溅射靶材和背板的焊接结合部的间距设置为小于等于1mm；然后通过搅拌摩擦焊接机进行焊接，将搅拌摩擦焊机上的旋转刀具插入焊接结合部，旋转刀具的插入深度为3～20mm，在旋转刀具进行旋转焊接时，溅射靶材和背板同步旋转。但是这种方法影响了靶材水冷面的冷却效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种靶材、靶材组件及其制作方法，以解决现有技术中靶材的强度不能达到设计或使用的要求的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种靶材，由两个或两个以上的部件经过焊接步骤形成，，靶材包括靶材部和强化部，强化部的成分与靶材部的成分不同，强化部在靶材的焊接步骤中形成且连接至靶材部以提高了靶材的强度，强化部处于靶材的背面，且强化部覆盖靶材部的背面的至少一部分。
进一步的，强化部覆盖靶材背面的一部分，且强化部覆盖靶材的背面面积的至少30％。
进一步的，强化部覆盖靶材的全部背面。
进一步的，强化部以均匀的样式分布于靶材的背面。
进一步的，强化部包括一条或多条通过靶材的背面中心的直线。
进一步的，强化部包括两个或两个以上分布于靶材背面的同心圆环。
进一步的，强化部包括均匀分布于靶材背面的多个圆环、圆形区域或矩形区域。
进一步的，在靶材的不同径向位置上，强化部的厚度为非固定值。
进一步的，在靶材的不同径向位置上，强化部的厚度以台阶状的形式连续分布。
进一步的，在靶材的不同径向位置上，强化部的厚度以曲线的形式连续分布。
进一步的，焊接步骤中使用的焊接方法为搅拌摩擦焊或电子束焊。
进一步的，靶材部的材质为高纯度的金属，强化部的材质为合金，且强化部的合金的主要成分与靶材部的材质相同。
进一步的，靶材包括外缘区域和中心区域，外缘区域位于中心区域的径向外侧，外缘区域的厚度小于中心区域的厚度，强化部包括整个外缘区域，并且
强化部以均匀的样式覆盖中心区域的背面的至少一部分，或者强化部全部覆盖靶材的背面。
进一步的，靶材还包括过渡区域，过渡区域位于外缘区域和中心区域之间，过渡区域具有变化的厚度，过渡区域的厚度大于外缘区域且小于中心区域，过渡区域的至少一部分为强化部。
根据本发明的另一个方面，提供了一种靶材的制备方法，包括组装步骤和焊接步骤，
在组装步骤中，将靶材本体和背板固定，靶材本体的成分与背板的成分不同，背板的形状与靶材本体背面的形状相适配，以使得背板与靶材本体背面相贴合，背板至少部分覆盖靶材本体的背面；
在焊接步骤中，将至少部分背板焊接至靶材本体以形成强化部，强化部包括了至少部分靶材本体和至少部分背板，靶材本体的未形成强化部的部分为靶材部，强化部处于靶材的背面，强化部覆盖靶材部的背面的至少一部分，强化部的成分与靶材部的成分不同，强化部提高了靶材的强度。
进一步的，强化部覆盖靶材背面的一部分，且强化部覆盖靶材的背面面积的至少30％。
进一步的，强化部全部覆盖靶材的背面。
进一步的，强化部以均匀的样式分布于靶材的背面。
进一步的，强化部包括一条或多条通过靶材的背面中心的直线。
进一步的，强化部包括两个或两个以上分布于靶材背面的同心圆环。
进一步的，强化部包括均匀分布于靶材背面的多个圆环、圆形区域或矩形区域。
进一步的，在组装步骤之前，还包括侵蚀深度采集步骤，
在侵蚀深度采集步骤中，采集使用过的靶材的侵蚀深度；
在焊接步骤中，在靶材的不同径向位置上，焊接深度为非固定值，且焊接深度根据侵蚀深度确定。
进一步的，在焊接步骤之前，还包括预加工步骤，在预加工步骤中，根据侵蚀深度，对靶材本体的背面和背板的正面进行预加工，根据侵蚀深度，确定靶材本体的厚度和背板的厚度；
在焊接步骤中，在靶材的不同径向位置上，焊接深度与背板的厚度正相关，以使得在靶材的不同径向位置上，形成的强化部的厚度与背板的厚度正相关。
进一步的，在焊接步骤中，在靶材的不同径向位置上，焊接深度以台阶状的形式连续分布，以使得在靶材的不同径向位置上，形成的强化部的厚度以台阶状的形式连续分布。
进一步的，在焊接步骤中，在靶材的不同径向位置上，焊接深度以曲线的形式连续分布，以使得在靶材的不同径向位置上，形成的强化部的厚度以曲线的形式连续分布。
进一步的，焊接步骤中使用的焊接方法为搅拌摩擦焊或电子束焊。
进一步的，靶材部的材质为高纯度的金属，强化部的材质为合金，且强化部的合金的主要成分与靶材部的材质相同。
进一步的，在组装步骤中，将正面环贴合于靶材本体的正面的外围，在焊接步骤中，正面环、部分靶材本体和部分背板的材料发生混合。
进一步的，在焊接步骤之后还包括后加工步骤，在后加工步骤中，对靶材的外围的厚度进行减薄以形成外缘区域。
根据本发明的另一个方面，提供了一种靶材组件，包括靶材本体和背板，靶材本体包括本体外缘部分、本体正面部分和本体背面部分，本体外缘部分位于本体正面部分和本体背面部分的径向外侧，本体外缘部分的厚度小于靶材本体的厚度，背板包括背板外缘部分和背板中心部分，背板外缘部分的厚度大于背板中心部分的厚度，背板中心部分至少部分覆盖靶材本体的本体背面部分，背板的形状与靶材本体背面的形状相适配，靶材本体的成分与背板的成分不同。
进一步的，在沿靶材组件的不同径向位置上，背板中心部分的厚度为非固定值。
进一步的，背板中心部分由多个不同高度的圆环状台阶构成。
进一步的，靶材本体的材质为高纯度的金属，背板的材质为合金，且背板的合金的主要成分与靶材本体的材质相同。
进一步的，靶材本体的正面部分在轴向上突出于外缘部分，靶材组件还包括正面环，正面环的形状与靶材本体正面的形状相适配，正面环的成分与靶材本体的成分不同。
应用本发明的上述技术方案，至少实现了如下技术效果：
1、本发明的上述技术方案使得靶材的强化部由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度；
2、本发明的上述技术方案根据靶材本体在使用过程中正面受到侵蚀后的轮廓线而调整相应的焊接深度，使得在焊接后保证靶材本体使用率的情况下尽可能提高靶材的强化部的比例，从而使得靶材在长时间的使用后依然能够保持整体的强度比较稳定；
3、本发明的上述技术方案直接在靶材的水冷面上进行焊接，可以根据需要灵活确定焊接的部位和面积大小；
4、本发明的上述技术方案在焊接过程中使得靶材本体与背板焊接部分实现均匀混合，相比于其他焊接方式可以有效增强焊接后靶材水冷面的冷却效率。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例1的靶材剖面图；
图2示出了根据本发明实施例1的靶材背面正视图；
图3示出了根据本发明实施例1的靶材组件示意图；
图4示出了根据本发明实施例1的靶材的制备方法流程图；
图5示出了根据本发明实施例1的靶材和靶材组件焊接前后对比图；
图6示出了根据本发明实施例2的靶材剖面图；
图7示出了根据本发明实施例2的靶材和靶材组件焊接前后对比图；
图8示出了根据本发明实施例2的靶材的制备方法流程图；
图9示出了根据本发明实施例3的靶材背面的正视图；
图10示出了根据本发明实施例3的靶材背面的正视图；
图11示出了根据本发明实施例3的靶材背面的正视图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、靶材部；2、强化部；3、外缘区域；4、中心区域；5、过渡区域；6、侵蚀深度；11、靶材本体；12、背板；13、正面环；111、本体外缘部分；112、本体正面部分；113、本体背面部分；121、背板外缘部分；122、背板中心部分。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1：
根据本发明的一个方面，提出了一种靶材，是由两个或两个以上的部件经过焊接步骤形成的。如图1所示，这种靶材包括靶材部1和强化部2，强化部2的成分与靶材部1的成分不同。靶材部1的材质为高纯度的金属，强化部2的材质为合金，且强化部2的合金的主要成分与靶材部1的材质相同。靶材的强化部2由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度。
具体来说，强化部2是在靶材的焊接步骤中形成的，且连接至靶材部1以提高了靶材的强度。焊接步骤中使用的焊接方法为搅拌摩擦焊或电子束焊。强化部2处于靶材的背面，也就是说，强化部2位于靶材的背侧表面。在靶材的不同径向位置上，强化部2的厚度为非固定值，而且强化部2的厚度以台阶状的形式连续分布，强化部2的厚度也可以以曲线的形式连续分布。靶材是根据靶材本体在使用过程中正面受到侵蚀后的轮廓线而调整相应的焊接深度，使得在保证靶材本体使用率的情况下尽可能提高靶材的强化部的比例，从而使得靶材在长时间的使用后依然能够保持整体的强度比较稳定。
强化部2覆盖靶材的背面的至少一部分，且强化部2覆盖靶材的背面面积的至少30％，优选地，至少50％，更优选地，至少70％或90％。
优选地，强化部2以如图2所示覆盖靶材的全部背面，提高强化部2的范围可以有效提高靶材水冷面的强度。
如图1所示，靶材包括外缘区域3和中心区域4，外缘区域3位于中心区域4的径向外侧，外缘区域3的厚度小于中心区域4的厚度，强化部2包括整个外缘区域3且强化部2覆盖中心区域4的背面的至少一部分。在外缘区域3上可以开螺栓孔以对靶材进行固定。
此外，靶材还包括过渡区域5，过渡区域5位于外缘区域3和中心区域4之间，过渡区域5具有变化的厚度，过渡区域5的厚度大于外缘区域3且小于中心区域4，过渡区域5的一部分为强化部2。过渡区域4和外缘区域3由焊接后通过后加工获得，方便对靶材进行固定。
根据本发明的另一方面，提出了一种靶材组件，如图3所示，包括靶材本体11和背板12。具体来说，靶材本体11包括本体外缘部分111、本体正面部分112和本体背面部分113，本体外缘部分111位于本体正面部分112和本体背面部分113的径向外侧，本体外缘部分111的厚度小于靶材本体11的厚度。靶材本体11的本体正面部分112在轴向上突出于本体外缘部分111。
背板12包括背板外缘部分121和背板中心部分122，背板外缘部分121的厚度大于背板中心部分122的厚度，背板中心部分122至少部分覆盖靶材本体11的背面部分113，背板12的形状与靶材本体11背面的形状相适配，靶材本体11的成分与背板12的成分不同。靶材组件将靶材本体11和背板12组合在一起后在背板12上进行焊接，使得焊接后的靶材具有强化部2，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度。
本发明中的“相适配”指的是，两个相互接触的部件形状能够实现贴合，例如，靶材本体11的本体外缘部分111和本体背面部分113与背板12的外缘部分121和背板中心部分122均紧密贴合。
在沿靶材组件的不同径向位置上，背板中心部分122的厚度为非固定值，背板中心部分122由多个不同高度的圆环状台阶构成。为了将背板12与靶材本体11两者紧密贴合，对应地靶材本体11的背面部分也由多个不同高度的圆环状台阶构成。
此外，靶材本体11的材质为高纯度的金属，背板12的材质为合金，且背板12的合金的主要成分与靶材本体11的材质相同。靶材组件的背板12是根据靶材本体11在使用过程中正面受到侵蚀后的轮廓线而调整相应的背板12厚度，使得在焊接后保证靶材本体11使用率的情况下尽可能提高靶材的强化部2的比例，从而使得靶材在长时间的使用后依然能够保持整体的强度比较稳定。
如图3所示，靶材组件还包括正面环13，正面环13的形状与靶材本体11正面的形状相适配，正面环13的成分与靶材本体11的成分不同。优选地，正面环13的成分可以与背板12的成分相同或相类似，与靶材本体11进行焊接后可以加强靶材本体11的外缘部分111的强度。
根据本发明的另一方面，提出了一种靶材的制备方法，如图4所示，包括组装步骤S1和焊接步骤S2。在组装步骤S1之前，还包括侵蚀深度采集步骤S01和预加工步骤S02。
如图1所示，在侵蚀深度采集步骤S01中，采集使用过的靶材的侵蚀深度6；在预加工步骤S02中，根据侵蚀深度6，对靶材本体11的背面和背板12的正面进行预加工，预加工是根据侵蚀深度6，确定靶材本体11的厚度和背板12的厚度，并分别按照确定的厚度加工靶材本体11和背板12。“确定靶材本体11的厚度和背板12的厚度”指的是靶材本体11的厚度的变化趋势与侵蚀深度的变化趋势相同，背板12的厚度的变化趋势与侵蚀深度的变化趋势相反，举例来讲，在侵蚀深度较大的径向位置处，靶材本体的厚度也相对较大，背板的厚度相对较小，在侵蚀深度较小的径向位置处，靶材本体的厚度相对较小，背板的厚度相对较大。
具体来说，在组装步骤S1中，将靶材本体11和背板12固定，靶材本体11的成分与背板12的成分不同，背板12的形状与靶材本体11背面的形状相适配，以使得背板12与靶材本体11背面相贴合，背板12至少部分覆盖靶材本体11的背面。组装步骤S1完成以获得如图3所示的靶材组件。
如图5所示，在焊接步骤S2中，在所述靶材的不同径向位置上，焊接深度为非固定值，且所述焊接深度根据所述侵蚀深度6确定。“所述焊接深度根据所述侵蚀深度6确定”指的是焊接深度与侵蚀深度的变化趋势相反，举例来讲，在侵蚀深度较大的径向位置处，焊接深度相对较小，在侵蚀深度较小的径向位置处，焊接深度相对较大。可选地，焊接深度与背板12的厚度正相关，以使得在靶材的不同径向位置上，形成的强化部2的厚度与背板12的厚度正相关。
焊接深度以台阶状的形式连续分布，以使得在靶材的不同径向位置上，形成的强化部2的厚度以台阶状的形式连续分布；或者焊接深度以曲线的形式连续分布，以使得在靶材的不同径向位置上，形成的强化部2的厚度以曲线的形式连续分布。这种制备方法中根据靶材本体在使用过程中正面受到侵蚀后的轮廓线而调整相应的焊接深度，使得在焊接后保证靶材本体使用率的情况下尽可能提高靶材的强化部的比例，从而使得靶材在长时间的使用后依然能够保持整体的强度比较稳定。
值得注意的是，预加工步骤S02可以省去，在某些实施方式中，可以不预加工背板，背板的中心区域仍为均一的厚度，但是在焊接过程中焊接深度仍可以根据侵蚀深度进行变化，具体如上文S2步骤中所述。
具体来说，焊接步骤S2中使用的焊接方法为搅拌摩擦焊或电子束焊。在焊接步骤S2中，将至少部分背板12焊接至靶材本体11以形成强化部2，强化部2包括了至少部分靶材本体11和至少部分背板12，靶材本体11的未形成强化部2的部分为靶材部1。强化部2处于靶材的背面，强化部2覆盖靶材部1的背面的至少一部分，强化部2的成分与靶材部1的成分不同，强化部2提高了靶材的强度。
强化部2覆盖靶材背面的一部分，且强化部2覆盖靶材的背面面积的至少30％，优选地，如图2所示，强化部2全部覆盖靶材的背面。靶材部1的材质为高纯度的金属，强化部2的材质为合金，且强化部2的合金的主要成分与靶材部1的材质相同。这种制备方法使得靶材的强化部由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度。
具体来说，在使用搅拌摩擦焊接时可以使用回抽式搅拌头，将搅拌头插入背板12直至部分进入靶材本体11中，可以沿着背板周向的方向移动搅拌头，注意在在靶材的不同径向位置上不断改变焊接深度，使得焊接深度以台阶状或曲线的形式连续分布。这种制备方法在靶材的水冷面上进行焊接。
此外，在组装步骤S1中，将正面环13贴合于靶材本体11的正面的外围，在焊接步骤S2中，正面环13、部分靶材本体11和部分背板12的材料发生混合。如图5所示，在焊接时，首先将焊接头从背板12的外侧面插入背板12中直至接触或深入到正面环13，之后逐渐将焊接头由背板外缘部分121向背板中心部分122移动，直至焊接头从正面环13进入靶材本体11后逐渐减小焊接头的插入深度。
如图4所示，在焊接步骤S2之后还包括后加工步骤S3，在后加工步骤S3中，对靶材的外围的厚度进行减薄，进行适应性的切削后形成靶材的外缘区域3和过渡区域5。之后也可以按需要在靶材的外缘区域3上开一些螺栓孔用于靶材的固定安装，后加工最终形成可用于溅射的靶材产品如图1所示。
应用本发明实施例1中的技术方案，实现了如下技术效果：1、使得靶材的强化部由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度；2、根据靶材本体在使用过程中正面受到侵蚀后的轮廓线而调整相应的焊接深度，使得在焊接后保证靶材本体使用率的情况下尽可能提高靶材的强化部的比例，从而使得靶材在长时间的使用后依然能够保持整体的强度比较稳定；3、在焊接过程中使得的焊接区域实现均匀混合，相比于其他焊接方式可以有效增强焊接后靶材水冷面的冷却效率。
在本实施例中，靶材本体的材质为高纯度铝，背板和正面环的材质可以为A1300系列铝、A6000系列铝、A2000系列铝等铝合金中的任意一种；但在其他实施例中，靶材本体的材质也可以是纯钨、纯钛、纯钒等等高纯金属中的任意一种。
实施例2：
根据本发明的一个方面，提出了一种靶材，是由两个或两个以上的部件经过焊接步骤形成的。如图6所示，这种靶材包括靶材部1和强化部2，强化部2的成分与靶材部1的成分不同。靶材部1的材质为高纯度的金属，强化部2的材质为合金，且强化部2的合金的主要成分与靶材部1的材质相同。靶材的强化部2由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度。
具体来说，强化部2是在靶材的焊接步骤中形成的，且连接至靶材部1以提高了靶材的强度。焊接步骤中使用的焊接方法为搅拌摩擦焊或电子束焊。强化部2处于靶材的背面，也就是说，强化部位于靶材的背侧表面。至少在强化部的中心区域，强化部为均一的厚度。
强化部2覆盖靶材部的背面的至少一部分，且强化部2覆盖靶材的背面面积的至少30％，优选地，强化部2如图2所示覆盖靶材的全部背面，提高强化部2的范围可以有效提高靶材水冷面的强度。
如图6所示，靶材包括外缘区域3和中心区域4，外缘区域3位于中心区域4的径向外侧，外缘区域3的厚度小于中心区域4的厚度，强化部2包括整个外缘区域3且强化部2以均匀的样式覆盖中心区域4的背面的至少一部分。在外缘区域3上可以开螺栓孔以对靶材进行固定。
此外，靶材还包括过渡区域5，过渡区域5位于外缘区域3和中心区域4之间，过渡区域5具有变化的厚度，过渡区域5的厚度大于外缘区域3且小于中心区域4，过渡区域5的一部分为强化部2。过渡区域5和外缘区域3由焊接后通过后加工获得，方便对靶材进行固定。
根据本发明的另一方面，提出了一种靶材组件，如图7所示，包括靶材本体11和背板12。具体来说，靶材本体11包括外缘部分111、正面部分112和背面部分113，外缘部分111位于正面部分112和背面部分113的径向外侧，外缘部分111的厚度小于靶材本体11的厚度。靶材本体11的正面部分112在轴向上突出于外缘部分111。
背板12包括背板外缘部分121和背板中心部分122，背板外缘部分121的厚度大于背板中心部分122的厚度，背板中心部分122至少部分覆盖靶材本体11的背面部分113，背板12的形状与靶材本体11背面的形状相适配，靶材本体11的成分与背板12的成分不同。靶材组件将靶材本体11和背板12组合在一起后在背板12上进行焊接，使得焊接后的靶材具有强化部2，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度。
本发明中的“相适配”指的是，两个相互接触的部件形状能够实现贴合，例如，靶材本体11的本体外缘部分111和本体背面部分113与背板12的外缘部分121和背板中心部分122均紧密贴合。
此外，靶材本体11的材质为高纯度的金属，背板12的材质为合金，且背板12的合金的主要成分与靶材本体11的材质相同。如图7所示，靶材组件还包括正面环13，正面环13的形状与靶材本体11正面的形状相适配，正面环13的成分与靶材本体11的成分不同。优选地，正面环13的成分可以与背板12的成分相同或相类似，与靶材本体11进行焊接后可以加强靶材本体11的外缘部分111的强度。
根据本发明的另一方面，提出了一种靶材的制备方法，如图8所示，包括组装步骤S1和焊接步骤S2。
具体来说，在组装步骤S1中，将靶材本体11和背板12固定，靶材本体11的成分与背板12的成分不同，背板12的形状与靶材本体11背面的形状相适配，以使得背板12与靶材本体11背面相贴合，背板12至少部分覆盖靶材本体11的背面。组装步骤S1完成以获得如图7所示的靶材组件。
如图7所示，在焊接步骤S2中，在靶材的不同径向位置上，背板中心部分122的厚度不变，焊接头在背板中心部分122的焊接深度以及形成的强化部2的厚度也不变。
可选地，也可以在组装步骤S1之前添加进行侵蚀深度采集步骤S01，采集使用过的靶材的侵蚀深度6；在焊接步骤S2中，在靶材的不同径向位置上，焊接深度为非固定值，且焊接深度根据侵蚀深度6确定。“所述焊接深度根据所述侵蚀深度6确定”指的是焊接深度与侵蚀深度的变化趋势相反，举例来讲，在侵蚀深度较大的径向位置处，焊接深度相对较小，在侵蚀深度较小的径向位置处，焊接深度相对较大。
具体来说，焊接步骤S2中使用的焊接方法为搅拌摩擦焊或电子束焊。在焊接步骤S2中，将至少部分背板12焊接至靶材本体11以形成强化部2，强化部2包括了至少部分靶材本体11和至少部分背板12，靶材本体11的未形成强化部2的部分为靶材部1，强化部2处于靶材的背面，强化部2覆盖靶材部1的背面的至少一部分，强化部2的成分与靶材部1的成分不同，强化部2提高了靶材的强度。
优选地，与图2类似，强化部2全部覆盖靶材的背面。靶材部1的材质为高纯度的金属，强化部2的材质为合金，且强化部2的合金的主要成分与靶材部1的材质相同。这种制备方法使得靶材的强化部由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度。
具体来说，在使用搅拌摩擦焊接时可以使用回抽式搅拌头，将搅拌头插入背板12直至部分进入靶材本体11中，可以沿着背板周向的方向移动搅拌头。这种制备方法在靶材的水冷面上进行焊接，可以根据需要灵活确定焊接的部位和面积大小。
此外，在组装步骤S1中，将正面环13贴合于靶材本体11的正面的外围，在焊接步骤S2中，正面环13、部分靶材本体11和部分背板12的材料发生混合。如图7所示，在焊接时，首先将焊接头从背板12的外侧面插入背板12中直至接触或深入到正面环13，之后逐渐将焊接头由背板外缘部分121向背板中心部分122移动，直至焊接头从正面环13进入靶材本体11后逐渐减小焊接头的插入深度。
如图8所示，在焊接步骤S2之后还包括后加工步骤S3，在后加工步骤S3中，对靶材的外围的厚度进行减薄，进行适应性的切削后形成靶材的外缘区域3和过渡区域4。之后也可以按需要在靶材的外缘区域3上开一些螺栓孔用于靶材的固定安装，后加工最终形成可用于溅射的靶材产品如图6所示。
应用本发明实施例2提出的技术方案，实现了如下技术效果：1、使得靶材的强化部由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度；2、在焊接过程中使得靶材本体与背板部分实现均匀混合，相比于其他焊接方式可以有效增强焊接后靶材水冷面的冷却效率。
在本实施例中，靶材本体的材质为高纯度铝，背板和正面环的材质可以为A1300系列铝、A6000系列铝、A2000系列铝等铝合金中的任意一种；但在其他实施例中，靶材本体的材质也可以是纯钨、纯钛、纯钒等等高纯金属中的任意一种。
实施例3
根据本发明的一个方面，提出了一种靶材，是由两个或两个以上的部件经过焊接步骤形成的。如图1所示，这种靶材包括靶材部1和强化部2，强化部2的成分与靶材部1的成分不同。靶材部1的材质为高纯度的金属，强化部2的材质为合金，且强化部2的合金的主要成分与靶材部1的材质相同。靶材的强化部2由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度。
具体来说，强化部2是在靶材的焊接步骤中形成的，且连接至靶材部1以提高了靶材的强度。焊接步骤中使用的焊接方法为搅拌摩擦焊或电子束焊。强化部2处于靶材的背面，且强化部2覆盖靶材的背面的至少一部分，也就是说，强化部位于靶材的背侧表面。
强化部2以均匀的样式分布于靶材的背面，“均匀的样式”指的是从垂直于靶材背面的视角来看，强化部在靶材背面呈现相对均匀的分布；该出“均匀的样式”旨在对于靶材形成较为均匀的强化；而仅分布于靶材边缘区域或者仅分布于靶材中心区域的强化部，均不能实现靶材整体上的强化，此种强化部的分布不属于“均匀的样式”。
强化部2覆盖靶材部的背面的至少一部分，且强化部2覆盖靶材的背面面积的至少30％，强化部的面积和形状可不同。如图9所示，强化部2可以包括一条或多条通过靶材的背面中心的直线。如图10所示，强化部2包括两个或两个以上分布于靶材背面的同心圆环。如图11所示，强化部2还可以包括均匀分布于靶材背面的多个圆形区域。除此之外，强化部2可以包括任意数量的圆环、圆形区域或矩形区域的任意组合。焊接时在靶材的水冷面上进行焊接，焊接过程中可以根据需要灵活确定焊接的部位和面积大小。
与图1类似，沿某个径向，在不同的径向位置上，强化部的厚度仍可为非固定值，如强化部为通过靶材背面中心的直线形式，沿该直线，强化部的厚度仍可为非固定值；若强化部采用了某些均匀的样式分布，如图10或图11所示，沿某个径向，强化部可以不连续。
靶材包括外缘区域3和中心区域4，外缘区域3位于中心区域4的径向外侧，外缘区域3的厚度小于中心区域4的厚度，强化部2包括整个外缘区域3且强化部2以均匀的样式覆盖中心区域4的背面的至少一部分。在外缘区域3上可以开螺栓孔以对靶材进行固定。
此外，靶材还包括过渡区域5，过渡区域5位于外缘区域3和中心区域4之间，过渡区域5具有变化的厚度，过渡区域5的厚度大于外缘区域3且小于中心区域4，过渡区域5的一部分为强化部2。过渡区域5和外缘区域3由焊接后通过后加工获得，方便对靶材进行固定。
根据本发明的另一方面，提出了一种靶材组件，如图3所示，包括靶材本体11和背板12。靶材本体11包括外缘部分111、正面部分112和背面部分113，外缘部分111位于正面部分112和背面部分113的径向外侧，外缘部分111的厚度小于靶材本体11的厚度。靶材本体11的正面部分112在轴向上突出于外缘部分111。靶材组件将靶材本体11和背板12组合在一起后进行焊接，使得焊接后的靶材具有强化部2，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度。
具体来说，背板12包括背板外缘部分121和背板中心部分122，背板外缘部分121的厚度大于背板中心部分122的厚度，背板中心部分122至少部分覆盖靶材本体11的背面部分113，背板12的形状与靶材本体11背面的形状相适配，靶材本体11的成分与背板12的成分不同。靶材组件将靶材本体11和背板12组合在一起后在背板12上进行焊接，可以根据需要灵活确定焊接的部位和面积大小。
本发明中的“相适配”指的是，两个相互接触的部件形状能够实现贴合，例如，靶材本体11的本体外缘部分111和本体背面部分113与背板12的外缘部分121和背板中心部分122均紧密贴合。
此外，靶材本体11的材质为高纯度的金属，背板12的材质为合金，且背板12的合金的主要成分与靶材本体11的材质相同。靶材组件的背板12是根据靶材本体11在使用过程中正面受到侵蚀后的轮廓线而调整相应的背板12厚度，使得在焊接后保证靶材本体11使用率的情况下尽可能提高靶材的强化部2的比例，从而使得靶材在长时间的使用后依然能够保持整体的强度比较稳定。
如图3所示，靶材组件还包括正面环13，正面环13的形状与靶材本体11正面的形状相适配，正面环13的成分与靶材本体11的成分不同。优选地，正面环13的成分可以与背板12的成分相同或相类似，与靶材本体11进行焊接后可以加强靶材本体11的外缘部分111的强度。
该实施例的靶材的制备方法仍可如实施例1或实施例2所述，可通过焊接方式形成至少在中心区域呈现固定厚度或非固定厚度的强化部。
应用本发明实施例3提出的技术方案，实现了如下技术效果：1、使得靶材的强化部由高纯度金属与该种金属的合金经过焊接而均匀混合形成，可以有效加强焊接后靶材的强度尤其是水冷面的强度；2、根据靶材本体在使用过程中正面受到侵蚀后的轮廓线而调整相应的焊接深度，使得在焊接后保证靶材本体使用率的情况下尽可能提高靶材的强化部的比例，从而使得靶材在长时间的使用后依然能够保持整体的强度比较稳定；3、直接在靶材的水冷面上进行焊接，可以根据需要灵活确定焊接的部位和面积大小；4、在焊接过程中使得靶材本体与背板的焊接区域部分实现均匀混合，相比于其他焊接方式可以有效增强焊接后靶材水冷面的冷却效率。
在本实施例中，靶材本体的材质为高纯度铝，背板和正面环的材质可以为A1300系列铝、A6000系列铝、A2000系列铝等铝合金中的任意一种；但在其他实施例中，靶材本体的材质也可以是纯钨、纯钛、纯钒等等高纯金属中的任意一种。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (34)
1.一种靶材，由两个或两个以上的部件经过焊接步骤形成，其特征在于，靶材包括靶材部(1)和强化部(2)，所述强化部(2)的成分与所述靶材部(1)的成分不同，所述强化部(2)在所述靶材的焊接步骤中形成且连接至所述靶材部(1)以提高了所述靶材的强度，所述强化部(2)处于所述靶材的背面，且所述强化部(2)覆盖所述靶材部(1)的背面的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的靶材，其特征在于，所述强化部(2)覆盖所述靶材背面的一部分，且所述强化部(2)覆盖所述靶材的背面面积的至少30％。
3.根据权利要求1所述的靶材，其特征在于，所述强化部(2)覆盖所述靶材的全部背面。
4.根据权利要求2所述的靶材，其特征在于，所述强化部(2)以均匀的样式分布于所述靶材的背面。
5.根据权利要求4所述的靶材，其特征在于，所述强化部(2)包括一条或多条通过所述靶材的背面中心的直线。
6.根据权利要求4所述的靶材，其特征在于，所述强化部(2)包括两个或两个以上分布于所述靶材背面的同心圆环。
7.根据权利要求4所述的靶材，其特征在于，所述强化部(2)包括均匀分布于所述靶材背面的多个圆环、圆形区域或矩形区域。
8.根据权利要求1所述的靶材，其特征在于，在所述靶材的不同径向位置上，所述强化部(2)的厚度为非固定值。
9.根据权利要求1所述的靶材，其特征在于，在所述靶材的不同径向位置上，所述强化部(2)的厚度以台阶状的形式连续分布。
10.根据权利要求1所述的靶材，其特征在于，在所述靶材的不同径向位置上，所述强化部(2)的厚度以曲线的形式连续分布。
11.根据权利要求1-10任一项所述的靶材，其特征在于，所述焊接步骤中使用的焊接方法为搅拌摩擦焊或电子束焊。
12.根据权利要求1-10任一项所述的靶材，其特征在于，所述靶材部(1)的材质为高纯度的金属，所述强化部(2)的材质为合金，且所述强化部(2)的合金的主要成分与所述靶材部(1)的材质相同。
13.根据权利要求1-10任一项所述的靶材，其特征在于，所述靶材包括外缘区域(3)和中心区域(4)，所述外缘区域(3)位于所述中心区域(4)的径向外侧，所述外缘区域(3)的厚度小于所述中心区域(4)的厚度，所述强化部(2)包括整个所述外缘区域(3)，并且
所述强化部(2)以均匀的样式覆盖所述中心区域(4)的背面的至少一部分，或者所述强化部(2)全部覆盖所述靶材的背面。
14.根据权利要求13所述的靶材，其特征在于，所述靶材还包括过渡区域(5)，所述过渡区域(5)位于所述外缘区域(3)和所述中心区域(4)之间，所述过渡区域(5)具有变化的厚度，所述过渡区域(5)的厚度大于所述外缘区域(3)且小于所述中心区域(4)，所述过渡区域(5)的至少一部分为所述强化部(2)。
15.一种靶材的制备方法，其特征在于，包括组装步骤S1和焊接步骤S2，
在所述组装步骤S1中，将靶材本体(11)和背板(12)固定，所述靶材本体(11)的成分与所述背板(12)的成分不同，所述背板(12)的形状与所述靶材本体(11)背面的形状相适配，以使得所述背板(12)与所述靶材本体(11)背面相贴合，所述背板(12)至少部分覆盖所述靶材本体(11)的背面；
在所述焊接步骤S2中，将至少部分所述背板(12)焊接至所述靶材本体(11)以形成强化部(2)，所述强化部(2)包括了至少部分所述靶材本体(11)和至少部分所述背板(12)，所述靶材本体(11)的未形成强化部(2)的部分为靶材部(1)，所述强化部(2)处于所述靶材的背面，所述强化部(2)覆盖所述靶材部(1)的背面的至少一部分，所述强化部(2)的成分与所述靶材部(1)的成分不同，所述强化部(2)提高了所述靶材的强度。
16.根据权利要求15所述的靶材的制备方法，其特征在于，所述强化部(2)覆盖所述靶材背面的一部分，且所述强化部(2)覆盖所述靶材的背面面积的至少30％。
17.根据权利要求15所述的靶材的制备方法，其特征在于，所述强化部(2)全部覆盖所述靶材的背面。
18.根据权利要求16所述的靶材的制备方法，其特征在于，所述强化部(2)以均匀的样式分布于所述靶材的背面。
19.根据权利要求18所述的靶材的制备方法，其特征在于，所述强化部(2)包括一条或多条通过所述靶材的背面中心的直线。
20.根据权利要求18所述的靶材的制备方法，其特征在于，所述强化部(2)包括两个或两个以上分布于所述靶材背面的同心圆环。
21.根据权利要求18所述的靶材的制备方法，其特征在于，所述强化部(2)包括均匀分布于所述靶材背面的多个圆环、圆形区域或矩形区域。
22.根据权利要求15所述的靶材的制备方法，其特征在于，在所述组装步骤S1之前，还包括侵蚀深度采集步骤S01，
在所述侵蚀深度采集步骤S01中，采集使用过的靶材的侵蚀深度(6)；
在所述焊接步骤S2中，在所述靶材的不同径向位置上，焊接深度为非固定值，且所述焊接深度根据所述侵蚀深度(6)确定。
23.根据权利要求22所述的靶材的制备方法，其特征在于，在所述焊接步骤S2之前，还包括预加工步骤S02，在所述预加工步骤S02中，根据所述侵蚀深度(6)，对所述靶材本体(11)的背面和所述背板(12)的正面进行预加工，根据所述侵蚀深度(6)，确定所述靶材本体(11)的厚度和所述背板(12)的厚度；
在所述焊接步骤S2中，在所述靶材的不同径向位置上，焊接深度与所述背板(12)的厚度正相关，以使得在所述靶材的不同径向位置上，形成的所述强化部(2)的厚度与所述背板(12)的厚度正相关。
24.根据权利要求23所述的靶材的制备方法，其特征在于，在所述焊接步骤S2中，在所述靶材的不同径向位置上，焊接深度以台阶状的形式连续分布，以使得在所述靶材的不同径向位置上，形成的所述强化部(2)的厚度以台阶状的形式连续分布。
25.根据权利要求23所述的靶材的制备方法，其特征在于，在所述焊接步骤S2中，在所述靶材的不同径向位置上，焊接深度以曲线的形式连续分布，以使得在所述靶材的不同径向位置上，形成的所述强化部(2)的厚度以曲线的形式连续分布。
26.根据权利要求15-25任一项所述的靶材的制备方法，其特征在于，所述焊接步骤S2中使用的焊接方法为搅拌摩擦焊或电子束焊。
27.根据权利要求15-25任一项所述的靶材的制备方法，其特征在于，所述靶材部(1)的材质为高纯度的金属，所述强化部(2)的材质为合金，且所述强化部(2)的合金的主要成分与所述靶材部(1)的材质相同。
28.根据权利要求15-25任一项所述的靶材的制备方法，其特征在于，在所述组装步骤S1中，将正面环(13)贴合于所述靶材本体(11)的正面的外围，在所述焊接步骤S2中，所述正面环(13)、部分靶材本体(11)和部分背板(12)的材料发生混合。
29.根据权利要求15-25任一项所述的靶材的制备方法，其特征在于，在所述焊接步骤S2之后还包括后加工步骤S4，在所述后加工步骤S3中，对所述靶材的外围的厚度进行减薄以形成外缘区域(3)。
30.一种靶材组件，包括靶材本体(11)和背板(12)，其特征在于，所述靶材本体(11)包括本体外缘部分(111)、本体正面部分(112)和本体背面部分(113)，所述本体外缘部分(111)位于所述本体正面部分(112)和本体背面部分(113)的径向外侧，所述本体外缘部分(111)的厚度小于所述靶材本体(11)的厚度，所述背板(12)包括背板外缘部分(121)和背板中心部分(122)，所述背板外缘部分(121)的厚度大于所述背板中心部分(122)的厚度，所述背板中心部分(122)至少部分覆盖所述靶材本体(11)的所述本体背面部分(113)，所述背板(12)的形状与所述靶材本体(11)背面的形状相适配，所述靶材本体(11)的成分与所述背板(12)的成分不同。
31.根据权利要求30所述的靶材组件，其特征在于，在沿所述靶材组件的不同径向位置上，所述背板中心部分(122)的厚度为非固定值。
32.根据权利要求31所述的靶材组件，其特征在于，所述背板中心部分(122)由多个不同高度的圆环状台阶构成。
33.根据权利要求30-32任一项所述的靶材组件，其特征在于，所述靶材本体(11)的材质为高纯度的金属，所述背板(12)的材质为合金，且所述背板(12)的合金的主要成分与所述靶材本体(11)的材质相同。
34.根据权利要求30-32任一项所述的靶材组件，其特征在于，所述靶材本体(11)的所述本体正面部分(112)在轴向上突出于所述本体外缘部分(111)，所述靶材组件还包括正面环(13)，所述正面环(13)的形状与所述靶材本体(11)正面的形状相适配，所述正面环(13)的成分与所述靶材本体(11)的成分不同。
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2022
- 2022-09-06 CN CN202211085271.2A patent/CN115255596A/zh active Pending
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