CN115781097A - 一种用于靶材组件钎焊的焊料及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于靶材组件钎焊的焊料及其用途，所述焊料由铟粉、锡粉和锌粉组成；所述锡粉的平均粒度＜所述铟粉的平均粒度＜所述锌粉的平均粒度，所述用途包括采用所述焊料对靶材和背板进行钎焊焊接。本发明提供的焊料，通过对焊料中所用金属粉的种类和粒度进行特定设计，实现了金属靶材和背板的高效焊接，具有焊接强度高，焊接后靶材和背板间的导热性能有明显提升。
Description
技术领域
本发明涉及靶材焊接领域，具体涉及一种用于靶材组件钎焊的焊料及其用途。
背景技术
目前，在半导体工业中，靶材组件由符合溅射性能的靶材和具有一定强度的背板构成，靶材和背板通常经焊接的方式进行结合，如钎焊，热压焊接或热等静压等。
如CN107552907A公开一种绿色高效的靶材与背板钎焊装置及方法，钎焊装置包括焊接加热台、焊料加热装置、激光扫描加工装置、钎焊加压部件，集成了靶材与背板加热、激光扫描清洗和表面织构化加工、焊料铺展、靶材与背板压合等工艺，提供的装置能够实现短流程的靶材与背板焊接。采用该装置无需焊接前的化学清洗、喷砂等工艺，焊接流程短、节能环保、成本低、效率高。
CN113275684A公开了一种基于钎焊方式的靶材绑定方法，包括如下步骤：(1)对靶材和背板的绑定面进行机加工，使绑定面的平面度≤0.1μm、以及粗糙度≤Ra2μm；(2)对靶材和背板进行酸洗，酸洗后绑定面的粗糙度为Ra2.8-3.2μm；(3)使用PVD磁控溅射方式在靶材和背板的绑定面上进行镀银处理；(4)使用熔融的SnAg合金对靶材和背板的绑定面进行浸润涂布；(5)将靶材和背板放入真空钎焊炉内，在靶材和背板的绑定面之间夹置SnCu合金箔片，然后在靶材上放置重物以施加压力，炉内抽真空至真空度≤6×10e-3，加热至170-185℃后，保温至绑定完成。该钎焊所用原料的总成本为300元/kg，降低了靶材绑定的成本，焊接层的焊接强度高达15-18MPa，耐温200℃以上，提高了靶材绑定的强度和稳定性。
CN112475505A公开了一种靶材与背板的焊接方法，包括以下步骤：提供靶材与背板，背板具有凹槽，凹槽的焊接面为螺旋沟槽结构；对靶材和背板进行激光清洗；将靶材放入背板的凹槽内并整体置于包套内整体置于包套内，对包套进行密封及真空处理；将抽真空后的包套进行热等静压处理，将靶材和背板进行焊接；焊接完成后，包套随炉冷却；冷却后去除包套以获得铝靶材组件。通过激光清洗，有效地清除材料表面可溶性杂质与氧化物层，实现靶材与背板直接接触并进行原子间的相互扩散。
然而现有钎焊工艺中所用焊料在焊接后仍存在焊接强度低，靶材和背板间导热性能低的问题。
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用于靶材组件钎焊的焊料及其用途，以解决当前钎焊所得靶材的焊接强度低，靶材被背板间导热性能差的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于靶材组件钎焊的焊料，所述焊料由铟粉、锡粉和锌粉组成；
所述锡粉的平均粒度＜所述铟粉的平均粒度＜所述锌粉的平均粒度。
本发明提供的焊料，通过对焊料中所用金属粉的种类和粒度进行特定设计，实现了金属靶材和背板的高效焊接，具有焊接强度高，焊接后靶材和背板间的导热性能有明显提升。
作为本发明优选的技术方案，所述铟粉的平均粒度为80-100μm，例如可以是80μm、81μm、82μm、83μm、84μm、85μm、86μm、87μm、88μm、89μm、90μm、91μm、92μm、93μm、94μm、95μm、96μm、97μm、98μm、99μm或100μm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。
所述锡粉的平均粒度为30-50μm，例如可以是30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm或50μm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。
所述锌粉的平均粒度为0.5-0.8mm，例如可以是0.5mm、0.52mm、0.54mm、0.56mm、0.58mm、0.6mm、0.62mm、0.64mm、0.66mm、0.68mm、0.7mm、0.72mm、0.74mm、0.76mm、0.78mm或0.8mm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，所述焊料中以质量百分含量计为1-4％铟，20-25％锌，余量为锡。
本发明中，所述焊料中铟以质量百分含量计为1-4％，例如可以是1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％或4％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，所述焊料中锌以质量百分含量计为20-25％，例如可以是20％、20.2％、20.4％、20.6％、20.8％、21％、21.2％、21.4％、21.6％、21.8％、22％、22.2％、22.4％、22.6％、22.8％、23％、23.2％、23.4％、23.6％、23.8％、24％、24.2％、24.4％、24.6％、24.8％或25％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，所述焊料的制备过程为按照配方备料后，采用V型混粉机或其他混合设备将粉末混合均匀。
第二方面，本发明提供如第一方面所述焊料的用途，所述用途包括采用所述焊料对靶材和背板进行钎焊焊接。
作为本发明优选的技术方案，所述靶材的材质包括铝、钛或铜中的1种。
本发明中，所述靶材的为高纯材料或超高纯金属材料。
本发明中，所述高纯为纯度≥99.99％。
本发明中，所述超高纯为纯度在99.9999％以上。
作为本发明优选的技术方案，所述背板的材质包括铝合金或铜合金。
本发明中，所述铝合金可以是A6061铝合金，A2024铝合金或A5083铝合金等。
本发明中，所述铜合金可以是C18000铜合金，C18200铜合金或C46400铜合金等。
作为本发明优选的技术方案，所述钎焊焊接的温度为200-250℃，例如可以是200℃、202℃、204℃、206℃、208℃、210℃、212℃、214℃、216℃、218℃、220℃、222℃、224℃、226℃、228℃、230℃、232℃、234℃、236℃、238℃、240℃、242℃、244℃、246℃、248℃或250℃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，所述钎焊焊接的时间为60-90min，例如可以是60min、62min、64min、66min、68min、70min、72min、74min、76min、78min、80min、82min、84min、86min、88min或90min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，所述靶材的焊接面设置有焊料槽。
本发明中，焊接时焊料的添加量为高于靶材焊接面0.2-0.5mm，如在设置焊料槽后，将焊料槽填满后，再设置厚度为0.2-0.5mm的焊料。
优选地，所述焊料槽的深度为0.4-0.8mm，例如可以是0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm或0.8mm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，所述焊料槽的宽度为4-5mm，例如可以是4mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm或5mm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，所述焊料槽的设置形式包括螺纹槽、直槽、网状槽或点辐射槽中的1种或至少2种的组合。
本发明中，焊料槽的宽度和深度的设置依据不同的设置形式进行合理的选择，为螺纹槽时，具体路如三角形螺纹对应三角形的底边长，矩形螺纹，梯形螺纹对应其中位线的宽度等。
本发明中，所述直槽指在靶材焊接设置相互平行的凹槽，凹槽可以等间距设置也可以是非等间距设计。
本发明中，所述网状槽值在靶材焊接面设置相互交叉的凹槽，进而达到网状的效果。
本发明中，所述点辐射槽指以一焊接面上的某点为起始点，辐射设置多个凹槽，凹槽间围绕该点以一定的夹角分布。
作为本发明优选的技术方案，所述用途包括采用所述焊料对靶材和背板进行钎焊焊接；
所述靶材的材质包括铝、钛或铜中的1种；
所述背板的材质包括铝合金或铜合金；
所述钎焊焊接的温度为200-250℃；
所述钎焊焊接的时间为60-90min；
所述靶材的焊接面设置有焊料槽；所述焊料槽的深度为0.4-0.8mm；所述焊料槽的宽度为4-5mm；所述焊料槽的设置形式包括螺纹槽、直槽、网状槽或点辐射槽中的1种或至少2种的组合。
与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的焊料，通过对焊料的组成进行特定设计，采用铟、锡和锌进行配合，并合理设计各粉料之间的粒度分布，实现了焊接效果的提升，同时由于特定粒度组合的选择，对焊接后的靶材和背板间的导热性能有着明显的提升，有利于靶材在使用过程中热量的散失，避免因散热不好及焊接强度较低而导致靶材温度过高，使用中存在的脱开的风险，焊接强度可达90MPa以上。
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
本实施例提供一种焊料，所述焊料由铟粉、锡粉和锌粉组成，所述铟粉的平均粒度为90μm，所述锡粉的平均粒度为40μm，所述锌粉的平均粒度为0.6mm，所述焊料中以质量百分含量计为2％铟，23％锌，余量为锡。
按照质量百分含量配料后，在V型混粉机中进行混合。
实施例2
本实施例提供一种焊料，所述焊料由铟粉、锡粉和锌粉组成，所述铟粉的平均粒度为80μm，所述锡粉的平均粒度为50μm，所述锌粉的平均粒度为0.8mm，所述焊料中以质量百分含量计为4％铟，25％锌，余量为锡。
按照质量百分含量配料后，在V型混粉机中进行混合。
实施例3
本实施例提供一种焊料，所述焊料由铟粉、锡粉和锌粉组成，所述铟粉的平均粒度为100μm，所述锡粉的平均粒度为30μm，所述锌粉的平均粒度为0.5mm，所述焊料中以质量百分含量计为1％铟，20％锌，余量为锡。
按照质量百分含量配料后，在V型混粉机中进行混合。
实施例4
本实施例提供一种焊料，所述焊料由铟粉、锡粉和锌粉组成，所述铟粉的平均粒度为83μm，所述锡粉的平均粒度为47μm，所述锌粉的平均粒度为0.7mm，所述焊料中以质量百分含量计为3％铟，22％锌，余量为锡。
按照质量百分含量配料后，在V型混粉机中进行混合。
应用例1
本实施例提供一种靶材的焊接方法，包括采用实施例1焊料对靶材和背板进行钎焊焊接；
所述靶材的材质为高纯铝，纯度为99.99％；
所述背板的材质为铜合金(C18200铜合金)；
所述钎焊焊接的温度为200℃；
所述钎焊焊接的时间为60min；
所述靶材的焊接面设置有直槽型焊料槽；所述焊料槽的深度为0.4mm，所述焊料槽的宽度为5mm，相邻槽之间的距离为2mm。
焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例2
本实施例提供一种靶材的焊接方法，包括采用实施例2焊料对靶材和背板进行钎焊焊接；
所述靶材的材质为高纯铜，纯度为99.99％；
所述背板的材质为铝合金(A6061铝合金)；
所述钎焊焊接的温度为250℃；
所述钎焊焊接的时间为90min；
所述靶材的焊接面设置有焊料槽，为矩形螺纹槽；所述焊料槽的深度为0.8mm，所述焊料槽的宽度为4mm，相邻槽之间的间距为5mm。
焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例3
本实施例提供一种靶材的焊接方法，包括采用实施例3焊料对靶材和背板进行钎焊焊接；
所述靶材的材质为超高纯钛，纯度为99.9999％；
所述背板的材质包括铝合金或铜合金；
所述钎焊焊接的温度为220℃；
所述钎焊焊接的时间为70min；
所述靶材的焊接面设置有焊料槽，为点辐射槽，以靶材焊接面的中心点为基础，由中心向外辐射；所述焊料槽的深度为0.6mm，所述焊料槽的宽度为4mm，相邻槽之间的夹角为4°。
焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例4
本实施例提供一种靶材的焊接方法，包括采用实施例4焊料对靶材和背板进行钎焊焊接；
所述靶材的材质为超高纯铜，纯度为99.9999％；
所述背板的材质为铜合金(C18200铜合金)；
所述钎焊焊接的温度为237℃；
所述钎焊焊接的时间为80min；
所述靶材的焊接面设置有焊料槽，为网状槽；所述焊料槽的深度为0.8mm；所述焊料槽的宽度为4.5mm。
焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例5
与应用例1的区别仅在于所用焊料中铟粉的平均粒度替换为锌粉的平均粒度。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例6
与应用例1的区别仅在于所用焊料中铟粉的平均粒度替换为锡粉的平均粒度。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例7
与应用例1的区别仅在于所用焊料中锌粉的平均粒度替换为铟粉的平均粒度相同。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例8
与应用例1的区别仅在于所用焊料中锌粉的平均粒度替换为锡粉的平均粒度相同。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例9
与应用例1的区别仅在于焊料中各金属粉末的平均粒度均为90μm。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例10
与应用例1的区别仅在于焊料中各金属粉末的平均粒度均为40μm。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例11
与应用例1的区别仅在于焊料中各金属粉末的平均粒度均为0.6mm。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例12
与应用例1的区别仅在于焊料中铟的质量百分含量为10％，增加的量对应减少锡即可。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例13
与应用例1的区别仅在于焊料中铟的质量百分含量为20％，增加的量对应减少锡即可。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例14
与应用例1的区别仅在于焊料中锌的质量百分含量为10％，减少的量对应减少锡即可。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例15
与应用例1的区别仅在于焊料中锌的质量百分含量为3％，减少的量对应减少锡即可。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例16
与应用例1的区别仅在于焊料中锡粉和锌粉以锡锌合金粉的形式添加。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
应用例17
与应用例1的区别仅在于焊接中所用靶材为氧化硅陶瓷靶材。焊接后靶材组件的性能参数详见表1。
上述应用例中焊料的厚度为0.25mm，填充过程后为将焊料槽填满后再添加0.25mm厚的焊料。
表1
| 焊接强度/MPa | |
| 应用例1 | 93.3 |
| 应用例2 | 92.5 |
| 应用例3 | 94.9 |
| 应用例4 | 90.5 |
| 应用例5 | 45.3 |
| 应用例6 | 48.1 |
| 应用例7 | 50.3 |
| 应用例8 | 43.2 |
| 应用例9 | 68.4 |
| 应用例10 | 75.6 |
| 应用例11 | 43.8 |
| 应用例12 | 68.4 |
| 应用例13 | 74.6 |
| 应用例14 | 69.8 |
| 应用例15 | 66.7 |
| 应用例16 | 68.5 |
| 应用例17 | 44.5 |
通过上述应用例的结果可知，本发明提供的焊料，通过对焊料中所用金属粉的种类和粒度进行特定设计，实现了金属靶材和背板的高效焊接，具有焊接强度高的优点，同时焊接后靶材和背板间的导热性能有明显提升。
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)
1.一种用于靶材组件钎焊的焊料，其特征在于，所述焊料由铟粉、锡粉和锌粉组成；
所述锡粉的平均粒度＜所述铟粉的平均粒度＜所述锌粉的平均粒度。
2.如权利要求1所述焊料，其特征在于，所述铟粉的平均粒度为80-100μm；
优选地，所述锡粉的平均粒度为30-50μm；
优选地，所述锌粉的平均粒度为0.5-0.8mm。
3.如权利要求1或2所述焊料，其特征在于，所述焊料中以质量百分含量计为1-4％铟，20-25％锌，余量为锡。
4.一种如权利要求1-3任一项所述焊料的用途，其特征在于，所述用途包括采用所述焊料对靶材和背板进行钎焊焊接。
5.如权利要求4所述用途，其特征在于，所述靶材的材质包括铝、钛或铜中的1种。
6.如权利要求4或5所述用途，其特征在于，所述背板的材质包括铝合金或铜合金。
7.如权利要求4-6任一项所述用途，其特征在于，所述钎焊焊接的温度为200-250℃。
8.如权利要求4-7任一项所述用途，其特征在于，所述钎焊焊接的时间为60-90min。
9.如权利要求4-8任一项所述用途，其特征在于，所述靶材的焊接面设置有焊料槽；
优选地，所述焊料槽的深度为0.4-0.8mm；
优选地，所述焊料槽的宽度为4-5mm；
优选地，所述焊料槽的设置形式包括螺纹槽、直槽、网状槽或点辐射槽中的1种或至少2种的组合。
10.如权利要求4-9任一项所述用途，其特征在于，所述用途包括采用所述焊料对靶材和背板进行钎焊焊接；
所述靶材的材质包括铝、钛或铜中的1种；
所述背板的材质包括铝合金或铜合金；
所述钎焊焊接的温度为200-250℃；
所述钎焊焊接的时间为60-90min；
所述靶材的焊接面设置有焊料槽；所述焊料槽的深度为0.4-0.8mm；所述焊料槽的宽度为4-5mm；所述焊料槽的设置形式包括螺纹槽、直槽、网状槽或点辐射槽中的1种或至少2种的组合。
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| CN202211462632.0A CN115781097A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种用于靶材组件钎焊的焊料及其用途 |
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|---|---|
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| CN (1) | CN115781097A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5242658A (en) * | 1992-07-07 | 1993-09-07 | The Indium Corporation Of America | Lead-free alloy containing tin, zinc and indium |
| EP1810775A1 (en) * | 2002-01-21 | 2007-07-25 | Fujitsu Limited | Electric or electronic device having a soldered bond |
| CN101648303A (zh) * | 2009-05-08 | 2010-02-17 | 宁波江丰电子材料有限公司 | 靶材与背板的焊接方法 |
| CN113210785A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-08-06 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种铝钪合金靶材的钎焊方法 |
-
2022
- 2022-11-21 CN CN202211462632.0A patent/CN115781097A/zh active Pending
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