CN214327866U - 一种适用于扩散焊接的靶材结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，所述适用于扩散焊接的靶材结构包括靶材与背板；所述靶材的焊接面设置有锥形圆台，所述锥形圆台的侧面为第一螺纹区；所述靶材焊接面未设置锥形圆台的区域设置有第二螺纹区。本实用新型通过对靶材结构进行改进，使靶材与背板扩散焊接后结合牢固，焊接结合率在99％以上，保证了磁控溅射的顺利进行。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体技术领域，涉及一种靶材结构，尤其涉及一种适用于扩散焊接的靶材结构。
背景技术
磁控溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，磁控溅射利用离子源产生的离子在真空中加速聚集，通过形成的高速度能离子束流轰击固体表面，使离子和固体表面的原子发生动能交换，固体表面的原子离开固体并沉积在基底的表面，被轰击的固体是制备溅射法沉积薄膜的原材料，一般被称为溅射靶材。
由于溅射靶材的强度不一，在实际应用过程中，需要将复合性能要求的溅射靶材和具有一定强度的背板结合制成靶材组件，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有效地进行溅射控制。背板可以为溅射靶材提供支撑作用，并具有传导热量的功效，因而需要将溅射靶材和背板进行加工并焊接成型。由于靶材组件中靶材与背板之间的焊接结合度较低，将导致靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会导致溅射机台的损坏。
CN 111304604A公开了一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法及制得的铜靶材组件，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)在铝靶材焊接面上镀钛膜，再将镀有钛膜的铜靶材和铝合金背板进行装配处理，然后整体放入包套内；(2)将步骤(1)得到的包套封口后进行脱气处理；(3)将步骤(2)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套，完成铜靶材和铝合金背板的扩散焊接。所述扩散焊接方法在原铜靶材的基础上添加钛膜，通过钛膜的添加提高了铜靶材和铝合金背板之间的焊接结合度，但钛膜的添加增加了成本，且过多的工艺步骤提高了中间步骤造成缺陷的风险。
CN 108247190A公开了一种钨靶材扩散焊接结构及钨靶材扩散焊接方法，所述钨靶材扩散焊接结构包括钨靶材主体、铜合金背板、真空层、第一中间层和第二中间层；铜合金背板设置有放置槽，钨靶材主体、真空层、第一中间层和第二中间层依次设置于放置槽内，第一中间层用于释放钨靶材主体和铜合金背板的应力，第二中间层用于保证铜合金背板和第一中间层的扩散焊接，最后通过真空层防止钨靶材主体扩散焊接过程中的开裂，缓解了现有技术中存在的钨靶材主体焊接过程中容易出现裂纹的问题。
但所述钨靶材扩散焊接结构需要放置槽的深度较深，严重影响了背板的降温效果。且第一中间层与第二中间层的设置提高了工艺的复杂性，提高了成本。
钛靶材属于一种常用的靶材，一般采用耐高温、高强度的扩散焊接将钛靶材和背板进行焊接。为了避免钛靶材在较高的扩散焊接温度下出现晶粒异常长大的情况，避免达不到晶圆线宽的要求，扩散焊接过程中的焊接温度一般较低，然而在较低的扩散焊接温度下得到的钛靶材组件中，钛靶材和背板的焊接结合度较低，变形量大，严重时甚至无法实现焊接，不能满足长期稳定生产和靶材组件的使用需求。
CN 111185659A公开了一种钛靶材和背板的扩散焊接方法及制得的钛靶材组件，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备钛靶材、带有凹槽的背板和垫圈；(2)将步骤(1)所述钛靶材放入背板的凹槽内，将步骤(1)所述垫圈为在所述钛靶材四周，完成了装配处理，然后再将整体放入包套内；(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫圈，完成所述钛靶材和背板的扩散焊接。所述扩散焊接方法同样需要垫圈的加入才能改善钛靶材和背板的焊接结合度。
对此，通过改变靶材和/或背板的结构实现扩散焊接的改进，有利于降低靶材扩散焊接的成本，还能够降低添加额外物质带来的焊接不充分的缺陷。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种适用于扩散焊接的靶材结构，所述适用于扩散焊接的靶材结构无需添加任何额外的结构，仅依靠靶材与背板自身的结构即可实现牢固结合。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，所述适用于扩散焊接的靶材结构包括靶材与背板；
所述靶材的焊接面设置有锥形圆台，所述锥形圆台的侧面为第一螺纹区。
所述靶材焊接面未设置锥形圆台的区域设置有第二螺纹区。
本实用新型通过在靶材的焊接面设置第一螺纹区与第二螺纹区，提高了靶材与背板的咬合强度；且第一螺纹区设置于锥形圆台的侧面，改变了螺牙的咬入方向，从而提高了第一螺纹区与第二螺纹区的配合强度，进一步提高了靶材与背板的焊接结合率。
优选地，所述第一螺纹区中螺纹的间距为0.42-0.48mm，例如可以是0.42mm、0.43mm、0.44mm、0.45mm、0.46mm、0.47mm或0.48mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第一螺纹区中螺纹的牙高为0.12-0.18mm，例如可以是0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm或0.18mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第一螺纹区中螺纹的牙型角为56-64°，例如可以是56°、57°、58°、59°、60°、61°、62°、63°或64°，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二螺纹区为等宽区域。
所述等宽区域的宽为3-6mm，例如可以是3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm或6mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述等宽区域设置于靶材焊接面的非锥形圆台区域，可以与锥形圆台的相接，也可以与锥形圆台的底边等间距布置；所述等间距布置的间距不超过6mm。
优选地，所述第二螺纹区与锥形圆台的底边相接。
优选地，所述第二螺纹区中螺纹的间距为0.42-0.48mm，例如可以是0.42mm、0.43mm、0.44mm、0.45mm、0.46mm、0.47mm或0.48mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第二螺纹区中螺纹的牙高为0.12-0.18mm，例如可以是0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm或0.18mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第二螺纹区中螺纹的牙型角为56-64°，例如可以是56°、57°、58°、59°、60°、61°、62°、63°或64°，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述锥形圆台的侧面与底面的夹角为32-35°，例如可以是32°、32.5°、33°、33.5°、34°、34.5°或35°，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述锥形圆台的中轴线与靶材的中轴线重合。
优选地，所述背板设置有与靶材形状匹配的凹槽；所述匹配是指扩散焊接后靶材的底面与背板的顶面平齐。
优选地，所述靶材为钛靶材。
优选地，所述背板包括铝背板或铜背板。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型通过对靶材结构的改进，使扩散焊接过程中靶材与背板能够结合牢固，焊接结合率在99％以上，保证了磁控溅射的顺利进行。
附图说明
图1为本实用新型提供的适用于扩散焊接的靶材结构在扩散焊接后的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1-5提供的靶材的结构示意图；
图3为本实用新型实施例6提供的靶材的结构示意图。
其中：1，背板；2，靶材；21，第一螺纹区；22，第二螺纹区。
具体实施方式
需要理解的是，在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，所述适用于扩散焊接的靶材结构包括钛靶材2与铝背板1。
本实施例所述钛靶材2的结构示意图如图2所示，具体的，所述钛靶材2的焊接面设置有锥形圆台，所述锥形圆台的侧面为第一螺纹区21；
所述钛靶材2焊接面未设置锥形圆台的区域设置有第二螺纹区22。
所述第一螺纹区21中螺纹的间距为0.45mm、牙高为0.15mm，牙型角为60°。
所述第二螺纹区22为等宽区域，等宽区域的宽为4.5mm，且第二螺纹区22与锥形圆台的底边相接。
所述第二螺纹区22中螺纹的间距为0.45mm、牙高为0.15mm，牙型角为60°。
所述锥形圆台的侧面与底面的夹角为34°，锥形圆台的底面直径为325mm，锥形圆台的高度为3mm，钛靶材2的直径为353mm，钛靶材2的总厚度为11.4mm，锥形圆台的中轴线与钛靶材2的中轴线重合。
所述铝背板1设置有与钛靶材2形状匹配的凹槽，所述匹配是指扩散焊接后钛靶材2的底面与铝背板1的顶面平齐，具体结构如图1所示。
实施例2
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，所述适用于扩散焊接的靶材结构包括钛靶材2与铝背板1。
本实施例所述钛靶材2的结构示意图如图2所示，具体的，所述钛靶材2的焊接面设置有锥形圆台，所述锥形圆台的侧面为第一螺纹区21；
所述钛靶材2焊接面未设置锥形圆台的区域设置有第二螺纹区22。
所述第一螺纹区21中螺纹的间距为0.44mm、牙高为0.14mm，牙型角为58°。
所述第二螺纹区22为等宽区域，等宽区域的宽为5mm，且第二螺纹区22与锥形圆台的底边相接。
所述第二螺纹区22中螺纹的间距为0.44mm、牙高为0.14mm，牙型角为58°。
所述锥形圆台的侧面与底面的夹角为34°，锥形圆台的底面直径为325mm，锥形圆台的高度为3mm，钛靶材2的直径为353mm，钛靶材2的总厚度为11.4mm，锥形圆台的中轴线与钛靶材2的中轴线重合。
所述铝背板1设置有与钛靶材2形状匹配的凹槽，所述匹配是指扩散焊接后钛靶材2的底面与铝背板1的顶面平齐，具体结构如图1所示。
实施例3
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，所述适用于扩散焊接的靶材结构包括钛靶材2与铝背板1。
本实施例所述钛靶材2的结构示意图如图2所示，具体的，所述钛靶材2的焊接面设置有锥形圆台，所述锥形圆台的侧面为第一螺纹区21；
所述钛靶材2焊接面未设置锥形圆台的区域设置有第二螺纹区22。
所述第一螺纹区21中螺纹的间距为0.46mm、牙高为0.16mm，牙型角为62°。
所述第二螺纹区22为等宽区域，等宽区域的宽为4mm，且第二螺纹区22与锥形圆台的底边相接。
所述第二螺纹区22中螺纹的间距为0.46mm、牙高为0.16mm，牙型角为62°。
所述锥形圆台的侧面与底面的夹角为33°，锥形圆台的底面直径为325mm，锥形圆台的高度为3mm，钛靶材2的直径为353mm，钛靶材2的总厚度为11.4mm，锥形圆台的中轴线与钛靶材2的中轴线重合。
所述铝背板1设置有与钛靶材2形状匹配的凹槽，所述匹配是指扩散焊接后钛靶材2的底面与铝背板1的顶面平齐，具体结构如图1所示。
实施例4
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，所述适用于扩散焊接的靶材结构包括钛靶材2与铜背板1。
本实施例所述钛靶材2的结构示意图如图2所示，具体的，所述钛靶材2的焊接面设置有锥形圆台，所述锥形圆台的侧面为第一螺纹区21；
所述钛靶材2焊接面未设置锥形圆台的区域设置有第二螺纹区22。
所述第一螺纹区21中螺纹的间距为0.42mm、牙高为0.12mm，牙型角为56°。
所述第二螺纹区22为等宽区域，等宽区域的宽为3mm，且第二螺纹区22与锥形圆台的底边相接。
所述第二螺纹区22中螺纹的间距为0.42mm、牙高为0.12mm，牙型角为56°。
所述锥形圆台的侧面与底面的夹角为32°，锥形圆台的底面直径为325mm，锥形圆台的高度为3mm，钛靶材2的直径为353mm，钛靶材2的总厚度为11.4mm，锥形圆台的中轴线与钛靶材2的中轴线重合。
所述铜背板1设置有与钛靶材2形状匹配的凹槽，所述匹配是指扩散焊接后钛靶材2的底面与铜背板1的顶面平齐，具体结构如图1所示。
实施例5
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，所述适用于扩散焊接的靶材结构包括钛靶材2与铜背板1。
本实施例所述钛靶材2的结构示意图如图2所示，具体的，所述钛靶材2的焊接面设置有锥形圆台，所述锥形圆台的侧面为第一螺纹区21；
所述钛靶材2焊接面未设置锥形圆台的区域设置有第二螺纹区22。
所述第一螺纹区21中螺纹的间距为0.48mm、牙高为0.18mm，牙型角为64°。
所述第二螺纹区22为等宽区域，等宽区域的宽为3mm，且第二螺纹区22与锥形圆台的底边相接。
所述第二螺纹区22中螺纹的间距为0.48mm、牙高为0.18mm，牙型角为64°。
所述锥形圆台的侧面与底面的夹角为35°，锥形圆台的底面直径为325mm，锥形圆台的高度为3mm，钛靶材2的直径为353mm，钛靶材2的总厚度为11.4mm，锥形圆台的中轴线与钛靶材2的中轴线重合。
所述铜背板1设置有与钛靶材2形状匹配的凹槽，所述匹配是指扩散焊接后钛靶材2的底面与铜背板1的顶面平齐，具体结构如图1所示。
实施例6
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，所述适用于扩散焊接的靶材结构包括钛靶材2与铝背板1。
本实施例所述钛靶材2的结构示意图如图3所示，具体的，所述钛靶材2的焊接面设置有锥形圆台，所述锥形圆台的侧面为第一螺纹区21；
所述钛靶材2焊接面未设置锥形圆台的区域设置有第二螺纹区22，所述第二螺纹区22与锥形圆台的底边等间距布置，等间距布置的间距为4mm。
所述第一螺纹区21中螺纹的间距为0.48mm、牙高为0.18mm，牙型角为64°。
所述第二螺纹区22为等宽区域，等宽区域的宽为3mm，且第二螺纹区22与锥形圆台的底边相接。
所述第二螺纹区22中螺纹的间距为0.48mm、牙高为0.18mm，牙型角为64°。
所述锥形圆台的侧面与底面的夹角为35°，锥形圆台的底面直径为325mm，锥形圆台的高度为3mm，钛靶材2的直径为353mm，钛靶材2的总厚度为11.4mm，锥形圆台的中轴线与钛靶材2的中轴线重合。
所述铝背板1设置有与钛靶材2形状匹配的凹槽，所述匹配是指扩散焊接后钛靶材2的底面与铝背板1的顶面平齐，具体结构如图1所示。
实施例7
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，除所述锥形圆台的顶面直径为316mm、底面直径为322mm外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，除第一螺纹区21中螺纹的间距为0.7mm外，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，除第二螺纹区22中螺纹的间距为0.7mm外，其余均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，除第一螺纹区21中螺纹的牙高为0.6mm外，其余均与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供了一种适用于扩散焊接的靶材结构，除第二螺纹区22中螺纹的牙高为0.6mm外，其余均与实施例1相同。
参照CN 111185659A实施例1中公开的扩散焊接参数对实施例1-11中提供的适用于扩散焊接的靶材结构进行扩散焊接，然后使用超声波C扫描成型探伤仪对扩散焊接后的焊接结合度进行表征，所得结果如表1所示。
表1
由实施例1与实施例7的对比可知，当锥形圆台的侧面与底面夹角为45°时，靶材与背板的结合能力减弱，焊接结合率由实施例1中的99.9％降低至95.4％。
由实施例1与实施例8-9的对比可知，当螺纹的间距过大时，螺纹的数量减少，不利于提高靶材与背板的结合能力，因此，焊接结合率分别从99.9％降低至96.3％与95.1％。
由实施例1与实施例10-11的对比可知，当螺纹的牙高过高时，螺纹的咬合能力并未提高，反而不利于提高靶材与背板的结合能力，焊接结合率分别从99.9％降低至96.2％与94.5％。
综上所述，本实用新型通过对靶材结构的改进，使扩散焊接过程中靶材与背板能够结合牢固，焊接结合率在99％以上，保证了磁控溅射的顺利进行。
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (8)
1.一种适用于扩散焊接的靶材结构，其特征在于，所述适用于扩散焊接的靶材结构包括靶材与背板；
所述靶材的焊接面设置有锥形圆台，所述锥形圆台的侧面为第一螺纹区；
所述靶材焊接面未设置锥形圆台的区域设置有第二螺纹区；
所述第一螺纹区中螺纹的间距为0.42-0.48mm；
所述第一螺纹区中螺纹的牙高为0.12-0.18mm；
所述第一螺纹区中螺纹的牙型角为56-64°；
所述第二螺纹区中螺纹的间距为0.42-0.48mm；
所述第二螺纹区中螺纹的牙高为0.12-0.18mm；
所述第二螺纹区中螺纹的牙型角为56-64°。
2.根据权利要求1所述的适用于扩散焊接的靶材结构，其特征在于，所述第二螺纹区为等宽区域；
所述等宽区域的宽为3-6mm。
3.根据权利要求2所述的适用于扩散焊接的靶材结构，其特征在于，所述第二螺纹区与锥形圆台的底边相接。
4.根据权利要求1所述的适用于扩散焊接的靶材结构，其特征在于，所述锥形圆台的侧面与底面的夹角为32-35°。
5.根据权利要求4所述的适用于扩散焊接的靶材结构，其特征在于，所述锥形圆台的中轴线与靶材的中轴线重合。
6.根据权利要求1所述的适用于扩散焊接的靶材结构，其特征在于，所述背板设置有与靶材形状匹配的凹槽；
所述匹配是指扩散焊接后靶材的底面与背板的顶面平齐。
7.根据权利要求1所述的适用于扩散焊接的靶材结构，其特征在于，所述靶材为钛靶材。
8.根据权利要求7所述的适用于扩散焊接的靶材结构，其特征在于，所述背板包括铝背板或铜背板。
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| CN202022529078.6U CN214327866U (zh) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | 一种适用于扩散焊接的靶材结构 |
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| CN113878308A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-04 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种靶材组件及靶材组件制作方法 |
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2020
- 2020-11-04 CN CN202022529078.6U patent/CN214327866U/zh active Active
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| CN113878308B (zh) * | 2021-10-11 | 2022-12-30 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种靶材组件及靶材组件制作方法 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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