TW201636145A - 接合基材之製備方法以及接合基材 - Google Patents
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Abstract
本創作提供一種接合基材之製備方法，其包含：準備一前處理基材，其包含一具有一接合面之鈦層與一氧化鈦層，氧化鈦層設置於鈦層上並覆蓋接合面；去除氧化鈦層，以裸露接合面；於該接合面上形成一銅薄膜可得一接合基材，該銅薄膜的厚度大於0微米且小於或等於45微米。本創作另提供一種接合基材，其包含：一鈦層，其具有一接合面；一銅薄膜，其設於接合面。本創作藉由作為中間介質層的銅薄膜提升接合基材後續用於與連接基材接合時鈦層與焊料間的潤濕性，並藉此提升接合基材後續用於與連接基材接合時之接合率以及接合強度。
Description
本創作係關於一種接合基材之製備方法，特別係指一種用於與金屬接合的接合基材之製備方法；本創作另關於一種接合基材。
由於鈦(titanium，Ti)金屬具有重量輕、耐熱性佳、散熱性佳、滴狀冷凝以及表面不易結垢等特性，因此被廣泛的應用於作為濺鍍領域中之靶胚或承載靶材之背板。
然而，由於鈦金屬的活性高，於空氣中鈦金屬之表面會與氧氣反應形成一層氧化鈦層，該氧化鈦層與一般常用之焊料如銦(indium，In)、銦錫合金(indium tin alloy)或錫鋅合金(tin zinc alloy)的潤濕性(wettability)差，因此，在利用前述焊料將鈦金屬和其他金屬如銅(copper，Cu)金屬或鋁(aluminum，Al)金屬進行接合(bonding)時，容易產生接合不良或接合強度不足的現象。
為克服前述問題，現有技術係於鈦金屬與焊料之間額外設置一中間介質層，以設法改善鈦金屬與焊料間的潤濕性。舉例而言，現有技術係將氯化鈀(palladium dichloride，PdCl2)沉積於鈦金屬之表面，利用氯化鈀作為鈦金屬與焊料之間的中間介質層，以期能改善前述之接合
問題。然，氯化鈀的沉積速率緩慢且氯化鈀與鈦金屬的鍵結較弱，因此對於後續用於接合製程時的品質會導致負面之影響；另，將貴金屬鈀作為金屬間接合的應用時，由於鈀係僅能供一次性使用，故接合後作為中間介質層之鈀將無法回收再利用，導致接合製程的成本增加。
據此，現有技術另發展一種改善接合問題之方法，其係透過電鍍(electroplating)或化學鍍(electroless plating)將鎳金屬形成於鈦金屬之表面，雖然使用鎳金屬作為中間介質層的效果較使用鈀金屬為佳，但電鍍鎳金屬的反應速率緩慢，並不利於量產化。此外，鎳金屬本身所具備之磁性將使得具有中間介質層之鈦金屬的應用領域受到限制，故現有技術亦有於鎳金屬之電鍍溶液中加入磷化物以消除鎳金屬之磁性，但加入磷化物後會電鍍形成鎳金屬與磷相互鍵結的結構，此種鎳金屬與磷相互鍵結的結構恐有劣化金屬間接合之問題，故採用此種中間介質層改善金屬間接合之問題，需再對鎳金屬與磷相互鍵結的結構進一步進行後處理，如此將增加接合製程上的複雜度。
是以，目前急需開發出提高鈦金屬與焊料間潤濕性的方法，藉此提高鈦金屬與其他金屬接合時之接合率與接合強度。
本創作之目的係為提高鈦金屬與焊料間之潤濕性，藉此提高鈦金屬與其他金屬接合時之接合率與接合強度。
本創作係提供一種接合基材之製備方法，其包
含：準備一前處理基材，其包含一鈦層與一氧化鈦層，該氧化鈦層設置於該鈦層上，該前處理基材之鈦層具有一接合面，該接合面係被該氧化鈦層覆蓋；去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面；以及於該接合面上形成一銅薄膜，得到一接合基材，該銅薄膜的厚度大於0微米且小於或等於45微米。
較佳的是，其中於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材的步驟包括：經由濺鍍法、電鍍法或化學鍍銅法，於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材。
較佳的是，其中去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面的步驟包括：藉由如噴砂或研磨之物理性方法或如蝕刻之化學性方法，去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面，但本創作不在此限。
較佳的是，該銅薄膜之厚度大於或等於5微米且小於或等於25微米；更佳的是，該銅薄膜之厚度大於或等於5微米且小於或等於15微米。
較佳的是，其中該前處理基材之鈦層更具有一非接合面，該非接合面與該接合面相連接，該非接合面係被該氧化鈦層覆蓋。
更佳的是，其中去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面以及於該接合面上形成該銅薄
膜，得到該接合基材的步驟包括：去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面與非接合面；形成一保護層於該非接合面上；以及於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材，該保護層可避免於形成該銅薄膜時，銅亦鍍覆於該非接合面上。
再更佳的是，該保護層為遮蔽膠膜。
本創作藉由在鈦層之接合面上形成作為中間介質層的銅薄膜，能具體克服前處理基材之鈦層裸露時容易被氧化成氧化鈦層之問題，同時提升接合基材後續用於與連接基材接合時鈦層與焊料間的潤濕性，並藉此提升接合基材後續用於與連接基材接合時之接合率以及接合強度。
本創作另提供一種複合基材之製備方法，其包含：前述之接合基材之製備方法；以及將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之一面藉由一焊料與一連接基材接合，得到一複合基材。
依據本創作，該複合基材包含該接合基材、該連接基材及一由該焊料所構成之焊料層，該焊料層係設置於該接合基材之銅薄膜及該連接基材之間。
較佳的是，其中於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材的步驟包括：經由濺鍍法，於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材。
更佳的是，經由濺鍍法，於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材以及將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之該面藉由該焊料與該連接基材接合，得到該複合基材的步驟包括：於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材；以氣體吹乾該接合基材；以及將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之該面藉由該焊料與該連接基材接合，得到該複合基材。
更佳的是，以氣體吹乾該接合基材之步驟包含：以空氣或氮氣吹乾該接合基材。
更佳的是，上述空氣係為壓力介於4公斤/平方公分至8公斤/平方公分之間的高壓空氣；上述氮氣的壓力介於3公斤/平方公分至7公斤/平方公分之間。
較佳的是，其中該前處理基材之鈦層更具有一非接合面，該非接合面與該接合面相連接，該非接合面係被該氧化鈦層覆蓋。
更佳的是，其中去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面以及於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材的步驟包括：去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面與非接合面；形成一保護層於該非接合面上；以及於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材，該保護層為遮蔽膠膜。
再更佳的是，其中於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材以及將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之該面藉由該焊料與該連接基材接合，得到該複合基材的步驟包括：於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材；去除該非接合面上之保護層；以高壓空氣吹乾該接合基材；以及將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之該面藉由該焊料與該連接基材接合，得到該複合基材。
另擇的是，其中於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材的步驟包括：經由電鍍法或化學鍍銅法，於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材。
更佳的是，經由電鍍法或化學鍍銅法，於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材以及將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之該面藉由該焊料與該連接基材接合，得到該複合基材的步驟包括：於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材；以水沖洗該接合基材；以氣體吹乾該接合基材；以及將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之該面藉由該焊料與該連接基材接合，得到該複合基材。
較佳的是，其中該前處理基材之鈦層更具有一非接合面，該非接合面與該接合面相連接，該非接合面係被該氧化鈦層覆蓋。
更佳的是，其中去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面以及於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材的步驟包括：去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面與非接合面；形成一保護層於該非接合面上；以及於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材，該保護層為遮蔽膠膜。
再更佳的是，其中於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材以及將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之該面藉由該焊料與該連接基材接合，得到該複合基材的步驟包括：於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材；去除該非接合面上之保護層；以水沖洗該接合基材；以氣體吹乾該接合基材；以及將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之該面藉由該焊料與該連接基材接合，得到該複合基材。
較佳的是，該前處理基材、連接基材及接合基材之態樣可為試片、塊材、背板、靶胚或靶材。舉例而言，該前處理基材為背板，該接合基材為背板，而該連接基材為靶材，該複合基材為包含靶材與背板相接合之複合體；或者，該接合基材為試片，該連接基材為試片，該複合基材為包含前述二試片相接合之複合體，但本創作不僅限於此。
較佳的是，該焊料之材料為銦金屬、銦錫合金或錫鋅合金。
較佳的是，該連接基材之材料係為金屬，例如：銅金屬或鋁金屬，但本創作不僅限於此。
較佳的是，該複合基材之接合率大於或等於96%；更佳的是，該複合基材之接合率大於或等於98%。
較佳的是，該複合基材之抗拉強度大於或等於5牛頓/平方毫米；更佳的是，該複合基材之抗拉強度大於或等於5.17牛頓/平方毫米。
本創作另提供一種接合基材，其包含：一鈦層，其具有一接合面；一銅薄膜，其設於該接合面，該銅薄膜的厚度大於0微米且小於或等於45微米。
較佳的是，該銅薄膜之厚度大於或等於5微米且小於或等於25微米；更佳的是，該銅薄膜之厚度大於或等於5微米且小於或等於15微米。
製備作為前處理基材之一試片，該試片符合ASTM D3165之規範，該試片具有一鈦層與一氧化鈦層，該氧化鈦層設置於該鈦層上，該鈦層係由鈦金屬所構成並包含一接合面與一非接合面，該非接合面與該接合面相連
接，該接合面與該非接合面係被該氧化鈦層覆蓋，需特別說明的是，進行下述的流程所使用之前處理基材亦可為塊材、背板、靶胚、靶材或其他可能態樣，此使用試片係為配合接合率試驗以及拉剪強度試驗時使用之測量儀器所要求的樣品型態。
該試片先經研磨去除該氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面與非接合面，於該非接合面上貼設一保護層，該保護層為遮蔽膠膜；濺鍍作為中間介質層之一銅薄膜於該接合面上以形成一接合基材，該接合基材包含該鈦層與該銅薄膜，該鈦層具有該接合面與該非接合面，該接合面與該非接合面相連接，該銅薄膜設於該接合面上，該保護層貼設於該非接合面上，係藉該保護層避免於該非接合面形成銅薄膜，實施例1-1至1-8中接合基材之銅薄膜的厚度係列於表1；去除該非接合面上的保護層並以高壓空氣(壓力為6公斤/平方公分)吹乾該接合基材。
採用錫鋅合金作為焊料，將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之一面與一連接基材作接合，以形成一複合基材。其中，該連接基材之材料為鋁金屬，該複合基材包含該鈦層、該銅薄膜、一焊料層與該連接基材，該鈦層具有該接合面與該非接合面，該接合面與該非接合面相連接，該銅薄膜設於該接合面上，該焊料層由該焊料所構成並設於銅薄膜相對於該接合面之一面，該連接基材設於該焊料層相對於該銅薄膜之一面，意即，該焊料層設置於該銅薄膜及該連接基材之間。
表1：實施例1-1至1-8中接合基材之銅薄膜厚度(x)與
實施例2-1至2-8與實施例1-1大致相同，具體的是，製備作為前處理基材之一試片，該試片符合ASTM D3165之規範，該試片具有一鈦層與一氧化鈦層，該氧化鈦層設置於該鈦層上，該鈦層係由鈦金屬所構成並包含一接合面，該接合面係被該氧化鈦層覆蓋，該試片先經研磨去除該氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面；電鍍作為中間介質層之一銅薄膜於該接合面上以形成一接合基材，該接合基材包含該鈦層與該銅薄膜，該鈦層具有該接合面，該銅薄膜設於該接合面上，實施例2-1至2-8中接合基材之銅薄膜的厚度係列於表1；以清水清洗該接合基材，並以高壓空氣(壓力為6公斤/平方公分)吹乾該接合基材。
採用銦金屬或銦錫合金作為焊料，將該接合基材之銅薄膜相對於該接合面之一面與一連接基材作接合以形成一複合基材，該連接基材之材料為銅金屬，該複合基材包含該鈦層、該銅薄膜、一焊料層與該連接基材，該鈦層具有該接合面，該銅薄膜設於該接合面上，該焊料層由
該焊料所構成並設於銅薄膜相對於該接合面之一面，該連接基材設於該焊料相對於該銅薄膜之一面，意即，該焊料層係設置於該銅薄膜及該連接基材之間。
製備作為前處理基材之一試片，該試片符合ASTM D3165之規範，該試片具有一鈦層與一氧化鈦層，該氧化鈦層設置於該鈦層上，該鈦層係由鈦金屬所構成並包含一接合面，該接合面係被該氧化鈦層覆蓋，該試片先經研磨去除該氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面。
採用錫鋅合金作為焊料，將該鈦層之接合面與一連接基材作接合以形成一無銅薄膜複合基材，該連接基材之材料為鋁金屬，該無銅薄膜複合基材包含該鈦層、該焊料層與該連接基材，該鈦層具有該接合面，該焊料層由該焊料所構成並形成於該接合面上，該連接基材設於該焊料層相對於接合面之一面。
對照例2之無銅薄膜複合基材與對照例1之無銅薄膜複合基材之製備方式類似，其不同之處在於，採用銦金屬或銦錫合金作為焊料，將該鈦層之接合面與一連接基材作接合以形成該無銅薄膜複合基材，該連接基材之材料為銅金屬，該無銅薄膜複合基材包含該鈦層、該焊料層與該連接基材，該鈦層具有該接合面，該焊料層由該焊料所構成並形成於該接合面上，該連接基材設於該焊料層相對於接合面之一面。
將實施例1-1至1-5、實施例2-1至2-5所製得之複合基材以及對照例1和對照例2所製得之無銅薄膜複合基材個別進行超音波C掃描(C-scan)以分析前述複合基材或無銅薄膜複合基材的接合率，檢量線訂定於40，其結果係列於表2。
由表2中可以觀察到，實施例1-1至1-5所製得之複合基材的接合率均大於對照例1所製得之無銅薄膜複合基材，以及實施例2-1至2-5所製得之複合基材的接合率均大於對照例2所製得之無銅薄膜複合基材，係表示該銅薄膜能夠提高鈦層與焊料間的潤濕性，進而提升鈦層與連接基材(即鋁金屬或銅金屬)間的接合率。而當銅薄膜之厚度大45微米時，雖然亦能提高鈦層與連接基材間的接合率，但銅膜均勻性較差，且製程所需時間和成本均會大幅增加。
將實施例1-1及1-6至1-8所製得之複合基材與對照例1所製得之無銅薄膜複合基材分別以拉伸試驗機
(型號：MTS Criterion Model 44進行拉剪強度測試，測試樣品數為10個，其結果係列於表3。
由表3中可以觀察到，實施例1-1、1-6至1-8、2-1以及2-6至2-8所製得之複合基材之抗拉強度不論是最小值、最大值或是平均值均較對照例1或對照例2所製得之無銅薄膜複合基材的抗拉強度來得高，證實實施例1-1、1-6至1-8、2-1以及2-6至2-8之複合基材中的銅薄膜確實能夠提高鈦層與焊料間的潤濕性，進而提升鈦層與連接基材(即鋁金屬或銅金屬)之間的抗拉強度，換言之，即提高鈦層與連接基材間的接合強度。
以上所述僅為說明本創作的例示，並非對本創作做任何形式上的限制，本創作所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本創作之技術方案的內容，依據本創作的技術實質對以上實施例作任何簡單修改、等同變化與修改，均仍屬於本創作技術方案的範圍內。
Claims (10)
- 一種接合基材之製備方法，其包含：準備一前處理基材，其包含一鈦層與一氧化鈦層，該氧化鈦層設置於該鈦層上，該前處理基材之鈦層具有一接合面，該接合面係被該氧化鈦層覆蓋；去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面；以及於該接合面上形成一銅薄膜，得到一接合基材，該銅薄膜的厚度大於0微米且小於或等於45微米。
- 依據請求項1所述之接合基材之製備方法，其中去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面的步驟包括：藉由噴砂或研磨方式去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面。
- 依據請求項1所述之鈦基材接合之前處理方法，其中去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面的步驟包括：藉由蝕刻方式去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面。
- 依據請求項1所述之接合基材之製備方法，其中於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材的步驟包括：經由濺鍍法，於該接合面上形成該銅薄膜，得該接合基材。
- 依據請求項1所述之接合基材之製備方法，其中於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材的步驟包括： 經由電鍍法或化學鍍銅法，於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材。
- 依據請求項1至5中任一項所述之接合基材之製備方法，其中該銅薄膜之厚度大於或等於5微米且小於或等於25微米。
- 依據請求項1所述之接合基材之製備方法，其中該前處理基材之鈦層更具有一非接合面，該非接合面與該接合面相連接，該非接合面係被該氧化鈦層覆蓋。
- 依據請求項7所述之接合基材之製備方法，其中去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面以及於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材的步驟包括：去除該前處理基材之氧化鈦層，以裸露該鈦層之接合面與非接合面；形成一保護層於該非接合面上；以及於該接合面上形成該銅薄膜，得到該接合基材。
- 一種接合基材，其包含：一鈦層，其具有一接合面；一銅薄膜，其設於該接合面，該銅薄膜的厚度大於0微米且小於或等於45微米。
- 依據請求項9所述之接合基材，其中該銅薄膜之厚度大於或等於5微米且小於或等於25微米。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113278913A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-20 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种对于粉末压结类靶材焊接面的镀镍方法 |
| CN113278914A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-20 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种对于粉末压结类靶材焊接面的镀镍方法 |
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2015
- 2015-04-01 TW TW104110606A patent/TW201636145A/zh unknown
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| CN113278914A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-20 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 一种对于粉末压结类靶材焊接面的镀镍方法 |
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