TWI484056B - 接合裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種將濺鍍(sputtering)用目標(target)材料和背板(backing plate)接合的接合(bonding)裝置。
作為一種物理氣相沉積的濺鍍法,是使形成為薄膜材質的目標材料離子(ion)化後的惰性氣體原子碰撞,並使彈飛的物質堆積於基板上的沉積技術。目標材料一般來說是以和背板接合的型態所使用。在此型態下,於沉積過程中可將變高溫的目標材料藉由具有高熱傳導性的背板進行冷卻。
目標材料和背板的接合有許多方法,但一般而言是使用釬焊(brazing)接合(焊錫(solder)接合)。具體而言,例如記載於專利文獻1般,將目標材料放置於熱板(hot plate)上並進行加熱,且將接合材料塗佈於和熱板相反側的位置的接合面。另一方面,同樣也將背板放置於熱板上進行加熱,且將接合材料塗佈於和熱
板相反側的位置的接合面。並且,接合材料會經過以下步驟:在熔化的狀態將兩者的接合面彼此重疊,保持重疊且放置冷卻至室溫,使接合面彼此接合。
又,在專利文獻1亦揭露有如下方法:作為確保目標材料和背板的平行並將接合材料層的厚度保持固定的技術,將固定厚度的配線(wire)配置於目標材料和背板之間。此方法被視為即使在保持接合品質之上也有效的方法。
又,在接合品質這點上,在冷卻的時候,當接合材料從外周部向中心部凝固時,考慮到了在內部發生縮孔(shrinkage cavity)的可能性。有鑑於此點,專利文獻2提案有以下方法:在冷卻過程中,將對應中心部的部位(即目標材料的上面中央)局部性強制冷卻。藉由此方法,接合材的凝固由中心部漸漸向外周方向進行,且能夠簡單去除於目標材料的接合面的外側引起之縮孔。
[專利文獻1]日本專利特開平8-170170號公報
[專利文獻2]日本專利特開昭62-28063號公報
如專利文獻1或者專利文獻2所揭露般,有多種改善濺鍍用
目標材料和背板的接合品質之技術被提案。
然而,在這樣的接合步驟中,除了品質,產能也很重要。根據本發明者的研究,已確認在接合步驟中,最會阻礙產能的便是接合材料的凝固所費時間。在接合材料凝固之前,濺鍍用目標材料處於浮在液體之上的狀態。從改善產能的觀點,為了將下一批號(lot)的濺鍍用目標材料和背板進行接合,在使放置濺鍍用目標材料的背板移動至其他場所並進行冷卻時,即使少許外力也會有造成位置偏移的狀況。為了精度良好地進行接合,接合材料至充分凝固為止必須等待一冷卻時間。
本發明的目的在於提供一種接合裝置,藉由在熱板上將濺鍍用目標材料和背板焊接後之冷卻時間的縮短,可同時達成產能以及品質的改善。
本發明者考慮到背板所具有的熱傳導性,於接合裝置上的加熱裝置和背板之間,藉由採取配置對整面背板進行加熱和冷卻的特定導熱板的結構,從而能夠找出大幅改善產能之目標,達到本發明。
亦即,本發明的接合裝置是用以藉由接合材料將濺鍍用目標材料和背板焊接,並具有透過前述背板而將前述接合材料加熱的
加熱裝置,其中前述接合裝置具有導熱板,將熱傳導至前述背板的整面底面,前述導熱板具有較前述背板的底面更廣的背板放置面,並具有冷卻機構,前述冷卻機構則是由配置於前述導熱板內部的冷媒流動路徑、冷媒以及冷媒循環單元所構成。
較佳的是,前述加熱裝置具有加熱板面,用以放置前述濺鍍用目標材料和前述導熱板兩者並進行加熱。
前述冷煤流動路徑是沿著前述背板放置面以多根並排設置的冷卻管。
前述導熱板可自前述加熱裝置拆裝自如。
根據本發明的接合裝置,可用以大幅縮短接合步驟,並使產能迅速改善,成為對背板進行接合的濺鍍用目標材料的製造之有效技術。
1‧‧‧導熱板
1a‧‧‧背板放置面
2‧‧‧加熱裝置
2a‧‧‧加熱板面
3‧‧‧冷煤
4‧‧‧冷卻管
5‧‧‧背板
6‧‧‧濺鍍(sputtering)用目標材料
7‧‧‧接合材料
圖1是表示以本發明的接合裝置進行加熱的型態的一例之示意圖。
圖2是表示以本發明的接合裝置進行冷卻的型態的一例之示意圖。
綜上所述,本發明的重要特徵在於配置對整體背板進行加熱和冷卻的特定導熱板的結構。以下,使佣圖示對本發明的接合裝置詳細說明。
圖1是表示以本發明的接合裝置進行加熱的型態的一例之示意圖,即表示將塗佈於濺鍍用目標材料6以及背板5的接合材料7熔化的型態的一例。又,圖2是將濺鍍用目標材料放置於背板上後,進行冷卻的型態的一例。
在圖1以及圖2的本發明之接合裝置具有設置於加熱裝置2的加熱板面2a上的導熱板1。
作為應用於本發明的接合材料而能夠使用的材料,可應用焊錫、釬焊材等並適當選用為對應的接合材料。
此導熱板1的作用在於將熱傳至背板5的底面進行加熱,或者可逆地吸收熱而進行冷卻。導熱板1較佳的是由具有長方體形狀的金屬所構成。作為其材質,較佳的是以高熱傳導率的鋁(Aluminum,Al)、銅(Cu)等,或者以這些為主的合金等,通常較佳的是具有熱傳導率150W/m.K以上的材質。
又,導熱板1具有較背板5的底面更廣的背板放置面1a。
用於本發明的導熱板1,藉由如此寬廣的背板放置面1a,可盡量將整面背板5均勻地快速冷卻。藉此,減少過去的課題即冷
卻時發生的縮孔,並且防止如下原因形成:由於局部冷卻速度的不同產生接合部硬度不均勻,使接合強度下降。
又,圖1以及圖2所示的導熱板11具有冷卻機構,前述冷卻機構是由冷媒流動路徑、冷煤3以及冷媒循環單元(未圖示)所構成,而前述冷媒流動路徑則是沿著在導熱板1內部的背板5的放置面,以多根並排設置的冷卻管4。
如上所述,導熱板1必須具有用以將接合材料7在背板5上加熱並熔化的導熱構件的功能。另一方面,冷煤流動路徑的配置會造成導熱板1的熱傳導率下降。因此,若單從加熱的目的來說,看似並非合理的構造。然而,在本發明作為導熱板1的加熱對象之背板5,作為其功能具有高熱傳導率,並對導熱板1的熱傳導率的下降,而用以將背板5上的接合材料7熔化的溫度上升來說,惡性影響較少。
本發明的接合裝置藉由採用導熱板1,使得濺鍍用目標材料6和背板5完全不會移動,而可從加熱至冷卻進行簡單地替換,因此藉由伴隨移動的外力的所謂接合位置偏移的發生之問題也不易發生。
又,本發明的冷卻機構並非限定於圖1所示以多根並排設置冷卻管4的型態。例如,可作為以下構造:將導熱板做為分割模(split mold)並將連續的溝槽形成於一表面後,對表面進行密封。
例如彎曲行進般,可自由地配置並形成冷媒流動路徑。又,如圖1以及圖2所示般作為冷卻管4並排設置多根,是因為如下觀點而較佳:可形成單純且均勻的冷媒流動路徑,並且和從外部供給的冷媒循環單元的連接也變簡單。
又,如圖2所示,藉由使和冷卻管4相鄰的冷媒3逆流,能夠將導熱板1的冷卻於其面內部更加均勻地形成。以多根並排設置的冷卻管4較佳為設置2~10根,可適當選用為對應導熱板1的尺寸。
作為形成此冷煤流動路徑的冷卻管4,例如可使用導熱性高的銅管(pipe)。又,冷卻管4可以如下方式簡單地設置:將導熱板1在厚度方向的中央部作為分割模,並以沿著冷卻管4形狀的方式形成溝槽,且將冷卻管4插入分割模。
又,作為在本發明使用的冷媒3,可適用於以未圖示的冷水機等的冷媒循環單元所冷卻的水或者溫水,此外也可適用於各種液體。
又,作為加熱裝置2,如圖1所示,具有加熱板面2a,前述加熱板面2a是放置濺鍍用目標材料6和導熱板1兩者並進行加熱。
作為此加熱裝置2,例如在由鋁(Al)和銅(Cu)等構成的加熱板面2a的相反側具有感應線圈和電阻等的加熱單元,亦即可用於熱板。
在本發明中,濺鍍用目標材料6和導熱板1雖可分別在不同
的加熱裝置進行加熱並將接合材料7熔化,但如圖1所示般藉由一個加熱板面2a在接近的位置加熱較為合理。藉此,可縮短在接合時濺鍍用目標材料6的移動距離,並理所當然可抑制濺鍍用目標材料6上之接合材料7的溫度下降,亦具有防止接合材料7突然損毀的效果。
以下,用圖1以及圖2,對藉由本發明接合裝置的具體接合步驟之一例進行說明。
首先,如圖1所示,將應加熱的濺鍍用目標材料6放置於加熱裝置2的加熱板面2a的未使用空間,再將背板5放置於導熱板1上。供給電力至加熱裝置2後,加熱板面2a被加熱,背板5和濺鍍用目標材料6的上面藉由導熱而被加熱。在此加熱之際應排除冷卻管4的冷媒。
繼而,將接合材料7分別配置並熔化於背板5和濺鍍用目標材料6上面。又,於背板5將耐熱膠帶(tape)貼於應和濺鍍用目標材料6接合的接合面的外緣,使接合材料7留在必要位置的方式進行處理。
接合材料7固定於背板5和濺鍍用目標材料6兩者之後,使濺鍍用目標材料6反轉,並將濺鍍用目標材料6載有接合材料7的上面以和背板5的接合材料7的面重合的方式放置,以成為圖2的狀態。
從濺鍍用目標材料6透過接合材料7放置於背板5上的狀態起,切斷至加熱裝置2的電力供給,並在停止加熱後開始進行冷卻。
本發明的接合裝置是藉由將冷媒3從未圖示的冷媒循環單元通過至成為冷煤流動路徑的冷卻管4,使導熱板1被冷卻,並藉由使導熱板1的背板放置面1a的溫度下降,從整面背板5進行除熱,並可將接合材料7急速冷卻。
本發明的接合裝置可將導熱板1拆卸自如於加熱裝置2上。本發明的接合裝置,例如,在欲得到不需增加冷卻效率的程度之小面積的濺鍍用目標時,或者欲得到會因加快冷卻速度使得裂縫(crack)等問題產生於濺鍍用目標材料之鉻(chromium,Cr)等的組成的濺鍍用目標等時,可拆下導熱板1來使用。
又,若使導熱板1可拆卸自如,例如便可藉由接合材料7將背板5和濺鍍用目標材料6進行接合,並在成為能夠移動的接合強度之時機,在放置於導熱板1的狀態下一邊進行冷卻一邊移動至加熱裝置2外。此時,較佳的是將拆卸自如的導熱板1準備多台。藉此,藉由事先照順序拿取下一批次的導熱板(未圖示),而可快速地進行下一批次的接合。
作為將導熱板1從加熱裝置2上拆卸自如的機構,可僅於加熱裝置2上直接放置導熱板1,較佳則為考慮安全而以夾具(clamp)等進行固定。又,作為其他例,亦可設置將導熱板1定位於加熱
裝置2用的銷(pin),藉由此銷來定位的方式加以處理。
又,在本發明中,例如,若將導熱板1內的冷卻管4和冷水機(未圖示)等的冷媒循環單元的配管以單次觸碰(one touch)式的接頭(joint)結合,並以適當安裝及取下的方式進行,則將導熱板1從冷媒循環單元拆裝之事會變得較為簡單。
為確認本發明的效果,在圖1所示的接合裝置的使用形態中,作為本發明的實施例,在使用將冷媒流動路徑設置於鋁(Al)製板內的導熱板進行接合的情況下,對冷卻時間以及接合部的缺陷有無進行了確認。又,作為比較例,在未使用冷媒流動路徑之鋁(Al)製的導熱板進行接合的情況下,對冷卻時間以及接合部的缺陷有無進行了確認。
首先,作為濺鍍用目標材料,準備了厚度20mm×寬180mm×長度2650mm的銅(Cu)製目標材料。背板和濺鍍用目標材料皆為銅(Cu)製,使用20mm×寬200mm×長度3000mm者,且使用了銦(indium,In)作為接合材料。此外使用水作為冷媒,而此水是將設置於外部的冷媒循環單元(冷水機)設定為15℃的方式進行溫度調節而使用。
如上述接合步驟所示,將濺鍍用目標材料6放置於加熱裝置2的加熱板面2a,再將背板5放置於導熱板1上。藉由加熱裝置2
使背板5和濺鍍用目標材料6的上面加熱至達200℃後,將接合材料7分別配置並熔化於背板5和濺鍍用目標材料6的上面。
當接合材料7和背板5及濺鍍用目標材料6兩者黏合後,將塗佈有接合材料7的濺鍍用目標材料6的上面以和背板5的塗佈接合材料7的面重合的方式進行放置,成為如圖2所示的狀態。其後,成為如表1所示的比較例之條件1的情況下,以2台鼓風機進行空氣冷卻。此外,成為本發明的實施例之條件2的情況下,使水通過導熱板的冷媒流動路徑進行冷卻。
銦(In)的熔點是156.6℃,由於難以測量接合部的接合材料7的溫度,因此將濺鍍用目標材料6的表面溫度成為100℃的時間點作為凝固結束,而對從冷卻開始至凝固結束的時間進行評估。此結果示於表1。
如表1所示,若使用本發明的接合裝置,和為比較例的習知方法相比,確認了可縮短1次為40分鐘的冷卻時間。
關於冷卻結束後的濺鍍用目標材料,使用超音波缺陷成像裝置對接合部進行了評估,而無論何種條件皆未發現接合不良,狀況良好。
根據本發明的接合裝置,確認了可縮短將濺鍍用目標材料和背板在導熱板上熔化接合後的冷卻時間,並改善產能。
表1
1‧‧‧導熱板
2‧‧‧加熱裝置
4‧‧‧冷卻管
5‧‧‧背板
6‧‧‧濺鍍(sputtering)用目標材料
7‧‧‧接合材料
Claims (4)
- 一種接合裝置,用以藉由接合材料將濺鍍用目標材料和背板焊接,並具有透過前述背板而將前述接合材料加熱的加熱裝置,其特徵在於:前述接合裝置具有導熱板,將熱傳導至前述背板的整面底面,前述導熱板具有較前述背板的底面更廣的背板放置面,並具有冷卻機構,前述冷卻機構則是由配置於前述導熱板內部的冷媒流動路徑、冷媒以及冷媒循環單元所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置,其中前述加熱裝置具有加熱板面,用以放置前述濺鍍用目標材料和前述導熱板兩者並進行加熱。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的接合裝置,其中前述冷煤流動路徑是沿著前述背板放置面以多根並排設置的冷卻管。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的接合裝置,其中前述導熱板可自前述加熱裝置拆裝自如。
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