铝靶材组件的焊接方法
【专利摘要】本发明提供一种铝靶材组件的焊接方法，包括：利用熔融的锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理；利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理；利用所述锡焊料与所述铟焊料将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起。本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法免去对铝靶材坯料焊接表面的镀镍处理，降低了能耗，节省了成本，减少了污染。
【专利说明】铝靶材组件的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体工艺领域，尤其涉及靶材与背板的焊接工艺。
【背景技术】
[0002]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。背板可以在靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。
[0003]通常靶材和背板以焊接方式形成靶材组件。靶材组件通常尺寸较大，尤其是在IXD靶材组件，5代IXD靶材组件的长和宽都超过了 1.5m,而8代IXD靶材组件的长度超过了2m。由于靶材组件尺寸大，因而在高温焊接时靶材组件很容易产生大的变形。若采用硬度较高的传统锡系焊料(熔点一般都在200°C以上，硬度是铟系焊料的10倍左右)进行焊接，一旦发生变形，校正将非常困难，因此几乎所有的IXD靶材组件都采用熔点与硬度都较低的纯铟(熔点156.60C )作为焊料。
[0004]LCD靶材组件中高纯铝靶材组件占有很大的比例，其背板材质通常为铜。铝无法直接与铟浸润，所以目前行业中都是采用先在铝靶材坯料焊接面进行镀镍(Nickle Plating)处理，即在焊接前通过电镀或化学方法在铝靶材坯料上镀上一层镍，然后再用铟进行浸润及焊接处理。
[0005]由于焊接时需先对大尺寸的铝靶材坯料表面进行镀镍处理，因而对镀镍设备有较高的要求，导致整个焊接工艺既消耗大量能源，又耗费不少成本。同时，镀镍属于高污染行业，对环境易造成不可挽救的破坏。
【发明内容】
[0006]为解决现有铝靶材坯料在与背板焊接工艺中需先进行镀镍处理，造成高能耗、高成本和高污染的问题，本发明提供了一种铝靶材组件的焊接方法，其包括:
[0007]利用熔融的锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理；
[0008]利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理；
[0009]利用所述锡焊料与所述铟焊料将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面
焊接在一起。
[0010]可选的，在所述表面浸润处理前，对所述背板的焊接面进行打磨处理。
[0011 ] 可选的，用#180或者#230砂纸搓磨对所述背板的焊接面进行打磨处理，或者用钢刷来回磨刷对所述背板的焊接面进行打磨处理。
[0012]可选的，在所述打磨处理后，用酒精清洗所述背板的焊接面。
[0013]可选的，在所述表面浸润处理之前或之时，对所述铝靶材坯料和/或所述背板加热，对所述铝靶材坯料的加热温度控制于232°C ?250°C之间；对所述背板加热温度控制于1570C ?200°C之间。
[0014]可选的，对所述铝靶材坯料和所述背板都加热时，分别在两个加热平台上对它们进行加热。[0015]可选的，在所述表面浸润处理之时，用钢刷摩擦所述铝靶材坯料和/或所述背板的焊接面，或者利用超声波处理所述铝靶材坯料和/或所述背板的焊接面，以加强表面浸润效果。
[0016]可选的，在所述超声波处理之时，超声波振荡器的输出功率在25Hz?35Hz之间。
[0017]可选的，将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起之前，去除所述锡焊料表面的氧化层和/或所述铟焊料表面的氧化层。
[0018]可选的，采用刮刀刮除或者带有网格的不锈钢皮擦除的方式去除所述锡焊料表面的氧化层和/或所述铟焊料表面的氧化层。
[0019]可选的，通过将所述铝靶材坯料的焊接面向下扣在所述背板的焊接面上的方式，或者将所述背板焊接面向下扣在所述铝靶材坯料焊接面上的方式，使得所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起。
[0020]可选的，将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起时，对它们施加压力，使得焊接更加牢固。
[0021]可选的，通过在所述铝靶材坯料上面压重物或者在所述背板上面压重物的方式，对它们施加压力，所加重物的质量在50kg?200kg之间。
[0022]可选的，将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起后，进行冷却处理。
[0023]可选的，在所述表面浸润处理之时，在所述铝靶材坯料的焊接面上形成的锡焊料层的厚度小于在所述背板的焊接面上形成的铟焊料层的厚度。
[0024]可选的，在所述表面浸润处理之时，在所述铝靶材坯料焊接面上平均每平方米放置11.1kg?16.7kg的所述锡焊料，在所述背板焊接面上平均每平方米放置22.2kg?33.3kg的所述铟焊料。
[0025]可选的，在所述表面浸润处理后，去除多余的所述锡焊料和/或所述铟焊料。
[0026]可选的，所述铝靶材坯料的纯度为4N5或者5N。
[0027]可选的，所述背板的材料具体选自铜或者铜基合金。
[0028]可选的，所述锡焊料选自有铅锡焊料或者无铅锡焊料，其中焊料中银的质量百分比为0.2%ο
[0029]与现有技术相比，本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法具有以下优点:
[0030]1.本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法免去对铝靶材坯料焊接表面的镀镍处理，降低了能耗，节省了成本，减少了污染。
[0031]2.本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法简易、快捷，并且通过实践证明，利用本发明所提供的焊接方法焊接铝靶材组件，焊接结合率达到95%以上，焊接强度大于等于5MPa0
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0034]在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的【具体实施方式】的限制。
[0035]请参考图1，图1为本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法的流程示意图。本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法包括以下基本步骤:
[0036]步骤S1:利用熔融的锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理；
[0037]步骤S2:利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理；
[0038]步骤S3:利用所述锡焊料与所述铟焊料将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起。
[0039]以上对各步骤编号只是为了对各步骤起区分作用，并不代表各步骤的先后顺序。本发明中，步骤SI和步骤S2无先后顺序，可以各自独立完成。
[0040]下面将用具体的实施例对上述几个步骤做具体的描述如下:
[0041]在本实施例中，所述铝靶材坯料的纯度为4N5 (纯度99.995%)或者5N (99.999%)；铝靶材坯料的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要求，可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，且其厚度可以为Imm至80mm不等。优选方案为圆形，直径为在设计尺寸上加2mm至5mm的余量，厚度为在设计尺寸上加Imm至3mm的余量。增加余量的目的是对形成靶材组件之后的加工步骤提供比较宽裕的加工空间。
[0042]所述背板的形状，根据应用环境、溅射设备的实际要求，可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，且其厚度可以为Imm至80mm不等。优选方案为圆形,直径为在设计尺寸上加IOmm至20mm的余量。增加余量的目的是对形成靶材组件之后的加工步骤提供比较宽裕的加工空间。所述背板四周形成有侧壁，背板材料选自铜或者铜基合金。
[0043]所述锡焊料选自有铅焊锡焊料或者无铅焊锡焊料，其中焊料中银的质量百分比为0.2%。
[0044]本实施例中，首先进行步骤SI和步骤S2，即利用熔融的锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理和利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理。但是在进行步骤SI和步骤S2之前，还可以先进行一些其它的操作以加强焊接效果。
[0045]本实施例中，在进行步骤SI和步骤S2之前，先对所述背板的焊接面进行打磨处理，目的是为了去除所述背板的焊接面上的氧化层。具体可以用#180或者#230砂纸搓磨所述背板的焊接面，或者用钢刷来回磨刷以对所述背板的焊接面进行打磨处理。打磨完毕可以用酒精清洗结合面，以去除打磨时形成的污染物。
[0046]本实施例中，在进行步骤SI之前或者之时，可以对所述铝靶材坯料进行加热。可以是将未熔融的所述锡焊料放置于所述铝靶材坯料的焊接面之后，然后对所述铝靶材坯料进行加热，使得所述锡焊料熔融。也可以是将熔融状态的所述锡焊料放置于所述铝靶材坯料之后，再对所述铝靶材坯料加热，使得所述锡焊料保持熔融状态。本实施例中，所述铝靶材坯料的加热温度控制于232°C ?250°C之间。首先，锡的熔点是231.9°C，因而温度要高于231.9°C，以使得或者保证所述锡焊料处于熔融状态。其次，在所述锡焊料的熔化过程中，在一定范围内温度适当高有助于更好地进行表面浸润处理，但是温度太高一方面导致所述锡焊料被氧化，另一方面导致能耗升高，成本升高。因而选择将温度控制于232°C ~250°C之间。
[0047]在本实施例中，在进行步骤S2之前或之时，可以对所述背板进行加热。对所述背板加热类似于前面对所述铝靶材坯料加热的情形。本实施例中，所述背板的加热温度控制于157°C~200°C之间。首先，铟的熔点是156.6°C，因而温度要高于156.6°C。其次，在所述铟焊料的熔化过程中，在一定范围内温度适当高有助于更好地进行表面浸润处理，但是温度太高一方面导致所述铟焊料被氧化，另一方面导致能耗升高，成本升高。因而选择将温度控制于157°C ~200°C之间。
[0048] 在上面所述的对所述铝靶材坯料和/或所述背板加热的过程中，可以选择分别在两个加热平台上对它们进行加热。
[0049]本实施例可以在进行上述步骤之后，再开始进行步骤SI和步骤S2。本实施例中，利用熔融的所述锡焊料对所述铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理，可以通过将熔融的所述锡焊料涂布于所述铝靶材坯料的焊接面来进行。同样的，本实施例中，利用熔融的所述铟焊料对所述背板的焊接面进行表面浸润处理，可以通过将熔融的所述铟焊料涂布于所述背板的焊接面来进行。
[0050]在步骤SI和步骤S2进行过程中，在所述铝靶材坯料的焊接面上形成的锡焊料层的厚度小于在所述背板的焊接面上形成的铟焊料层的厚度。因为本实施例是将铟焊料作为主要焊料，因而在所述表面浸润处理中，在所述铝靶材坯料焊接面上平均每平方米放置
11.lkg^ie.7kg的所述锡焊料，在所述背板焊接面上平均每平方米放置22.2kg~33.3kg的所述铟焊料，以使得所述铟焊料层的厚度大于所述锡焊料的厚度。本发明中所述锡焊料是作为一种媒介使得所述铝靶材坯料与所述铟焊料结合在一起，因而，所述锡焊料的量只需要能够在所述铝靶材坯料焊接面上形成一层较薄的锡焊料层即可，通常只需要少许，所以在每平方米放置11.lkg^ie.7kg的所述锡焊料就可以达到相应的作用和目的。本发明中所述铟焊料是作为主要的焊料使得所述铝靶材坯料和所述背板焊接在一起，因而，所述铟焊料的应当放置足量，使得能够在所述背板焊接面上形成一层较厚的铟焊料层，所以在每平方米放置22.2kg~33.3kg的所述铟焊料，以达到相应的作用和目的。
[0051]本实施例中，在步骤SI和步骤S2进行之后，可以选择去除多余的所述锡焊料和/或所述铟焊料。因为无法正好放置所需的所述锡焊料和所述铟焊料的量，因而通常是提供稍微超过所需量的所述锡焊料和所述铟焊料以保证焊接成功。所以在表面浸润处理后，可以去除多余的所述锡焊料和所述铟焊料。另外，在表面浸润处理过程中还可能将焊料涂布在焊接面以外的范围，因而也可以将涂布在焊接面以外的焊料去除。可以采用刮刀去除所述铝靶材坯料的焊接面上多余的锡焊料和所述背板焊接面上的所述铟焊料，或者采用带有网格的不锈钢皮擦除的方式去除所述锡焊料表面的氧化层和所述铟焊料表面的氧化层。相应的，其它可以用来达到此相同作用和目的的物理方法都适用于本发明，本发明并不受所述【具体实施方式】的限制。
[0052]本实施例中，在步骤SI和步骤S2进行之时，可以用钢刷磨刷所述铝靶材坯料和/或所述背板的焊接面，或者利用超声波处理所述铝靶材坯料和/或所述背板的焊接面，以加强表面浸润效果。通过钢刷磨刷来加强浸润效果，即像刷牙一样将熔化后的所述锡焊料在所述铝靶材坯料的焊接面上来回磨刷。可以是人工手动刷动，也可以是用机械设备进行自动刷动。这样，一方面可以增加所述铝靶材坯料焊接面的表面粗糙度，从而增加所述铝靶材坯料焊接面与熔化后的所述锡焊料的接触面积，另一方面在刷动过程中会发生摩擦生热现象，使所述铝靶材坯料焊接面的表面能量提高，提高所述铝靶材坯料焊接面的表面能量可以使得铝靶材坯料表面的原子活性增大，原子扩散速度加快，使所述锡焊料变得易于与所述铝靶材坯料结合，同样促进达到更好的表面浸润效果。通过超声波来加强浸润效果，即通过超声波发生设备生成超声波，将所生成的超声波打在所述铝靶材坯料焊接面和熔化后的所述锡焊料上，使它们的原子发生振动。这样，所述铝靶材坯料焊接面的表面能量提高，并且所述铝靶材坯料焊接面上的原子和熔化后的所述锡焊料的原子发生振动，使得它们能够更好的相互扩散进入对方，达到表面浸润的效果。在所述超声波处理中，超声波振荡器的输出功率在25Hz?35Hz之间。
[0053]需要说明的是，本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法除了可以用上述两种具体的加强表面浸润效果的处理方式外，其它的能够加强表面浸润效果的处理方式也可以运用于本发明中，本发明所保护的范围并不受具体的表面浸润处理方式的限制。
[0054]本实施例中，在将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起之前，去除所述锡焊料表面的氧化层和/或所述铟焊料表面的氧化层。虽然不去除所述锡焊料表面和/或所述铟焊料表面的氧化层也可以将所述铝靶材坯料和所述背板焊接在一起(因为将所述铝靶材坯料焊接面上的所述锡焊料和所述背板焊接面上的所述铟焊料结合在一起时，焊料之间相互挤压就能将表面的氧化膜破裂而相互接触)，但是如果事先去除所述锡焊料表面和/或所述铟焊料表面的氧化层，能够使得所述锡焊料和/或所述铟焊料更好地结合。可以采用刮刀刮除或者带有网格的不锈钢皮擦除的方式去除所述锡焊料表面的氧化层和/或所述铟焊料表面的氧化层。相应的，其它可以用来达到此相同作用和目的的物理方法都适用于本发明，本发明并不受所述【具体实施方式】的限制。
[0055]在进行了上述步骤之后，进行步骤S3，即利用所述锡焊料与所述铟焊料将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起。
[0056]本实施例中，利用所述锡焊料与所述铟焊料将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起，可以通过将所述铝靶材坯料的焊接面向下扣在所述背板的焊接面上的方式，或者将所述背板焊接面向下扣在所述铝靶材坯料焊接面上的方式，使得所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起。具体的，可利用真空吸盘吸附所述铝靶材坯料的非焊接面，让所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面接触，所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面接触，并按住所述铝靶材坯料的非焊接面旋转3至4圈，使得多余的焊料从所述铝靶材坯料的外周与所述背板的侧壁形成的缝隙排出，然后将结合的所述铝靶材坯料与所述背板移至压力机工作台，工作台工作温度为工作温度260°C至280°C，压强0.48兆帕至0.52兆帕，将所述铝靶材坯料焊接至所述背板形成铝靶材组件。
[0057]在将所述铝靶材坯料焊接至所述背板形成铝靶材组件之后，对它们施加压力，使得焊接更加牢固。可以通过在所述铝靶材坯料上面压重物或者在所述背板上面压重物的方式，对它们施加压力。所加重物的质量可以选择在50kg?200kg之间。
[0058]将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起后，可以进行冷却处理，可以采用压力机循环水冷却装置，保持压强0.48兆帕至0.52兆帕，将靶材组件冷却至水温，通过冷却处理能够保证焊接更加充分完全，避免在温度较高时就移动焊接在一起的所述铝靶材组件引起松动。
[0059]从上面对本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法的具体描述可知，本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法免去对所述铝靶材坯料焊接表面的镀镍处理，降低了能耗，节省了成本，减少了污染。
[0060]从上面对本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法的具体描述可知，本发明所提供的铝靶材组件的焊接方法简易、快捷，并且通过实践证明，利用本发明所提供的焊接方法焊接铝靶材组件，焊接结合率达到95%以上，焊接强度大于等于5MPa，满足铝靶材组件焊接的各项要求。
[0061]以上所述仅为本发明的具体实施例，目的是为了使本领域技术人员更好的理解本发明的精神，然而本发明的保护范围并不以该具体实施例的具体描述为限定范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明精神的范围内，可以对本发明的具体实施例做修改，而不脱离本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种铝靶材组件的焊接方法，其特征在于，包括: 利用熔融的锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理； 利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理； 利用所述锡焊料与所述铟焊料将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起。
2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在所述表面浸润处理前，对所述背板的焊接面进行打磨处理。
3.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，用#180或者#230砂纸搓磨对所述背板的焊接面进行打磨处理，或者用钢刷来回磨刷对所述背板的焊接面进行打磨处理。
4.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，在所述打磨处理后，用酒精清洗所述背板的焊接面。
5.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在所述表面浸润处理之前或之时，对所述铝靶材坯料和/或所述背板加热，对所述铝靶材坯料的加热温度控制于232°C ~250°C之间；对所述背板加热温度控制于157°C ~200°C之间。
6.如权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，对所述铝靶材坯料和所述背板都加热时，分别在两个加热平台上对它们进行加热。
7.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在所述表面浸润处理之时，用钢刷摩擦所述铝靶材坯料和/或所述背板的焊接面，或者利用超声波处理所述铝靶材坯料和/或所述背板的焊接面，以加强表面浸润效果。
8.如权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，在所述超声波处理之时，超声波振荡器的输出功率在25Hz~35Hz之间。
9.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起之前，去除所述锡焊料表面的氧化层和/或所述铟焊料表面的氧化层。
10.如权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，采用刮刀刮除或者带有网格的不锈钢皮擦除的方式去除所述锡焊料表面的氧化层和/或所述铟焊料表面的氧化层。
11.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，通过将所述铝靶材坯料的焊接面向下扣在所述背板的焊接面上的方式，或者将所述背板焊接面向下扣在所述铝靶材坯料焊接面上的方式，使得所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起。
12.如权利要求11所述的焊接方法，其特征在于，将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起时，对它们施加压力，使得焊接更加牢固。
13.如权利要求12所述的焊接方法，其特征在于，通过在所述铝靶材坯料上面压重物或者在所述背板上面压重物的方式，对它们施加压力，所加重物的质量在50kg~200kg之间。
14.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起后，进行冷却处理。
15.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在所述表面浸润处理之时，在所述铝靶材坯料的焊接面上形成的锡焊料层的厚度小于在所述背板的焊接面上形成的铟焊料层的厚度。
16.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在所述表面浸润处理之时，在所述铝靶材坯料焊接面上平均每平方米放置11.1kg^ie.7kg的所述锡焊料，在所述背板焊接面上平均每平方米放置22.2kg~33.3kg的所述铟焊料。
17.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在所述表面浸润处理后，去除多余的所述锡焊料和/或所述铟焊料。
18.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述铝靶材坯料的纯度为4N5或者5N。
19.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述背板的材料具体选自铜或者铜基I=1-Wl O
20.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述锡焊料选自有铅锡焊料或者无铅锡焊料，其中焊料中银的质量 百分比为0.2%。
【文档编号】B23K1/00GK103567583SQ201210268643
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月30日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】姚力军, 相原俊夫, 大岩一彦, 潘杰, 王学泽, 袁海军 申请人:宁波江丰电子材料有限公司