一种扩散焊接方法
【专利摘要】本发明属于金属焊接【技术领域】，特别涉及一种扩散焊接方法。本发明方法具体步骤为：提供铝及铜；在铜焊接面上加工形成凹槽；在焊接面上形成扩散阻挡层；采用热等静压方法将铝与铜进行焊接。本方法利用扩散阻挡层实现了铝与铜的大面积扩散焊接，获得了高强度焊接组件。本发明方法在铝与铜的焊接面上形成扩散阻挡层能够有效阻止铝铜金属间化合物的生成，获得较高的焊接强度；采用热等静压方法能够实现铝铜的大面积焊接，获得稳定一致的焊接质量；当铝作为铜与其他金属焊接的过渡层时能够实现一步焊接，减少工艺步骤，缩短加工周期，降低生产成本。
【专利说明】一种扩散焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属焊接【技术领域】，特别涉及一种扩散焊接方法。
【背景技术】
[0002]半导体行业中的靶材组件通常由靶材与背板焊接组成。靶材多为高纯金属加工而成，成本较高，而且很多靶材材料与背板之间由于材料性能差别较大而难以焊接，因此需要在靶材与背板之间添加过渡层，缓冲靶材与背板材料性能差距的同时降低靶材组件成本。铜凭借优良的导电导热性能成为常用的背板材料，而铝的硬度低、塑性好、价格低廉，是优良的过渡层材料。
[0003]目前，靶材组件的焊接通常采用热等静压方式，尤其是添加有过渡层的靶材组件，只有通过热等静压才能够实现一步式焊接，减少不必要的工艺程序，节约生产成本。铝与铜由于容易产生脆性金属间化合物难以获得高强度的焊缝，现有铜铝焊接方式由于工艺局限性不适用于靶材组件的焊接。因此，必须找到一种焊接方法，适用于铝与铜的大面积热等静压焊接，防止铝铜金属间化合物的生成，获得高强度焊接组件。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种焊接方法，解决铝与铜扩散焊接强度低的问题。
[0005]为解决上述问题，本发明提供了一种扩散焊接方法，其具体步骤如下:
[0006](I)提供铝和铜；
[0007](2)在铝的焊接面或已加工出凹槽的铜的焊接面上制备扩散阻挡层；
[0008](3)采用热等静压方法将铝与铜进行焊接。
[0009]所述铝为纯铝或铝合金。
[0010]所述铜为纯铜或铜合金。
[0011]所述凹槽形状为圆弧形、V形、矩形或倒梯形。
[0012]所述扩散阻挡层为镍层或镍合金层。
[0013]所述扩散阻挡层的制备方法为溅射、真空蒸镀、化学镀、电镀或喷涂。
[0014]所述扩散阻挡层的厚度为0.01 μ m?1000 μ m。
[0015]所述热等静压方法的温度为200°C?600°C，压强为50MPa?150MPa，保温时间为0.5?10小时。
[0016]本发明的有益效果为:
[0017](I)在铝与铜的焊接面上形成扩散阻挡层能够有效阻止铝铜金属间化合物的生成，获得较高的焊接强度；(2)采用热等静压方法能够实现铝铜的大面积焊接，获得稳定一致的焊接质量；(3)当铝作为铜与其他金属焊接的过渡层时能够实现一步焊接，减少工艺步骤，缩短加工周期，降低生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明铝与铜扩散焊接的工艺流程图；
[0019]图2至图5为本发明实施例1铝与铜扩散焊接方法的示意图；
[0020]图6为实施例1中铝铜焊接界面处SEM照片；
[0021]图7为对比例I中铝铜焊接界面处SEM照片；
[0022]图中标号:20_铝；200-铝焊接面；21_铜；210_铜焊接面；22_扩散阻挡层。
【具体实施方式】
[0023]本发明提供了一种扩散焊接方法，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0024]实施例1
[0025]图1为本发明铝与铜扩散焊接的工艺流程图。如图1所示，执行步骤S101，提供铝和铜；
[0026]执行步骤S102，在铝或铜的焊接面上形成扩散阻挡层；
[0027]执行步骤S103，采用热等静压方法将铝与铜进行扩散焊接，二者焊接面之间为扩散阻挡层。
[0028]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0029]图2至图5为本发明铝与铜焊接的实施例示意图。如图2所示，提供铝20，材质具体可以为纯铝或铝系合金，可以为任意形状的板材。作为一个优选的实施例，铝20的材质选择牌号1050工业纯铝，形状为圆形，直径420mm，厚度2mm。
[0030]如图3所示，提供铜21，所述铜21的材质可以为纯铜或铜系合金。在铜21的焊接面210上加工形成一系列均匀分布的凹槽，由于该技术为业内技术人员所工时，在此不作赘述。作为一个优选实施例，铜21选择铜锌锡合金,形状为圆形,直径420mm,厚度1mm,在铜焊接面210加工出一系列均匀分布的V形凹槽。
[0031]如图4所示，在铝焊接面200或铜焊接面210上制备扩散阻挡层22。制备扩散阻挡层22的方法有多种，具体可以采用溅射、真空蒸镀、化学镀、电镀或者喷涂等工艺，材质具体为镍层或镍合金层。作为一个优选的实施例，在加工有凹槽的铜焊接面210上溅射沉积镍金属层作为扩散阻挡层，溅射工艺具有成膜厚度均匀、附着力强、膜厚控制精确等优点。所述扩散阻挡层的厚度可以为0.01 μ m?1000 μ m,本实施例选择厚度为Ιμηι。
[0032]如图5所示，进行热等静压焊接，将铝20与铜21进行扩散焊接。焊接温度可在200°C?600°C内选择，压强保持在50MPa?150MPa，保温时间0.5?10小时，本实施例所选用热等静压焊接参数为490°C，压强lOOMPa，保温3小时。具体的热等静压焊接过程为行业内技术人员所共知，不再赘述。
[0033]整个实施流程完成后对所述实施例进行强度测试，所得抗拉强度值达到108MPa。对实施例样品进行焊缝SEM分析，如图6所示，在铝铜焊接界面出没有金属间化合物生成，在微观上确保了焊接质量的可靠性。
[0034]本发明虽然以优选实施例公布如上，但并不对本发明构成限定，本领域任何技术人员均可在本发明的精神及范围内做出一定变动和修改，因此本发明的保护范围应以本发明的权利要求所界定的范围为准。
[0035]对比例I
[0036]选择牌号1050工业纯铝，形状为圆形，直径420mm，厚度2mm ;选择铜锌锡合金，形状为圆形，直径420mm，厚度10mm，铜焊接面210加工出一系列均匀分布的V形凹槽，在与上述实施例相同的热等静压焊接工艺，温度490°C，压强lOOMPa，保温3小时。
[0037]完成焊接后对对比例样品进行焊接强度测试，所得抗拉强度值为28MPa。对样品进行焊缝SEM分析，如图7所示，在铝铜焊接面上生成了三层金属间化合物，厚度达到29 μ m,严重影响了焊缝强度。
【权利要求】
1.一种扩散焊接方法，其特征在于，具体步骤如下: (1)提供招和铜； (2)在铝的焊接面或已加工出凹槽的铜的焊接面上制备扩散阻挡层； (3)采用热等静压方法将铝与铜进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种扩散焊接方法，其特征在于:所述铝为纯铝或铝合金。
3.根据权利要求1所述的一种扩散焊接方法，其特征在于:所述铜为纯铜或铜合金。
4.根据权利要求1所述的一种扩散焊接方法，其特征在于:所述凹槽形状为圆弧形、V形、矩形或倒梯形。
5.根据权利要求1所述的一种扩散焊接方法，其特征在于:所述扩散阻挡层为镍层或镍合金层。
6.根据权利要求1所述的一种扩散焊接方法，其特征在于:所述扩散阻挡层的制备方法为溅射、真空蒸镀、化学镀、电镀或喷涂。
7.根据权利要求1所述的一种扩散焊接方法，其特征在于:所述扩散阻挡层的厚度为0.0l μ m ?1000 μ m。
8.根据权利要求1所述的一种扩散焊接方法，其特征在于:所述热等静压方法的温度为200°C?600°C，压强为50MPa?150MPa，保温时间为0.5?10小时。
【文档编号】B23K20/24GK104227219SQ201410342246
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】徐学礼, 王兴权, 董亭义, 李勇军, 万小勇, 何金江, 王越 申请人:有研亿金新材料有限公司