一种高纯铝靶材组件的钎焊方法及高纯铝靶材组件与流程

本发明涉及溅射靶材技术领域，尤其涉及靶材焊接技术领域，特别涉及一种高纯铝靶材组件的钎焊方法及高纯铝靶材组件。

背景技术：

金属溅射靶材是溅射沉积技术中用做阴极的材料。该阴极材料在溅射机台中被带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。由于金属溅射靶材往往是高纯的铝、铜、钛、镍、钽及贵金属等比较贵重的材料，所以在其制造时常常使用比较普通的材料来作为背板。背板起到支撑靶材、冷却、降低成本等作用，常用的材料有铝合金(albp)、铜合金(cubp)等。

高纯铝靶材(≥3n)是半导体芯片制造常用的导线制造材料，而其在使用是通常需要与背板进行焊接。

cn111421258a公开了一种高纯铝靶材的焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤：(1)将高纯铝靶材和背板组装后置于包套中并将包套密封；(2)对密封后的包套依次进行抽真空及脱气处理，之后进行第一焊接；(3)第一焊接完成后，去除包套，对高纯铝靶材和背板进行第二焊接，但该方法在焊接过程中容易出现靶材变形的问题。

cn202922105u公开了一种靶材与背板的连接结构，该方法背板上具有圆柱状凹槽，靶材沿厚度方向部分嵌入背板内部，凹槽直径与嵌入背板内部的靶材外径相配合，凹槽侧面与靶材之间为真空电子束封焊连接，凹槽底面与靶材之间为扩散焊接。该方法虽然解决了焊接牢固性的问题，但未解决焊接过程中靶材组件变形的问题。

cn108620813a公开了一种靶坯及其加工方法，所述加工方法包括：提供靶坯，靶坯具有溅射面以及与溅射面相对的焊接面；对焊接面进行机械加工，在焊接面上形成平面螺纹，平面螺纹的牙型为三角形。本发明对靶坯的焊接面进行机械加工，在焊接面上形成平面螺纹且平面螺纹的牙型为三角形；一方面，通过平面螺纹，可以增加焊接面的粗糙度、均匀度以及附着力，另一方面，平面螺纹的牙型为三角形，在将靶坯与背板进行焊接时，可以使平面螺纹嵌入至背板内，提高了焊接结合力，但该方法仍未解决焊接过程中靶材变形的问题。

因此，需要开发一种针对高纯铝靶材的焊接方法，解决现有技术焊接过程中靶材组件易发生变形的问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法及高纯铝靶材组件，所述高纯铝靶材组件的钎焊方法选用材质为c18150或c18000的背板，并在高纯铝靶材的焊接面设置凹槽，能够保障背板与高纯铝靶材的焊接结合率以及确保靶材组件在焊接过程中变形小，焊接后的高纯铝靶材组件无漏水现象，应用前景优良。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法中所用背板包括基底和设置在基底焊接面的凸台；

所述钎焊方法中所用高纯铝靶材的焊接面设置有与所述凸台对应的凹槽；

所述背板的材质为c18150或c18000。

本发明提供的高纯铝靶材组件的钎焊方法首先在结构上选用背板凸台、靶材开凹槽的设计，不仅增加了焊接面积，凹槽为焊料提供的设置位置，而且相较于原有背板开凹槽，靶材设置凸台的设计，焊接过程中靶材组件更容易保持原有的形态，不易发生变形，且焊接结合率高；而且该结果与材质为c18150或c18000的背板相组合，相较于现有常用的tu1铜背板而言，更不容易形变，焊接后的靶材组件良品率更高，无漏水现象，应用前景广阔。

优选地，所述背板的材质为c18000。

本发明更进一步选用材质为c18000的背板，相比于c18150，其余高纯铝靶材结合后再钎焊过程中更不容易发生形变，焊接效果更好。

优选地，所述凹槽的直径比所述凸台的直径大0.01～0.05mm，例如可以是0.010mm、0.012mm、0.015mm、0.018mm、0.020mm、0.022mm、0.023mm、0.025mm、0.030mm、0.035mm、0.040mm、0.045mm或0.050mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述凹槽的深度为0.3～0.8mm，例如可以是0.3mm、0.32mm、0.34mm、0.35mm、0.36mm、0.38mm、0.4mm、0.42mm、0.45mm、0.48mm、0.5mm、0.52mm、0.55mm、0.58mm、0.6mm、0.62mm、0.68mm、0.7mm、0.75mm或0.8mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明优选凹槽的深度为0.3～0.8mm，在该深度范围内，高纯铝靶材与背板能够焊接的更好。

优选地，所述凸台的高度为0.1～0.6mm，例如可以是0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.2mm、0.22mm、0.25mm、0.28mm、0.3mm、0.33mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm或0.6mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述凹槽的深度比凸台的高度大。

优选地，所述凹槽的深度比凸台的高度大0.1～0.7mm，例如可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.32mm、0.35mm、0.4mm、0.42mm、0.45mm、0.48mm、0.5mm、0.52mm、0.55mm、0.58mm、0.6mm、0.62mm、0.68mm或0.7mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明优选凹槽的深度比凸台的高度大0.1～0.7mm，既可以为焊料留出足够的填充空间，又能够避免缝隙过大导致焊接不牢固的问题。

优选地，所述基底的厚度为5.5～6.5mm，例如可以是5.5mm、5.6mm、5.7mm、5.8mm、5.9mm、6.0mm、6.1mm、6.2mm、6.3mm、6.4mm或6.5mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明将背板的厚度加厚，相应的将高纯铝靶材的厚度减薄，使其焊接过程中更加不容易发生形变。

优选地，所述高纯铝靶材的厚度为11～12mm，例如可以是11mm、11.1mm、11.2mm、11.3mm、11.4mm、11.5mm、11.6mm、11.7mm、11.8mm、11.9mm或12mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为11.5mm。

本发明优选将高纯铝靶材在现有技术的基础上将其减薄至11～12mm，优选为11.5mm，在与基底的厚度为5.5～6.5mm的背板结合时，在焊接过程中更不容易发生形变，不易弯曲，焊接效果更好。

优选地，所述高纯铝靶材的铝纯度≥99.9wt％，例如可以是99.9wt％、99.92wt％、99.95wt％、99.98wt％、99.99wt％、99.992wt％、99.995wt％、99.999wt％或99.9992wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述钎焊方法包括如下步骤：

(1)将高纯铝靶材和背板组配后，进行钎焊焊接，得到焊接后组件；

(2)所述焊接后组件经冷却，得到高纯铝靶材组件。

优选地，步骤(1)中所述钎焊焊接的温度为190～240℃，例如可以是190℃、195℃、200℃、205℃、208℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃或240℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，当所述焊料为铟焊料时，所述钎焊焊接的温度为190～200℃。

优选地，当所述焊料为锡铟焊料时，所述钎焊焊接的温度为230～240℃。

优选地，所述钎焊焊接过程的焊料设置与所述凹槽中。

优选地，所述焊料为锡铟焊料或铟焊料。

优选地，步骤(2)中所述冷却的方式为加压水冷。

优选地，所述冷却的压力为0.35～0.48mpa，例如可以是0.35mpa、0.38mpa、0.40mpa、0.42mpa、0.43mpa、0.44mpa、0.45mpa、0.46mpa、0.47mpa或0.48mpa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.37～0.42mpa。

本发明优选冷却的压力控制在0.35～0.48mpa内，能够在避免形变的基础上保障更佳的冷却效果。

优选地，所述加压的方式为气动加压。

优选地，在步骤(1)之前还包括：将所述高纯铝靶材的焊接面和背板的焊接面进行抛光处理。

优选地，所述抛光处理后高纯铝靶材的焊接面的粗糙度ra≤1.5μm，例如可以是1.5μm、1.4μm、1.3μm、1.2μm、1.0μm、0.9μm、0.8μm、0.7μm、0.6μm或0.5μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述抛光处理后背板的焊接面的粗糙度ra≤1.5μm，例如可以是1.5μm、1.4μm、1.3μm、1.2μm、1.0μm、0.9μm、0.8μm、0.7μm、0.6μm或0.5μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明所述高纯铝靶材的焊接面和背板的焊接面进行抛光处理后再进行焊接，焊接效果更佳。

作为本发明优选的技术方案，所述钎焊方法包括如下步骤：

(1)将焊料设置于高纯铝靶材的凹槽中，将高纯铝靶材和背板组配后，在190～240℃进行钎焊焊接，得到焊接后组件；

其中，所述背板的材料为c18150或c18000，所述背板包括基底和设置在基底焊接面的凸台；所述高纯铝靶材的焊接面设置有凹槽；所述凹槽的直径比所述凸台的直径大0.01～0.05mm；所述凹槽的深度为0.3～0.8mm；所述凸台的高度为0.1～0.6mm，所述基底的厚度为5.5～6.5mm，所述高纯铝靶材的厚度为11～12mm；所述焊料为锡铟焊料或铟焊料；

(2)所述焊接后组件经加压水冷，冷却的压力为0.35～0.48mpa，加压的方式为气动加压，得到高纯铝靶材组件。

第二方面，本发明提供一种高纯铝靶材组件，所述高纯铝靶材组件由第一方面所述的高纯铝靶材组件的钎焊方法焊接而成。

本发明第二方面提供的高纯铝靶材组件中靶材与背板的焊接效果好且基本未发生变形，平面度高，而且不存在漏水现象，能够较好的应用在溅射过程中。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的高纯铝靶材组件的钎焊方法焊接结合率高，焊接结合率≥98％，靶材与背板不易脱落；

(2)本发明提供的高纯铝靶材组件的钎焊方法焊接后的靶材组件变形程度小，变形程度在0.7mm以内，产品质量更高；

(3)本发明提供的高纯铝靶材组件不易漏水，能够较好的应用在半导体领域中。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的高纯铝靶材组件的钎焊方法的焊接示意图。

图2是对比例2提供的高纯铝靶材组件的钎焊方法的焊接示意图。

图3是对比例3提供的高纯铝靶材组件的钎焊方法的焊接示意图。

图中：1-高纯铝靶材；2-背板；3-焊料。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

一、实施例

实施例1

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法包括如下步骤：

(1’)将所述高纯铝靶材(99.999wt％)的焊接面和背板的焊接面进行抛光处理至高纯铝靶材的焊接面的粗糙度ra为0.4μm，背板的焊接面的粗糙度为0.4μm；

(2’)将焊料设置于高纯铝靶材的凹槽中，将高纯铝靶材和背板组配后，在240℃进行钎焊焊接，得到焊接后组件；

其中，所述背板的材料为c18000，如图1所示，所述背板2包括基底和设置在基底焊接面的凸台；所述高纯铝靶材1的焊接面设置有凹槽；所述凹槽的直径比所述凸台的直径大0.02mm；所述凹槽的深度为0.5mm；所述凸台的高度为0.3mm，所述基底的厚度为6.0mm，所述高纯铝靶材1的厚度为11.5mm；所述焊料3为tin锡铟焊料；

(3’)所述焊接后组件经加压水冷，冷却的压力为0.4mpa，加压的方式为气动加压，得到高纯铝靶材组件。

实施例2

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法包括如下步骤：

(1’)将所述高纯铝靶材(99.9995wt％)的焊接面和背板的焊接面进行抛光处理至高纯铝靶材的焊接面的粗糙度ra为1.5μm，背板的焊接面的粗糙度为0.8μm；

(2’)将焊料设置于高纯铝靶材的凹槽中，将高纯铝靶材和背板组配后，在200℃进行钎焊焊接，得到焊接后组件；

其中，所述背板的材料为c18000，所述背板包括基底和设置在基底焊接面的凸台；所述高纯铝靶材的焊接面设置有凹槽；所述凹槽的直径比所述凸台的直径大0.01mm；所述凹槽的深度为0.3mm；所述凸台的高度为0.1mm，所述基底的厚度为5.5mm，所述高纯铝靶材的厚度为11mm；所述焊料为铟焊料；

(3’)所述焊接后组件经加压水冷，冷却的压力为0.48mpa，加压的方式为气动加压，得到高纯铝靶材组件。

实施例3

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法包括如下步骤：

(1’)将所述高纯铝靶材(99.99wt％)的焊接面和背板的焊接面进行抛光处理至高纯铝靶材的焊接面的粗糙度ra为0.8μm，背板的焊接面的粗糙度为0.5μm；

(2’)将焊料设置于高纯铝靶材的凹槽中，将高纯铝靶材和背板组配后，在190℃进行钎焊焊接，得到焊接后组件；

其中，所述背板的材料为c18000，所述背板包括基底和设置在基底焊接面的凸台；所述高纯铝靶材的焊接面设置有凹槽；所述凹槽的直径比所述凸台的直径大0.05mm；所述凹槽的深度为0.8mm；所述凸台的高度为0.5mm，所述基底的厚度为6.5mm，所述高纯铝靶材的厚度为12mm；所述焊料为铟焊料；

(3’)所述焊接后组件经加压水冷，冷却的压力为0.35mpa，加压的方式为气动加压，得到高纯铝靶材组件。

实施例4

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法除步骤(1’)中“高纯铝靶材的焊接面的粗糙度ra为2.2μm”外，其余均与实施例1相同。

实施例5

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法除步骤(1’)中“高背板的焊接面的粗糙度ra为2.5μm”外，其余均与实施例1相同。

实施例6

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法除步骤(2’)中“在180℃进行钎焊焊接”外，其余均与实施例1相同。

实施例7

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法除步骤(2’)中“在260℃进行钎焊焊接”外，其余均与实施例1相同。

实施例8

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法除步骤(2’)中“所述背板的材料为c18150”外，其余均与实施例1相同。

实施例9

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法除步骤(2’)中“所述凹槽的深度为1.2mm”外，其余均与实施例1相同。

实施例10

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法除步骤(2’)中“所述凹槽的深度为0.35mm”外，其余均与实施例1相同。

实施例11

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法除步骤(2’)中“所述焊料为无铅焊锡”外，其余均与实施例1相同。

实施例12

本实施例提供一种高纯铝靶材组件的钎焊方法，所述钎焊方法除步骤(2’)中“基底的厚度为3.0mm，高纯铝靶材的厚度为14.5mm”外，其余均与实施例1相同。

二、对比例

对比例1

本对比例提供一种高纯铝靶材组件的焊接方法，所述焊接方法除步骤(2’)中“所述背板的材料为tu1”外，其余均与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供一种高纯铝靶材组件的焊接方法，所述焊接方法除步骤(2’)中“所述背板设置有凹槽，所述高纯铝靶材设置有凸台和基底”外，其余均与实施例1相同。

具体地，步骤(2’)中：所述背板的材料为c18000，如图2所示，所述背板2的焊接面设置有凹槽；所述高纯铝靶材1包括基底和设置在基底焊接面的凸台；所述凹槽的直径比所述凸台的直径大0.9mm；所述凹槽的深度为0.5mm；所述凸台的高度为0.3mm，所述背板2的厚度为6.0mm，所述高纯铝靶材1的基底厚度为11.2mm；所述焊料3为tin锡铟焊料。

对比例3

本对比例提供一种高纯铝靶材组件的焊接方法，所述焊接方法除步骤(2’)中“所述背板设置有第一凸台和第一基底，所述第一凸台内设置有凹槽，所述高纯铝靶材设置有第二凸台和第二基底”外，其余均与实施例1相同。

具体地，步骤(2’)中：所述背板的材料为c18000，如图3所示，所述背板2的焊接面包括第一基底和设置在所述第一基底焊接面的第一凸台，所述第一凸台内设置凹槽；所述高纯铝靶材1包括第二基底和设置在所述第二基底基底焊接面的第二凸台；所述凹槽的直径比所述凸台的直径大0.9mm；所述凹槽的深度为0.5mm；所述第一凸台的高度为0.5mm，所述第二凸台的高度为0.3mm，所述背板2的第一基底的厚度为6.0mm，所述高纯铝靶材1的第二基底厚度为11.2mm；所述焊料3为tin锡铟焊料。

对比例4

本对比例提供一种高纯铝靶材组件的焊接方法，所述焊接方法除步骤(2’)中采用电子束焊接外，其余均与实施例1相同。

对比例5

本对比例提供一种高纯铝靶材组件的焊接方法，所述焊接方法除步骤(2’)中采用爆炸焊接外，其余均与实施例1相同。

对比例6

本对比例提供一种高纯铝靶材组件的焊接方法，所述焊接方法除步骤(2’)中采用扩散焊接外，其余均与实施例1相同。

对比例4～6采用焊接方法无法实现高纯铝靶材与背板的有效焊接，得不到焊接后的产品，与实施例1相比，表明采用钎焊方法能够较好地实现靶材组件的焊接。

三、测试及结果

上述实施例和对比例中的焊接效果通过c-scan检测计算其整体结合率，并测量计算靶材组件的变形程度，并检测其漏水情况，其检测结果如表1所示。

表1

从表1可以看出以下几点：

(1)综合实施例1～11可以看出，本发明提供的高纯铝靶材组件的钎焊方法在焊接后靶材组件的变形程度在0.7mm以内，变形较小，且焊接后的靶材组件无漏水情况，整体结合率≥98％，焊接牢固且产品质量好；

(2)综合实施例1和实施例8以及对比例1可以看出，实施例1中采用材料为c18000的背板，相较于实施例8中采用c18150，对比例1中采用tu1而言，实施例1中变形程度仅为0.03mm，而对比例1中靶材组件的弯曲变形程度达3.5mm，实施例8中靶材组件的弯曲变形程度为0.3mm，由此表明，本发明选用特定的背板材料，大大减少了靶材组件的弯曲变形，提高了靶材组件的产品质量，特选材料为c18000的背板，进一步改善了弯曲变形的情况；

(3)综合实施例1和对比例2～3可以看出，实施例1中采用靶材开槽，背板设置凸台的焊接结构，相较于对比例2和对比例3中均在背板设置凹槽，靶材设置凸台而言，实施例1中变形程度仅为0.03mm，焊接结合率达到99.9％，而对比例2和对比例3中变形程度分别为1.80mm和1.40mm，同时也由于弯曲变形较大导致焊接结合率降低，由此表明，本发明采用特殊的焊接结构，降低了弯曲变形程度，提高了焊接结合率；

(4)综合实施例1和实施例4～5可以看出，实施例1中控制焊接面的粗糙度为0.4μm，相较于实施例4中高纯铝靶材的焊接面的粗糙度ra为2.2μm，实施例5中板的焊接面的粗糙度ra为2.5μm而言，实施例1中焊接结合率高达99.9％，而实施例4和实施例5中焊接结合率分别仅为99.2％和99.0，由此表明，本发明通过将焊接面的粗糙度控制在特定范围内，提高了焊接结合率；

(5)综合实施例1和实施例6～7可以看出，实施例1中钎焊焊接的温度为240℃，相较于实施例6和实施例7中焊接温度分别为180℃和260℃而言，实施例1中不仅变形程度低且焊接结合率高达99.9％，而实施例6中焊接结合率仅为98.5％，实施例7中变形程度达到0.15mm，由此表明，本发明将钎焊焊接的温度控制在特定范围内，能够同时保障低变形和高焊接率；

(6)综合实施例1和实施例9～10可以看出，实施例1中凹槽的深度为0.5mm，即凹槽与凸台中留出焊料的厚度为0.2mm，相较于实施例9～10中留出的焊料厚度分别为0.8mm和0.03mm而言，实施例1中的焊接结合率比实施例9和实施例10均高，由此表明，本发明通过选用特定的凹槽和凸台组合，提高了焊接结合率；

(7)综合实施例1和实施例11可以看出，实施例1中采用tin锡铟焊料，相较于实施例11中采用无铅焊锡而言，实施例1的焊接结合率高，由此表明，本发明选用特定的焊料，提高了焊接结合率。

(8)综合实施例1和实施例12可以看出，实施例1中减薄靶材增厚背板的厚度设计，相较于实施例12中在整体厚度相同的情况下，靶材更厚而背板更薄而言，实施例1中的变形程度仅为0.03mm，而实施例12中的变形程度达到了0.7mm，且焊接结合率比实施例1低，由此表明，本发明选用特殊的靶材与背板的厚度组合，大大降低了组件的变形情况并提高了焊接结合率。

综上所述，本发明提供的高纯铝靶材组件的钎焊方法组合采用特殊的背板材料、背板以及靶材的厚度、背板凸台设置以及靶材的凹槽结构设置，不仅焊接结合率高，焊接结合率≥98％，而且产品不漏水，变形程度在0.7mm以内，较优条件下在0.1mm以内，变形较小，产品质量佳，应用前景广阔。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。