[0001]
本发明涉及靶材技术领域，具体涉及一种靶材冷却背板的焊接方法。
背景技术：
[0002]
物理气相沉积(physical vapour deposition，pvd)指的是，在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使材料源蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，然后通过电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上形成某种特殊功能的薄膜。pvd技术是半导体芯片制造业、太阳能行业、lcd制造业等多种行业的核心技术，主要方法有真空蒸镀、电弧等离子体镀、离子镀膜、分子束外延和溅射镀膜等。
[0003]
磁控溅射是pvd技术中比较常用的一种，通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。由于磁控溅射是在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率，以此实现了溅射高速率、低温度、低损伤。然而，长时间的磁控溅射，往往会使靶材产生大量的热量，如果不及时进行冷却，容易造成溅射靶材局部烧焦或呈现晶粒化现象。现有技术中，多是采用在靶座内设置冷却水道的方式，但是该种方式靶座和靶材接触面积小，冷却效果低，传热不显著。
[0004]
由于溅射靶材的强度不一，在实际应用过程中，需要将符合性能要求的溅射靶材和具有一定强度的背板结合制成靶材组件，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有效地进行溅射控制。现有技术中，在背板中开设冷却水道形成冷却背板，一方面可以为溅射靶材提供支撑作用，另一方面可以有效地传导热量，对溅射靶材进行有效地冷却。其中，冷却水道是否泄漏是磁控溅射过程中短路及密封性检测是否合格的关键因素。由于靶材的磁控溅射环境是真空的，一旦发生真空室内漏水，会导致杂质成分和靶材成分发生反应，引起溅射靶材中毒，生成黑色物质覆盖在溅射靶材表面，严重影响磁控溅射镀膜的成膜速度和成膜质量。
[0005]
目前，靶材冷却背板是通过盖板和加工出冷却水道的基座焊接形成的。由于溅射过程中，靶材冷却背板内部的冷却水道受到高压冷却水的冲击，极易导致焊接处泄漏，造成严重生产事故。为此，现有技术的焊接方法一般选用焊接效果更好的真空扩散焊接，例如cn111477600a公开了一种半导体晶圆的冷却元件及其制备方法，所述制备方法包括将所述铜盖板和铜基座进行装配处理，然后进行真空扩散焊接，得到所述冷却元件。虽然所述制备方法采用真空扩散焊接将铜盖板和铜基座焊接起来，可以形成密封性良好的冷却通道，焊接结合率超过99.9％，还有效避免了漏水、漏气问题，提高了成品率，但是真空扩散焊接的成本较高，不利于大规模推广使用。
[0006]
综上所述，目前亟需开发一种行之有效的靶材冷却背板的焊接方法，不仅可以保证焊接结合率，避免冷却水道的泄漏问题，还可以降低生产成本，便于大规模推广使用。
技术实现要素：
[0007]
为解决上述技术问题，本发明提供了一种靶材冷却背板的焊接方法，所述焊接方
法先采用真空钎焊将盖板和基座进行焊接，保证大部分焊接面的焊接结合率，然后在焊缝处再进行搅拌摩擦焊，通过真空钎焊与搅拌摩擦焊的复合焊接形式，不仅可以保证焊接结合率，避免冷却水道的泄漏问题，还可以降低生产成本，便于大规模推广使用。
[0008]
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0009]
本发明的目的在于提供一种靶材冷却背板的焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤：
[0010]
(1)将盖板和基座进行机加工，机加工后的基座包括冷却水道；
[0011]
(2)将步骤(1)机加工得到的盖板与所述冷却水道相接触，进行所述盖板与所述基座的装配处理，然后进行真空钎焊，得到靶材冷却背板粗品；
[0012]
(3)在步骤(2)所述靶材冷却背板粗品的焊缝处进行搅拌摩擦焊，得到靶材冷却背板。
[0013]
正如本领域技术人员所熟知的那样，在靶材技术领域的真空钎焊为面与面的平面焊接，而平面焊接只能保证大部分面积的焊接结合，对于容易发生泄漏的局部边缘区域，真空钎焊通常无能为力。而在靶材的磁控溅射过程中，由于背板属于非溅射区域，不需要对真空钎焊形成的位于背板侧面的焊缝进行补充焊接，极易导致焊接处泄漏，造成严重生产事故。
[0014]
本发明所述焊接方法采用真空钎焊与搅拌摩擦焊的复合焊接形式，先通过真空钎焊保证大部分焊接面的焊接结合率，再通过搅拌摩擦焊对真空钎焊的焊缝进行补充焊接，不仅可以保证焊接结合率，避免冷却水道的泄漏问题，还可以降低生产成本，便于大规模推广使用。
[0015]
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述机加工包括如下内容：
[0016]
对于所述盖板和基座，先通过粗铣加工出轮廓，再通过精铣加工出具体结构。
[0017]
作为本发明优选的技术方案，所述粗铣的铣刀直径为10-15mm，例如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm等，所述精铣的铣刀直径为3-5mm，例如3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]
优选地，所述铣刀为硬质合金铣刀。
[0019]
优选地，所述铣刀的转速为8000-12000rpm，例如8000rpm、9000rpm、10000rpm、11000rpm或12000rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]
作为本发明优选的技术方案，在步骤(1)所述机加工之后，步骤(2)所述装配处理之前，对冷却水道的内表面进行喷砂处理。
[0021]
作为本发明优选的技术方案，所述喷砂处理采用的砂砾为棕刚玉。
[0022]
优选地，所述喷砂处理后，所述冷却水道的内表面的粗糙度ra为1.5-3μm，例如1.5μm、1.7μm、2μm、2.2μm、2.5μm、2.7μm或3μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述真空钎焊的升温速率为5.6-6.7℃/min，例如5.6℃/min、5.8℃/min、6℃/min、6.1℃/min、6.3℃/min、6.5℃/min或6.7℃/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]
优选地，步骤(2)所述真空钎焊的焊接温度为800-850℃，例如800℃、810℃、820
℃、830℃、840℃或850℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]
优选地，步骤(2)所述真空钎焊的保温时间为30-35min，例如30min、31min、32min、33min、34min或35min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0026]
优选地，步骤(2)所述真空钎焊的真空度在0.001pa以上。
[0027]
优选地，步骤(2)所述真空钎焊的压块重量为100-150kg，例如100kg、110kg、120kg、130kg、140kg或150kg等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0028]
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述真空钎焊采用的钎料为agcuinti焊片。
[0029]
优选地，所述agcuinti焊片的长
×
宽
×
厚为1100
×
150
×
(0.05-0.1)mm，例如1100
×
150
×
0.05mm、1100
×
150
×
0.06mm、1100
×
150
×
0.07mm、1100
×
150
×
0.08mm、1100
×
150
×
0.09mm或1100
×
150
×
0.1mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0030]
优选地，按照质量百分含量计，所述agcuinti焊片包括ag 60-70％，cu 13.5-23％，in 14-14.5％，ti 3-3.2％，本领域技术人员可以根据实际情况合理选择适宜质量百分含量的agcuinti焊片。
[0031]
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述搅拌摩擦焊的主轴转速为700-800rpm，例如700rpm、710rpm、730rpm、750rpm、760rpm、780rpm或800rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0032]
优选地，步骤(3)所述搅拌摩擦焊的焊接速度为280-320mm/min，例如280mm/min、285mm/min、290mm/min、295mm/min、300mm/min、310mm/min、315mm/min或320mm/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0033]
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述搅拌摩擦焊的前倾角为1度-3度，例如1度、1.5度、2度、2.5度或3度等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0034]
优选地，步骤(3)所述搅拌摩擦焊的搅拌针直径为4-5mm，例如4mm、4.2mm、4.4mm、4.5mm、4.7mm、4.9mm或5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0035]
优选地，步骤(3)所述搅拌摩擦焊的轴肩直径为12-16mm，例如12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、14mm、14.5mm、15mm、15.5mm或16mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0036]
作为本发明优选的技术方案，所述焊接方法包括如下步骤：
[0037]
(1)将盖板和基座进行机加工，机加工后的基座包括冷却水道，然后对冷却水道的内表面进行喷砂处理；其中，所述机加工包括：对于所述盖板和基座，先通过粗铣加工出轮廓，再通过精铣加工出具体结构；所述粗铣的铣刀直径为10-15mm，所述精铣的铣刀直径为3-5mm，所述铣刀为硬质合金铣刀，所述铣刀的转速为8000-12000rpm；所述喷砂处理采用的砂砾为棕刚玉，所述喷砂处理后，所述冷却水道的内表面的粗糙度ra为1.5-3μm；
[0038]
(2)将步骤(1)机加工得到的盖板与所述冷却水道相接触，进行所述盖板与所述基
座的装配处理，然后进行真空钎焊，得到靶材冷却背板粗品；其中，所述真空钎焊的升温速率为5.6-6.7℃/min，焊接温度为800-850℃，保温时间为30-35min，真空度在0.001pa以上，压块重量为100-150kg，而且所述真空钎焊采用的钎料为agcuinti焊片；
[0039]
(3)在步骤(2)所述靶材冷却背板粗品的焊缝处进行搅拌摩擦焊，控制所述搅拌摩擦焊的主轴转速为700-800rpm，焊接速度为280-320mm/min，前倾角为1度-3度，搅拌针直径为4-5mm，轴肩直径为12-16mm，得到靶材冷却背板。
[0040]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0041]
本发明所述焊接方法采用真空钎焊与搅拌摩擦焊的复合焊接形式，先通过真空钎焊保证大部分焊接面的焊接结合率，再通过搅拌摩擦焊对真空钎焊的焊缝进行补充焊接，不仅可以保证焊接结合率，避免冷却水道的泄漏问题，还可以降低生产成本，便于大规模推广使用。
具体实施方式
[0042]
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0043]
实施例1
[0044]
本实施例提供了一种靶材冷却背板的焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤：
[0045]
(1)将盖板和基座进行机加工，机加工后的基座包括冷却水道，然后对冷却水道的内表面进行喷砂处理；其中，所述机加工包括：对于所述盖板和基座，先通过粗铣加工出轮廓，再通过精铣加工出具体结构；所述粗铣的铣刀直径为12mm，所述精铣的铣刀直径为4mm，所述铣刀为硬质合金铣刀，所述铣刀的转速为10000rpm；所述喷砂处理采用的砂砾为棕刚玉，所述喷砂处理后，所述冷却水道的内表面的粗糙度ra为2μm；
[0046]
(2)将步骤(1)机加工得到的盖板与所述冷却水道相接触，进行所述盖板与所述基座的装配处理，然后进行真空钎焊，得到靶材冷却背板粗品；其中，所述真空钎焊的升温速率为6℃/min，焊接温度为820℃，保温时间为33min，真空度在0.001pa以上，压块重量为120kg，而且所述真空钎焊采用的钎料为agcuinti焊片，所述agcuinti焊片的长
×
宽
×
厚为1100
×
150
×
0.08mm，所述agcuinti焊片包括ag 67％，cu 15.3％，in 14.5％，ti 3.2％；
[0047]
(3)在步骤(2)所述靶材冷却背板粗品的焊缝处进行搅拌摩擦焊，控制所述搅拌摩擦焊的主轴转速为750rpm，焊接速度为300mm/min，前倾角为2度，搅拌针直径为4.5mm，轴肩直径为14mm，得到靶材冷却背板。
[0048]
本实施例所述靶材冷却背板不仅可以保证焊接结合率，避免冷却水道在磁控溅射过程中的泄漏问题，还可以降低生产成本，便于大规模推广使用。
[0049]
实施例2
[0050]
本实施例提供了一种靶材冷却背板的焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤：
[0051]
(1)将盖板和基座进行机加工，机加工后的基座包括冷却水道，然后对冷却水道的内表面进行喷砂处理；其中，所述机加工包括：对于所述盖板和基座，先通过粗铣加工出轮廓，再通过精铣加工出具体结构；所述粗铣的铣刀直径为10mm，所述精铣的铣刀直径为3mm，所述铣刀为硬质合金铣刀，所述铣刀的转速为12000rpm；所述喷砂处理采用的砂砾为棕刚玉，所述喷砂处理后，所述冷却水道的内表面的粗糙度ra为1.5μm；
[0052]
(2)将步骤(1)机加工得到的盖板与所述冷却水道相接触，进行所述盖板与所述基座的装配处理，然后进行真空钎焊，得到靶材冷却背板粗品；其中，所述真空钎焊的升温速率为5.6℃/min，焊接温度为800℃，保温时间为30min，真空度在0.001pa以上，压块重量为100kg，而且所述真空钎焊采用的钎料为agcuinti焊片，所述agcuinti焊片的长
×
宽
×
厚为1100
×
150
×
0.08mm，所述agcuinti焊片包括ag 67％，cu 15.3％，in 14.5％，ti 3.2％；
[0053]
(3)在步骤(2)所述靶材冷却背板粗品的焊缝处进行搅拌摩擦焊，控制所述搅拌摩擦焊的主轴转速为700rpm，焊接速度为280mm/min，前倾角为1度，搅拌针直径为4mm，轴肩直径为12mm，得到靶材冷却背板。
[0054]
本实施例所述靶材冷却背板不仅可以保证焊接结合率，避免冷却水道在磁控溅射过程中的泄漏问题，还可以降低生产成本，便于大规模推广使用。
[0055]
实施例3
[0056]
本实施例提供了一种靶材冷却背板的焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤：
[0057]
(1)将盖板和基座进行机加工，机加工后的基座包括冷却水道，然后对冷却水道的内表面进行喷砂处理；其中，所述机加工包括：对于所述盖板和基座，先通过粗铣加工出轮廓，再通过精铣加工出具体结构；所述粗铣的铣刀直径为15mm，所述精铣的铣刀直径为5mm，所述铣刀为硬质合金铣刀，所述铣刀的转速为12000rpm；所述喷砂处理采用的砂砾为棕刚玉，所述喷砂处理后，所述冷却水道的内表面的粗糙度ra为3μm；
[0058]
(2)将步骤(1)机加工得到的盖板与所述冷却水道相接触，进行所述盖板与所述基座的装配处理，然后进行真空钎焊，得到靶材冷却背板粗品；其中，所述真空钎焊的升温速率为6.7℃/min，焊接温度为850℃，保温时间为35min，真空度在0.001pa以上，压块重量为150kg，而且所述真空钎焊采用的钎料为agcuinti焊片，所述agcuinti焊片的长
×
宽
×
厚为1100
×
150
×
0.08mm，所述agcuinti焊片包括ag 67％，cu 15.3％，in 14.5％，ti 3.2％；
[0059]
(3)在步骤(2)所述靶材冷却背板粗品的焊缝处进行搅拌摩擦焊，控制所述搅拌摩擦焊的主轴转速为800rpm，焊接速度为320mm/min，前倾角为3度，搅拌针直径为5mm，轴肩直径为16mm，得到靶材冷却背板。
[0060]
本实施例所述靶材冷却背板不仅可以保证焊接结合率，避免冷却水道在磁控溅射过程中的泄漏问题，还可以降低生产成本，便于大规模推广使用。
[0061]
对比例1
[0062]
本对比例提供了一种靶材冷却背板的焊接方法，除了将步骤(3)所述搅拌摩擦焊省略，其他条件和实施例1完全相同。
[0063]
本对比例所述靶材冷却背板的焊接结合率虽然可以达到要求，但是在磁控溅射过程中极易发生冷却水道泄漏的问题。
[0064]
综上所述，本发明所述靶材冷却背板的焊接方法采用真空钎焊与搅拌摩擦焊的复合焊接形式，先通过真空钎焊保证大部分焊接面的焊接结合率，再通过搅拌摩擦焊对真空钎焊的焊缝进行补充焊接，不仅可以保证焊接结合率，避免冷却水道的泄漏问题，还可以降低生产成本，便于大规模推广使用。
[0065]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，
对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、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。