一种陶瓷靶材的绑定模具及绑定方法与流程

1.本发明涉及绑定方法的技术领域，特别是涉及一种陶瓷靶材的绑定模具及绑定方法。


背景技术：

2.磁控溅射镀膜过程中，常用的一种物料为靶材，靶材由靶坯和背板组成，通常使用一定厚度的焊料将靶坯和背板焊接在一起形成靶材；现有的靶材绑定方法在靶坯和背板进行焊接的过程中，容易出现焊料的流出，导致靶材的绑定率较低，影响到靶材溅射，严重时还会造成靶材脱焊的风险。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种陶瓷靶材的绑定模具及绑定方法，用于解决了在靶坯和背板进行焊接的过程中，容易出现焊料的流出，导致靶材的绑定率较低的技术问题。
4.本发明的实施例采用了如下技术方案：
5.本发明的实施例提供了一种陶瓷靶材的绑定模具所述模具包括：
6.模具本体，所述模具本体设有第一槽以及在所述第一槽的底部开设的第二槽，所述第二槽用于放置靶坯，所述第一槽用于在焊料加入到所述靶坯上时形成焊料阻碍区；以及至少两个定位卡件，所述定位卡件可移动地设在所述模具本体上，且可移动到所述第二槽内，以定位所述靶坯。
7.在本技术的一些实施例中，所述模具本体为石墨盘。
8.在本技术的一些实施例中，所述模具本体上设有至少两个沿径向设置的第三槽，各所述定位卡件设于对应的所述第三槽上，且可沿对应的所述第三槽移动。
9.在本技术的一些实施例中，所述定位卡件以所述第二槽的底部的中心为圆心，等角度的均布在所述模具本体上。
10.本技术的实施例提供了一种陶瓷靶材的绑定方法，所述方法包括如下步骤：
11.将靶坯放置在模具本体的第一槽上，移动定位卡件定位固定所述靶坯，并对模具本体进行加热至210～230℃；
12.将背板加热至170～190℃；
13.将焊料加热至160～180℃后，将熔化的所述焊料加入到所述靶坯的绑定面至填满所述模具本体的第一槽；
14.将背板的绑定面扣在所述靶坯的绑定面的焊料上，冷却后后脱模。
15.在本技术的一些实施例中，熔化的所述焊料加入到所述靶坯的绑定面时，熔化的所述焊料与所述靶坯之间的温度差小于15℃。
16.在本技术的一些实施例中，所述模具本体放置于第一加热平台进行加热，其中，所述第一加热平台的初始温度小于40℃。
17.在本技术的一些实施例中，所述模具本体进行加热至210～230℃具体为：
18.对通过所述第一加热平台对所述模具本体进行六个梯度温度的加热控制，其中，六个梯度温度分别为100℃、140℃、160℃、180℃、200℃以及210～230℃。
19.在本技术的一些实施例中，所述背板放置在第二加热平台进行加热，所述焊料放置在第三加热平台上进行加热。
20.在本技术的一些实施例中，所述焊料接入到所述靶坯之前；
21.通过超声波将熔化的焊料均匀地在靶坯的绑定面和背板的绑定面上进行浸润处理。
22.相比于现有技术，本发明的实施例的有益效果在于：
23.本实施例的所述陶瓷靶材的绑定模具，所述模具包括模具本体和定位卡件，所述靶坯放置在所述第二槽上，通过定位卡件将所述靶胚定位并固定在所述第二槽上，在进行焊接时，将熔化状态的焊料加入到所述靶坯的绑定面上，所述焊料会流出所述靶坯的绑定面外，会流入到所述第一槽内，所述第一槽的槽壁能够形成焊料阻碍区，将焊料集中在所述第一槽内，再通过将背板压在所述焊料上，通过背板的重力压实，超声波扫描检测，能够实现较高的陶瓷靶材的绑定率，本实施例的所述绑定模具，所述模具本体的第一槽能够在焊料加入到所述靶坯上时形成焊料阻碍区，从而阻止了焊料的流出，所述定位卡块的使用，能够有效定位靶坯和背板，充分保证了靶坯和背板的同心度一致性；而且避免了影响到靶材溅射，严重时还会造成靶材脱焊的风险，本实施例的所述绑定模具，有效地解决了在靶坯和背板进行焊接的过程中，容易出现焊料的流出，导致靶材的绑定率较低，以及影响到靶材溅射，严重时还会造成靶材脱焊的风险的技术问题。
24.本实施例提供了一种绑定方法，通过执行所述陶瓷靶材的绑定方法，有效地解决了在靶坯和背板进行焊接的过程中，容易出现焊料的流出，导致靶材的绑定率较低的技术问题。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
26.图1是本发明提供的一种陶瓷靶材的绑定模具的结构示意图；
27.图2是本发明提供的一种陶瓷靶材的绑定方法的流程图。
28.其中：
29.100、模具本体；101、第一槽；102、第二槽；103、第三槽；200、定位卡件。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体的连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
33.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
34.如图1所示；本发明提供了一种陶瓷靶材的绑定模具，所述模具包括：
35.模具本体100，所述模具本体100设有第一槽101以及在所述第一槽101的底部开设的第二槽102，所述第二槽102用于放置靶坯，所述第一槽101用于在焊料加入到所述靶坯上时形成焊料阻碍区；以及
36.至少两个定位卡件200，所述定位卡件200可移动地设在所述模具本体100上，且可移动到所述第二槽102内，以定位所述靶坯。
37.本实施例的所述陶瓷靶材的绑定模具，所述模具包括模具本体100和定位卡件200，所述靶坯放置在所述第二槽102上，通过定位卡件200将所述靶胚定位并固定在所述第二槽102上，在进行焊接时，将熔化状态的焊料加入到所述靶坯的绑定面上，所述焊料会流出所述靶坯的绑定面外，会流入到所述第一槽101内，所述第一槽101的槽壁能够形成焊料阻碍区，将焊料集中在所述第一槽101内，再通过将背板压在所述焊料上，通过背板的重力压实，超声波扫描检测，能够实现较高的陶瓷靶材的绑定率，本实施例的所述绑定模具，所述模具本体100的第一槽101能够在焊料加入到所述靶坯上时形成焊料阻碍区，从而阻止了焊料的流出，所述定位卡块的使用，能够有效定位靶坯和背板，充分保证了靶坯和背板的同心度一致性；本实施例的所述绑定模具，有效地解决了在靶坯和背板进行焊接的过程中，容易出现焊料的流出，导致靶材的绑定率较低的技术问题。
38.其中，所述模具本体100是石墨盘，所述第一槽101和所述第二槽102是在所述石墨盘的表面上开设的阶梯孔或阶梯槽，所述第二槽102在底部，所述第一槽101在上方；
39.所述定位卡件200为至少两个，能够从至少两个方向卡紧定位所述靶坯，从而防止所述靶坯移动，在背板压下的时候，能够有效地定位所述背板和所述靶坯，使得所述背板与所述靶坯的同心度一致。
40.本实施例地所述焊料为铟；
41.通过将所述靶坯放置到所述第二槽102内，将焊料接入到所述靶坯的绑定面上，并继续填充满第一槽101内，所述第一槽101的槽壁形成了焊料阻碍区，所述焊料阻挡区能够确保焊料不会溢出，从而使得靶材的绑定率达到99％以上，且可控制平面度小于0.5mm。
42.在本技术的一些实施例中，所述模具本体100上设有至少两个沿径向设置的第三槽103，各所述定位卡件200设于对应的所述第三槽103上，且可沿对应的所述第三槽103移
动。
43.所述第三槽103从所述第一槽101和第二槽102的侧壁上开设的，且都是朝向所述第二槽102的中心位置的，所述定位卡件200可以为卡块或者是卡条，所述定位卡件200可以穿过位于侧壁上的第三槽103，并安装在第三槽103上，使得定位卡件200可以在第三槽103沿第三槽103移动，当每个位置的定位卡件200都沿着第三槽103移动时，可以实现对所述靶坯的定位固定，其中，所述定位卡件200和所述第三槽103是一一对应的；所述第三槽103可以分为设在所述模具本体100侧壁上的侧槽和设在所述第二槽102的底壁上导槽，所述定位卡件200穿过所述侧槽，并装设所述导槽上，可以沿所述导槽移动；
44.所述定位卡件200的数量与所述第三槽103的数量可以为相同，也可以为不同，在本实施例中，所述定位卡件200与所述第三槽103一一对应，都为四个，当然，也可以采用三个、五个或者六个等，数量可以根据实际情况而选择；
45.在本技术的一些实施例中，所述定位卡件200以所述第二槽102的底部的中心为圆心，等角度的均布在所述模具本体100上。
46.所述定位卡件200是等角度均布在所述模具本体100上，能够在均匀地定位所述靶坯，方便调整。
47.如图2所示，本发明的实施例还提供了一种绑定方法，所述方法包括如下步骤：
48.s1：将靶坯放置在模具本体100的第二槽102上，移动定位卡件200定位固定所述靶坯，并对模具本体100进行加热至210～230℃；
49.s2：将背板加热至170～190℃；
50.s3：将焊料加热至160～180℃后，将熔化的所述焊料加入到所述靶坯的绑定面至填满所述模具本体100的第一槽101；
51.s4：将背板的绑定面扣在所述靶坯的绑定面的焊料上，冷却后后脱模。
52.首先，将厚度为15～20mm的石墨盘加工成圆盘结构绑定模具，绑定模具包括定位卡件200、第一槽101和第二槽102，其中，所述第二槽102用于放置靶坯，第一槽101能够形成焊料阻碍区，本实施例中的焊料优选为铟，所述焊料阻碍区也为铟层阻碍区；
53.将陶瓷靶坯加工成尺寸为φ100～300mm*5～6mm的圆柱体，准备好靶坯，用异丙醇清理得到干净靶坯，在100～200℃干燥箱中，将靶坯进行干燥处理，已消除靶坯中的部分水分，然后使用厚度为0.02～0.05mm的高温胶带将靶坯溅射面和侧面贴好(为了保证平整性，不能有重叠部分，此过程需要佩戴手套，防止手上的汗液遗留在靶坯表面)，靶坯准备完成；
54.先把模具本体100放在第一加热平台上，接着将背板(cu板、ti板)放在第二加热平台上；然后将准备好的靶坯，粘有高温胶带的溅射面平放在中，将靶坯放置到模具本体100的所述第二槽102内，通过移动所述定位卡件200对所述靶胚进行定位固定，靶坯的绑定面朝上；
55.将第一加热平台对模具本体100加热的终点温度控制在210～230℃，第二加热平台对背板的加热的终点温度控制在170～190℃，焊料(铟，所用纯度≥99.99％)放置在第三加热平台上进行加热，第三加热平台对焊料的加热温度控制在160～180℃，此过程中需要严格控制焊料铟的温度，使得焊料铟的温度和靶坯表面温度差值＜15
°
℃，从而能够防止在焊料铟加入到靶坯的绑定面上时，由于温差过高导致所述靶坯发生破裂，导致成品率下降的问题。
56.通过超声波将熔化后的焊料均匀地在陶瓷靶坯的绑定面进行浸润处理(超声波调为最低档)，对于背板，先使用钢丝刷进行预处理，后接着用超声波将熔化后的焊料均匀地在背板的绑定面进行浸润处理(超声波调为最高档)。通过超声波将焊料震荡为微粒状，使得焊料能够渗透到所述靶坯的绑定面以及背板的绑定面上，从而能够使得在焊料绑定所述靶坯和所述背板时，能够具有更高的粘合性，提升所述靶坯以及背板的绑定效果，降低了所述靶坯发生脱焊的风险。
57.接着将熔化后的焊料铟，缓慢的倒入到经浸润处理的靶材上，使焊料完全填充满所述第一槽101，用不锈钢钢片除去靶坯表面焊料铟层的氧化物，将0.3～0.5mm的铜丝放在靶坯表面的焊料铟层上，紧接着除去背板上的氧化物，将背板起反扣在靶坯上，无需使用压块(背板相当于压块)，随后关闭第一加热平台，随炉冷却至室温，清理后得到靶材，然后使用超声波扫描检测，得到靶材绑定率大于99％。
58.所述第一加热平台、第二加热平台以及第三加热平台可以为三个不同的加热器，也可以采用同一个加热器分别具有三个不同的加热区，该三个加热区分别形成第一加热平台、第二加热平台以及第三加热平台。
59.本实施例中，所述绑定模具的使用能有效地固定和防止铟的流出，从而使得靶材的绑定率达到99％以上，且可控制平面度小于0.5mm；将背板反扣在靶坯上，背板起到压块作用，同时也起到压实作用，同时也避免了扣合后焊料铟被空气氧化，导致绑定的效果下降，造成靶坯脱焊的问题；同时，采用背板反扣的方式，无需将靶坯拿起或移动，也有效防止了靶坯由于移动或脱离第一加热平台导致破裂的问题；
60.在本技术的一些实施例中，熔化的所述焊料加入到所述所述靶坯的绑定面时，熔化的所述焊料与所述靶坯之间的温度差小于15℃。
61.陶瓷靶坯自身的特性决定着，若陶瓷靶坯在进行绑定时，若其表面的温差超过15℃时，容易发生破裂，导致靶坯损坏，从而无法与背板结合形成靶材，造成废品率的提升；通过控制所述焊料以及所述靶坯之间的温度差，能够有效地避免所述陶瓷靶胚因为温度差导致破裂的问题，从而提高所述靶材的绑定率。
62.在本技术的一些实施例中，所述模具本体100放置于第一加热平台进行加热，其中，所述第一加热平台的初始温度小于40℃。
63.如上所述，所述陶瓷靶坯易在温度差到一定值的时候，发生破裂，通常的陶瓷靶坯在室温下都在二十多度左右，通过将所述第一加热平台的初始温度控制在小于40℃，从而避免在将所述模具本体100加入到所述第一加热平台上时，所述第一加热平台对所述模具本体100进行换热，所述模具本体100会将热量导入到所述陶瓷靶坯上，由于温度差较高导致陶瓷靶材破裂的问题。
64.在本技术的一些实施例中，所述模具本体100进行加热至210～230℃具体为：
65.对通过所述第一加热平台对所述模具本体100进行六个梯度温度的加热控制，其中，六个梯度温度分别为100℃、140℃、160℃、180℃、200℃以及210～230℃。
66.通过设置六个梯度的温度，能够对所述模具本体100分别进行加热，同时作用在所述靶坯上，由于靶坯导热性差，需要足够的时间来进行均匀，因此，通过设置多个梯度的温度对所述靶坯进行加热，能够使得所述靶坯能够均匀受热，有效地避免了所述靶坯由于局部受热温度较高，与周围的部分形成温度差，导致所述靶坯破裂的问题，
67.所述第一加热平台加热到所述210-230℃时，实际所述靶坯在所述模具本体100的导热的作用下，会在160-180℃左右，所述焊料加热的温度也是160～180℃左右，因此两者的温度差较小，不会造成所述靶坯破裂的问题。
68.在本技术的一些实施例中，所述焊料加入到所述靶坯的绑定面之前；
69.通过超声波将熔化的焊料均匀地在靶坯的绑定面和背板的绑定面上进行浸润处理。
70.对所述靶坯的绑定面和所述背板的绑定面进行浸润处理，能够将部分的焊料通过微粒的方式先渗透到所述靶坯的绑定面和所述背板的绑定面上，从而在所述焊料加入到所述靶坯的绑定面上时，能够增强所述焊料与所述靶坯的绑定面，以及焊料与所述背板的绑定面之间的粘性，从而能够达到更好的绑定效果，提高了绑定率。
71.为了充分对本实施例的所述绑定方法进行，还具有如下的实施例1、2和3；
72.实施例1：
73.首先将陶瓷靶坯加工成尺寸为φ100mm*6mm的圆柱体，准备好靶坯，用异丙醇清理得到干净靶坯，在100℃干燥箱中干燥4h，已消除靶坯中的部分水分，然后使用厚度为0.02mm的高温胶带将靶坯溅射面和侧面贴好(为了保证平整性，不能有重叠部分，此过程需要佩戴手套，防止手上的汗液遗留在靶坯表面)，靶坯准备完成；
74.然后把模具本体100放在第一加热平台上，接着将cu背板放在第二加热平台上。接着将准备好的靶坯，粘有高温胶带的溅射面平放在第二槽102中，漏出绑定面朝上，接着移动定位卡件200，将靶坯定位好，靶坯与背板准备完成。
75.将带有靶坯的模具本体100置于第一加热平台上，cu背板在第二将热平台上加热，需要控制所述第一加热平台上的初始温度小于40℃，第一加热平台的终点温度为210℃，第二加热平台的终点温度为170℃，焊料(铟，所用纯度≥99.99％)在第三加热平台上加热，控制加热温度在160℃，此过程中需要严格控制铟的温度，从而使得铟的温度、靶坯表面温度差值＜15℃。
76.然后通过超声波将熔化后的焊料均匀地在陶瓷靶坯的绑定面进行浸润处理(超声波调为最低档)；对于背板，先使用钢丝刷进行预处理，后接着用超声波将熔化后的焊料均匀地在背板的绑定面进行浸润处理(超声波调为最高档)。
77.接着将熔化后的焊料铟，缓慢的倒入到经浸润处理的靶材上，使其完全填充在第一槽101内，用不锈钢钢片除去除靶坯表面铟上层的氧化物，将0.3mm的铜丝放在靶坯表面的焊料铟层上，紧接着除去背板上的氧化物，将背板拿起反扣在靶坯上，无需使用压块(背板相当于压块)，随后关闭第一加热平台开关，随炉冷却至室温，清理后得到靶材，然后使用超声波扫描检测，得到靶材绑定率为99.23％，靶材平面度小于0.5mm。
78.实施例2
79.首先将陶瓷靶坯加工成尺寸为φ200mm*6mm的圆柱体，准备好靶坯，用异丙醇清理得到干净靶坯，在150℃干燥箱中干燥8h，已消除靶坯中的部分水分，然后使用厚度为0.02mm的高温胶带将靶坯溅射面和侧面贴好(为了保证平整性，不能有重叠部分，此过程需要佩戴手套，防止手上的汗液遗留在靶坯表面)，靶坯准备完成；
80.然后把模具本体100放在第一加热平台上，接着将cu背板放在第二加热平台上。接着将准备好的靶坯，粘有高温胶带的溅射面平放在石墨盘中，漏出绑定面朝上，接着移动定
位卡件200，将靶坯定位好，靶坯与背板准备完成。
81.将带有靶坯的模具本体100置于第一加热平台上，cu背板在第二将热平台上加热，需要控制所述第一加热平台上的初始温度小于40℃，第一加热平台的终点温度为220℃，第二加热平台的终点温度为180℃，焊料(铟，所用纯度≥99.99％)在第三加热平台上进行加热，控制加热温度在170℃，此过程中需要严格控制铟的温度，从而使得铟的温度、靶坯表面温度差值＜5℃。
82.然后通过超声波将熔化后的焊料均匀地在陶瓷靶坯的绑定面进行浸润处理(超声波调为最低档)，对于背板，先使用钢丝刷进行预处理，后接着用超声波将熔化后的焊料均匀地在背板的绑定面进行浸润处理(超声波调为最高档)。
83.接着将熔化后的焊料铟，缓慢的倒入到经浸润处理的靶材上，使其完全填充第一槽101内，用不锈钢钢片除去除靶坯表面铟上层的氧化物，将0.3mm的铜丝放在靶坯表面的焊料铟层上，紧接着除去背板上的氧化物，将背板拿起反扣在靶坯上，无需使用压块(背板相当于压块)，随后关闭第一加热平台开关，随炉冷却至室温，清理后得到靶材，然后使用超声波扫描检测，得到靶材绑定率为99.45％，靶材平面度小于0.5mm。
84.实施例3
85.首先将陶瓷靶坯加工成尺寸为φ300mm*6mm的圆柱体，准备好靶坯，用异丙醇清理得到干净靶坯，在200℃干燥箱中干燥8h，已消除靶坯中的部分水分，然后使用厚度为0.02mm的高温胶带将靶坯溅射面和侧面贴好(为了保证平整性，不能有重叠部分，此过程需要佩戴手套，防止手上的汗液遗留在靶坯表面)，靶坯准备完成；
86.然后把模具本体100放在第一加热平台上，接着将ti背板放在第二加热平台上。接着将准备好的靶坯，粘有高温胶带的溅射面平放在石墨盘中，漏出绑定面朝上，接着移动定位卡件200，将靶坯定位好，靶坯与背板准备完成。
87.将带有靶坯的模具本体100置于第一加热平台上，ti背板在第二将热平台上加热，需要控制所述第一加热平台上的初始温度小于40℃，第一加热平台的终点温度为230℃，第二加热平台的终点温度为190℃，焊料(铟，所用纯度≥99.99％)在第三加热平台上进行加热，并控制加热温度在180℃，此过程中需要严格控制铟的温度，从而使得铟的温度、靶坯表面温度差值＜5℃。然后通过超声波将熔化后的焊料均匀地在陶瓷靶坯的焊接面进行浸润处理(超声波调为最低档)，对于背板，先使用钢丝刷进行预处理，后接着用超声波将熔化后的焊料均匀地在背板的焊接面进行浸润处理(超声波调为最高档)。
88.接着将熔化后的焊料铟，缓慢的倒入到经浸润处理的靶材上，使其完全填充在第一槽101内，用不锈钢钢片除去除靶坯表面铟上层的氧化物，将0.5mm的铜丝放在靶坯表面的焊料铟层上，紧接着除去背板上的氧化物，将背板拿起反扣在靶坯上，无需使用压块(背板相当于压块)，随后关闭第一加热平台开关，随炉冷却至室温，清理后得到靶材，然后使用超声波扫描检测，得到靶材bonding率为99.51％，靶材平面度小于0.5mm。
89.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的绑定方法的具体工作过程，可以参考一种陶瓷靶材的绑定模具实施例中的对应过程，在此不再赘述。
90.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
91.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。