专利名称：一种靶材与背板的连接方法
技术领域：
本发明属于溅射靶材制造领域，具体涉及一种靶材与背板的连接方法。
背景技术：
溅射靶材在集成电路、平面显示以及太阳能薄膜电池等高技术产业中，有着极其广泛的应用。随着溅射基片的尺寸不断增大和新技术新工艺的应用，溅射靶材在纯度、微观组织以及靶材与背板连接的要求也越来越高。在溅射过程中，靶材组件作为阴极，首先应具有优良的导电性，同时为了排放高能态离子高速轰击靶材表面产生的热量，靶材组件也要具有优良的导热性。因此，靶材与背板的连接既要有一定的结合强度，以避免溅射靶在工作中的脱落、开裂等问题，又要有高的热传导率和电传导率，此外靶材的晶粒经热机械处理后，细小均勻，不能在焊接过程中发生改变。针对靶材与背板组件的连接问题，主要有机械压合、热压或者热等静压扩散焊接的方法。专利(Low temperature sputter target backing plate method andassembly， US7146703B2)在圆片形靶材或背板表面设计加工复杂的表面结构，在压力作用下通过机械咬合的方式将靶材与背板连接在一起。采用这种方法，通常需要靶材和背板材料硬度有明显的差别，否则不容易直接通过挤压实现咬合连接。例如，对于高纯铜靶材和无氧铜背板进行连接时，两者硬度基本没有差别，很难通过连接面的变形实现低温条件下的可靠连接，除非在连接面上加工出复杂表面结构。值得注意的是，此类通过靶材和背板连接面复杂表面结构咬合连接的专利，主要是针对于易于加工的圆片形靶材，难以适用于不规则形状靶材。 另外的问题是，如果靶材和背板均是硬度大、难塑性变形的材料，也无法采用此方法进行连接。通过直接热压或者热等静压的方法来进行焊接时，工艺成本高，同时在靶材与背板的材料类别上也有适用限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯金属及合金靶材与背板的连接方法，实现靶材与背板的可靠结合。—种靶材与背板的连接方法，其特征在于，包括如下步骤(1)首先在靶材与背板表面同时加工出同样尺寸的凹槽或者孔，将靶材和背板加工出凹槽或者孔的一面叠放在一起，同时在凹槽或孔中填充硬度较低的材料，在真空条件下将靶材与背板封焊成一体；(2)然后施压使凹槽或孔中的填充材料嵌合在靶材和背板中，实现靶材与背板的相连；(3)最后对相连的靶材与背板进行热处理和成品加工。所述凹槽或者孔的侧面与底平面的夹角变化范围在30° 90°之间。
所述凹槽或者孔的深度为0. 1 10mm。所述填充材料的硬度小于或者等于靶材和背板两者中硬度较低的材料的硬度。所述填充材料为铟、锡、铝、铜、镍、银及其合金。所述真空条件下的封焊方法包括真空电子束焊、激光焊和真空钎焊，焊接深度控制在2 20mm。本发明的有益效果本发明在靶材与背板表面预先加工出凹槽或者孔，在凹槽或孔中填入硬度相对较低、塑性好的材料，因此不需要考虑靶材与背板材料之间的硬度差别， 也不需要考虑靶材和背板材料的韧塑性，只要选择填充材料的硬度小于或者等于靶材和背板两者中硬度较低的材料的硬度、塑性变形性能好即可。本发明采用真空焊接技术排出靶材和背板之间残存的空气，通过室温或者低温(< 200°C )条件下压合，保证靶材、背板和填充材料间的紧密结合，同时确保靶材的微观组织不发生变化。本发明通过边缘封焊和填充材料嵌合连接的方式为靶材板坯与背板的可靠连接提高了双重保证。本发明适用于各种靶材与背板材料的连接，同时适用于各种形状的靶材连接。
图1为靶材与背板表面加工出凹槽或者孔的剖面示意图；图2为靶材与背板组件封焊在一起的剖面示意图；图3为图2外侧局部放大的剖面示意图；图4为另外一种封焊方式的外侧局部放大的剖面示意图；图5为靶材与背板压合后外侧局部放大的剖面示意图；图6为圆形靶材待焊面加工孔分布的示意图；图7为圆形靶材待焊面加工出的环形凹槽分布的示意图；图8为类三角形靶材待焊面加工孔分布的示意图；图9为长条形靶材待焊面加工孔分布的示意图；其中，1-靶材、2-背板、3-外缘封焊面、4-外缘封焊面、5-靶材待焊面、6_背板待焊面、7，8_凹槽或者孔、7a，8a-凹槽或者孔的侧面、7b，8b_凹槽或者孔的底面、9-封焊焊缝、10-预先放置在靶材和背板对应凹槽中的填充材料、11-靶材待焊面与背板待焊面直接的间隙、12-封焊焊缝。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的方法作进一步说明。实施例1 高纯A1-0. 5% Cu靶材和6061A1合金背板的焊接纯度为99. 9995%的A1_0. 5% Cu圆片形靶材和6061A1合金圆片形背板表面均加工出图1所示的孔，孔的分布如图6所示，孔的直径是Φ8πιπι，深度为1.5mm，侧面和底面之间的锥角为65°。A1-0. 5% Cu和6061A1合金的维氏硬度分别为HW6和HV105。选取 Φ7.8Χ3. 5mm的纯铝棒作为填充材料，其硬度为HV23。采用电子束真空封焊，焊接真空度 > 5X IO-2Pa0如图2、图3所示，焊缝9深度为10mm，靶材和背板待焊面5、6之间的间隙11 是 0. 5mmο将封焊完毕的靶材和背板组件进行压合，压下量为> 0. 5mm，保证填充材料充分变形，靶材和背板紧密压合在一起，如图5所示。随后放置于热处理炉中进行260°C，3h的退火处理，再加工出成品靶材。实施例2 高纯Al-I % Si-O. 5% Cu靶材和6061A1合金背板的焊接纯度为99. 9995%的Si-O. 5% Cu圆片形靶材和6061A1合金圆片形背板表面均加工出凹槽(截面如图1所示)，环形凹槽的分布如图7所示，凹槽的宽度是6mm，深度为3mm，侧面和底面之间的锥角为85°。A1-0. 5% Cu和6061A1合金的硬度分别为HV37 和HV105。选取宽5. 8mm、高6. 3mm不同外径的纯铝环作为填充材料，其硬度为HV23。采用电子束真空封焊，焊接真空度> 5X10_2Pa。如图4所示，封焊焊缝12深度为4mm，靶材和背板待焊面5、6之间的间隙11是0. 3mm。将封焊完毕的靶材和背板组件进行压合，压下量为> 0. 3mm，保证靶材和背板紧密压合在一起。随后放置于热处理炉中进行400°C，3h的退火处理，再加工出成品靶材。实施例3 高纯Cu靶材和无氧铜背板的焊接纯度为99. 9999%的Cu类三角形靶材和对应的无氧铜背板表面均加工出孔洞。靶材的形状和孔的分布如图8所示，孔的直径是Φ15πιπι，深度为2. 0mm，侧面和底面之间的锥角为75°。高纯Cu和无氧铜的硬度分别为HVM和HV56。选取Φ 14. 5X4. 8mm的退火态纯铜棒作为填充材料，其硬度为HV45。采用电子束真空封焊，焊接真空度> IX 10_2!^。如图2、图3所示，焊缝9深度为5mm，靶材和背板待焊面5、6之间的间隙11约0. 8mm。将封焊完毕的靶材和背板组件进行压合，压下量为> 0. 8mm，保证填充材料充分变形，靶材和背板紧密压合在一起，如图5所示。随后放置于热处理炉中进行300°C，5h的退火处理，再加工出成品靶材。实施例4 高纯钛靶和无氧铜背板的焊接。纯度为99. 995%的Ti圆片形靶材和无氧铜圆片形背板表面均加工出凹槽(截面如图1所示)，环形凹槽的分布如图7所示，凹槽的宽度是10mm，深度为2. 5mm，侧面和底面之间的锥角为70°，同时在高纯Ti待焊表面进行一定的金属化处理。高纯Ti和无氧铜的硬度分别为HV98和HV56。选取宽9. 8mm、高5. 3mm不同外径的纯锡环作为填充材料，其硬度为HV30。采用Sn-^Vg焊料进行真空钎焊封焊，焊接真空度> 1X10_2I^。如图3所示，焊缝9深度为10mm，靶材和背板待焊面5、6之间的间隙11约0. 3mm。将封焊完毕的靶材和背板组件进行压合，压下量为> 0. 3mm，保证填充材料充分变形，靶材和背板紧密压合在一起，如图5所示。随后放置于热处理炉中进行200°C，0. 5h的退火处理，再加工出成品靶材。实施例5 高纯镍铬合金靶和不锈钢背板的焊接纯度为99. 995%的镍铬合金长条形靶材和不锈钢长条形背板表面均加工出密排分布的孔洞，孔的分布如图9所示，孔的直径是Φ6πιπι，深度为2. 0mm，侧面和底面之间的锥角为80°。高纯镍铬合金和不锈钢的硬度分别为HV120和HV350。选取Φ5. 8X4. 4mm的纯镍棒作为填充材料，其硬度为HV90。采用真空激光焊接封焊，焊接真空度> 1X10_2I^。如图4所示，焊缝12深度为5mm，靶材和背板待焊面5、6之间的间隙11约0. 4mm。将封焊完毕的靶材和背板组件进行压合，压下量为> 0. 4mm，保证填充材料充分变形，靶材和背板紧密压合在一起，如图5所示。随后放置于热处理炉中进行700°C，2h的退火处理，再加工出成品靶材。
本发明的保护范围不受限于本说明书所公开的实施例。所述实施例仅是对本发明特征的一些例证，其他任何具有等同功能的实施例均落入本发明的保护范围内。除本说明书已描述的内容外，该领域内的技术人员可以根据在先的描述和指导清楚理解对本发明的模型及方法所做的其他诸多修改同样也落入本发明的保护范围内。此类修改或其他实施例均可在不违背本发明真正要求保护的范围及精神的情况下予以实施。
权利要求
1.一种靶材与背板的连接方法，其特征在于，包括如下步骤(1)首先在靶材与背板表面同时加工出同样尺寸的凹槽或者孔，将靶材和背板加工出凹槽或者孔的一面叠放在一起，同时在凹槽或孔中填充硬度较低的材料，在真空条件下将靶材与背板封焊成一体；(2)然后施压使凹槽或孔中的填充材料嵌合在靶材和背板中，实现靶材与背板的相连；(3)最后对相连的靶材与背板进行热处理和成品加工。
2.根据权利要求1所述靶材与背板的连接方法，其特征在于，所述凹槽或者孔的侧面与底平面的夹角变化范围在30° 90°之间。
3.根据权利要求1所述靶材与背板的连接方法，其特征在于，所述凹槽或者孔的深度为 0. 1 10mm。
4.根据权利要求1所述靶材与背板的连接方法，其特征在于，所述填充材料的硬度小于或者等于靶材和背板两者中硬度较低的材料的硬度。
5.根据权利要求1所述靶材与背板的连接方法，其特征在于，所述填充材料为铟、锡、 铝、铜、镍、银及其合金。
6.根据权利要求1所述靶材与背板的连接方法，其特征在于，所述真空条件下的封焊方法包括真空电子束焊、激光焊和真空钎焊，焊接深度控制在2 20mm。
全文摘要
本发明公开了属于溅射靶材制造领域的一种靶材与背板的连接方法。该方法首先在靶材与背板表面同时加工出同样尺寸的凹槽或者孔，将靶材和背板加工出凹槽或者孔的一面叠放在一起，同时在凹槽或孔中填充硬度较低的材料，在真空条件下将靶材与背板封焊成一体，然后施压使得凹槽或孔中的填充材料嵌合在靶材和背板中，并将两者相连，最后进行热处理和成品加工，实现靶材与背板的牢固连接。本发明的方法适用于各种靶材与背板材料的连接，同时适用于各种形状的靶材连接。
文档编号B23K15/06GK102181836SQ201110093790
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者何金江, 尚再艳, 江轩, 熊晓东, 王欣平, 郭力山, 高岩 申请人:北京有色金属研究总院, 有研亿金新材料股份有限公司