一种靶材焊接、冷却一体化装置及其运行方法与流程

[0001]
本发明属于靶材制备技术领域，涉及一种靶材焊接、冷却一体化装置及其运行方法。


背景技术：

[0002]
靶材是一种用于溅射镀膜的溅射源，在利用靶材进行溅射镀膜之前，需要将靶材固定至背板上形成靶材组件，背板能够被固定安装至溅射基台上，以支撑靶材，并传导热量。靶材与背板的固定通常采用焊接固定的方式，在焊接平台上放置靶材和背板，并在两者的焊接面上涂布焊料，通过焊接平台加热靶材和背板至焊料熔化后，将靶材和背板的焊接面相对设置并贴合，然后将其冷却，待焊料凝固后形成靶材组件。
[0003]
为了避免焊接平台重复性升温与降温，靶材的焊接与冷却通常需要分开进行，即焊接平台跟冷却平台分开设置，在焊接过程中需要把焊接好的靶材放置到冷却平台上进行加压冷却，搬运过程需要两人合力人工搬运，而且人工搬运过程中可能发生震动而导致焊接面异常，焊接结合率降低，同时搬运过程也存在安全隐患，因而需要对焊接及冷却过程进行改进。
[0004]
cn 110270732a公开了一种用于靶材焊接的吊装治具及靶材焊接装置，所述吊装治具包括：载物平台和固定设置于所述载物平台的吊环；至少一个挡板组，包括面对面设置的两块挡板，所述挡板设置在所述载物平台上，适于对设置于所述载物平台的背板进行限位。所述靶材焊接装置包括适于对背板进行加热的加热平台，还包括所述吊装治具和冷却平台，所述载物平台用于放置背板，所述吊装治具适于在所述加热平台和冷却平台之间运动，以加热背板或冷却背板。通过采用吊装治具来转移背板，将背板加热后直接转移到冷却平台，之后再进行焊接，焊接和冷却过程并未分开进行，为了实现靶材和背板的贴合，还需要手动转移靶材或背板其中之一；而且吊装治具的转移稳定性不佳，难以保证较高的焊接结合率。
[0005]
cn 109093218a公开了一种靶材组件的制造方法，包括焊接平台；加热板，加热板放置于所述焊接平台，经焊接平台加热后能够保温；靶材和背板，所述靶材和背板放置于焊接平台，在两者至少其中之一的焊接面涂布焊料；支架，待所述加热板、靶材和背板通过焊接平台加热至预设温度后，移动加热板至所述支架；移动所述靶材和背板至加热板，并将所述靶材和背板的焊接面相对设置并贴合，形成靶材组件。该方法中将靶材和背板的焊接、冷却均转移至支架进行，只在焊接平台上进行加热，但带焊料的靶材和背板升温后的转移较为困难，不易形成稳定均匀的焊接料层，也未涉及到后续的冷却过程。
[0006]
综上所述，对于靶材与背板的焊接及冷却，还需要选择合适的装置使之能够自动一体化进行，避免靶材背板贴合后的人工搬运，减少焊接异常。


技术实现要素：

[0007]
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种靶材焊接、冷却一体化装
置及其运行方法，所述装置将靶材的焊接与冷却集成于同一装置内，能够一体化实现靶材组件的焊接加热、自动搬运以及加压冷却，省去了人工搬运，减少焊接异常，有助于提高焊接结合率，并降低人工搬运的安全隐患。
[0008]
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0009]
一方面，本发明提供了一种靶材焊接、冷却一体化装置，所述一体化装置包括焊接平台和冷却平台，所述焊接平台和冷却平台位于同一平面上；所述焊接平台上设有移动加热板，所述移动加热板的下方连接有传动组件，所述传动组件包括上下移动的传动组件和水平移动的传动组件；所述冷却平台上方设有加压组件。
[0010]
本发明中，所述装置通过将靶材焊接时的焊接平台和冷却平台一体化，集成于同一装置上，通过在焊接平台上设置移动加热板，不仅具有较好的导热效果，还能够在传动组件的作用下带动靶材组件移动至冷却平台，且该过程能够自动化进行，避免了人工搬运过程中可能发生震动而导致的焊接面异常，同时降低了安全隐患，靶材和背板的焊接结合率较高；所述装置能够实现靶材组件的快速焊接及冷却，节省时间，降低成本。
[0011]
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
[0012]
作为本发明优选的技术方案，所述焊接平台至少设有一个，优选为两个。
[0013]
优选地，所述冷却平台位于两个焊接平台之间。
[0014]
本发明中，所述焊接平台数量的设置是为了提高装置的利用率，避免单个设置时焊接平台和冷却平台只能交替运行，利用率较低的问题，也能够提高焊接靶材的生产效率。
[0015]
优选地，每个所述焊接平台上均设有移动加热板。
[0016]
优选地，每个所述焊接平台对应一组传动组件。
[0017]
作为本发明优选的技术方案，所述移动加热板的材质包括金属或合金，优选为不锈钢。
[0018]
本发明中，所述移动加热板的材质选择需要满足升温块、不易变形的特性；另外，需要在移动加热板中铣一个槽，用于焊料溶解和放置。
[0019]
优选地，所述移动加热板上设置有焊接面相贴合的靶材和背板。
[0020]
优选地，所述靶材和背板采用焊料进行焊接。
[0021]
优选地，所述背板位于靶材下方，直接与移动加热板接触。
[0022]
本发明中，所述靶材和背板的焊接方式为钎焊，焊料浸润后焊接面进行贴合，为了避免对靶材溅射面的影响，通常将背板置于下方，至达到焊接温度焊料熔融后再进行冷却。
[0023]
作为本发明优选的技术方案，所述传动组件包括气缸。
[0024]
优选地，所述上下移动的传动组件带动移动加热板离开焊接平台。
[0025]
优选地，所述水平移动的传动组件带动移动加热板往复于焊接平台区域和冷却平台区域。
[0026]
本发明中，根据装置运行的需要，一组所述传动组件通常包括上下移动的传动组件和水平移动的传动组件，首先使移动加热板脱离焊接平台表面，降低其水平移动的难度，保证移动过程的稳定性，避免移动过程中发生震动而影响焊接面的均匀性。
[0027]
作为本发明优选的技术方案，所述冷却平台区域设有冷却管路。
[0028]
优选地，所述冷却管路设置于冷却平台内部，形成循环水管路。
[0029]
本发明中，所述冷却管路内可通入循环水进行靶材组件的冷却，可根据材料、工艺的不同控制冷却速率的大小，调节冷却的时间。
[0030]
优选地，所述加压组件包括加压头和液压油缸，所述液压油缸带动加压头上下移动。
[0031]
优选地，所述加压头包括金属块和万向球头，所述万向球头位于金属块上方，所述液压油缸通过万向球头与金属块连接。
[0032]
本发明中，所述万向球头设置于金属块上方，可以调节金属块的方向，以更好地与靶材平面进行接触；所述金属块可选择钢材，钢材表面镀锌以防止金属块生锈导致焊接时靶材表面异常。
[0033]
本发明中，所述冷却过程中采用加压条件的作用在于：使得靶材和背板能够更好地贴合，提高焊接结合率，加压时多余的焊料受挤压溢出，不影响焊接面的平整性和均匀性。
[0034]
作为本发明优选的技术方案，所述装置还包括控制单元，所述控制单元独立地与焊接平台、传动组件、加压组件相连。
[0035]
优选地，所述控制单元包括温控模块、可编程控制器、触摸屏和固态继电器。
[0036]
本发明中，所述装置整体由控制单元控制，实现自动化操作，其中焊接平台由温控模块进行控制，操作人员可直接在触摸屏上设置温度，然后触摸屏把模拟量信号传输给温控模块，温控模块输出24v电压给固态继电器，固态继电器输出给加热管，实现精准控温；根据靶材及焊料的种类不同，选择适宜的温度；传动组件的运行通过可编程控制器(plc)进行控制，操作人员在触摸屏上操作流程动作的启停，然后触摸屏传输给可编程控制器，可编程控制器里面有预先输入的程序，然后按照程序内容，控制相应的气缸、油缸等执行元件，实现整套动作自动化运行。
[0037]
另外，为提高装置运行的安全性，所述控制单元还拥有一键急停和一键复位功能。
[0038]
另一方面，本发明提供了一种上述一体化装置的运行方法，所述运行方法包括以下步骤：
[0039]
(1)将焊接平台加热后，将靶材和背板置于焊接平台的移动加热板上，升温至焊接温度；
[0040]
(2)待达到焊接温度后启动传动组件，将移动加热板向上顶起后再水平移动进入冷却平台区域，所述移动加热板向下移动与冷却平台接触；
[0041]
(3)启动加压组件，所述加压组件向下移动与靶材接触施加压力，待冷却完成后，所述加压组件向上移动，所述传动组件将移动加热板移回焊接平台，得到焊接完成的靶材组件。
[0042]
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述靶材和背板的焊接面相贴合。
[0043]
优选地，步骤(1)所述靶材和背板中背板位于下方，与移动加热板直接接触。
[0044]
优选地，所述靶材和背板贴合前均进行浸润处理。
[0045]
优选地，所述靶材和背板采用焊料进行浸润。
[0046]
本发明中，为了保证焊接结合率和焊接强度，所述靶材和背板需要进行浸润处理。
[0047]
优选地，所述焊料包括锡焊料、锡铅焊料或铟焊料中任意一种。
[0048]
优选地，步骤(1)所述焊接温度为220～300℃，例如220℃、230℃、240℃、250℃、
260℃、270℃、280℃或300℃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。
[0049]
本发明中，具体焊接温度的选择根据所用焊料的种类来决定，其温度稍高于焊料的熔点即可。
[0050]
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述移动加热板在上下移动的传动组件的作用下向上顶起或向下移动。
[0051]
优选地，步骤(2)所述移动加热板在水平移动的传动组件的作用下向冷却平台移动。
[0052]
优选地，所述移动加热板水平移动的速率为0.1～0.15m/s，例如0.1m/s、0.11m/s、0.12m/s、0.13m/s、0.14m/s或0.15m/s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。
[0053]
优选地，所述焊接平台和传动组件均设有两组，焊接平台上的移动加热板交替进入冷却平台区域进行靶材和背板焊接后的冷却。
[0054]
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述加压组件上下移动的速率为0.046～0.07m/s，例如0.046m/s、0.05m/s、0.055m/s、0.06m/s、0.065m/s或0.07m/s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。
[0055]
优选地，步骤(3)所述加压组件施加的压力大小为4～5mpa，例如4mpa、4.2mpa、4.4mpa、4.5mpa、4.6mpa、4.8mpa或5mpa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。
[0056]
优选地，所述冷却平台中设置的冷却管路中通循环水。
[0057]
优选地，步骤(3)所述冷却的时间为5～20min，例如5min、6min、8min、10min、12min、15min、18mi或20min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。
[0058]
本发明中，根据靶材和背板种类的选择，其冷却速率也可进行调节，可通过循环水的通入量以及温度来进行调节，依次控制冷却以及加压的时间。
[0059]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0060]
(1)本发明所述装置通过将靶材焊接时的焊接平台和冷却平台集成于同一装置内，能够一体化实现靶材组件的焊接加热、自动搬运以及加压冷却，省去了人工搬运，避免了人工搬运过程中可能发生震动而导致的焊接面异常，焊接结合率较高，可以达到99％以上，并降低了搬运过程的安全隐患；
[0061]
(2)本发明所述装置可自动化进行，能够快速实现靶材组件的焊接及冷却，节省时间，降低成本。
附图说明
[0062]
图1是本发明实施例1提供的靶材焊接、冷却一体化装置的结构示意图；
[0063]
其中，1-焊接平台，2-冷却平台，3-移动加热板，4-传动组件，41-上下移动的传动组件，42-水平移动的传动组件，5-加压头，6-液压油缸。
具体实施方式
[0064]
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例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，本发明保护范围以权利要求书为准。
[0065]
本发明具体实施方式部分提供了一种靶材焊接、冷却一体化装置及其运行方法，所述一体化装置包括焊接平台1和冷却平台2，所述焊接平台1和冷却平台2位于同一平面上；所述焊接平台1上设有移动加热板3，所述移动加热板3的下方连接有传动组件4，所述传动组件包括上下移动的传动组件41和水平移动的传动组件42；所述冷却平台2上方设有加压组件。
[0066]
以下为本发明典型但非限制性实施例：
[0067]
实施例1：
[0068]
本实施例提供了一种靶材焊接、冷却一体化装置，所述一体化装置的结构示意图如图1所示，包括焊接平台1和冷却平台2，所述焊接平台1和冷却平台2位于同一平面上；所述焊接平台1上设有移动加热板3，所述移动加热板3的下方连接有传动组件4，所述传动组件包括上下移动的传动组件41和水平移动的传动组件42；所述冷却平台2上方设有加压组件。
[0069]
所述焊接平台1设有两个，所述冷却平台2位于两个焊接平台1之间。
[0070]
每个所述焊接平台1上均设有移动加热板3；每个所述焊接平台1对应一组传动组件4。
[0071]
所述移动加热板3的材质为304不锈钢。
[0072]
所述移动加热板3上设置有焊接面相贴合的靶材和背板，所述背板位于靶材下方，直接与移动加热板3接触。
[0073]
所述靶材的材质为铝，所述背板的材质为铝，采用焊料无铅焊锡进行焊接。
[0074]
所述传动组件4包括气缸；所述上下移动的传动组件41带动移动加热板3离开焊接平台1；所述水平移动的传动组件42带动移动加热板3往复于焊接平台1区域和冷却平台2区域。
[0075]
所述冷却平台2区域设有冷却管路，所述冷却管路设置于冷却平台内部。
[0076]
所述加压组件包括加压头5和液压油缸6，所述液压油缸6带动加压头5上下移动；所述加压头5包括金属块和万向球头，所述万向球头位于金属块上方，所述液压油缸6通过万向球头与金属块连接。
[0077]
所述装置还包括控制单元，所述控制单元独立地与焊接平台1、传动组件4、加压组件相连；所述控制单元包括温控模块、可编程控制器、触摸屏和固态继电器。
[0078]
实施例2：
[0079]
本实施例提供了一种靶材焊接、冷却一体化装置，所述一体化装置包括焊接平台1和冷却平台2，所述焊接平台1和冷却平台2位于同一平面上；所述焊接平台1上设有移动加热板3，所述移动加热板3的下方连接有传动组件4，所述传动组件包括上下移动的传动组件41和水平移动的传动组件42；所述冷却平台2上方设有加压组件。
[0080]
所述焊接平台1设有两个，所述冷却平台2位于两个焊接平台1之间。
[0081]
每个所述焊接平台1上均设有移动加热板3；每个所述焊接平台1对应一组传动组
件4。
[0082]
所述移动加热板3的材质为316不锈钢。
[0083]
所述移动加热板3上设置有焊接面相贴合的靶材和背板，所述背板位于靶材下方，直接与移动加热板3接触。
[0084]
所述靶材的材质为钛，所述背板的材质为铜合金，采用焊料铟进行焊接。
[0085]
所述传动组件4包括气缸；所述上下移动的传动组件41带动移动加热板3离开焊接平台1；所述水平移动的传动组件42带动移动加热板3往复于焊接平台1区域和冷却平台2区域。
[0086]
所述冷却平台2区域设有冷却管路，所述冷却管路设置于冷却平台内部。
[0087]
所述加压组件包括加压头5和液压油缸6，所述液压油缸6带动加压头5上下移动；所述加压头5包括金属块和万向球头，所述万向球头位于金属块上方，所述液压油缸6通过万向球头与金属块连接。
[0088]
所述装置还包括控制单元，所述控制单元独立地与焊接平台1、传动组件4、加压组件相连；所述控制单元包括温控模块、可编程控制器、触摸屏和固态继电器。
[0089]
实施例3：
[0090]
本实施例提供了一种靶材焊接、冷却一体化装置，所述一体化装置包括焊接平台1和冷却平台2，所述焊接平台1和冷却平台2位于同一平面上；所述焊接平台1上设有移动加热板3，所述移动加热板3的下方连接有传动组件4，所述传动组件包括上下移动的传动组件41和水平移动的传动组件42；所述冷却平台2上方设有加压组件。
[0091]
所述焊接平台1设有一个。
[0092]
所述移动加热板3的材质为310不锈钢。
[0093]
所述移动加热板3上设置有焊接面相贴合的靶材和背板，所述背板位于靶材下方，直接与移动加热板3接触。
[0094]
所述靶材的材质为铜，所述背板的材质为铝，采用锡铅合金焊料进行焊接。
[0095]
所述传动组件4包括气缸；所述上下移动的传动组件41带动移动加热板3离开焊接平台1；所述水平移动的传动组件42带动移动加热板3往复于焊接平台1区域和冷却平台2区域。
[0096]
所述冷却平台2区域设有冷却管路，所述冷却管路设置于冷却平台内部。
[0097]
所述加压组件包括加压头5和液压油缸6，所述液压油缸6带动加压头5上下移动；所述加压头5包括金属块和万向球头，所述万向球头位于金属块上方，所述液压油缸6通过万向球头与金属块连接。
[0098]
所述装置还包括控制单元，所述控制单元独立地与焊接平台1、传动组件4、加压组件相连；所述控制单元包括温控模块、可编程控制器、触摸屏和固态继电器。
[0099]
实施例4：
[0100]
本实施例提供了一种靶材焊接、冷却一体化装置的运行方法，所述装置为实施例1中的装置，所述运行方法包括以下步骤：
[0101]
(1)将焊接平台1加热后，将焊接面相贴合的靶材和背板置于焊接平台1的移动加热板3上，升温至焊接温度300℃，所述靶材和背板贴合前均采用无铅焊锡进行浸润处理；
[0102]
(2)待达到焊接温度后启动传动组件4，将移动加热板3在上下移动的传动组件41
的作用下向上顶起，再水平移动进入冷却平台2区域，水平移动的速率为0.1m/s，然后所述移动加热板3向下移动与冷却平台2接触；
[0103]
(3)启动加压组件，所述加压组件向下移动与靶材接触施加压力，加压组件向下移动的速率为0.05m/s，施加的压力大小为5mpa，冷却平台2中设置的冷却管路中通循环水，待冷却15min后，所述加压组件向上移动，所述传动组件4将移动加热板3移回焊接平台1，得到焊接完成的靶材组件。
[0104]
本实施例中，采用所述装置进行靶材的一体化焊接、冷却，整个流程可自动化进行，避免了人工搬运可能造成的焊接面异常，靶材组件的焊接结合率可达到99.4％。
[0105]
实施例5：
[0106]
本实施例提供了一种靶材焊接、冷却一体化装置的运行方法，所述装置为实施例2中的装置，所述运行方法包括以下步骤：
[0107]
(1)将焊接平台1加热后，将焊接面相贴合的靶材和背板置于焊接平台1的移动加热板3上，升温至焊接温度220℃，所述靶材和背板贴合前均采用焊料铟进行浸润处理；
[0108]
(2)待达到焊接温度后启动传动组件4，将移动加热板3在上下移动的传动组件41的作用下向上顶起，再水平移动进入冷却平台2区域，水平移动的速率为0.15m/s，然后所述移动加热板3向下移动与冷却平台2接触；
[0109]
(3)启动加压组件，所述加压组件向下移动与靶材接触施加压力，加压组件向下移动的速率为0.07m/s，施加的压力大小为4.5mpa，冷却平台2中设置的冷却管路中通循环水，待冷却8min后，所述加压组件向上移动，所述传动组件4将移动加热板3移回焊接平台1，得到焊接完成的靶材组件。
[0110]
本实施例中，采用所述装置进行靶材的一体化焊接、冷却，整个流程可自动化进行，避免了人工搬运可能造成的焊接面异常，靶材组件的焊接结合率可达到99.2％。
[0111]
实施例6：
[0112]
本实施例提供了一种靶材焊接、冷却一体化装置的运行方法，所述装置为实施例3中的装置，所述运行方法包括以下步骤：
[0113]
(1)将焊接平台1加热后，将焊接面相贴合的靶材和背板置于焊接平台1的移动加热板3上，升温至焊接温度250℃，所述靶材和背板贴合前均采用锡铅合金焊料进行浸润处理；
[0114]
(2)待达到焊接温度后启动传动组件4，将移动加热板3在上下移动的传动组件41的作用下向上顶起，再水平移动进入冷却平台2区域，水平移动的速率为0.12m/s，然后所述移动加热板3向下移动与冷却平台2接触；
[0115]
(3)启动加压组件，所述加压组件向下移动与靶材接触施加压力，加压组件向下移动的速率为0.06m/s，施加的压力大小为4mpa，冷却平台2中设置的冷却管路中通循环水，待冷却10min后，所述加压组件向上移动，所述传动组件4将移动加热板3移回焊接平台1，得到焊接完成的靶材组件。
[0116]
本实施例中，采用所述装置进行靶材的一体化焊接、冷却，整个流程可自动化进行，避免了人工搬运可能造成的焊接面异常，靶材组件的焊接结合率也能够达到99％，但该装置只设置一个焊接平台，装置的利用率明显较低，焊接靶材的生产效率也明显降低。
[0117]
对比例1：
[0118]
本对比例提供了一种靶材焊接、冷却一体化装置及其运行方法，所述装置参照时时丽1中的结构，区别仅在于：不包括加压组件。
[0119]
所述运行方法参照实施例4中的方法，区别仅在于：步骤(3)中不施加压力，只采用循环水冷却。
[0120]
本对比例中，由于该装置中未设置加压组件，即靶材和背板焊接后的冷却是在常压条件下进行，会造成焊接不良，部分区域脱焊，使的焊接结合率降低至60％。
[0121]
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述装置通过将靶材焊接时的焊接平台和冷却平台集成于同一装置内，能够一体化实现靶材组件的焊接加热、自动搬运以及加压冷却，省去了人工搬运，避免了人工搬运过程中可能发生震动而导致的焊接面异常，焊接结合率较高，可以达到99％以上，并降低了搬运过程的安全隐患；所述装置可自动化进行，能够快速实现靶材组件的焊接及冷却，节省时间，降低成本。
[0122]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置与方法，但本发明并不局限于上述详细装置与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置的等效替换及辅助装置的添加、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。