一种背板的焊接方法与流程

1.本发明涉及靶材组件领域，具体涉及一种背板的焊接方法。


背景技术：

2.目前，半导体溅射用的靶材工作时会产生很大热量，为降低靶材工作时产品温度，需要在靶材背板位置通流动冷却水。
3.通常冷却背板根据溅射机台类型分为两种：有冷却水道背板和无冷却水道背板。有冷却水道的背板通常采用焊接方式加工水道结构，但若结构设计不合理、焊料选用错误、焊接工艺不合适等都会产生焊接缺陷、产品变形，进而导致水道发生漏水损坏设备。
4.如cn211689221u公开了属于半导体靶材溅射技术领域的一种内部含水道槽的背板及靶材。本实用新型提供的背板包括底板和盖板，所述水道槽密封于底板和盖板之间；所述水道槽为设置在底板上、围绕底板中心并折叠延伸形成2圈水路的凹槽结构。
5.其提供的靶材包括靶坯和与靶坯结合使用的内部含水道槽的背板。本实用新型提供的背板能有效降低溅射过程中产生的高温，且底面为平面，不易发生变形，重复使用次数可达10次以上。
6.cn112410740a公开了一种靶材冷却背板及其制备方法，所述靶材冷却背板的基座将进水口和出水口的法兰连接件采用一体型设计作为所述基座的一部分，并相应地将基座中的冷却水道与进出水口之间改成斜水道，有效防止了进出水口处的泄漏问题。
7.上述制备方法将所述靶材冷却背板的盖板厚度增至4.5-5mm，并在基座的冷却水道的内表面进行喷砂处理，然后采用真空钎焊将所述盖板和所述基座进行焊接得到靶材冷却背板粗品，随后依靠等高的凸台的支撑和固定进行机加工得到所述靶材冷却背板，不仅可以保证焊接情况良好，机加工方便，还可以有效提高靶材冷却背板的重复利用率。
8.然而，目前已有的有水道铜背板加工后水道周围材料焊接低，导致水道易出现漏水情况，且水道结构焊接工艺不稳定导致焊接成功率低，造成严重的成本浪费。


技术实现要素：

9.鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种背板的焊接方法，解决目前针对水道型背板在焊接过程中存在的焊接成功率低，焊接后水道变形严重的问题。
10.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
11.本发明提供了一种背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将含有水道的背板、配合的水道盖板和焊片装配后进行真空钎焊；
12.所述真空钎焊包括依次进行的第一保温、第二保温和第三保温；
13.所述第一保温的温度为400-550℃；
14.所述第二保温的温度为720-770℃；
15.所述第三保温的温度为800-820℃。
16.本发明提供的焊接方法，通过改进真空钎焊的焊接过程温度，确保了焊接过程及
焊接后水道没有缺陷产生，提高了焊接一次性通过率，同时又保证了焊接后产品的平面度，提高生产效率、降低生产成本。
17.本发明中，所述第一保温的温度为400-550℃，例如可以是400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃、540℃或550℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
18.本发明中，所述第二保温的温度为720-770℃，例如可以是720℃、725℃、730℃、735℃、740℃、745℃、760℃、765℃或770℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
19.本发明中，所述第三保温的温度为800-820℃，例如可以是800℃、802℃、804℃、806℃、808℃、810℃、812℃、814℃、816℃、818℃或820℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
20.作为本发明优选的技术方案，所述含有水道的背板的材质包括铜或铜合金。铜合金可以是铜铝合金，铜镍合金，铜锰合金等。
21.本发明中，所述焊片置于所述含有水道的背板和配合的水道盖板之间，属于焊接领域的常规操作。
22.作为本发明优选的技术方案，所述装配后对所述水道盖板施加有140-150n的压力，例如可以是140n、141n、142n、143n、144n、145n、146n、147n、148n、149n或150n等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
23.作为本发明优选的技术方案，所述真空钎焊中的绝对真空度≤0.01pa，例如可以是0.01pa、0.009pa、0.008pa、0.007pa、0.006pa、0.005pa、0.004pa、0.003pa、0.002pa或0.001pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
24.作为本发明优选的技术方案，所述第一保温的升温速率为7-9℃/min，例如可以是7℃/min、7.1℃/min、7.2℃/min、7.3℃/min、7.4℃/min、7.5℃/min、7.6℃/min、7.7℃/min、7.8℃/min、7.9℃/min、8℃/min、8.1℃/min、8.2℃/min、8.3℃/min、8.4℃/min、8.5℃/min、8.6℃/min、8.7℃/min、8.8℃/min、8.9℃/min或9℃/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
25.优选地，所述第一保温的时间为60-90min，例如可以是60min、62min、64min、66min、68min、70min、72min、74min、76min、78min、80min、82min、84min、86min、88min或90min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
26.作为本发明优选的技术方案，所述第二保温的升温速率为4-5℃/min，例如可以是4℃/min、4.1℃/min、4.2℃/min、4.3℃/min、4.4℃/min、4.5℃/min、4.6℃/min、4.7℃/min、4.8℃/min、4.9℃/min或5℃/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
27.优选地，所述第二保温的时间为60-80min，例如可以是60min、62min、64min、66min、68min、70min、72min、74min、76min、78min或80min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
28.作为本发明优选的技术方案，所述第三保温的升温速率为0.5-1.5℃/min，例如可以是0.5℃/min、0.6℃/min、0.7℃/min、0.8℃/min、0.9℃/min、1℃/min、1.1℃/min、1.2℃/min、1.3℃/min、1.4℃/min或1.5℃/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列
举的组合同样适用。
29.优选地，所述第三保温的时间为30-45min，例如可以是30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min、40min、41min、42min、43min、44min或45min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
30.本发明中，真空钎焊中，需要严苛控制各保温段的保温温度，升温速率和保温时间在本发明的限定范围之内，从而保证产品具有良好的成品率，若第一保温中的升温速率超过本发明的范围则会导致焊料过快熔化，从而影响焊料与被焊材料的结合性能，导致焊接后焊缝中出现孔隙，造成背板在使用过程中出现漏液的问题。而第二保温中，若保温温度过高会导致焊料与背板，盖板间的润湿性降低，无法保证焊接料和焊接面达到良好的接触，导致焊接效果差，同时还会导致焊料与焊接面局部粘结过强造成水道面的变形。而第三保温中为焊接结合阶段，若温度过高或升温速率过快，会导致焊料和焊接面间形成的晶粒过大，导致焊接效果不均匀，影响焊接结合效果，导致使用过程中存在漏液的问题。
31.作为本发明优选的技术方案，所述真空钎焊结束后进行冷却。
32.优选地，所述冷却包括依次进行的随炉冷却和保护气氛冷却。
33.优选地，所述随炉冷却的终点为炉温为400-520℃，例如可以是400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃或520℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
34.优选地，所述保护气氛冷却的终点为25-50℃，例如可以是25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
35.本发明中，采用的焊料为agcu28焊片，厚度为0.1-0.2mm。
36.本发明中，为防止焊接面氧化影响焊接，要求在包装膜内防止干燥剂，且装配时间与焊接时间间隔≤3天。
37.本发明提供的焊接方法，通过对冷却工艺的进一步修改，降低焊接后水道的变形，提了背板和盖板的结合率，保证了结合率可达100％，无漏水现象的产生，成品合格率高达99％以上。
38.作为本发明优选的技术方案，所述焊接方法包括：将含有水道的背板、配合的水道盖板和焊片装配后进行真空钎焊；
39.所述含有水道的背板的材质包括铜背板；所述装配后对所述水道盖板施加有140-150n的压力；
40.所述真空钎焊包括依次进行的第一保温、第二保温和第三保温；所述真空钎焊中的绝对真空度≤0.01pa；
41.所述第一保温的温度为400-550℃；所述第一保温的升温速率为7-9℃/min；所述第一保温的时间为60-90min；
42.所述第二保温的温度为720-770℃；所述第二保温的升温速率为4-5℃/min；所述第二保温的时间为60-80min；
43.所述第三保温的温度为800-820℃；所述第三保温的升温速率为0.5-1.5℃/min；所述第三保温的时间为30-45min；
44.所述真空钎焊结束后进行冷却；所述冷却包括依次进行的随炉冷却和保护气氛冷却；所述随炉冷却的终点为炉温为400-520℃；所述保护气氛冷却的终点为25-50℃。
45.与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
46.(1)本发明中，真空钎焊中，需要严苛控制各保温段的保温温度，升温速率和保温时间在本发明的限定范围之内，从而保证产品具有良好的成品率，确保背板产品具有良好的焊接结合率，避免出现漏液的问题。
47.(2)本发明提供的焊接方法，通过对冷却工艺的进一步修改和前述保温过程相配合，进一步降低焊接后水道的变形，提了背板和盖板的结合率，保证了结合率可达100％，无漏水现象的产生，成品合格率高达99％以上。
具体实施方式
48.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
49.实施例1
50.本实施例提供一种背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将含有水道的背板、配合的水道盖板和焊片装配后进行真空钎焊；
51.所述含有水道的背板的材质为铜背板；所述焊片置于所述含有水道的背板和配合的水道盖板之间；所述装配后对所述水道盖板施加有145n的压力；
52.所述真空钎焊包括依次进行的第一保温、第二保温和第三保温；所述真空钎焊中的绝对真空度为0.01pa；
53.所述第一保温的温度为500℃；所述第一保温的升温速率为8℃/min；所述第一保温的时间为60min；
54.所述第二保温的温度为750℃；所述第二保温的升温速率为5℃/min；所述第二保温的时间为70min；
55.所述第三保温的温度为810℃；所述第三保温的升温速率为1℃/min；所述第三保温的时间为37min；
56.所述真空钎焊结束后进行冷却；所述冷却包括依次进行的随炉冷却和保护气氛冷却；所述随炉冷却的终点为炉温为460℃；所述保护气氛冷却的终点为30℃。
57.所得背板的使用性能详见表1。
58.实施例2
59.本实施例提供一种背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将含有水道的背板、配合的水道盖板和焊片装配后进行真空钎焊；
60.所述含有水道的背板的材质包括铜背板；所述焊片置于所述含有水道的背板和配合的水道盖板之间；所述装配后对所述水道盖板施加有140n的压力；
61.所述真空钎焊包括依次进行的第一保温、第二保温和第三保温；所述真空钎焊中的绝对真空度为0.001pa；
62.所述第一保温的温度为400℃；所述第一保温的升温速率为7℃/min；所述第一保温的时间为90min；
63.所述第二保温的温度为770℃；所述第二保温的升温速率为4.5℃/min；所述第二保温的时间为60min；
64.所述第三保温的温度为820℃；所述第三保温的升温速率为0.5℃/min；所述第三
保温的时间为45min；
65.所述真空钎焊结束后进行冷却；所述冷却包括依次进行的随炉冷却和保护气氛冷却；所述随炉冷却的终点为炉温为520℃；所述保护气氛冷却的终点为50℃。
66.所得背板的使用性能详见表1。
67.实施例3
68.本实施例提供一种背板的焊接方法，所述焊接方法包括：将含有水道的背板、配合的水道盖板和焊片装配后进行真空钎焊；
69.所述含有水道的背板的材质包括铜背板；所述焊片置于所述含有水道的背板和配合的水道盖板之间；所述装配后对所述水道盖板施加有150n的压力；
70.所述真空钎焊包括依次进行的第一保温、第二保温和第三保温；所述真空钎焊中的绝对真空度为0.005pa；
71.所述第一保温的温度为550℃；所述第一保温的升温速率为9℃/min；所述第一保温的时间为60min；
72.所述第二保温的温度为720℃；所述第二保温的升温速率为4℃/min；所述第二保温的时间为80min；
73.所述第三保温的温度为800℃；所述第三保温的升温速率为1.5℃/min；所述第三保温的时间为30min；
74.所述真空钎焊结束后进行冷却；所述冷却包括依次进行的随炉冷却和保护气氛冷却；所述随炉冷却的终点为炉温为400℃；所述保护气氛冷却的终点为25℃。
75.所得背板的使用性能详见表1。
76.实施例4
77.与实施例1的区别仅在于第一保温的升温速率为12℃/min。所得背板的使用性能详见表1。
78.实施例5
79.与实施例1的区别仅在于第一保温的时间为40min。所得背板的使用性能详见表1。
80.实施例6
81.与实施例1的区别仅在于第二保温的保温时间为18min。所得背板的使用性能详见表1。
82.实施例7
83.与实施例1的区别仅在于第三保温的升温速率为4℃/min。所得背板的使用性能详见表1。
84.实施例8
85.与实施例1的区别仅在于第三保温的保温时间为55min。所得背板的使用性能详见表1。
86.实施例9
87.与实施例1的区别仅在于真空钎焊冷却结束后直接采用随炉冷却至室温。所得背板的使用性能详见表1。
88.实施例10
89.与实施例1的区别仅在于所述装配后对所述水道盖板施加有80n的压力；所得背板
的使用性能详见表1。
90.实施例11
91.与实施例1的区别仅在于所述装配后对所述水道盖板施加有180n的压力；所得背板的使用性能详见表1。
92.对比例1
93.与实施例1的区别仅在于第二保温的保温温度为800℃。所得背板的使用性能详见表1。
94.对比例2
95.与实施例1的区别仅在于第三保温的保温温度为890℃。所得背板的使用性能详见表1。
96.上述实施例和对比例中盖板槽长、宽与无氧铜盖板的装配公差要求为(0.05mm，0.2mm)，槽深与盖板厚度公差要求为(0mm，0.1mm)。底板与盖板焊接面加工后需先用砂纸抛光打磨至表面无杂质、明显机加刀纹等，再使用丙酮清洁两焊接面；同时取agcu28焊片，裁剪出底板焊接面形状，并使用丙酮清洁焊片表面；
97.上述实施例和对比例中，使用c型超声波探伤仪检测水道形貌与焊接面结合情况，要求水道形貌清晰流畅，焊接面结合率100％；之后按图纸加工出冷却水道口，使用氦泄露检测仪检测水道是否有露点，要求50min内水道真空度＜5
×
10-12
(pa
·
m3/s)且无波动；使用水压检测仪检测水道是否漏水，要求通水1mpa，保持50min不漏水；变形率的检测通过检测焊接前后水道中水的容量进行测定。
98.表1
[0099] 是否漏水焊接结合率/％变形率/％是否有露点实施例1否100％1％否实施例2否99.8％3％否实施例3否99.5％2％否实施例4是95％15％是实施例5是96％12％是实施例6是97％18％是实施例7是94％10％是实施例8是93％22％是实施例9是95％9％是实施例10是98％13％是实施例11是97％14％是对比例1是94％17％是对比例2是96％20％是
[0100]
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明提供的焊接方法需要严苛控制各保温段的保温温度，升温速率和保温时间在本发明的限定范围之内，从而保证产品具有良好的成品率，避免使用过程中存在漏液的问题。
[0101]
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。
[0102]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0103]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0104]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。