一种靶材组件的焊接方法与流程

1.本发明涉及靶材领域，具体涉及一种靶材组件的焊接方法。


背景技术：

2.靶材组件是由具有溅射性能的靶材和背板组成的半导体材料。在靶材的溅射过程中，背板对靶材组件起到支撑作用，但是靶材组件的工作条件比较恶劣：其工作温度一般为300-600℃，并且靶材组件的一侧以冷却水强冷，另一侧处于高真空环境，两侧压力差巨大。因此，靶材组件在高温受热的条件下，容易发生开裂、变形、溅射不均等问题，严重时可能会对溅射机台造成损害。
3.因此，提升靶材组件中靶材与背板的焊接强度，对保证靶材组件的长期稳定工作具有重要意义。lcd靶材组件中，钼靶材与铟焊料难以直接浸润，严重影响了所得钼靶材组件的焊接强度。因此，行业中一般采用两种方式对钼靶材进行处理，一种是通过在钼靶材表面进行镀镍，然后再用铟焊料进行浸润和焊接；另一种是先用锡锌焊料浸润溅射靶材的焊接面，在对背板和靶材进行焊接之前，在已经由铟焊料浸润过的背板上再涂布一层纯铟，然后将靶材和背板进行焊接，但是以上焊接方法均引入了两种焊料，所得焊接强度不高，焊接后的靶材和背板容易出现缺陷，良品率也比较低。
4.cn107447194a公开了一种钽靶材组件及其制造方法，该方法通过在钽靶材的第一焊接面上进行化学镀膜或物理气相沉积，形成浸润层；然后通过焊料对钽靶材的第一焊接面与背板的第二焊接面进行焊接，形成钽靶材组件。该方法虽然可以形成浸润层，操作工艺比较复杂，成本比较昂贵，并且良品率不高。
5.cn113828881a公开了一种多晶硅靶材与铜背板的钎焊方法，该方法通过在处理后铜背板上放置铜丝，将所述处理后多晶硅靶材扣合在上面，并依次叠合处理后铜背板、铜丝、处理后多晶硅靶材、耐高温硅胶、木块和金属压块，冷却后完成钎焊，但是该方法操作复杂，所得靶材组件的良品率比较低。
6.因此，提供一种良品率高、操作简单的靶材组件焊接方法具有重要意义。


技术实现要素：

7.针对以上问题，本发明的目的在于提供一种靶材组件的焊接方法，与现有技术相比，本发明提供的焊接方法得到的靶材组件良品率高，并且使用稳定性好。
8.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
9.本发明提供一种靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括以下步骤：
10.(1)将靶材和背板进行热处理，然后在靶材的焊接面和背板的焊接面涂覆焊料，得到第一靶材和第一背板；
11.(2)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一靶材的焊接面进行第一浸润处理；所述第一浸润处理包括采用钢丝刷在第一靶材的焊接面旋转带动焊料进行摩擦，然后超声，得到第二靶材；
12.(3)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一背板的焊接面进行第二浸润处理；所述第二浸润处理包括采用钢丝刷在第一背板的焊接面旋转带动焊料进行摩擦，然后超声，得到第二背板；
13.(4)将步骤(2)得到的所述第二靶材和步骤(3)得到的所述第二背板进行焊接，得到靶材组件。
14.本发明中，首先对靶材和背板进行热处理，使靶材和背板达到焊料的熔点，然后根据靶材和背板的不同特性，分别对靶材和背板进行第一浸润处理和第二浸润处理，可以同时增大靶材和背板的粗糙度，相比于传统方法中仅对靶材的焊接面或背板的焊接面进行浸润处理的方法，本发明提供的焊接方法可以有效提高靶材组件的良品率。本发明中采用钢刷对靶材和背板的焊接面进行旋转摩擦，不仅可以增大焊接面的粗糙度，还可以去除焊接面上的氧化物，进而可以使焊料和焊接面充分浸润，将靶材和背板的焊接面焊接之后，靶材与背板的焊接面结合性较强，不容易产生缺陷；本发明采用旋转摩擦的方式相比于传统方法中沿某一方向往复摩擦的方式，不仅对焊接面的处理效果更加均匀，还可以有效提高处理效率；进一步结合超声操作中超声波的空化效应，加速焊料与焊接面之间的原子扩散，可以实现靶材组件的快速焊接。
15.本发明中，所述焊接的方法为铟焊料焊接，温度为210-200℃。
16.优选地，步骤(1)所述靶材的材质包括al、ti、cu、si、w、co、ni或mo中的任意一种，优选为mo。
17.本发明中，优选为mo靶材是因为mo靶材在实际生产中处理难度大，加工效率低，本发明可以有效降低焊接难度，提高良品率。
18.优选地，所述靶材的纯度＞99.9％，例如可以是99.91％、99.92％、99.93％、99.94％、99.95％、99.96％、99.97％、99.98％或99.99％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
19.优选地，所述靶材的平面度＜1mm，例如可以是0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
20.本发明中，所述背板的材质为铜合金。
21.优选地，步骤(1)所述焊料包括铟焊料。
22.优选地，步骤(1)所述热处理的温度为240-260℃，例如可以是240℃、242℃、244℃、246℃、248℃、250℃、252℃、254℃、256℃、258℃或260℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23.优选地，步骤(1)所述热处理的时间为30-50min，例如可以是30min、32min、34min、36min、38min、40min、42min、44min、46min、48min或50min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
24.优选地，步骤(2)所述钢丝刷的转速为2800-3200r/min，例如可以是2800r/min、2850r/min、2900r/min、2950r/min、3000r/min、3050r/min、3100r/min、3150r/min或3200r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
25.本发明优选控制步骤(2)所述钢丝刷的转速在特定范围，有利于增大靶材组件的良品率。
26.优选地，所述第一浸润处理的时间为20-30min，例如可以是20min、22min、24min、26min、28min或30min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
27.本发明优选控制第一浸润处理的时间在特定范围，有利于增大靶材组件的良品率。
28.步骤(2)所述超声的功率为1200-2000w，例如可以是1200w、1300w、1400w、1500w、1600w、1700w、1800w、1900w或2000w，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
29.优选地，步骤(2)所述超声的频率为40-60hz，例如可以是40hz、42hz、44hz、46hz、48hz、50hz、52hz、54hz、56hz、58hz或60hz，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
30.优选地，步骤(2)所述超声的时间为10-20min，例如可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
31.本发明优选控制步骤(2)所述超声的时间在特定范围，有利于增大靶材组件的良品率。
32.优选地，步骤(3)所述钢丝刷的转速为2000-2400r/min，例如可以是2000r/min、2050r/min、2100r/min、2150r/min、2200r/min、2250r/min、2300r/min、2350r/min或2400r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
33.本发明优选控制步骤(3)所述钢丝刷的转速在特定范围，有利于增大靶材组件的良品率。
34.优选地，所述第二浸润处理的时间为5-15min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min或15min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
35.本发明优选控制所述第二浸润处理的时间在特定范围，有利于增大靶材组件的良品率。
36.优选地，步骤(3)所述超声的功率为1200-2000w，例如可以是1200w、1300w、1400w、1500w、1600w、1700w、1800w、1900w或2000w，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
37.优选地，步骤(3)所述超声的频率为40-60hz，例如可以是40hz、42hz、44hz、46hz、48hz、50hz、52hz、54hz、56hz、58hz或60hz，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
38.优选地，步骤(3)所述超声的时间为5-15min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min或15min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
39.本发明优选控制步骤(3)所述超声的时间在特定范围，有利于增大靶材组件的良品率。
40.作为本发明的优选技术方案，所述焊接方法包括以下步骤：
41.(1)将靶材和背板在240-260℃下热处理30-50min，然后在靶材的焊接面和背板的焊接面涂覆铟焊料，得到第一靶材和第一背板，所述靶材的材质包括al、ti、ta、cu、si、w、
co、ni或mo中的任意一种，靶材的纯度＞99.9％，靶材的平面度＜1mm；
42.(2)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一靶材的焊接面进行第一浸润处理，所述第一浸润处理包括采用钢丝刷在第一靶材的焊接面旋转带动焊料进行摩擦，然后在功率为1200-2000w，频率为40-60hz的条件下超声处理10-20min，得到第二靶材，所述钢丝刷的转速为2800-3200r/min，所述第一浸润处理的时间为20-30min；
43.(3)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一背板的焊接面进行第二浸润处理，所述第二浸润处理包括采用钢丝刷在第一背板的焊接面旋转带动焊料进行摩擦，然后在功率为1200-2000w，频率为40-60hz的条件下超声处理5-15min，得到第二背板，所述钢丝刷的转速为2000-2400r/min，所述第二浸润处理的时间为5-15min；
44.(4)将步骤(2)得到的所述第二靶材和步骤(3)得到的所述第二背板进行焊接，得到靶材组件。
45.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
46.(1)本发明提供的焊接方法处理速度快，可以使焊接面的表面浸润效果更加均匀，增大焊接面的表面粗糙度，提高靶材组件的良品率。
47.(2)本发明提供的焊接方法可以有效去除焊接面的氧化物，提高靶材组件的良品率，并且使用稳定性好。
具体实施方式
48.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。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。
49.实施例1
50.本实施例提供一种靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括以下步骤：
51.(1)将靶材和背板在260℃下热处理40min，然后在靶材的焊接面和背板的焊接面涂覆铟焊料，得到第一靶材和第一背板，所述靶材的材质为mo，靶材的纯度为99.9％，靶材的平面度为1mm；所述背板的材质为铜合金；
52.(2)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一靶材的焊接面进行第一浸润处理，所述第一浸润处理包括采用钢丝刷在第一靶材的焊接面旋转带动铟焊料进行摩擦，然后在功率为1600w，频率为50hz的条件下超声处理15min，得到第二靶材，所述钢丝刷的转速为3000r/min，所述第一浸润处理的时间为25min；
53.(3)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一背板的焊接面进行第二浸润处理，所述第二浸润处理包括采用钢丝刷在第一背板的焊接面旋转带动铟焊料进行摩擦，然后在功率为1600w，频率为50hz的条件下超声处理10min，得到第二背板，所述钢丝刷的转速为2200r/min，所述第二浸润处理的时间为10min；
54.(4)将步骤(2)得到的所述第二靶材和步骤(3)得到的所述第二背板进行焊接，得到靶材组件。
55.所述焊接的方法为铟焊料焊接，温度为210℃。
56.实施例2
57.本实施例提供一种靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括以下步骤：
58.(1)将靶材和背板在240℃下热处理50min，然后在靶材的焊接面和背板的焊接面
涂覆铟焊料，得到第一靶材和第一背板，所述靶材的材质为mo，靶材的纯度为99.91％，靶材的平面度为0.9mm；所述背板的材质为铜合金；
59.(2)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一靶材的焊接面进行第一浸润处理，所述第一浸润处理包括采用钢丝刷在第一靶材的焊接面旋转带动铟焊料进行摩擦，然后在功率为1200w，频率为60hz的条件下超声处理10min，得到第二靶材，所述钢丝刷的转速为3200r/min，所述第一浸润处理的时间为20min；
60.(3)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一背板的焊接面进行第二浸润处理，所述第二浸润处理包括采用钢丝刷在第一背板的焊接面旋转带动铟焊料进行摩擦，然后在功率为2000w，频率为40hz的条件下超声处理15min，得到第二背板，所述钢丝刷的转速为2000r/min，所述第二浸润处理的时间为15min；
61.(4)将步骤(2)得到的所述第二靶材和步骤(3)得到的所述第二背板进行焊接，得到靶材组件。
62.所述焊接的方法和条件与实施例1相同。
63.实施例3
64.本实施例提供一种靶材组件的焊接方法，所述焊接方法包括以下步骤：
65.(1)将靶材和背板在260℃下热处理30min，然后在靶材的焊接面和背板的焊接面涂覆铟焊料，得到第一靶材和第一背板，所述靶材的材质为al，靶材的纯度为99.92％，靶材的平面度为0.8mm；所述背板的材质为铜合金；
66.(2)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一靶材的焊接面进行第一浸润处理，所述第一浸润处理包括采用钢丝刷在第一靶材的焊接面旋转带动铟焊料进行摩擦，然后在功率为2000w，频率为40hz的条件下超声处理20min，得到第二靶材，所述钢丝刷的转速为2800r/min，所述第一浸润处理的时间为30min；
67.(3)采用钢丝刷对步骤(1)得到的所述第一背板的焊接面进行第二浸润处理，所述第二浸润处理包括采用钢丝刷在第一背板的焊接面旋转带动铟焊料进行摩擦，然后在功率为1200w，频率为60hz的条件下超声处理5min，得到第二背板，所述钢丝刷的转速为2400r/min，所述第二浸润处理的时间为5min；
68.(4)将步骤(2)得到的所述第二靶材和步骤(3)得到的所述第二背板进行焊接，得到靶材组件。
69.所述焊接的方法和条件与实施例1相同。
70.实施例4
71.本实施例提供一种靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于步骤(2)所述钢丝刷的转速为2600r/min。
72.实施例5
73.本实施例提供一种靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于步骤(2)所述钢丝刷的转速为3500r/min。
74.实施例6
75.本实施例提供一种靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于步骤(3)所述钢丝刷的转速为1800r/min。
76.实施例7
77.本实施例提供一种靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于步骤(3)所述钢丝刷的转速为2600r/min。
78.对比例1
79.本对比例提供一种靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于去掉步骤(2)，将步骤(3)得到的第二背板与第一靶材直接进行焊接。
80.对比例2
81.本对比例提供一种靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于去掉步骤(3)，将步骤(2)得到的第二靶材与第一背板直接进行焊接。
82.对比例3
83.本对比例提供一种靶材组件的焊接方法，与实施例1的区别仅在于步骤(2)和步骤(3)中分别采用钢丝刷在第一靶材的焊接面和第一背板的焊接面沿直线带动焊料进行摩擦。
84.对实施例1-7和对比例1-3所制备的靶材组件进行全检，所得良品率如表1所示。
85.表1
[0086] 良品率/％实施例196实施例295实施例394实施例492实施例593实施例690实施例792对比例180对比例283对比例380
[0087]
从表1可以看出以下几点：
[0088]
(1)从实施例1-7的数据可以看出，本发明提供的焊接方法可以使焊接面的表面浸润效果更加均匀，增大焊接面的表面粗糙度，提高靶材组件的良品率，所得良品率可以达到90％以上。
[0089]
(2)综合比较实施例1和实施例4-5的数据可以看出，实施例1中步骤(2)所述钢丝刷的转速为3000r/min，相较于实施例4和实施例5中步骤(2)钢丝刷的转速分别为2600r/min和3500r/min而言，实施例1中靶材组件的良品率为96％，相较于实施例4和实施例5中的良品率分别仅为92％和93％而言，本发明优选控制步骤(2)所述钢丝刷的转速，可以提高靶材组件的良品率。
[0090]
(3)综合比较实施例1和实施例6-7的数据可以看出，实施例1中步骤(3)所述钢丝刷的转速为2200r/min，相较于实施例6和实施例7中步骤(3)钢丝刷的转速分别为1800r/min和2600r/min而言，实施例1中靶材组件的良品率为96％，相较于实施例6和实施例7中的良品率分别仅为90％和92％而言，本发明优选控制步骤(3)所述钢丝刷的转速，可以提高靶材组件的良品率。
[0091]
(4)综合比较实施例1和对比例1-2的数据可以看出，对比例1与实施例1的区别仅在于去掉步骤(2)，对比例2与与实施例1的区别仅在于去掉步骤(3)，实施例1中靶材组件的良品率为96％，对比例1中靶材组件的良品率仅为80％，对比例2中靶材组件的良品率仅为83％，由此表明，本发明通过分别对靶材和背板的焊接面进行浸润处理，可以提高靶材组件的良品率。
[0092]
(5)综合比较实施例1和对比例3的数据可以看出，对比例3与实施例1的区别仅在于步骤(2)和步骤(3)中分别采用钢丝刷在第一靶材的焊接面和第一背板的焊接面沿直线带动焊料进行摩擦，实施例1中靶材组件的良品率为96％，对比例3中靶材组件的良品率仅为80％，由此表明，本发明通过采用钢丝刷分别在第一靶材的焊接面和第一背板的焊接面旋转带动焊料进行摩擦，可以提高靶材组件的良品率。
[0093]
综上所述，本发明提供的焊接方法处可以使焊接面的表面浸润效果更加均匀，增大焊接面的表面粗糙度，有效去除焊接面的氧化物，提高靶材组件的良品率。
[0094]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。