一种高纯银靶材的焊接方法与流程

1.本发明属于靶材制造领域，涉及一种高纯银靶材，尤其涉及一种高纯银靶材的焊接方法。


背景技术：

2.溅射靶材是制造半导体芯片所必须的一种极其重要的关键材料，利用其制作器件的原理是采用物理气相沉积技术，用高压加速气态离子轰击靶材，使靶材的原子被溅射出来，以薄膜的形式沉积到硅片上，最终形成半导体芯片中复杂的配线结构。
3.溅射靶材具有金属镀膜的均匀性、可控性等诸多优势，被广泛应用于半导体领域。由于银具有低电阻及高反射率等优良性能，而被大量用于生产电极或反射层的薄层，诸如太阳能电池、液晶显示器等领域。随着半导体技术的飞速发展，太阳能电池、液晶显示器对应的技术要求越来越高，使得银靶材必须满足内部无缺陷、组织均匀、晶粒细小及纯度高的要求，由于银靶原材料价值昂贵，原有的一体型靶材制造成本高，且利用率较低。因此，必须开发银靶焊接工艺。
4.传统的银靶通常是一体型靶材，即产品无需焊接，既充当溅射源又充当支撑背板，然而这种方式制造成本较高，且利用率低。因此开发焊接型高纯银靶势在必行，而高纯银靶的焊接工艺至关重要，不仅要满足溅射的性能要求，还有确保焊接质量以及冷却效果可靠，目前鲜有关于高纯银靶的焊接工艺的报道。
5.cn113894401a公开了一种超高纯铜靶材组件低温扩散焊接的方法，所述方法包括以下步骤：对超高纯铜靶材的焊接面进行预处理；对铜合金背板的焊接面进行车削螺纹；所述螺纹的间距为0.2～0.45mm，所述螺纹的深度为0.1～0.15mm；将处理后的超高纯铜靶材以及铜合金背板进行装配，然后经真空包装后放入包套内进行脱气处理；所述脱气处理后进行扩散焊接，然后冷却，得到超高纯铜靶材组件。
6.cn111421258a公开了一种高纯铝靶材的焊接方法，所述方法包括如下步骤：(1)将高纯铝靶材和背板组装后置于包套中并将包套密封；(2)对密封后的包套依次进行抽真空及脱气处理，之后进行第一焊接；(3)第一焊接完成后，去除包套，对高纯铝靶材和背板进行第二焊接。
7.虽然，现有技术中对于高纯铜靶材或高纯铝靶材的焊接方法有所记载，但是仍然缺少高纯银靶材的焊接方法。


技术实现要素：

8.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种高纯银靶材的焊接方法，所述焊接方法可以提高高纯银靶材与背板的焊接效果，满足溅射的性能要求，方法简便，操作简单，利于工业化生产。
9.为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
10.本发明提供一种高纯银靶材的焊接方法，所述焊接方法包括：
11.分别独立地对银靶坯以及背板的焊接面进行车削和清洗处理；
12.将焊料置于所述银靶坯以及背板的焊接面，加热融化后浸润；
13.将所述银靶坯以及背板扣合后，在压力作用下冷却。
14.本发明中，所使用的焊接方法的优势在于通过钎焊的方式将银靶材与背板结合，不仅提升了靶材的利用率，而且背板可以重复利用，极大地降低了成本。钎焊工艺简单，适合量产，且银靶材与背板易于脱开，便于银靶材的回收，降低生产成本。
15.本发明中，所述高纯银靶材中银的含量不低于99.99％。
16.本发明中，使用的背板可以是铜铬合金背板。
17.作为本发明优选的技术方案，所述车削后所述银靶坯的焊接面的粗糙度为ra 0.8～1.6μm，如0.9μm、1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm或1.5μm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。
18.作为本发明优选的技术方案，所述车削后所述背板的焊接面的粗糙度为ra 0.8～1.6μm，如0.9μm、1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm或1.5μm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。
19.作为本发明优选的技术方案，所述清洗处理的方法为ipa超声清洗。
20.作为本发明优选的技术方案，所述加热的温度为200～230℃，如205℃、210℃、215℃、220℃或225℃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。
21.优选地，所述加热的升温速率为3～5℃/min，如3.2℃/min、3.5℃/min、3.8℃/min、4℃/min、4.2℃/min、4.5℃/min或4.8℃/min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。
22.本发明中，加热的方式可以是将银靶坯以及背板置于同一个加热平台，通过对加热平台进行调控，来设置其加热温度以及升温速率。
23.作为本发明优选的技术方案，所述浸润包括依次进行的磨刷浸润以及超声浸润。
24.作为本发明优选的技术方案，所述磨刷浸润为使用钢丝刷分别独立地磨刷所述银靶坯以及背板的焊接面。
25.优选地，所述磨刷浸润的时间为10～15min，如10.5min、11min、11.5min、12min、12.5min、13min、13.5min、14min或14.5min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。
26.优选地，所述超声浸润的时间为5～10min，如5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min或9.5min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。
27.本发明中，使用的焊料可以是铟焊料。
28.作为本发明优选的技术方案，所述扣合前在所述背板上放置直径为0.1～0.3mm的铜丝，如0.12mm、0.15mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm、0.25mm或0.28mm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。
29.本发明中，铜丝的放置数量可以根据高纯银靶材以及背板的焊接面的面积进行确定，如2根、3根或5根等，在此不做具体限定。
30.作为本发明优选的技术方案，所述压力为20～40kg，如22kg、25kg、28kg、30kg、
32kg、35kg或38kg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。
31.本发明中，所述压力的施加方式为当高纯银靶材和背板扣合后，在高纯银靶材上方施加一个配重，该配重的质量在20～40kg。
32.本发明中，冷却的方式为自然冷却，冷却的终点温度为室温。
33.作为本发明优选的技术方案，所述焊接方法包括：
34.分别独立地对银靶坯以及背板的焊接面进行车削和ipa超声清洗处理，所述车削后，所述银靶坯的焊接面的粗糙度为ra 0.8～1.6μm，所述背板的焊接面的粗糙度为ra 0.8～1.6μm；
35.将焊料置于所述银靶坯以及背板的焊接面，加热融化后浸润，所述加热的温度为200～230℃，升温速率为3～5℃/min；
36.所述浸润包括依次进行的磨刷浸润以及超声浸润，所述磨刷浸润为使用钢丝刷分别独立地磨刷所述银靶坯以及背板的焊接面，所述磨刷浸润的时间为10～15min，所述超声浸润的时间为5～10min；
37.在所述背板上放置直径为0.1～0.3mm的铜丝，将所述银靶坯以及背板扣合后，在20～40kg压力作用下冷却。
38.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
39.(1)本发明提供一种高纯银靶材的焊接方法，所述焊接方法可以提高高纯银靶材与背板的焊接效果，其焊接结合率可达95％以上，单个缺陷率在1.5％以下；
40.(2)本发明提供一种高纯银靶材的焊接方法，所述焊接方法满足溅射的性能要求，方法简便，操作简单，利于工业化生产。
附图说明
41.图1本发明具体实施方式中银靶坯与背板的加热结构示意图；
42.图2本发明具体实施方式中银靶坯与背板的冷却结构示意图；
43.图中：1-加热背板，2-银靶坯，3-背板，4-焊料，5-配重。
44.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅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，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
45.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：
46.实施例1
47.本实施例提供一种高纯银靶材的焊接方法，所述方法包括：
48.分别独立地对银靶坯以及背板的焊接面进行车削和ipa超声清洗处理，所述车削后，所述银靶坯的焊接面的粗糙度为ra 0.8μm，所述背板的焊接面的粗糙度为ra 0.8μm；
49.将焊料置于所述银靶坯以及背板的焊接面，加热融化后浸润，所述加热的温度为200℃，升温速率为3℃/min；
50.所述浸润包括依次进行的磨刷浸润以及超声浸润，所述磨刷浸润为使用钢丝刷分
别独立地磨刷所述银靶坯以及背板的焊接面，所述磨刷浸润的时间为10min，所述超声浸润的时间为5min；
51.在所述背板上放置直径为0.1mm的铜丝，将所述银靶坯以及背板扣合后，在20kg压力作用下冷却。
52.实施例2
53.本实施例提供一种高纯银靶材的焊接方法，所述方法包括：
54.分别独立地对银靶坯以及背板的焊接面进行车削和ipa超声清洗处理，所述车削后，所述银靶坯的焊接面的粗糙度为ra 1.6μm，所述背板的焊接面的粗糙度为ra 1.6μm；
55.将焊料置于所述银靶坯以及背板的焊接面，加热融化后浸润，所述加热的温度为230℃，升温速率为5℃/min；
56.所述浸润包括依次进行的磨刷浸润以及超声浸润，所述磨刷浸润为使用钢丝刷分别独立地磨刷所述银靶坯以及背板的焊接面，所述磨刷浸润的时间为15min，所述超声浸润的时间为10min；
57.在所述背板上放置直径为0.3mm的铜丝，将所述银靶坯以及背板扣合后，在40kg压力作用下冷却。
58.实施例3
59.本实施例提供一种高纯银靶材的焊接方法，所述方法包括：
60.分别独立地对银靶坯以及背板的焊接面进行车削和ipa超声清洗处理，所述车削后，所述银靶坯的焊接面的粗糙度为ra 1.0μm，所述背板的焊接面的粗糙度为ra 1.0μm；
61.将焊料置于所述银靶坯以及背板的焊接面，加热融化后浸润，所述加热的温度为205℃，升温速率为3.5℃/min；
62.所述浸润包括依次进行的磨刷浸润以及超声浸润，所述磨刷浸润为使用钢丝刷分别独立地磨刷所述银靶坯以及背板的焊接面，所述磨刷浸润的时间为12min，所述超声浸润的时间为6min；
63.在所述背板上放置直径为0.15mm的铜丝，将所述银靶坯以及背板扣合后，在25kg压力作用下冷却。
64.实施例4
65.本实施例提供一种高纯银靶材的焊接方法，所述方法包括：
66.分别独立地对银靶坯以及背板的焊接面进行车削和ipa超声清洗处理，所述车削后，所述银靶坯的焊接面的粗糙度为ra 1.5μm，所述背板的焊接面的粗糙度为ra 1.5μm；
67.将焊料置于所述银靶坯以及背板的焊接面，加热融化后浸润，所述加热的温度为225℃，升温速率为4.5℃/min；
68.所述浸润包括依次进行的磨刷浸润以及超声浸润，所述磨刷浸润为使用钢丝刷分别独立地磨刷所述银靶坯以及背板的焊接面，所述磨刷浸润的时间为14min，所述超声浸润的时间为9min；
69.在所述背板上放置直径为0.25mm的铜丝，将所述银靶坯以及背板扣合后，在35kg压力作用下冷却。
70.实施例5
71.本实施例提供一种高纯银靶材的焊接方法，所述方法包括：
72.分别独立地对银靶坯以及背板的焊接面进行车削和ipa超声清洗处理，所述车削后，所述银靶坯的焊接面的粗糙度为ra 1.2μm，所述背板的焊接面的粗糙度为ra 1.2μm；
73.将焊料置于所述银靶坯以及背板的焊接面，加热融化后浸润，所述加热的温度为215℃，升温速率为4℃/min；
74.所述浸润包括依次进行的磨刷浸润以及超声浸润，所述磨刷浸润为使用钢丝刷分别独立地磨刷所述银靶坯以及背板的焊接面，所述磨刷浸润的时间为12min，所述超声浸润的时间为8min；
75.在所述背板上放置直径为0.2mm的铜丝，将所述银靶坯以及背板扣合后，在30kg压力作用下冷却。
76.对比例1
77.本对比例除了不对所述银靶坯的焊接面进行车削处理外，其余条件均与实施例5相同。
78.对比例2
79.本对比例除了不对所述背板的焊接面进行车削处理外，其余条件均与实施例5相同。
80.对比例3
81.本对比例除了不进行磨刷浸润，超声浸润时间为20min外，其余条件均与实施例5相同。
82.对比例4
83.本对比例除了不进行超声浸润，磨刷浸润时间为20min外，其余条件均与实施例5相同。
84.对比例5
85.本对比例除了在冷却时不施加压力外，其余条件均与实施例5相同。
86.实施例1-5以及对比例1-5中使用银靶坯的纯度为99.99％，背板为铜铬合金背板，焊料为铟焊料。加热在加热平台上进行，加热结构如图1所示，冷却结构如图2所示。
87.采用c-scan检测验证实施例1-5以及对比例1-5的焊接效果，其检测条件如表1所示，结果如表2所示。
88.表1
89.检测条件产品探头10mhz感度36db材料声速4000m/s水距离85.38mmx轴间距0.2mmy轴间距0.2mm扫描速度100mm/s扫描范围/扫描方向y-x阀值th＝60
90.表2
[0091] 整体结合率/％单个缺陷率/％实施例195.81.5实施例298.70.6实施例396.51.2实施例497.30.8实施例597.01.0对比例192.32.7对比例292.52.2对比例394.71.9对比例494.22.0对比例595.11.6
[0092]
通过表1的测试结果可以看出，本发明实施例1-5提供的高纯银靶材的焊接方法可以使得银靶坯与背板的焊接结合率高于95％，单个缺陷率不高于1.2％。对比例1和对比例2分别未对银靶坯以及背板的焊接面进行车削处理，导致焊接效果下降。对比例3和对比例4分别未进行磨刷浸润以及超声浸润，但是由于总体浸润时间相同，焊接效果下降较小。对比例5在冷却过程中未施加压力，导致焊接效果略有下降。
[0093]
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。
[0094]
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。
[0095]
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。
[0096]
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。