中空背板的靶材绑定方法

技术领域

本发明涉及金属靶材制备技术领域，特别是涉及一种中空背板的靶材绑定方法。

背景技术

靶材一般用于磁控溅射镀膜，为了防止靶材在溅射过程中受热不均导致破裂和拱起变形等需将靶材与背板进行绑定。在靶材绑定过程中，若靶坯边缘与中心部位温度变化相差较大，会造成绑定层产生空鼓，导致焊合率低和焊接强度小。溅射过程中空鼓会引起溅射电流不稳定，产生放电现象，轻则需停机，重新抽真空，浪费时间；重则导致设备损坏。同时，溅射过程中靶材局部温度过高，引起靶材脱绑掉落，造成设备损坏，产线停滞。因此针对不同需求的靶材，需要对背板的结构进行加工改造使其通过水冷等方式快速散热，减少局部受热不均匀。

目前，工业中靶材的背板结构主要为圆饼状，底部和周围设置不同的气孔通道用以通冷却水，但也有厂家因磁控溅射机类型不同，背板设置为中空结构，因此在采用常规靶材绑定方法绑定中空背板的过程中，由于中空背板内部具有较大的空间吸收热量，容易造成靶材的上表面边缘与中心不稳温差过大，容易造成绑定过程焊料受热不均匀、氧化层过多导致焊合率和焊接强度过低；冷却过程中，中心部位与边缘部位冷却速度相差较远，极易出现空鼓，导致绑定失败。

发明内容

本发明的目的是：提供一种中空背板的靶材绑定方法，提高了温度传递的效率，可以提高背板绑定面各部位温度的均匀性，减少了空鼓的出现，从而避免靶材绑定失败后的多次退绑、再绑定工序，减少了铟焊料的使用以及人工成本，极大节约了经济成本；有效的减少了铟焊料的氧化，显著提高了焊合率以及焊接强度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种中空背板的靶材绑定方法，包括以下步骤：

制作与背板匹配的垫块；

将所述垫块和靶坯放置于加热桌，将所述背板套装于所述垫块；

打开所述加热桌进行加热，将所述背板和所述靶坯升温至预设温度；

在所述加热桌上进行所述靶坯和背板的绑定；

将绑定完成的所述靶材冷却至室温，对绑定完成的所述靶材进行检测。

本发明实施例一种中空背板的靶材绑定方法与现有技术相比，其有益效果在于：在加热和绑定过程中，采用垫块作为背板的中空部位的填充，提高了温度传递的效率，可以提高背板绑定面各部位温度的均匀性，减少了空鼓的出现，从而避免靶材绑定失败后的多次退绑、再绑定工序，减少了铟焊料的使用以及人工成本，极大节约了经济成本；有效的减少了铟焊料的氧化，显著提高了焊合率以及焊接强度。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，在所述背板和所述靶坯套装于所述垫块前，需要使用耐高温胶带对所述背板的底面、侧面和气孔处以及所述靶坯的溅射面进行密封。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，将所述背板和所述靶坯升温至预设温度时，还包括以下步骤：

将所述加热板升温至第一预设温度；

进行第一次保温；

将所述加热板升温至第二预设温度；

进行第二次保温。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，所述第一预设温度为144℃-155℃，所述第二预设温度为190℃-240℃，所述第一次保温的时长为25-35分钟，第二次保温的时长为20-35分钟。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，在进行所述靶坯和背板的绑定前，所述背板的上端面和所述加热桌之间的温差为25℃-35℃。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，在所述加热桌上进行所述靶坯和背板的绑定时，还包括以下步骤：

将铟焊料倒入所述靶坯与所述背板待绑定的表面；

使用超声涂布机将所述铟焊料进行浸润涂布；

在所述背板上放入铜丝后进行与所述靶坯的绑定。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，在所述加热桌上进行所述靶坯和背板的绑定后，所述加热桌保持温度20-60分钟，进行所述铟焊料的保温。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，完成所述铟焊料的保温后，关闭所述加热桌的加热功能，当加热桌冷却至130-150℃，清除绑定完成的所述靶材表面的铟碎屑，最后自然冷却至室温。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，对绑定完成的所述靶材进行的检测包括平面度、焊合率及焊接强度的检测。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，所述背板的材质为无氧铜时，所述垫块的材质为铝合金或无氧铜；所述背板的材质为铝合金时，所述垫块的材质为铝合金。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，当所述背板和所述垫块的材质不同时，所述垫块与所述背板在水平方向上的接缝的间隙大小为0.5mm-1mm，所述垫块与所述背板在垂直方向的接缝间隙为0.4mm-0.6mm。

本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法，当所述背板和所述垫块的材质相同时，所述垫块与所述背板在水平和垂直方向的接缝间隙均为0.4mm-0.6mm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法中绑定中的靶材的结构示意图；

图2是本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法使用垫块绑定后C-scan对焊合率的检测结果；

图3是不采用本发明实施例的中空背板的靶材绑定方法使用垫块绑定后C-scan对焊合率的检测结果。。

图中，1、靶坯；2、背板；3、铟焊料；4、垫块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明优选实施例的中空背板的靶材绑定方法，包括以下步骤：

S1：制作与背板2匹配的垫块4；

S2：将垫块4和靶坯1放置于加热桌，将背板2套装于垫块4；

S3：打开加热桌进行加热，将背板2和靶坯1升温至预设温度；

S4：在加热桌上进行靶坯1和背板2的绑定；

S5：将绑定完成的靶材冷却至室温，对绑定完成的靶材进行检测。

在上述实施例中，在加热和绑定过程中，采用垫块4作为背板2的中空部位的填充，提高了温度传递的效率，可以提高背板2绑定面各部位温度的均匀性，减少了空鼓的出现，从而避免靶材绑定失败后的多次退绑、再绑定工序，减少了铟焊料3的使用以及人工成本，极大节约了经济成本；有效的减少了铟焊料3的氧化，显著提高了焊合率以及焊接强度。

在本发明的一些实施例中，在S1中，中空结构的背板2为碗状、圆柱状、规则多面体状、不规则多面体状等形状，垫块4也随背板2的内部结构设置为碗状、圆柱状、规则多面体状、不规则多面体状等形状。进一步地，垫块4的尺寸为直径300mm-450mm，高50mm-60mm。

在本发明的一些实施例中，在背板2套装于垫块4前，需要使用耐高温胶带对背板2的底面和侧面进行密封，防止焊料流至其余不需要绑定的端面上，特别是在气孔处进行密封，以防止绑定过程中焊料流入背板2气孔难以清除。靶坯1的溅射面也需要采用耐高温胶带进行密封。

在本发明的一些实施例中，在S3，还包括以下步骤：

S31：将加热板升温至第一预设温度，第一预设温度为144℃-155℃；

S32：进行第一次保温，第一次保温的时长为25-35分钟；

S33：将加热板升温至第二预设温度，二预设温度为190℃-240℃；

S34：进行第二次保温，第二次保温的时长为20-35分钟。

在本发明的一些实施例中，在S4前，背板2的上端面和加热桌之间的温差为25℃-35℃。

在本发明的一些实施例中，在S4中，还包括以下步骤：

S41：将铟焊料3倒入靶坯1与背板2待绑定的表面；

S42：使用超声涂布机将铟焊料3进行浸润涂布；

S43：在背板2上放入铜丝后进行与靶坯1的绑定。

在本发明的一些实施例中，在S4之后，加热桌保持温度20-60分钟，进行铟焊料3的保温，保证靶坯1和背板2的绑定效果。

在本发明的一些实施例中，在S5中，关闭加热桌的加热功能，当加热桌冷却至130-150℃，清除绑定完成的靶材表面的铟碎屑，最后自然冷却至室温，防止完全冷却后的铟碎屑凝结于靶材表面，难以清理。

在本发明的一些实施例中，背板2中心部位由空气传导散热变为金属传导散热，绑定完成后冷却时间由200-240分钟减少至90-110分钟，缩短至少1倍的时间，显著节约了时间成本，提高生产效率，取得经济效益。

在本发明的一些实施例中，对绑定完成的靶材进行的检测包括平面度、焊合率及焊接强度的检测，保证了靶材的质量，防止出现劣质品。

在本发明的一些实施例中，背板2的材质为无氧铜时，垫块4的材质为铝合金或无氧铜；背板2的材质为铝合金时，垫块4的材质为铝合金。

在本发明的一些实施例中，当背板2和垫块4的材质不同时，垫块4与背板2在水平方向上的接缝的间隙大小为0.5mm-1mm，垫块4与背板2在垂直方向的接缝间隙为0.4mm-0.6mm。

在本发明的一些实施例中，当背板2和垫块4的材质相同时，垫块4与背板2在水平和垂直方向的接缝间隙均为0.4mm-0.6mm。

进一步地，作为本发明较佳实施例，包括以下步骤：

S01：根据背板2的形状制作垫块4，垫块4的尺寸一般为直径300mm-450mm，高50mm-60mm；垫块4材质选择无氧铜或6061铝合金；

S02：靶坯1的溅射面以及铜背板2底部和侧面使用高温胶带贴紧；

S03：将垫块4、靶坯1放于加热桌上，同时将背板2盖设于垫块4上；

S04：打开加热，先升温至145-155℃，保温30分钟，再升温至190-240℃，保温20-35分钟；

S05：背板2的表面温度与加热桌表面温差25-35℃，将铟焊料3倒入靶坯1与背板2表面，用超声涂布机对待绑定的表面进行浸润涂布，在背板2上放入铜丝后进行绑定；

S06：绑定结束后，保持加热桌的温度20-60min，再关闭加热，在加热桌冷却至130-150℃时，清除靶材表面的铟碎屑，最后自然冷却至室温；

S07：对绑定后的靶材进行CT扫描和平面度检测，并检测焊合率及焊接强度等。

为了进一步理解本发明，下面结合采用本发明的中空背板2的绑定方法的实施例与未采用本发明的中空背板2的绑定方法的对比例进行对比分析，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

需要说明的是，采用本实施例的绑定方法的加热温度较非中空结构背板2绑定温度高5-15℃，升温时间较非中空结构背板2延10-20min；

实施例1：

本实施例所用的金属靶材为99.999％钛，背板2为无氧铜，垫块4材质为无氧铜，垫块4尺寸为直径319.5mm，高55mm，加热温度为210℃；

对比例1：

对比例1相较于实施例1区别在于没有垫块4，加热温度235℃；

实施例2：

本实施例所用金属靶材为99.999％钛，背板2为无氧铜，垫块4材质为6061铝合金，垫块4尺寸为直径319mm，高55mm，加热温度215℃；

对比例2：

对比例2相较于实施例2区别在于无氧铜背板2为非中空结构，加热温度200℃；

实施例3：

本实施例所用的金属靶材为铝铜靶，背板2为无氧铜，垫块4材质为无氧铜，垫块4尺寸为直径319.5mm，高55mm，加热温度为190℃；

对比例3：

对比例3相较于实施例3区别在于没有垫块4，加热温度220℃；

实施例4：

本实施例所用的靶材为99.999％铝，背板2为6061铝合金，垫块4材质为6061铝合金，垫块4尺寸直径319.5mm，高55mm，加热温度为200℃；

对比例4：

对比例4相较于实施例4区别在于没有垫块4，加热温度230℃；

对比例5：

对比例5相较于实施例4区别在于铝合金背板2为非中空结构，加热温度210℃。

上述实施例和对比例需要检测并进行对比的效果例如下：

测试样品：实施例1-4和对比例1-5所绑定的金属靶材；

绑定时间测试：从加热桌开始加热直到靶材绑定结束冷却至室温的时间；

平面度测试：用塞尺对绑定后的靶材溅射面与背板2底部进行平面度检测；

焊合率测试：对绑定后的金属靶材进行C-scan扫描测焊合率；

重新绑定率测试：指的是绑定过后出现拱起变形或者焊合率低于90％的靶材，需退绑后再绑定的概率；

晶粒尺寸差：熔点低于800℃的金属靶材(铝、铝铜)，绑定前后晶粒尺寸差别；

上述实施例和对比例的对比结果如表1、图2和图3所示：

表1实施例1-4和对比例1-5所绑定靶材的样品测试

根据表1的结果，实施例与对比例的绑定时间、平面度、焊合率、重新绑定率、晶粒尺寸差的数值比较发现，本发明针对中空结构金属靶材绑定方法，显著减少金属靶材制备时间成本的同时，提高了靶材的平面度以及绑定后的焊合率，减少了退绑和再绑定的次数，相较非中空背板2绑定结果差别不大，极大节约了经济成本。

对于低熔点的靶材(＜800℃)，不加垫块4绑定前后的靶材晶粒尺寸差20-50um，而加垫块4后可以在低加热温度、短时间就能使背板2达到绑定需要的温度，绑定前后产品的晶粒尺寸差1-5um，显著增加了产品质量，提高了经济效益。

综上，本发明实施例提供一种中空背板2的绑定方法，其采用垫块4作为背板2的中空部位的填充，提高了温度传递的效率，可以提高背板2绑定面各部位温度的均匀性，减少了空鼓的出现，从而避免靶材绑定失败后的多次退绑、再绑定工序，减少了铟焊料3的使用以及人工成本，极大节约了经济成本；有效的减少了铟焊料3的氧化，显著提高了焊合率以及焊接强度；背板2中心部位由空气传导散热变为金属传导散热，缩短至少1倍的时间，显著节约了时间成本，提高生产效率。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。