一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法

技术领域

本发明属于靶材制造领域，涉及一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法。

背景技术

溅射靶材背板(Sputtering Target Back Plate，BP)：金属溅射靶材是溅射沉积技术中用做阴极的材料。该阴极材料在溅射机台中被带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。由于金属溅射靶材往往是高纯的铝、铜、钛、镍、钽及贵金属等比较贵重的材料，所以在其制造时常常使用比较普通的材料来作为背板。背板起到支撑靶材、冷却、降低成本等作用，常用的材料有铝合金(ALBP)、铜合金(CUBP)等。

热等静压机(Hot Isostatic Press，简称HIP)：热等静压机是利用热等静压技术在高温高压密封容器中，以高压惰性气体为介质，对其中的粉末或待压实的烧结坯料或异种金属施加各向均等静压力，形成高致密度坯料(或零件)的方法的仪器设备。热等静压机已成为高温粉末冶金、消除铸件缺陷、异种金属扩散连接、新型工程陶瓷、复合材料、耐火材料、高强石墨碳素等先进成型技术和先进材料研制领域的关键设备。

包套：一种密闭容器，用来放置制品，焊接后需将包套抽真空至一定真空度才能进行热等静压，如生产过程中漏气会导致包套鼓包膨胀。

CN108544045A公开了一种钨靶材焊接方法及钨靶材组件，涉及半导体制造技术领域。所述钨靶材焊接方法首先对钨靶材和铜背板进行焊接前加工及清洗，在所述钨靶材和所述铜背板中间放置焊料引流件，再利用钎焊工艺对所述钨靶材和所述铜背板进行钎焊接后获得钨靶材组件，对所述钨靶材组件进行冷却。所述钨靶材焊接方法在焊接前在所述钨靶材和所述铜背板间放置焊料引流件，保证了焊料的在所述钨靶材和所述铜背板间的均匀分布，提高了焊缝均匀性、焊接成功率以及焊接稳定性。

CN106378507A公开了一种钨钛靶材组件的焊接方法，包括：提供钨钛靶材和背板；在所述钨钛靶材的焊接面放入第一量的焊料并进行第一浸润处理；在所述背板的焊接面放入第二量的焊料并进行第二浸润处理；在所述第二浸润处理之后，向所述背板的焊接面添加第三量的焊料；在向所述背板的焊接面添加所述第三量的焊料后，且在所述第一浸润处理后，将所述钨钛靶材的焊接面扣合在所述背板的焊接面上。所述焊接方法能够提高钨钛靶材组件的焊接强度。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法可以提高钨靶材与铜背板的结合性能，解决钨靶材与铜背板的结合能力不足的问题。

为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括以下步骤：

对钨靶材焊接面依次进行精磨以及PVD镀膜，非焊接面进行抛光处理；

对铜背板的焊接面进行PVD镀膜；

将所述钨靶材、所述焊接面以及中间层进行装配，并依次进行包套焊接以及热等静压焊接。

本发明中，在钨靶材以及铜背板的焊接面表面分别进行PVD镀膜处理，结合包套焊接以及热等静压焊接等装配以及焊接工艺，提高了钨靶材以及铜背板的结合率。

作为本发明优选的技术方案，所述精磨后焊接面的粗糙的Ra≤3μm。

优选地，所述精磨后进行IPA超声清洗。

作为本发明优选的技术方案，所述钨靶材PVD镀膜为PVD镀钛膜。

优选地，所述钛膜的厚度为3～6μm，如3.5μm、4μm、4.5μm、5μm或5.5μm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。

优选地，所述钛膜完全遮蔽溅射面。

优选地，所述钛膜遮蔽所述钨靶材侧面面积50％以上。

作为本发明优选的技术方案，所述抛光处理后进行IPA超声清洗。

作为本发明优选的技术方案，所述铜背板PVD镀膜为PVD镀钛膜。

优选地，所述钛膜的厚度为3～6μm，如3.5μm、4μm、4.5μm、5μm或5.5μm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。

优选地，所述PVD镀膜后进行IPA超声清洗。

作为本发明优选的技术方案，所述铜背板PVD镀膜前机加工至装配尺寸。

优选地，所述机加工后进行IPA超声清洗。

作为本发明优选的技术方案，所述中间层装配前机加工至装配尺寸。

优选地，所述中间层表面粗糙度Ra≤1.6μm。

优选地，所述机加工后进行IPA超声清洗。

作为本发明优选的技术方案，所述装配的装配间隙为0.4～0.8mm，如0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm或0.75mm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。

优选地，所述包套焊接中脱气工艺的温度为250～350℃，真空度≤0.002Pa，时间为1～3h。

其中，温度可以是260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃或340℃等，时间可以是1.2h、1.5h、1.8h、2h、2.2h、2.5h或2.8h等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述热等静压焊接的温度为300～400℃，如310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃或390℃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。

优选地，所述热等静压焊接的压力≥105MPa，如110MPa、120MPa、130MPa、140MPa、150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa或200MPa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。

优选地，所述所述热等静压焊接的时间为3～8h，如3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h、6.5h、7h或7.5h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。

本发明中，在进行IPA超声清洗后，需进行干燥处理，优选为真空干燥。

作为本发明优选的技术方案，上述钨靶材与铜背板的扩散焊接方法包括以下步骤：

对钨靶材焊接面进行精磨，所述精磨后焊接面的粗糙的Ra≤3μm，IPA超声清洗后进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为3～6μm，非焊接面进行抛光处理，所述抛光处理后进行IPA超声清洗；

将铜背板机加工至装配尺寸，IPA超声清洗后对铜背板的焊接面进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为3～6μm，所述PVD镀膜后进行IPA超声清洗；

将中间层机加工至装配尺寸，所述中间层表面粗糙度Ra≤1.6μm，所述机加工后进行IPA超声清洗；

将所述钨靶材、所述焊接面以及中间层进行装配，所述装配的装配间隙为0.4～0.8mm，并依次进行包套焊接以及热等静压焊接；

所述包套焊接中脱气工艺的温度为250～350℃，真空度≤0.002Pa，时间为1～3h；

所述热等静压焊接的温度为300～400℃，压力≥105MPa，时间为3～8h。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本申请提供一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法可以提高钨靶材与铜背板的结合性能，结合率可以达到98.5％以上，解决了钨靶材与铜背板的结合能力不足的问题。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。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。

实施例1

本实施例提供一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括以下步骤：

对钨靶材焊接面进行精磨，所述精磨后焊接面的粗糙的Ra≤3μm，IPA超声清洗后进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为3μm，非焊接面进行抛光处理，所述抛光处理后进行IPA超声清洗；

将铜背板机加工至装配尺寸，IPA超声清洗后对铜背板的焊接面进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为3μm，所述PVD镀膜后进行IPA超声清洗；

将中间层机加工至装配尺寸，所述中间层表面粗糙度Ra≤1.6μm，所述机加工后进行IPA超声清洗；

将所述钨靶材、所述焊接面以及中间层进行装配，所述装配的装配间隙为0.4mm，并依次进行包套焊接以及热等静压焊接；

所述包套焊接中脱气工艺的温度为250℃，真空度≤0.002Pa，时间为3h；

所述热等静压焊接的温度为300℃，压力150MPa，时间为8h。

实施例2

本实施例提供一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括以下步骤：

对钨靶材焊接面进行精磨，所述精磨后焊接面的粗糙的Ra≤3μm，IPA超声清洗后进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为6μm，非焊接面进行抛光处理，所述抛光处理后进行IPA超声清洗；

将铜背板机加工至装配尺寸，IPA超声清洗后对铜背板的焊接面进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为6μm，所述PVD镀膜后进行IPA超声清洗；

将中间层机加工至装配尺寸，所述中间层表面粗糙度Ra≤1.6μm，所述机加工后进行IPA超声清洗；

将所述钨靶材、所述焊接面以及中间层进行装配，所述装配的装配间隙为0.8mm，并依次进行包套焊接以及热等静压焊接；

所述包套焊接中脱气工艺的温度为350℃，真空度≤0.002Pa，时间为1h；

所述热等静压焊接的温度为400℃，压力120MPa，时间为3h。

实施例3

本实施例提供一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括以下步骤：

对钨靶材焊接面进行精磨，所述精磨后焊接面的粗糙的Ra≤3μm，IPA超声清洗后进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为3.5μm，非焊接面进行抛光处理，所述抛光处理后进行IPA超声清洗；

将铜背板机加工至装配尺寸，IPA超声清洗后对铜背板的焊接面进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为3.5μm，所述PVD镀膜后进行IPA超声清洗；

将中间层机加工至装配尺寸，所述中间层表面粗糙度Ra≤1.6μm，所述机加工后进行IPA超声清洗；

将所述钨靶材、所述焊接面以及中间层进行装配，所述装配的装配间隙为0.45mm，并依次进行包套焊接以及热等静压焊接；

所述包套焊接中脱气工艺的温度为280℃，真空度≤0.002Pa，时间为2.5h；

所述热等静压焊接的温度为320℃，压力140MPa，时间为7h。

实施例4

本实施例提供一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括以下步骤：

对钨靶材焊接面进行精磨，所述精磨后焊接面的粗糙的Ra≤3μm，IPA超声清洗后进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为5.5μm，非焊接面进行抛光处理，所述抛光处理后进行IPA超声清洗；

将铜背板机加工至装配尺寸，IPA超声清洗后对铜背板的焊接面进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为5.5μm，所述PVD镀膜后进行IPA超声清洗；

将中间层机加工至装配尺寸，所述中间层表面粗糙度Ra≤1.6μm，所述机加工后进行IPA超声清洗；

将所述钨靶材、所述焊接面以及中间层进行装配，所述装配的装配间隙为0.7mm，并依次进行包套焊接以及热等静压焊接；

所述包套焊接中脱气工艺的温度为330℃，真空度≤0.002Pa，时间为1.6h；

所述热等静压焊接的温度为380℃，压力130MPa，时间为4h。

实施例5

本实施例提供一种钨靶材与铜背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括以下步骤：

对钨靶材焊接面进行精磨，所述精磨后焊接面的粗糙的Ra≤3μm，IPA超声清洗后进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为4.5μm，非焊接面进行抛光处理，所述抛光处理后进行IPA超声清洗；

将铜背板机加工至装配尺寸，IPA超声清洗后对铜背板的焊接面进行PVD镀钛膜，所述钛膜的厚度为4.5μm，所述PVD镀膜后进行IPA超声清洗；

将中间层机加工至装配尺寸，所述中间层表面粗糙度Ra≤1.6μm，所述机加工后进行IPA超声清洗；

将所述钨靶材、所述焊接面以及中间层进行装配，所述装配的装配间隙为0.6mm，并依次进行包套焊接以及热等静压焊接；

所述包套焊接中脱气工艺的温度为300℃，真空度≤0.002Pa，时间为3h；

所述热等静压焊接的温度为350℃，压力135MPa，时间为5h。

对比例1

本对比例除了对钨靶材焊接面不进行PVD镀膜处理外，其余条件均与实施例5相同。

对比例2

本对比例除了对铜背板的焊接面不进行PVD镀膜处理外，其余条件均与实施例5相同。

实施例1-5以及对比例1-2中IPA超声清洗的时间为10min，IPA超声清洗或均进行真空干燥，真空度为0.01Pa以下，时间为60min。

实施例1-5以及对比例1-2中所述钨靶材、所述焊接面以及中间层进行装配的方法为：钨靶材镀膜面与中间层装配，中间层放置于铜背板镀膜面朝上装配。

实施例1-5以及对比例1-2使用背板为CuZn合金，型号C46400，电导率范围：14.5-15.6ms/m，中间层为铝中间层。采用C-SCAN检测验证焊接效果，其检测条件如表1所示，结果如表2所示。

表1

表2

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、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。