一種擴(kuò)散焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種擴(kuò)散焊接方法。本發(fā)明方法具體步驟為：提供鋁及銅；在銅焊接面上加工形成凹槽；在焊接面上形成擴(kuò)散阻擋層；采用熱等靜壓方法將鋁與銅進(jìn)行焊接。本方法利用擴(kuò)散阻擋層實(shí)現(xiàn)了鋁與銅的大面積擴(kuò)散焊接，獲得了高強(qiáng)度焊接組件。本發(fā)明方法在鋁與銅的焊接面上形成擴(kuò)散阻擋層能夠有效阻止鋁銅金屬間化合物的生成，獲得較高的焊接強(qiáng)度；采用熱等靜壓方法能夠?qū)崿F(xiàn)鋁銅的大面積焊接，獲得穩(wěn)定一致的焊接質(zhì)量；當(dāng)鋁作為銅與其他金屬焊接的過渡層時能夠?qū)崿F(xiàn)一步焊接，減少工藝步驟，縮短加工周期，降低生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種擴(kuò)散焊接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種擴(kuò)散焊接方法。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體行業(yè)中的靶材組件通常由靶材與背板焊接組成。靶材多為高純金屬加工而成，成本較高，而且很多靶材材料與背板之間由于材料性能差別較大而難以焊接，因此需要在靶材與背板之間添加過渡層，緩沖靶材與背板材料性能差距的同時降低靶材組件成本。銅憑借優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能成為常用的背板材料，而鋁的硬度低、塑性好、價格低廉，是優(yōu)良的過渡層材料。
[0003]目前，靶材組件的焊接通常采用熱等靜壓方式，尤其是添加有過渡層的靶材組件，只有通過熱等靜壓才能夠?qū)崿F(xiàn)一步式焊接，減少不必要的工藝程序，節(jié)約生產(chǎn)成本。鋁與銅由于容易產(chǎn)生脆性金屬間化合物難以獲得高強(qiáng)度的焊縫，現(xiàn)有銅鋁焊接方式由于工藝局限性不適用于靶材組件的焊接。因此，必須找到一種焊接方法，適用于鋁與銅的大面積熱等靜壓焊接，防止鋁銅金屬間化合物的生成，獲得高強(qiáng)度焊接組件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種焊接方法，解決鋁與銅擴(kuò)散焊接強(qiáng)度低的問題。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種擴(kuò)散焊接方法，其具體步驟如下:
[0006](I)提供鋁和銅；
[0007](2)在鋁的焊接面或已加工出凹槽的銅的焊接面上制備擴(kuò)散阻擋層；
[0008](3)采用熱等靜壓方法將鋁與銅進(jìn)行焊接。
[0009]所述鋁為純鋁或鋁合金。
[0010]所述銅為純銅或銅合金。
[0011]所述凹槽形狀為圓弧形、V形、矩形或倒梯形。
[0012]所述擴(kuò)散阻擋層為鎳層或鎳合金層。
[0013]所述擴(kuò)散阻擋層的制備方法為濺射、真空蒸鍍、化學(xué)鍍、電鍍或噴涂。
[0014]所述擴(kuò)散阻擋層的厚度為0.01 μ m?1000 μ m。
[0015]所述熱等靜壓方法的溫度為200°C?600°C，壓強(qiáng)為50MPa?150MPa，保溫時間為0.5?10小時。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017](I)在鋁與銅的焊接面上形成擴(kuò)散阻擋層能夠有效阻止鋁銅金屬間化合物的生成，獲得較高的焊接強(qiáng)度；(2)采用熱等靜壓方法能夠?qū)崿F(xiàn)鋁銅的大面積焊接，獲得穩(wěn)定一致的焊接質(zhì)量；(3)當(dāng)鋁作為銅與其他金屬焊接的過渡層時能夠?qū)崿F(xiàn)一步焊接，減少工藝步驟，縮短加工周期，降低生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明鋁與銅擴(kuò)散焊接的工藝流程圖；
[0019]圖2至圖5為本發(fā)明實(shí)施例1鋁與銅擴(kuò)散焊接方法的示意圖；
[0020]圖6為實(shí)施例1中鋁銅焊接界面處SEM照片；
[0021]圖7為對比例I中鋁銅焊接界面處SEM照片；
[0022]圖中標(biāo)號:20_鋁；200-鋁焊接面；21_銅；210_銅焊接面；22_擴(kuò)散阻擋層。

【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供了一種擴(kuò)散焊接方法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0024]實(shí)施例1
[0025]圖1為本發(fā)明鋁與銅擴(kuò)散焊接的工藝流程圖。如圖1所示，執(zhí)行步驟S101，提供鋁和銅；
[0026]執(zhí)行步驟S102，在鋁或銅的焊接面上形成擴(kuò)散阻擋層；
[0027]執(zhí)行步驟S103，采用熱等靜壓方法將鋁與銅進(jìn)行擴(kuò)散焊接，二者焊接面之間為擴(kuò)散阻擋層。
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0029]圖2至圖5為本發(fā)明鋁與銅焊接的實(shí)施例示意圖。如圖2所示，提供鋁20，材質(zhì)具體可以為純鋁或鋁系合金，可以為任意形狀的板材。作為一個優(yōu)選的實(shí)施例，鋁20的材質(zhì)選擇牌號1050工業(yè)純鋁，形狀為圓形，直徑420mm，厚度2mm。
[0030]如圖3所示，提供銅21，所述銅21的材質(zhì)可以為純銅或銅系合金。在銅21的焊接面210上加工形成一系列均勻分布的凹槽，由于該技術(shù)為業(yè)內(nèi)技術(shù)人員所工時，在此不作贅述。作為一個優(yōu)選實(shí)施例，銅21選擇銅鋅錫合金,形狀為圓形,直徑420mm,厚度1mm,在銅焊接面210加工出一系列均勻分布的V形凹槽。
[0031]如圖4所示，在鋁焊接面200或銅焊接面210上制備擴(kuò)散阻擋層22。制備擴(kuò)散阻擋層22的方法有多種，具體可以采用濺射、真空蒸鍍、化學(xué)鍍、電鍍或者噴涂等工藝，材質(zhì)具體為鎳層或鎳合金層。作為一個優(yōu)選的實(shí)施例，在加工有凹槽的銅焊接面210上濺射沉積鎳金屬層作為擴(kuò)散阻擋層，濺射工藝具有成膜厚度均勻、附著力強(qiáng)、膜厚控制精確等優(yōu)點(diǎn)。所述擴(kuò)散阻擋層的厚度可以為0.01 μ m?1000 μ m,本實(shí)施例選擇厚度為Ιμηι。
[0032]如圖5所示，進(jìn)行熱等靜壓焊接，將鋁20與銅21進(jìn)行擴(kuò)散焊接。焊接溫度可在200°C?600°C內(nèi)選擇，壓強(qiáng)保持在50MPa?150MPa，保溫時間0.5?10小時，本實(shí)施例所選用熱等靜壓焊接參數(shù)為490°C，壓強(qiáng)lOOMPa，保溫3小時。具體的熱等靜壓焊接過程為行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員所共知，不再贅述。
[0033]整個實(shí)施流程完成后對所述實(shí)施例進(jìn)行強(qiáng)度測試，所得抗拉強(qiáng)度值達(dá)到108MPa。對實(shí)施例樣品進(jìn)行焊縫SEM分析，如圖6所示，在鋁銅焊接界面出沒有金屬間化合物生成，在微觀上確保了焊接質(zhì)量的可靠性。
[0034]本發(fā)明雖然以優(yōu)選實(shí)施例公布如上，但并不對本發(fā)明構(gòu)成限定，本領(lǐng)域任何技術(shù)人員均可在本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)做出一定變動和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以本發(fā)明的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
[0035]對比例I
[0036]選擇牌號1050工業(yè)純鋁，形狀為圓形，直徑420mm，厚度2mm ;選擇銅鋅錫合金，形狀為圓形，直徑420mm，厚度10mm，銅焊接面210加工出一系列均勻分布的V形凹槽，在與上述實(shí)施例相同的熱等靜壓焊接工藝，溫度490°C，壓強(qiáng)lOOMPa，保溫3小時。
[0037]完成焊接后對對比例樣品進(jìn)行焊接強(qiáng)度測試，所得抗拉強(qiáng)度值為28MPa。對樣品進(jìn)行焊縫SEM分析，如圖7所示，在鋁銅焊接面上生成了三層金屬間化合物，厚度達(dá)到29 μ m,嚴(yán)重影響了焊縫強(qiáng)度。
【權(quán)利要求】
1.一種擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)提供招和銅； (2)在鋁的焊接面或已加工出凹槽的銅的焊接面上制備擴(kuò)散阻擋層； (3)采用熱等靜壓方法將鋁與銅進(jìn)行焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散焊接方法，其特征在于:所述鋁為純鋁或鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散焊接方法，其特征在于:所述銅為純銅或銅合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散焊接方法，其特征在于:所述凹槽形狀為圓弧形、V形、矩形或倒梯形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散焊接方法，其特征在于:所述擴(kuò)散阻擋層為鎳層或鎳合金層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散焊接方法，其特征在于:所述擴(kuò)散阻擋層的制備方法為濺射、真空蒸鍍、化學(xué)鍍、電鍍或噴涂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散焊接方法，其特征在于:所述擴(kuò)散阻擋層的厚度為0.0l μ m ?1000 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擴(kuò)散焊接方法，其特征在于:所述熱等靜壓方法的溫度為200°C?600°C，壓強(qiáng)為50MPa?150MPa，保溫時間為0.5?10小時。
【文檔編號】B23K20/24GK104227219SQ201410342246
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】徐學(xué)禮, 王興權(quán), 董亭義, 李勇軍, 萬小勇, 何金江, 王越 申請人:有研億金新材料有限公司