專利名稱：一種分布式熔焊實現(xiàn)靶材與背板連接的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靶材與背板的連接方法，應(yīng)用于濺射靶材組件的制備。
背景技術(shù)：
靶材與背板的連接是半導(dǎo)體集成電路、液晶顯示等行業(yè)用PVD濺射靶材組件制備的關(guān)鍵技術(shù)。耙材與背板的連接除了滿足良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電以及結(jié)合強度要求外，還必須保證連接工藝不能影響靶材的化學(xué)純度和組織性能等。
高純鋁及鋁合金、高純銅等是廣泛應(yīng)用的濺射耙材材料，普通鋁、銅合金等是常見的背板材料。目前，關(guān)于這些耙材與背板的連接存在各種不同的方法。如通過靶材和背板表面加工出能夠相互鎖緊或咬合的結(jié)構(gòu)，靶材與背板之間通過機械配合實現(xiàn)可靠連接的方法，采用這種方法連接過程比較簡單，但是耙材和背板表面需要加工出的配合結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大，同時對靶材與背板的定位精度要求高。另外一種比較典型的方法是，在一定溫度下通過大的壓力擠壓和后續(xù)長時間熱擴散處理工藝等實現(xiàn)靶材與背板的連接，這種方法工藝較復(fù)雜，效率相對較低。因此，雖然上述靶材與背板的連接方法，應(yīng)用于靶材組件的加工制備均具有可行性，但是工藝實現(xiàn)上比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種靶材與背板的可靠連接方法。它不需要對靶材或者背板表面加工出復(fù)雜的構(gòu)型，工藝簡單，加工效率高。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，將表面粗化處理過的靶材與背板壓合在一起，采用電子束或者激光束等高能束在背板表面進行分布式掃描，形成離散分布的焊道，每道焊縫深度大于背板厚度，將靶材與背板熔焊在一起。該靶材與背板連接的方法，其特征在于包括如下步驟
1) 、靶材與背板待連接面的表面粗化處理；
2) 、將靶材與背板疊放，加熱后施加壓力將兩個待連接面無間隙壓合在一起;
3) 、將壓合在一起的靶材和背板組件平放，從背板表面進行分布式深熔焊。焊道非連續(xù)，在背板表面呈離散分布圖案，焊縫處焊接深度大于背板厚度，背板與靶材熔焊在一起。
4) 、對靶材與背板組件進行后續(xù)加工處理。
所述待焊面的粗化處理包括采用噴砂、噴丸、車銑刨等加工使得靶材與背板其中至少一面表面粗糙化。
所述耙材與背板的施壓溫度在20(rC 5()(TC之間，壓力為50 200MPa，使得兩者完全壓合在一起。
所述的熔焊方法為采用電子束、激光束等高能密度束進行焊接。通過高能密度束的掃描路徑、開關(guān)束時間間隔的控制，實現(xiàn)焊道在背板表面分布特征的控制；通過對高能束的功率密度的控制，實現(xiàn)對焊接深度的控制。焊接過程中背板被焊透，焊縫在耙材中的焊接深度h為0.1 5mm。
釆用本方法，在靶材與背板組件的壓合之前進行表面粗化處理，有利于增強靶材與背板的結(jié)合。在一定溫度和壓力作用下，靶材與背板的連接表面被迫發(fā)生流動變形，排出兩者界面間殘留的空氣，無間隙壓合在一起。再利用電子束或者激光束等高能束能量密度集中、可控性好、焊縫深寬比大等特點，能夠直接將背板焊透，背板和靶材材料熔焊形成的焊縫具有高的結(jié)合強度和小的熱影響區(qū)。同時采用分布式非連續(xù)焊接的方式，避免了焊接熱輸入量過大使得靶材溫度驟然升高導(dǎo)致晶粒長大和由于較大的焊接熱應(yīng)力產(chǎn)生變形等問題。與已有的連接方法相比，本發(fā)明對靶材與背板待焊表面不需要復(fù)雜的加工，也避免了繁瑣的熱處理工藝，加工要求低，焊接時間短，結(jié)合強度高，是一種簡單、可靠的靶材與背板的連接方法，適用于不同形狀的高純鋁、銅濺射耙的制備。


下面根據(jù)附圖和結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的方法作進一步說明。 圖l是濺射靶材與背板組件連接方式的截面示意圖。
圖2是實施例1中圓形耙材的背板表面焊縫分布的示意圖。 圖3是實施例1中的靶材與背板熔焊界面的顯微組織圖。 圖4是實施例2中矩形耙材背板表面焊縫分布的示意圖。 l一靶材，2—背板，12—靶材與背板的粗糙結(jié)合面，3—熔焊的焊縫，4 一熔焊在背板表面上形成的分布式焊道，h—焊縫在靶材中的深度
具體實施例方式
實施例l
高純Al-0.5。/。Cu (wt.)合金(純度>99.9995%)圓形靶材和6061A1合金背板的 連接。其連接工藝如下
1. 將6061A1合金背板通過噴丸處理，使其表面粗化；
2. 將Al-0.5y。Cu合金耙材和6061Al合金背板對中疊放在一起，加熱到 200 280°C，在壓力機下施加50 150MPa的壓力，兩待連接面無間隙壓合在一起；
3. 將壓合在一起的靶材和背板組件平放，采用電子束從6061A1背板表面進 行分布式深熔焊，背板與靶材的界面結(jié)合方式如圖l所示。焊接時通過控制電子 束的開束、關(guān)束實現(xiàn)焊接的起始和結(jié)束，每道焊道的長度約為10mm，形成以背 板(靶材)中心為圓心的非連續(xù)同心圓焊道陣列(圖2)。通過調(diào)節(jié)電子束的輸出 功率、掃描速度等控制電子束的功率密度，熔焊處焊縫在靶材中的深度h為 1 3mm。
4)、對耙材與背板組件進行后續(xù)其他加工處理，加工制出靶材成品。 通過對耙材組件的解剖觀察，耙材與背板之間不存在宏觀間隙，靶材背板的熔焊部位完全焊合(圖3)。濺射區(qū)靶材材料的純度、晶粒尺寸與焊接前未發(fā)生改 變，達到了靶材與背板的連接要求。
實施例2
高純Al-4。/。Cu(wt.)合金(純度〉99.999%)矩形耙和2024A1合金背板的焊接。
其連接工藝如下
1. 將Al-4MCu和2024Al合金背板通過銑削加工，使兩者表面粗化；
2. 將Al-4MCu合金靶材和2024Al合金背板對中疊放在一起，加熱到250~350 °C，在壓力機下用120 200MPa壓力將兩個待連接面無間隙壓合在一起；
3. 將壓合在一起的靶材和背板組件平放，采用激光束從2024A1背板表面進 行分布式深熔焊，焊接時通過控制激光束的開光、關(guān)光時間，每道焊道的長度約 為15mm，形成如圖4所示的非連續(xù)焊道分布圖案。通過調(diào)節(jié)激光束的輸出功率、 掃描速度等控制焊接深度，將背板與靶材熔焊在一起，焊縫在靶材中的深度h為 0.2~0.8mm。
4)、對靶材與背板組件進行后續(xù)其他加工處理，加工制出靶材成品。 通過對靶材組件的解剖觀察，耙材與背板之間不存在宏觀間隙，靶材與背板
的熔焊部位完全焊合，濺射區(qū)靶材材料的純度、晶粒尺寸與焊接前未發(fā)生改變，
達到了靶材與背板的連接要求。
權(quán)利要求
1、一種分布式熔焊實現(xiàn)靶材與背板連接的方法，其特征在于包括如下步驟1)、靶材與背板待連接面的表面粗化處理；2)、將靶材與背板疊放，加熱后施加壓力將兩個待連接面無間隙壓合在一起；3)、將壓合在一起的靶材和背板組件平放，從背板表面進行分布式深熔焊，焊道非連續(xù)，在背板表面呈離散分布圖案，焊縫處焊接深度大于背板厚度，背板與靶材熔焊在一起；4)、對靶材與背板組件進行后續(xù)加工處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟l)中，表面粗化處理是指采用噴砂、噴丸、車、銑、刨加工手段使得靶材和背板其中至少一個待連接面的表面粗糙化。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟2)中，靶材與背板的加熱溫度為20(TC 500。C，對靶材與背板施加的壓力為50 200MPa。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟3)中，所采用的熔焊方法包括電子束、激光束高能密度束焊接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟3)中，通過高能密度束的掃描路徑、開關(guān)束時間間隔的控制，實現(xiàn)焊道在背板表面分布特征的控制。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟3)中，通過對高能密度束功率密度的控制，實現(xiàn)對焊接深度的控制。
7、根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟3)中，熔焊將背板焊透，焊縫在靶材中的焊接深度h為0.1 5mm。
全文摘要
本發(fā)明屬一種分布式熔焊實現(xiàn)靶材與背板連接的方法。先對靶材與背板其中至少一個待連接表面進行粗化處理，后將靶材與背板壓合在一起，再采用電子束、激光束等高能束流從背板表面進行分布式深熔焊，使得背板和靶材組件焊合在一起。本發(fā)明利用高能束能量密度集中、可控性好、焊縫深寬比大等特點，能夠直接將背板焊透，背板和靶材材料熔焊形成的焊縫具有高的結(jié)合強度和小的熱影響區(qū)。采用分布式非連續(xù)焊接的方式，避免了焊接熱輸入量過大使得靶材溫度驟然升高導(dǎo)致晶粒長大和由于較大的焊接熱應(yīng)力產(chǎn)生變形等問題。本發(fā)明對靶材和背板表面的加工要求低，焊接時間短，結(jié)合強度高，是一種簡單、可靠的靶材與背板組件的連接方法，適用于濺射靶的制備。
文檔編號C23C14/34GK101671810SQ20081011991
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者何金江, 尚再艷, 贊 廖, 楊亞卓, 軒 江, 熊曉東, 王欣平 申請人:北京有色金屬研究總院;有研億金新材料股份有限公司