一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法及制得的铜靶材组件技术

本发明专利技术涉及一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法及制得的铜靶材组件，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)在铜靶材焊接面上镀钛膜，再将镀有钛膜的铜靶材和铝合金背板进行装配处理，然后整体放入包套内；(2)将步骤(1)得到的包套封口后进行脱气处理；(3)将步骤(2)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除所述包套，完成所述铜靶材和铝合金背板的扩散焊接。所述扩散焊接方法通过钛膜的良好扩散性，有助于提高铜靶材和铝合金背板之间的焊接结合度；此外，将钛膜镀在铜靶材焊接面上，可以提高钛膜的均匀性，有助于增强焊接结合度，既可以使操作简单化，又能节省原料成本。采用所述方法制得的铜靶材组件，焊接结合度在99％以上。

A diffusion welding method of copper target and aluminum alloy back plate and a copper target component

【技术实现步骤摘要】
一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法及制得的铜靶材组件
本专利技术涉及半导体
，涉及一种靶材组件的焊接方法，尤其涉及一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法及制得的铜靶材组件。
技术介绍
金属溅射靶材是溅射沉积技术中用做阴极的材料，在溅射机台中被带正电荷的阳离子撞击作用下，金属溅射靶材表面金属以分子、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采用高纯的铝、铜、钛、镍、钽等比较贵重的金属材料。由于金属溅射靶材的强度不一，在实际应用过程中，需要将符合性能要求的金属溅射靶材和具有一定强度的背板结合制成靶材组件，然后安装在溅射机台上，在磁场、电场作用下有效地进行溅射控制。背板不仅可以为金属溅射靶材起到支撑作用和冷却作用，还可以降低生产工艺的原料成本。常用的背板材料有铝合金和铜合金等。目前，需要将金属溅射靶材和背板进行加工并焊接成型，才能保证后续溅射的成功进行。如果金属溅射靶材和背板之间的焊接结合度较差，将导致金属溅射靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板上脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，还可能会导致溅射基台损坏。铜靶材因为硬度较低，需要与高硬度的合金背板焊接在一起。目前常用的焊接方法主要是钎焊和扩散焊接。对于钎焊工艺所制造的铜靶材组件，由于钎料的熔点较低，耐高温性能较差，当铜靶材组件所使用机台温度较高时，容易出现钎料熔化的现象，从而容易增加产品脱焊的风险。扩散焊接是指相互接触的材料表面，在温度和压力的作用下相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面处形成新的扩散层，从而实现可靠连接，属于高温、高压、高强度的焊接方法。然而，如果扩散焊接的温度较高，铜靶材易发生晶粒异常长大，造成晶粒粗大的现象，会对所形成互连结构、导线的线宽以及均匀性有不利影响，进而影响所形成半导体芯片的性能。热等静压(HotIsostaticPress，简称HIP)是一种利用热等静压机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来制备高致密度坯料或零件的方法。热等静压技术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技术。现有技术中将扩散焊接和HIP相结合，开发出了HIP扩散焊接技术。CN101579782A公开了一种铜靶材坯料与铜合金背板的焊接方法，包括提供铜靶材坯料和铜合金背板，将铜靶坯料和铜合金背板放置入真空包套送入焊接设备，采用热等静压工艺进行扩散焊接，将铜靶材坯料焊接至铜合金背板形成靶材组件，完成焊接后，进行空冷并拆除真空包套取出靶材组件。所述焊接方法采用的是HIP扩散焊接技术，通过机加工使得靶材以及背板表面的光洁度达到0.2μm～3.2μm，由此形成的焊接层较薄，焊接效果不佳。CN101648303A公开了一种靶材与背板的焊接方法，包括：提供铜靶材和背板；在铜靶材的焊接面上形成金属中间层；在背板的焊接面上添加钎料；进行钎焊加热熔化钎料将铜靶材焊接至背板形成靶材组件；然后保温热扩散处理；冷却靶材组件，并进行机械加工去除多余的钎料。所述焊接方法虽然通过金属中间层改善了焊接工件与钎料难以浸润的问题，但是钎焊方法仍然存在焊接结合度不高、耐高温性能差的问题。CN108213855A公开了一种铜靶材组件及其制造方法，包括提供背板和铜靶材，所述背板包括第一焊接面，所述铜靶材包括第二焊接面；在所述第一焊接面上形成由多个凸起构成的花纹；将所述第二焊接面与形成有花纹的第一焊接面相对设置并贴合形成初始组件；对所述初始组件进行焊接处理，使所述第一焊接面内的凸起嵌入所述第二焊接面内，在所述铜靶材和所述背板之间形成焊接层，所述焊接层的厚度大于或等于所述凸起的高度，以获得铜靶材组件。所述焊接方法虽然通过在背板上车削螺纹增大了焊接面的接触面积，将焊接层增厚，但是仍然无法达到铜靶材和铝合金背板的焊接结合度对应的质量要求。CN110539067A公开了一种高纯铜靶材的扩散焊接方法，包括准备高纯铜靶材与背板，并在背板的焊接面加工螺纹；将金属粉末均匀设置于背板的螺纹面；将高纯铜靶材与背板组合后放入金属包套，然后对金属包套进行脱气处理，然后对脱气处理后的金属包套进行密封；热等静压处理密封后的金属包套，然后冷却至室温；去除金属包套，完成高纯铜靶材与背板的扩散焊接。所述焊接方法虽然通过均匀布置金属粉末来填充由于螺纹挤压变形带来的孔洞，但是仍然无法达到铜靶材和铝合金背板的焊接结合度对应的质量要求。综上所述，目前亟需开发一种行之有效的铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法及制得的铜靶材组件，所述扩散焊接方法包括：在铜靶材焊接面上镀钛膜，镀有钛膜的铜靶材和铝合金背板的装配处理，放入包套并封口，脱气处理，热等静压焊接，然后去除所述包套，完成所述铜靶材和铝合金背板的扩散焊接。所述扩散焊接方法通过钛膜的良好扩散性，有助于提高铜靶材和铝合金背板之间的焊接结合度；此外，将钛膜镀在铜靶材焊接面上，可以提高钛膜的均匀性，有助于增强焊接结合度，既可以使操作简单化，又能节省原料成本。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)在铜靶材焊接面上镀钛膜，再将镀有钛膜的铜靶材和铝合金背板进行装配处理，然后整体放入包套内；(2)将步骤(1)得到的包套封口后进行脱气处理；(3)将步骤(2)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除所述包套，完成所述铜靶材和铝合金背板的扩散焊接。本专利技术所述扩散焊接方法通过钛膜的良好扩散性，通过钛向铝合金背板的扩散作用，从而增强了铜靶材和铝合金背板之间的焊接结合度；此外，将钛膜镀在相对光滑的铜靶材焊接面上，可以提高钛膜的均匀性，保证了后续钛膜扩散作用的均匀性，进而有助于提高铜靶材和铝合金背板之间的焊接结合度，既可以使操作简单化，又能节省原料成本。采用所述方法制得的铜靶材组件，经超声波C扫描成像探伤仪检测，铜靶材和铝合金背板的焊接结合度在99％以上。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述钛膜的厚度为3-6μm，例如3μm、3.5μm、4.5μm、5μm、5.5μm或6μm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，步骤(1)所述钛膜的镀膜方法为物理气相沉积，优选为真空磁控溅射。优选地，所述真空磁控溅射的的电流为15-25A，例如15A、16A、17A、18A、19A、20A、21A、22A、23A、24A或25A等，偏压为80-130V，例如80V、90V、100V、110V、120V或130V等，温度为100-150℃，例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等，时间为2-4h，例如2h、2.1h、2.3h、2.5h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.5h、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法，其特征在于，所述扩散焊接方法包括如下步骤：/n(1)在铜靶材焊接面上镀钛膜，再将镀有钛膜的铜靶材和铝合金背板进行装配处理，然后整体放入包套内；/n(2)将步骤(1)得到的包套封口后进行脱气处理；/n(3)将步骤(2)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除所述包套，完成所述铜靶材和铝合金背板的扩散焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜靶材和铝合金背板的扩散焊接方法，其特征在于，所述扩散焊接方法包括如下步骤：
(1)在铜靶材焊接面上镀钛膜，再将镀有钛膜的铜靶材和铝合金背板进行装配处理，然后整体放入包套内；
(2)将步骤(1)得到的包套封口后进行脱气处理；
(3)将步骤(2)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除所述包套，完成所述铜靶材和铝合金背板的扩散焊接。


2.根据权利要求1所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(1)所述钛膜的厚度为3-6μm；
优选地，步骤(1)所述钛膜的镀膜方法为物理气相沉积，优选为真空磁控溅射；
优选地，所述真空磁控溅射的电流为15-25A，偏压为80-130V，温度为100-150℃，时间为2-4h。


3.根据权利要求1或2所述的扩散焊接方法，其特征在于，在步骤(1)所述镀钛膜之前，对所述铜靶材焊接面进行焊接面加工，然后进行清洗和干燥处理；
优选地，对所述铜靶材焊接面进行光滑处理；
优选地，所述光滑处理为采用金刚石刀片进行车削；
优选地，所述清洗处理为采用异丙醇清洗液进行超声波清洗；
优选地，所述超声波清洗时间为5-20min；
优选地，所述干燥处理为真空干燥处理；
优选地，所述真空干燥处理的真空度＜0.01Pa；
优选地，所述真空干燥处理的干燥时间为40-100min。


4.根据权利要求1-3任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，在步骤(1)所述装配处理之前，对所述镀有钛膜的铜靶材进行清洗和干燥处理；
优选地，所述清洗处理为采用异丙醇清洗液进行超声波清洗；
优选地，所述超声波清洗时间为5-20min；
优选地，所述干燥处理为真空干燥处理；
优选地，所述真空干燥处理的真空度＜0.01Pa；
优选地，所述真空干燥处理的干燥时间为40-100min。


5.根据权利要求1-4任一项所述的扩散焊接方法，其特征在于，步骤(1)所述铝合金背板带有凹槽，所述凹槽的底面为铝合金背板焊接面；
优选地，对所述铝合金背板焊接面进行焊接面加工；
优选地，对所述铝合金背板焊接面进行车削螺纹处理；
优选地，所述螺纹处理后形成螺纹凸起；
优选地，相邻所述螺纹凸起之间的距离为0.3-0.6mm；
优选地，所述螺纹凸起的高度为0.05-0.25mm；
优选地，在垂直于螺纹延伸方向的截面内，所述螺纹凸起的尺寸沿背向所述背板的方向逐渐减小。

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，潘杰，边逸军，王学泽，章丽娜，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33