一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法技术

本发明专利技术公开了属于靶材焊接技术领域的一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法，步骤如下：将稀土靶坯和背板焊接面进行车齿，在车齿面进行背金处理；在稀土靶坯的非焊接面镀保护层；二者焊接界面设置中间层；制备焊接用包套，在包套内表面涂覆防护层；将稀土靶坯、中间层和背板装配到包套内，将包套进行电子束封焊加工，得到封焊靶材；将封焊靶材进行热等静压扩散焊接，得到高纯稀土靶材。本发明专利技术制备的靶材，克服了稀土材料活性高易氧化及与包套材料反应污染的问题，并且所述靶材焊合率≥99％，焊接强度≥60MPa，并且包套与靶材可自动分离，节约成本，提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法
本专利技术属于于靶材焊接
，尤其涉及一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法。
技术介绍
随着集成电路产业技术不断发展，CMOS晶体管的尺寸越来越小，集成度越来越高，制程节点为65nm左右时，常采用SiO2材料；当制程节点为45-14nm时，使用铪基复合材料；在10nm以下制程节点，铪基复合材料已经无法满足制程要求，需要采用更高K栅介质材料，稀土高K栅介质材料，如：镧、钇、钆等元素的非晶态氧化物，因具有高介电常数、较大的带隙以及良好的热稳定性等特性，成为下一代集成电路栅介质材料优良的替代材料。稀土合金靶材，如高纯铝钪稀土合金靶材，主要用于溅射高纯AlScN薄膜。相比现有AlN压电薄膜，其具有更强更优的压电性能，其应用领域主要分为高频移动通信(5G)射频滤波器芯片及各类先进MEMS传感器制造。栅介质材料等薄膜制备一般采用PVD磁控溅射技术制备，采用的原材料为相应的溅射靶材。开发高纯稀土金属靶材对解决先进电子材料的迫切需求具有重要的意义。对于靶材的制备工艺，通常要将靶材与背板进行焊接成型加工，然后再经过机加工及后处理工艺，最后得到成品靶材产品。稀土材料为稀有资源，高纯稀土材料价格昂贵，靶材扩散焊接后，靶材可能与包套材料焊接一起，去除非常困难，同时靶材扩散焊接后，因靶材、背板及包套材料的线膨胀系数不同，导致靶材会发生不同程度的变形，在机加工去除包套时，会将部分稀土材料加工去除，造成资源的浪费，同时，造成靶材厚度均匀性变差，使铁磁性稀土材料靶材性能降低。高纯稀土材料因其活性高，易与空气及水反应，在高温下易与焊料铟、金属铝、铜等材料发生反应，对加工过程的焊接工艺提出了更高的要求。目前，国内外鲜有关于稀土靶材焊接技术的科研及工业应用的相关报道。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法，包括如下步骤：1)稀土靶坯及背板加工：将稀土靶坯和背板焊接面进行车齿加工，并在车齿面进行背金处理，然后进行真空包装；2)稀土靶坯表面处理：在稀土靶坯的非焊接表面镀保护层；3)中间层设计：在稀土靶坯和背板的焊接界面设置中间层；4)包套加工：普车制备焊接用包套，并对包套进行焊接前清洗处理；5)包套特殊处理：在包套内表面均匀涂覆防护层，并进行烘干处理；6)电子束封焊加工：将稀土靶坯、中间层和背板装配到包套内，真空条件下，将包套接口处进行电子束封焊加工，得到封焊靶材；7)热等静压扩散焊接加工：将封焊靶材进行热等静压扩散焊接加工，稀土靶坯和背板的车齿结构咬入中间层材料，并发生扩散焊接，去除包套，得到一体的高纯稀土靶材。所述高纯稀土靶材的稀土材料包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕，钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇金属及其合金中的任意一种；所述合金包括稀土的Al合金、Fe合金、Co合金或Zr合金；具体包括：Nb-Fe、Sm-Fe、Tb-Fe、Dy-Fe、Al-Sc、Al-Nd、Al-Er、Co-Zr-RE等合金；背板材料包括铝合金、铜或铜合金；高纯稀土靶材的焊合率≥99％，焊接强度≥60MPa。步骤5)中所述防护层材料为BN或ZrO2。所述步骤2)中保护层材料为TaN或TiN。所述步骤1)中背金方法采用磁控溅射镀膜方法，溅射薄膜为高纯Ni或NiV膜。所述步骤1)中车齿结构为V型凹陷和梯形凸部间隔分布，V型凹陷的底角α为55度，角两边关于底角的平分线对称；V型凹陷和梯形凸部的深度h为0.2cm；每相邻两个V型凹陷和梯形凸部长度L为0.35cm。所述步骤3)中间层材料为纯铝或钛，厚度为1.8～8mm。所述步骤4)中包套材料采用6061Al或不锈钢，采用稀盐酸对包套进行酸洗处理，去除表面氧化层。所述步骤6)电子束封焊加工，在真空环境中进行。所述步骤7)的焊接温度为250-600℃，焊接压强为80MPa-120MPa，保温保压时间为2.5h-5.5h。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术焊接方法制备稀土靶材，焊接强度高，适合高溅射功率的需求，适用于半导体及集成电路制造等领域。2.本专利技术将活性高的稀土材料采用溅射镀保护层材料的方法将其保护，防止与包套材料或防护材料反应或扩散，避免稀土材料的污染甚至报废，提高了稀土材料的利用率，减少投料，节约成本。3.本专利技术将包套内表面涂覆BN或ZrO2等材料进行防护处理，避免了包套与稀土、镀层或背板的反应或扩散；去除包套时，包套与靶材可自动分离，避免了加工包套时因焊接变形将部分稀土材料加工去除，同时保证了稀土靶材的厚度均匀性，对于具有铁磁性的稀土及其合金靶材，靶材的厚度均匀性对材料的透磁率均匀性影响较大，靶材厚度均匀性越高，制备薄膜均匀性越好；制备涂层常用方法为等离子喷涂、物理化学气相沉积、自蔓延高温燃烧合成等，技术设备复杂，成本高，本方法采用简单的物理涂覆方式制备防护材料，操作简单，成本低，效率高，稀土靶材能够得到有效防护，有效提高了加工效率及靶材性能。4.本专利技术焊接方法，克服了稀土材料活性高，常规钎焊焊接方法焊接氧化问题，同时避免引起稀土材料与焊料的反应污染。5.本专利技术为克服靶材与背板的直接焊接强度低问题，引入中间层焊接界面设计，进行焊接面结构及背金设计，优选中间层材料实现靶材与背板的高可靠性连接。6.本专利技术通过对焊接界面结构设计、靶材金属化及包套防护处理，提高了靶材的焊合率及焊接强度，焊合率≥99％，焊接强度≥60MPa，稀土靶材得到有效防护，与包套无反应及扩散污染，包套与靶材可自动分离，节约成本，提高生产效率。附图说明图1为靶材扩散焊接加工工艺流程图；图2为靶坯主视图；图3为靶坯的俯视图；图4为图2中A部分放大的车齿结构示意图；图5为包套结构示意图；图6为含中间层材料的靶材焊接结构图；图7为图6中A部分放大的靶材焊接结构示意图；图8为无中间层材料的靶材焊接结构图；图9为图8中A部分放大的靶材焊接结构示意图；其中：1-靶坯，2-背板，3-中间层，4-包套。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：按图1所示流程图进行加工：1)稀土靶坯及背板加工：将稀土靶坯和背板焊接面，以中心为原点，进行环向车齿加工，车齿结构和位置如图2、图3和图4所示，车齿结构为V型凹陷和梯形凸部间隔分布，V型凹陷的底角为α，角度为55度，角两边关于底角的平分线对称；V型凹陷深度h为0.2cm；每相邻两个V型凹陷和梯形凸部长度L为0.35cm。并在垂直于环形车齿的方向，加工两条排气槽。两条排气槽夹角为90°，保证后续步骤6)电子束封焊加工中包套内的气体可以有效排出，增加焊接效果和牢固程度。然后在车齿面进行背金处理；然后对稀土材料进行2层真空包装防止氧化或污染。2)稀土靶坯表面处理：在稀土靶坯的非焊接表面镀保护层。3)中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)稀土靶坯及背板加工：将稀土靶坯和背板焊接面进行车齿加工，并在车齿面进行背金处理，然后进行真空包装；/n2)稀土靶坯表面处理：在稀土靶坯的非焊接表面镀保护层；/n3)中间层设计：在稀土靶坯和背板的焊接界面设置中间层；/n4)包套加工：普车制备焊接用包套，并对包套进行焊接前清洗处理；/n5)包套特殊处理：在包套内表面均匀涂覆防护层，并进行烘干处理；/n6)电子束封焊加工：将稀土靶坯、中间层和背板装配到包套内，真空条件下，将包套接口处进行电子束封焊加工，得到封焊靶材；/n7)热等静压扩散焊接加工：将封焊靶材进行热等静压扩散焊接加工，稀土靶坯和背板的车齿结构咬入中间层材料，并发生扩散焊接，去除包套，得到一体的高纯稀土靶材。/n

【技术特征摘要】
1.一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)稀土靶坯及背板加工：将稀土靶坯和背板焊接面进行车齿加工，并在车齿面进行背金处理，然后进行真空包装；
2)稀土靶坯表面处理：在稀土靶坯的非焊接表面镀保护层；
3)中间层设计：在稀土靶坯和背板的焊接界面设置中间层；
4)包套加工：普车制备焊接用包套，并对包套进行焊接前清洗处理；
5)包套特殊处理：在包套内表面均匀涂覆防护层，并进行烘干处理；
6)电子束封焊加工：将稀土靶坯、中间层和背板装配到包套内，真空条件下，将包套接口处进行电子束封焊加工，得到封焊靶材；
7)热等静压扩散焊接加工：将封焊靶材进行热等静压扩散焊接加工，稀土靶坯和背板的车齿结构咬入中间层材料，并发生扩散焊接，去除包套，得到一体的高纯稀土靶材。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高纯稀土靶材的稀土材料包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕，钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇金属及其合金中的任意一种；背板材料包括铝合金、铜或铜合金；高纯稀土靶材的焊合率≥99％，焊接强度≥60MPa。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述防护层材料为BN或...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国进，罗俊锋，万小勇，丁照崇，张巧霞，李勇军，熊晓东，滕海涛，刘芳，
申请(专利权)人：有研亿金新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11