一种铜靶材与铝合金背板焊接的方法技术

本发明专利技术提供了一种铜靶材与铝合金背板焊接的方法，所述方法包括以下步骤：(1)铝合金背板表面激光熔覆铜增材，得到覆铜铝合金背板；(2)所述覆铜铝合金背板的铜增材部分加工出螺纹，对覆铜铝合金背板和铜靶材进行表面处理；(3)所述铜靶材与所述覆铜铝合金背板的熔覆面进行扣合，扣合后整体置于包套，进行热等静压，完成所述铜靶材和铝合金背板的焊接；所述方法通过先在铝合金背板上熔覆铜材料，铜材料之间能在低温焊接下进行高强度结合，实现了铜靶材与铝合金背板焊接同时满足铜靶材具有小的晶粒尺寸和高的结合强度这两个要求。粒尺寸和高的结合强度这两个要求。

【技术实现步骤摘要】
一种铜靶材与铝合金背板焊接的方法


[0001]本专利技术属于铜靶材焊接
，尤其涉及一种铜靶材与铝合金背板焊接的方法。

技术介绍

[0002]靶材晶粒直接影响溅射效果，用户一般对靶材的晶粒尺寸有严格的要求，这些要求对靶材生产中的热加工过程提出了挑战，特别是焊接。铜靶材和铝合金背板在较低温度下难以直接形成可靠的结合，为了提高结合强度只能提高焊接的温度，但是过高的问题会引起晶粒长大。大多数的靶材都需要具有一定强度和良好散热性的材料，如铝、铜等作为背板起到强度支撑、导电、导热的作用。铜靶材和铝合金背板在较低温度下难以直接形成可靠的结合，为了提高结合强度只能提高焊接的温度，但是过高的温度会引起晶粒长大。因此需要一种具有高结合强度的低温焊接方法解决上述矛盾。
[0003]CN111304604A公开了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。所述方法需在背板上PVD镀钛，工艺复杂，成本昂贵；所用热等静压焊接温度在400℃以上，难以制备细小晶粒的铜靶。
[0004]CN111136396A公开了一种铜靶材与背板的扩散焊接方法，所述扩散焊接方法包括如下步骤：(1)准备铜靶材、带有凹槽的背板和垫块，其中所述铜靶材和垫块的面积均与背板凹槽的底面积相等；(2)依次将步骤(1)所述铜靶材、垫块放入背板的凹槽内，完成装配处理，然后再将整体放入包套内；(3)将步骤(2)得到的包套封口后进行脱气处理；(4)将步骤(3)脱气后的包套进行热等静压焊接，然后去除包套和所述垫块，完成所述铜靶材与背板的扩散焊接。所述扩散焊接方法通过改进铜靶材和背板的装配结构，不仅保证了铜靶材和背板焊接面的结合度，还有效避免了晶粒异常长大，尤其避免了铜靶材边缘处出现晶粒粗大的现象，但是所述方法的结合率有待提高。
[0005]CN113894401A公开了一种超高纯铜靶材组件低温扩散焊接的方法，所述方法包括以下步骤：对超高纯铜靶材的焊接面进行预处理；对铜合金背板的焊接面进行车削螺纹；所述螺纹的间距为0.2
‑
0.45mm，所述螺纹的深度为0.1
‑
0.15mm；将处理后的超高纯铜靶材以及铜合金背板进行装配，然后经真空包装后放入包套内进行脱气处理：所述脱气处理后进行扩散焊接，然后冷却，得到超高纯铜靶材组件；通过在背板焊接面车削螺纹，并进一步控制螺纹尺寸，实现在较低的温度下将超高纯铜靶材和铜合金背板焊接在一起，且保证了超高纯铜靶材的晶粒尺寸、导电、导热性能以及焊接强度；但是所述方法会损伤靶材表面，造成均匀度下降。
[0006]因此需要提出一种新的方式来同时满足铜靶材具有小的晶粒尺寸和高的结合强度这两个要求。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的晶粒尺寸细小程度不足，结合强度不足等问题，本专利技术提出了一种铜靶材与铝合金背板焊接的方法，所述方法先在铝合金背板上熔覆铜材料，铜材料之间能在低温焊接下实现高强度结合，能有效解决上述问题，且操作简单，易于实现。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种铜靶材与铝合金背板焊接的方法，所述方法包括以下步骤：
[0010](1)铝合金背板表面激光熔覆铜增材，得到覆铜铝合金背板；
[0011](2)所述覆铜铝合金背板的铜增材部分加工出螺纹，对覆铜铝合金背板和铜靶材进行表面处理；
[0012](3)所述铜靶材与所述覆铜铝合金背板的熔覆面进行扣合，扣合后整体置于包套，进行热等静压，完成所述铜靶材和铝合金背板的焊接。
[0013]本专利技术提供的铜靶材与铝合金背板焊接的方法，在现有热等静压工艺的基础上，采用低温焊接，保证了铜靶材内部晶粒大小不受焊接的高温所改变，同时为了提升强度，采用激光熔射并加工螺纹的物理机械方式来提升焊接强度，方法简便，效果显著。
[0014]优选地，步骤(1)中所述铜增材的化学成分按质量百分数计包括：Cr:0.1％
‑
0.8％，例如可以是0.1％、0.2％、0.5％或0.8％，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；Zr:0.3％
‑
0.6％，例如可以是，0.3％、0.4％、0.5％或0.6％，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；不可避免的杂质元素＜0.2％，例如可以是0.19％、0.18％或0.15％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，其余组分为Cu。
[0015]本专利技术优选采用上述铜增材的化学成分，其优势在于，该组分范围内的铜增材同背板的结合力强，成分与铜靶接近的同时，硬度高于铜靶，便于加工螺纹后嵌入铜靶，与铝合金背板形成牢固的结合。
[0016]优选地，所述铜增材为粉状。
[0017]优选地，所述铜增材的粒径为20
‑
40μm，例如可以是20μm、25μm、30μm、35μm或40μm，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。
[0018]优选地，步骤(1)中所述覆铜铝合金背板上熔覆层的厚度为2
‑
4mm，例如可以是2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm，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。
[0019]本专利技术优选采用2
‑
4mm的熔覆层的厚度，其优势在于，既保证了熔覆层与背板的结合强度足够高，又保证了后续表面加工螺纹有足够的余量。
[0020]优选地，所述激光熔覆的激光输出功率密度200
‑
600W/mm2，例如可以是200W/mm2、300W/mm2、400W/mm2、500W/mm2或600W/mm2，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。
[0021]优选地，所述激光熔覆的扫描速度2
‑
10mm/s，例如可以是2mm/s、5mm/s、8mm/s或10mm/s，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。
[0022]优选地，步骤(1)中所述铜增材在激光熔射前依次进行清洗和干燥。
[0023]优选地，所述清洗的清洗液包括有机溶剂。
[0024]优选地，所述干燥的方式包括真空干燥。
[0025]优选地，所述干燥的温度为100
‑
150℃，例如可以是100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃，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。
[0026]优选地，所述干燥的时间为1
‑
3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜靶材与铝合金背板焊接的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)铝合金背板表面激光熔覆铜增材，得到覆铜铝合金背板；(2)所述覆铜铝合金背板的铜增材部分加工出螺纹，对覆铜铝合金背板和铜靶材进行表面处理；(3)所述铜靶材与所述覆铜铝合金背板的熔覆面进行扣合，扣合后整体置于包套，进行热等静压，完成所述铜靶材和铝合金背板的焊接。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述铜增材的化学成分按质量百分数计包括：Cr:0.1％
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0.8％、Zr:0.3％
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0.6％、不可避免的杂质元素＜0.2％，其余组分为Cu；优选地，所述铜增材为粉状；优选地，所述铜增材的粒径为20
‑
40μm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述覆铜铝合金背板上熔覆层的厚度为2
‑
4mm；优选地，所述激光熔覆的激光输出功率密度200
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600W/mm2；优选地，所述激光熔覆的扫描速度2
‑
10mm/s。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述铜增材在激光熔射前依次进行清洗和干燥；优选地，所述清洗的清洗液包括有机溶剂；优选地，所述有机溶剂的种类包括异丙醇、航空煤油或丙酮中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述干燥的方式包括真空干燥；优选地，所述干燥的温度为100
‑
150℃；优选地，所述干燥的时间为1
‑
3h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述螺纹为平面螺纹；优选地，所述螺纹的螺距为0.2
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0.6mm；优选地，所述螺纹的深度为0.1
‑
0.5mm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述表面处理包括：对覆铜铝合金背板和铜靶材超声清洗并干燥；优选地，所述超声清洗的清洗剂为有机溶剂；优选地，所述超声清洗的时间为10
‑
20min。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述干燥的方式包括真空干燥；优选地，所述干燥的温度为80
‑
120℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，潘杰，陈石，周友平，廖培君，
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：