高纯铝硅与铝合金背板的焊接方法技术

本发明专利技术属于靶材制造技术领域，涉及一种高纯铝硅与铝合金背板的焊接方法。包括以下步骤：（1）打磨、清洁焊片、高纯铝硅靶坯和铝合金背板的焊接结合处，装入焊接工装中，然后将焊片放入高纯铝硅靶坯和铝合金背板的焊接结合处缝隙；（2）在真空氛围下，对所述高纯铝硅和所述铝合金背板的焊接结合处采用电子束焊接依次进行三圈焊接工艺：第一圈焊接采用15~40 mA束流焊接，焊接深度为4~5 mm；第二圈焊接采用40~70 mA束流焊接，焊接深度为10~15mm；第三圈焊接采用35~65 mA束流焊接，焊接深度为10~13mm。采用本发明专利技术的焊接方法，焊接处无气孔和裂纹现象，且焊接区域抗拉强度，硬度，冲击韧性较好。较好。较好。

【技术实现步骤摘要】
高纯铝硅与铝合金背板的焊接方法


[0001]本专利技术属于靶材制造
，涉及一种高纯铝硅与铝合金背板的焊接方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着半导体集成电路产业的发展，高纯铝硅合金材料（AlSi1）作为集成电路布线用溅射靶材的需求逐年增高。但在制造过程中，若整个靶材全部采用高纯铝硅合金材料（AlSi1）加工制备则成本非常高，为节约成本，在靶材的制备过程中一般将细化后的高纯铝硅合金材料（AlSi1）与铝合金背板焊接结合成靶材产品。
[0003]焊接方式一般有扩散焊、钎焊、电子束焊等方式，其中电子束焊接作为一种精密的高能密度焊接技术，其焊接强度高，热影响区小，焊缝深宽比大，焊接速度快，焊接变形小，工艺稳定，是一种理想的铝合金靶材焊接方法。6061
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T6铝合金是6061热处理强化锻后铝合金，其没有晶间腐蚀倾向，在高温下具有良好的塑性、耐腐蚀性和焊接性能，是常用的背板材料。
[0004]目前，高纯铝硅合金材料与6061
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T6铝合金焊接存在以下难点：（1）高纯铝合金材料表面易产生难熔氧化膜，在焊接过程中大量难熔氧化物的生成会极大的影响焊接质量；（2）焊接时材料线膨胀系数大，易产生焊接变形；（3）6061
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T6铝合金是以镁和硅为主要合金元素，并以Mg2Si相为强化相的铝合金，组织中有少量的游离Si，高纯铝硅合金材料中含有1 wt%的Si，无论是Mg2Si还是Si都是强度比较高、脆性比较大，焊接时裂纹倾向比较大的组分，因此在焊接过程中易产生裂纹。（4）6061
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T6铝合金和高纯铝硅合金的焊接流动性都较差，易产生气孔。（5）铝合金导热速率大，散热快，易在焊接结束后焊接处开裂。（6）针对不同尺寸的靶材和背板，需要重复更换不同的焊接工装，无法批量焊接，焊接效率低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高纯铝硅与铝合金背板的焊接方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种高纯铝硅与铝合金背板的焊接方法，包括以下步骤：（1）打磨、清洁焊片、高纯铝硅靶坯和铝合金背板的焊接结合处，将高纯铝硅靶坯、铝合金背板置入焊接工装中，然后将焊片放入高纯铝硅靶坯和铝合金背板的焊接结合处缝隙；（2）在真空氛围下，对所述高纯铝硅和所述铝合金背板的焊接结合处采用电子束焊接依次进行三圈焊接工艺：第一圈焊接采用15~40 mA束流焊接，焊接深度为4~5 mm；第二圈焊接采用40~70 mA束流焊接，焊接深度为10~15mm；第三圈焊接采用35~65 mA束流焊接，焊接深度为10~13mm。
[0007]优选地，所述焊片采用4047铝硅焊片。
[0008]优选地，步骤（1）中，打磨、清洁具体为：使用砂纸打磨焊片、高纯铝硅靶坯和铝合金背板的焊接结合处，去除焊片、高纯铝硅靶坯和铝合金背板焊接结合处的毛刺和氧化层；砂纸打磨后使用无尘布蘸取有机溶剂擦拭。
[0009]优选地，步骤（2）中的三圈焊接工艺过程中，焊接转速采用700~1200 mm/min；聚焦束流采用235~265mA；电压采用70~80kV。在焊接过程中，随着焊接转速的加快，其产生焊接气孔的可能性也随之增加，原因是焊接转速越快，焊池冷却速度也越快，使气体无法及时排除，从而产生内部气孔。但焊接过慢，也会导致焊池溶液从内部流出到靶材边缘，从而导致靶材内部空缺。本专利技术创造性地将焊接转速设定为700~1200mm/min，可避免焊接转速过快或过慢带来的问题。
[0010]优选地，第一圈焊接过程中，先焊接高纯铝硅靶坯和所述铝合金背板的焊接结合处的四处焊接位，所述四处焊接位为焊接结合处的四等分位置，完成靶材四处焊接位的焊接后进行剩余位置焊接，形成完整一圈。
[0011]优选地，所述焊接工装包括靶坯夹具和背板夹具，所述靶坯夹具的装夹端设有用于装夹靶坯的靶坯凹槽，所述背板夹具的装夹端设有用于装夹背板的背板凹槽；所述靶坯凹槽、背板凹槽均为台阶结构、且均至少设置两层台阶，所述靶坯夹具和所述背板夹具之间留有用于电子束焊接的空隙。
[0012]进一步优选地，每层台阶的深度为2~4mm，靶坯夹具和背板夹具夹住靶坯或背板的深度，太小了会夹不住而且不好安装，太大了会使薄的靶材的可焊接缝隙变小，如果焊接时留的缝隙小于最大电流时留下的焊缝大小，有可能会将靶坯面夹具和靶坯焊接在一起。
[0013]进一步优选地，所述靶坯夹具和背板夹具上均设置贯穿其装夹端端面的排气孔；所述背板夹具的中心设置贯穿其装夹端端面的顶针中心孔。
[0014]进一步优选地，所述焊接工装还包括依次设置在靶坯夹具和背板夹具之间的至少一块中间夹具，所述中间夹具与靶坯夹具相对的装夹端设有用于装夹背板的背板凹槽，所述中间夹具与背板夹具相对的装夹端设有用于装夹靶坯的靶坯凹槽，相邻中间夹具相对的装夹端分别设置为用于装夹靶坯的靶坯凹槽、用于装夹背板的背板凹槽。
[0015]进一步优选地，所述中间夹具的侧端设置贯穿其两个装夹端端面的排气孔。
[0016]进一步优选地，所述靶坯夹具和背板夹具的厚度均不小于25 mm；所述中间夹具的厚度不小于50mm；所述靶坯夹具、背板夹具、中间夹具焊接结合处的平面度小于0.3。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术创造性采用电子束焊接，焊件热影响区域小，外热内冷，铝硅靶强度不高，易产生变形，电子束焊接可以适当减少铝硅靶在焊件热影响区域的变形量。本专利技术在此基础上进一步采用电子束焊接依次进行三圈焊接工艺，第一圈焊接能够防止在焊接过程中由于靶材一端融化引起的靶材整体的变形，浅焊预热也可以保证氢气的逸出，降低气孔率；第二圈焊接增加焊接深度，提高焊接质量；第三圈焊接充分补充热量，完全排除靶材内部可能剩余的气孔，修饰焊缝表面，消除表层气孔。
[0018]本专利技术创造性设置与该工艺相适配的焊接工装，该工装采用多层阶梯设置，可适配多种尺寸靶材、背板的装夹焊接需求，提高夹具的利用率；该工装采用多层装夹设置，可同时进行多块靶材、背板的焊接，极大提高了焊接效率。同时，本专利技术设置的焊接工装能够通过靶坯夹具和设置有顶针中心孔的背板夹具的装夹，进行旋转焊接，保证电子束焊枪位
置不动，使焊接稳定进行。
[0019]本专利技术创造性的采用4047铝硅焊片，相对于高纯铝硅合金靶坯与铝合金背板，其具有更低的熔点和较强的流动性能，能够在焊接过程中增强焊池流动性，填补焊接产生的气孔和裂纹，保证焊接质量。
附图说明
[0020]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为实施例1中焊接工装结构示意图；图2为实施例1中背板正视结构示意图；图3为实施例1中焊片结构示意图；图4为实施例2中焊接工装结构示意图；图5为本专利技术焊接示意图；其中：1—靶坯夹具、2—背板夹具、3—靶坯凹槽、4—靶坯、5—背板凹槽、6—背板、7—靶坯夹具排气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯铝硅与铝合金背板的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）打磨、清洁焊片、高纯铝硅靶坯和铝合金背板的焊接结合处，将高纯铝硅靶坯、铝合金背板置入焊接工装中，然后将焊片放入高纯铝硅靶坯和铝合金背板的焊接结合处缝隙；（2）在真空氛围下，对所述高纯铝硅和所述铝合金背板的焊接结合处采用电子束焊接依次进行三圈焊接工艺：第一圈焊接采用15~40 mA束流焊接，焊接深度为4~5 mm；第二圈焊接采用40~70 mA束流焊接，焊接深度为10~15mm；第三圈焊接采用35~65 mA束流焊接，焊接深度为10~13mm。2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊片采用4047铝硅焊片。3.如权利要求1或2所述的焊接方法，其特征在于，步骤（1）中，打磨具体为：使用砂纸打磨焊片、高纯铝硅靶坯和铝合金背板的焊接结合处，去除焊片、高纯铝硅靶坯和铝合金背板焊接结合处的毛刺和氧化层。4.如权利要求1或2所述的焊接方法，其特征在于，步骤（1）中，清洁具体为：使用无尘布蘸取有机溶剂擦拭。5.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤（2）中的三圈焊接工艺过程中，焊接转速采用700~1200 mm/min；聚焦束流采用235~265mA；电压采用70~80kV。6.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，第一圈焊接过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金，黄宇彬，潘铭枫，黄旭东，童培云，
申请(专利权)人：先导薄膜材料有限公司，
类型：发明
国别省市：