CN103785911B - 靶材组件的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种靶材组件的焊接方法，包括：提供铝靶材坯料和背板；利用熔融的锌锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理；利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理；利用锌锡焊料和铟焊料将表面浸润处理后的所述铝靶材坯料的焊接面与背板的焊接面焊接在一起。本发明中靶材组件的焊接方法有效提高了铝靶材坯料与背板的结合率以及焊接强度，使铝靶材坯料与背板的结合率达到97%以上，可有效降低焊接出来的靶材组件发生脱靶或者变形的几率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体溅射靶材制造领域，尤其涉及一种靶材组件的焊接方法。
背景技术
在半导体工业中，靶材组件由符合溅射性能的靶材和具有一定强度的背板构成。背板在靶材组件装配至溅射基台中起到支撑作用，并具有传导热量的功效。
通常靶材和背板以焊接方式形成靶材组件。靶材组件通常尺寸较大，尤其是在LCD靶材组件，5代LCD靶材组件的长和宽均超过了1.5m，而8代LCD靶材组件的长度超过了2m。由于靶材组件尺寸大，因而在高温焊接时靶材组件很容易产生大的变形。若采用硬度较高的传统锡系焊料（熔点一般都在200℃以上，硬度是铟系焊料的10倍左右）进行焊接，一旦发生变形，校正将非常困难，因此几乎所有的LCD靶材组件都采用熔点与硬度都较低的纯铟(熔点156.6℃)作为焊料。
LCD靶材组件中高纯铝靶材组件占有很大的比例，其背板材质通常为铜。铝无法直接与铟浸润，所以目前行业中都是采用先在铝靶材坯料焊接面进行镀镍（NicklePlating）处理，即在焊接前通过电镀或化学方法在铝靶材坯料上镀上一层镍，然后再用铟进行浸润及焊接处理。
随着LCD液晶显示面板尺寸的不断加大，与之相配的LCD靶材也随之增大，在铝靶材坯料上镀镍的难度也越来越大，镀镍的厚度较难控制且均匀性不好，镍易从铝靶材坯料剥落，导致焊接出来的靶材容易脱靶。而且，现有镀镍工艺无法对5代以上大尺寸靶材坯料进行镀镍处理，对镀镍设备体提出了更高的要求。
更多靶材组件的焊接方法请参考公开号为CN102500909A的中国专利申请。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种靶材组件的焊接方法，可以降低焊接工艺的难度，提高铝靶材坯料与背板的焊接结合率以及焊接强度，最终避免焊接出来的靶材组件发生脱靶或者变形。
为解决上述问题，本发明提供了一种靶材组件的焊接方法，包括：提供铝靶材坯料和背板；利用熔融的锌锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理；利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理；利用锌锡焊料和铟焊料将表面浸润处理后的所述铝靶材坯料的焊接面与背板的焊接面焊接在一起。
可选的，所述锌锡焊料中锌的质量百分比为6%~15%。
可选的，在对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理时，所述铝靶材坯料的温度为250℃~300℃。
可选的，在对背板的焊接面进行表面浸润处理时，所述背板的温度为200℃~250℃。
可选的，在将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起之前，通过治具去除铝靶材坯料表面的多余的锌锡焊料。
可选的，在将所述铝靶材坯料的焊接面与背板的焊接面焊接在一起之前，去除锌锡焊料和/或铟焊料表面的氧化层。
可选的，去除锌锡焊料和/或铟焊料表面的氧化层的方法为刮刀刮除。
可选的，去除锌锡焊料和/或铟焊料表面的氧化层的方法为带有网格的不锈钢皮擦除。
可选的，通过将所述铝靶材坯料的焊接面向下扣在所述背板的焊接面上的方式，或者将所述背板焊接面向下扣在所述铝靶材坯料的焊接面上的方式，将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起。
可选的，在将所述铝靶材坯料的焊接面与背板的焊接面焊接在一起之后，对与铝靶材坯料的焊接面相对的表面以及与背板的焊接面相对的表面施加压力。
可选的，所述背板的材料为铜或者铜基合金。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：
由于锌锡焊料易与铟焊料互溶，先利用熔融的锌锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理，并利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理，再利用锌锡焊料和铟焊料将表面浸润处理后的铝靶材坯料的焊接面与背板的焊接面焊接在一起的焊接方法，能够有效提高铝靶材坯料与背板的结合率以及焊接强度，使铝靶材坯料与背板的结合率达到97%以上，能够有效降低焊接出来的靶材组件发生脱靶或者变形的几率。
另外，通过锌锡焊料硅对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理，替代了对铝靶材坯料焊接表面的镀镍处理，使靶材组件的焊接方法不再依赖大型镀镍槽，降低了工艺难度以及工艺成本。
附图说明
图1是本发明靶材组件的焊接方法一实施方式的流程示意图；
图2为本发明靶材组件的焊接方法一实施例中铝靶材坯料的结构示意图；
图3为本发明靶材组件的焊接方法一实施例中背板的结构示意。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，随着LCD靶材的增大，在铝靶材坯料上镀镍的难度也越来越大，镀镍的厚度较难控制且均匀性不好，镍易从铝靶材坯料剥落，导致焊接出来的靶材容易脱靶。另外，现有镀镍工艺无法对5代以上大尺寸靶材坯料进行镀镍处理，对镀镍设备体提出了更高的要求。
针对上述缺陷，本发明提供了一种靶材组件的焊接方法，通过锌锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理，通过铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理，然后利用锌锡焊料和铟焊料将表面浸润处理后的所述铝靶材坯料的焊接面与背板的焊接面焊接在一起。由于锌锡焊料和铟焊料容易互溶，本发明靶材组件的焊接方法能够有效提高靶材坯料与背板的结合率和焊接强度，使铝靶材坯料与背板的结合率达到97%以上，能够有效降低焊接出来的靶材组件发生脱靶或者变形的几率。而且，本发明靶材组件的焊接方法无需对铝靶材坯料的焊接面进行镀镍处理，靶材组件的焊接不再依赖大型镀镍槽，使靶材组件的焊接更加简单、易行，降低了工艺难度以及工艺成本。
参考图1，为本发明靶材组件的焊接方法一实施方式的流程示意图，其具体包括如下步骤：
步骤S1，提供铝靶材坯料和背板；
步骤S2，利用熔融的锌锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理；
步骤S3，利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理；
步骤S4，利用锌锡焊料和铟焊料将表面浸润处理后的所述铝靶材坯料的焊接面与背板的焊接面焊接在一起。
需要说明的是，在其他实施方式中，上述实施方式中步骤S2与S3还可同时进行；或者，先进行步骤S3再进行步骤S2。
下面结合附图进行详细说明。
首先，提供铝靶材坯料和背板。
所述铝靶材坯料的纯度为4N5（纯度99.995%）或者5N（99.999%）；根据应用环境、溅射设备的实际要求，铝靶材坯料的截面形状可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他类似形状（包括规则形状和不规则形状）中的任一种，且其厚度可以为1mm至80mm不等。
图2为本实施例中铝靶材坯料的剖面结构示意图，图2中所述铝靶材坯料11为圆形，铝靶材坯料11的直径尺寸为在设计尺寸上加2mm~5mm的加工余量，厚度尺寸为在设计尺寸上加1mm~3mm的加工余量。设置加工余量的目的是为铝靶材坯料11在后续的机械加工中提供比较宽裕的加工空间，以得到符合要求的靶材组件。
所述背板的材料为铜或者铜基合金。对于铝靶材坯料11而言，之所以选用铜或者铜基合金背板来形成靶材组件，是因为铜或者铜基合金材料具有足够强度，且导热、导电性也较强，形成的靶材组件的性能较好。根据应用环境、溅射设备的实际要求，所述背板的截面形状可以为圆形、矩形、环形、圆锥形或其他类似形状（包括规则形状和不规则形状）中的任一种。
图3为本实施例中背板12的剖面结构示意图，图3中背板12的材料为铜。所述背板12为圆形，背板12的直径可以在设计尺寸上加2mm~5mm的加工余量，厚度为在目标尺寸上加1mm~3mm的加工余量。设置加工余量的目的是为背板12在后续的机械加工中提供比较宽裕的加工空间，以得到符合要求的靶材组件。
接着，利用熔融的锌锡焊料对图2中所述铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理，以及利用熔融的铟焊料对图3中背板12的焊接面II进行表面浸润处理。
本实施例中，对图2中铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理包括如下步骤：
对所述铝靶材坯料11进行加热；
将未熔融的锌锡焊料放置于所述铝靶材坯料11的焊接面I，同时对所述铝靶材坯料11持续进行加热，使所述锌锡焊料熔融。
在其他实施例中，还可以在将未熔融的锌锡焊料放置于所述铝靶材坯料11的焊接面I的同时，对所述铝靶材坯料11进行加热，使所述锌锡焊料熔融；或者，先将未熔融的锌锡焊料放置于所述铝靶材坯料11的焊接面I，再对所述铝靶材坯料11持续进行加热，使所述锌锡焊料熔融；再或者，将熔融的锌锡焊料放置于所述铝靶材坯料11的焊接面I之后，再对所述铝靶材坯料11持续进行加热，使得所述锌锡焊料保持熔融状态。
本实施例中，所述锌锡焊料中锌的质量百分比为6%~15%。由于锌与铝的反应非常剧烈，当锌锡焊料中锌的质量百分比大于15%时，在通过锌锡焊料对铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理时，将很难控制浸润处理的程度；当锌锡焊料中锌的质量百分比小于6%时，由于锌锡焊料中锌的含量太少，其在对铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理时效果不佳；而当锌锡焊料中锌的质量百分比为6%~15%时，锌锡焊料与铝靶材坯料11的反应均匀，既能改善对铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理的效果，又能根据实际需要对浸润处理的程度进行有效控制。
而且，由于锌与铝的反应剧烈，相对于单纯使用锡焊料对铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理的工艺，通过锌锡焊料对铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理的效果更好，铝靶材坯料11与背板12的结合率更高，可达到97%以上，靶材组件的焊接强度更高，不易发生脱靶或者变形；另外，由于锌的硬度较锡的硬度低，锌锡焊料的可操作性更好，对于变形后的靶材组件更易校正。
本实施例中，所述铝靶材坯料11的温度为250℃~300℃。这是因为：首先，锡的熔点为231.9℃，因而铝靶材坯料11的温度要高于231.9℃，以保证位于铝靶材坯料11的焊接面I的锌锡焊料中锡处于熔融状态；其次，尽管锌的熔点为420℃，但由于锌锡焊料中锌的含量远小于锡的含量，且锌与铝的反应非常剧烈，即使铝靶材坯料11的温度低于锌的熔点，仍能保证锌锡焊料对铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理的效果；最后，在所述锌锡焊料熔化过程中，温度适当高于锌的熔点有助于更好的进行表面浸润处理，但是温度太高一方面会导致所述锌锡焊料被氧化，另一方面还会导致能耗升高，成本升高。综合以上因素，将铝靶材坯料11的温度控制在250℃~300℃之间，在保证铝靶材坯料11的焊接面I表面浸润处理效果的同时，避免了因能耗升高而导致的成本升高。
本实施例中，对图3中所述背板12的焊接面II进行表面浸润处理包括如下步骤：
对所述背板12进行加热；
将未熔融的铟焊料放置于所述背板12的焊接面II，同时对所述背板12持续进行加热，使所述铟焊料熔融。
在其他实施例中，还可以在将未熔融的铟焊料放置于所述背板12的焊接面II的同时，对所述背板12进行加热，使所述铟焊料熔融；或者，先将未熔融的铟焊料放置于所述背板12的焊接面II，再对所述背板12持续进行加热，使所述铟焊料熔融；再或者，将熔融的铟焊料放置于所述背板12的焊接面II之后，再对所述背板12持续进行加热，使得所述铟焊料保持熔融状态。
本实施例中，对所述背板12的焊接面II进行表面浸润处理可以在对铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理之前或者之后进行，也可以与对铝靶材坯料11的焊接面I进行表面浸润处理同时进行。
本实施例中，所述背板12的温度为200℃~250℃之间。这是因为：首先，铟的熔点为156.6℃，因而背板12的温度要高于156.6℃，以保证位于背板12的焊接面II的铟焊料处于熔融状态；其次，在所述铟焊料熔化过程中，温度适当高于铟的熔点有助于更好的进行表面浸润处理，但是温度太高一方面会导致所述铟焊料被氧化，另一方面还会导致能耗升高，成本升高。综合以上因素，将背板的温度控制在200℃~250℃之间，在保证背板12的焊接面II表面浸润处理效果的同时，避免了因能耗升高而导致的成本升高。
本实施例中，为了加强表面浸润处理的效果，进而提高靶材组件的焊接强度，在对所述背板12进行表面浸润处理之前，先对背板12的焊接面II进行打磨处理，目的是去除背板12的焊接面II上的氧化层。具体的，可以用#180或者#230砂纸搓磨背板12的焊接面II，或者用钢刷来回磨刷背板12的焊接面II进行打磨处理。在对所述背板12的焊接面II进行打磨处理之后，还可以用酒精清洗背板12的焊接面II，以去除打磨时形成的污染物。
再接着，通过治具去除铝靶材坯料11的焊接面I上多余的锌锡焊料。
由于无法精确计算将所述铝靶材坯料11与背板12进行焊接时所需的锌锡焊料和铟焊料的质量，以及为了保证表面浸润处理的效果，通常在铝靶材坯料11的焊接面I和背板12的焊接面II分别放置过量的锌锡焊料和铟焊料。但是，锌锡焊料的熔点和硬度都较高，在焊接形成的焊接组件发生变形时，校正难度较大、可操作性较差；而铟焊料的熔点和硬度较低，在焊接形成的焊接组件发生变形时，易对焊接组件进行校正，可操作性较好。因此，在将所述铝靶材坯料11与背板12进行焊接之前，需去除多余的锌锡焊料，以及保留较多的铟焊料，以在保证铝靶材坯料11与背板12焊接成功的同时，使焊接得到的靶材组件在变形之后易于校正。
最后，利用锌锡焊料和铟焊料将表面浸润处理后的所述铝靶材坯料11的焊接面I与背板12的焊接面II焊接在一起。
本实施例中，通过将所述铝靶材坯料11的焊接面I向下扣在所述背板12的焊接面II上的方式，或者将所述背板12的焊接面II向下扣在所述铝靶材坯料11的焊接面I上的方式，将所述铝靶材坯料11的焊接面I与所述背板12的焊接面II焊接在一起。
具体的，可利用真空吸盘吸附所述铝靶材坯料11的非焊接面，将所述铝靶材坯料11的焊接面I与所述背板12的焊接面II接触，并按住所述铝靶材坯料11的非焊接面旋转3至4圈，使得多余的焊料从所述铝靶材坯料11的焊接面I与所述背板12的焊接面II形成的缝隙排出，然后将铝靶材坯料11与背板12移至压力机工作台，通过压力工作台将所述铝靶材坯料11焊接至所述背板12形成铝靶材组件。
本实施例中，在将所述铝靶材坯料11的焊接面I与背板12的焊接面II焊接在一起之前，尽管不去除锌锡焊料表面和/或铟焊料表面的氧化层，但在将铝靶材坯料11的焊接面I上的锌锡焊料与背板12的焊接面II上的铟焊料结合在一起时，锌锡焊料与铟焊料之间相互挤压，使锌锡焊料和铟焊料表面的氧化膜破裂，进而使锌锡焊料与铟焊料相互接触而互溶，最终使铝靶材坯料11和背板12焊接在一起。
在其他实施例中，在将所述铝靶材坯料11的焊接面I与背板12的焊接面II焊接在一起之前，还可以通过刮刀刮除或者带有网格的不锈钢皮擦除的方法去除锌锡焊料和/或铟焊料表面的氧化层，以使锌锡焊料和铟焊料更好地互溶，进而使铝靶材坯料11与背板12的结合率更好，焊接后的靶材组件更加牢固。
本实施例中，在将所述铝靶材坯料11的焊接面I与背板12的焊接面II焊接在一起之后，还对与铝靶材坯料11的焊接面I相对的表面以及与背板12的焊接面II相对的表面施加压力，使铝靶材坯料11与背板12的焊接更加牢固。
具体的，可以通过对与铝靶材坯料11的焊接面I相对的表面压重物或者对与背板12的焊接面II相对的表面压重物的方式，对铝靶材坯料11或者背板12施加压力。所加重物的质量为90kg~150kg。
以上实施例中，通过锌锡焊料和铟焊料分别对铝靶材坯料的焊接面和背板的焊接面进行表面浸润处理，再利用锌锡焊料和铟焊料将铝靶材坯料的焊接面和背板的焊接面焊接在一起，由于锌锡焊料易与铟焊料互溶，上述焊接方法能够有效提高铝靶材坯料与背板的结合率以及焊接强度，使铝靶材坯料与背板的结合率达到97%以上，可有效降低焊接出来的靶材组件发生脱靶或者变形的几率。
而且，上述实施例中技术方案利用锌锡焊料硅对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理来替代对铝靶材坯料焊接表面的镀镍处理，使靶材组件的焊接方法不再依赖大型镀镍槽，使靶材组件的焊接方法更加简单、易于操作，降低了工艺难度以及工艺成本。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (11)
1.一种靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述靶材组件为5代以上LCD靶材组件，包括：
提供铝靶材坯料和背板；
在将铝靶材坯料的焊接面与浸润铟焊料的背板的焊接面焊接在一起之前，利用熔融的锌锡焊料对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理；
利用熔融的铟焊料对背板的焊接面进行表面浸润处理；
利用锌锡焊料和铟焊料将表面经锌锡焊料浸润处理后的所述铝靶材坯料的焊接面与表面经铟焊料浸润处理后的背板的焊接面焊接在一起。
2.如权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述锌锡焊料中锌的质量百分比为6％～15％。
3.如权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，在对铝靶材坯料的焊接面进行表面浸润处理时，所述铝靶材坯料的温度为250℃～300℃。
4.如权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，在对背板的焊接面进行表面浸润处理时，所述背板的温度为200℃～250℃。
5.如权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，在将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起之前，通过治具去除铝靶材坯料表面的多余的锌锡焊料。
6.如权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，在将所述铝靶材坯料的焊接面与背板的焊接面焊接在一起之前，去除锌锡焊料和/或铟焊料表面的氧化层。
7.如权利要求6所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，去除锌锡焊料和/或铟焊料表面的氧化层的方法为刮刀刮除。
8.如权利要求6所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，去除锌锡焊料和/或铟焊料表面的氧化层的方法为带有网格的不锈钢皮擦除。
9.如权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，通过将所述铝靶材坯料的焊接面向下扣在所述背板的焊接面上的方式，或者将所述背板焊接面向下扣在所述铝靶材坯料的焊接面上的方式，将所述铝靶材坯料的焊接面与所述背板的焊接面焊接在一起。
10.如权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，在将所述铝靶材坯料的焊接面与背板的焊接面焊接在一起之后，对与铝靶材坯料的焊接面相对的表面以及与背板的焊接面相对的表面施加压力。
11.如权利要求1所述的靶材组件的焊接方法，其特征在于，所述背板的材料为铜或者铜基合金。
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