CN107511586A - 一种激光辅助焊接靶材与背板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于靶材与背板焊接技术领域的一种激光辅助焊接靶材与背板的方法。采用激光扫描的方式进行焊接表面织构化在线处理，随后立即将液态焊料铺展在待焊接表面，采用超声波振动器对铺展覆盖在焊接表面的熔化焊料进行定向超声振荡，排除潜在的细小气泡；激光织构化处理的新鲜材料表面只是在较低的温度下短时间暴露在大气条件下，基本不存在氧化问题，焊接浸润性非常好，焊料能够迅速自动铺展在靶材焊接面，形成致密结合。本发明实现激光和加热台的工艺集成，可以省去焊接前的喷砂工艺，甚至可以不用进行金属化处理工艺，焊接流程短，节能环保，成本低、效率高。

Description

一种激光辅助焊接靶材与背板的方法

技术领域

本发明属于靶材与背板焊接技术领域，特别涉及一种激光辅助焊接靶材与背板的方法。

背景技术

靶材是集成电路、平面显示、太阳能、光学领域重要的镀膜材料。靶材与背板的钎焊是靶材组件重要的一种连接方式，目前比较成熟的工艺基本上是，首先将靶材、背板材料待焊接面通过物理或者化学的方法进行毛化，如喷砂、研磨、电腐蚀等，对于比较难焊接的材料待焊接面还需要进行电镀、溅射等金属化处理；在大气中，将靶材和背板放置在加热板上加热，加热温度通常高于焊料温度 再将焊料铺放在待焊接面，使其充分熔化，对于难浸润材料再对焊料进行超声处理；将铺有焊料的靶材与背板贴合在一起，压合后冷却。

目前焊接方法存在的突出问题是，材料进行毛化甚至金属化处理后，表面已经活化，但是在后续焊接工程中，在大气条件下，经过较长时间裸露加热到焊料熔点以上，因此新鲜的焊接表面会出现氧化，可能会导致后续焊接不浸润，焊接过程流程长，焊接存在失效风险。

发明内容

本发明的目的是提出本发明提出一种激光辅助焊接靶材与背板的方法。其特征在于，焊接步骤如下：

1)将待焊接的靶材和背板放置在加热平台上进行加热；同时将焊料放置在容器中放在加热台上加热熔化；

2)采用激光对放置在加热台上的靶材和背板的待焊接表面扫描加工，进行表面织构化处理；

3)激光处理完，立刻将液态焊料从盛放的容器中倾倒在激光处理后的靶材和背板的待焊接表面上，焊料在焊接表面铺展覆盖全部激光加工区域；能够有效防止焊接表面的氧化，缩短焊接流程，提高焊接的可靠性；

4)采用超声波振动器对铺展覆盖在焊接表面的熔化焊料进行定向超声振荡，排除潜在的细小气泡，进一步提高焊接质量；

5)将焊接面铺有焊料的靶材按照焊接位置要求贴合在铺有焊料的背板表面，压合冷却到室温。

所述激光表面织构化处理是利用激光在材料表面加工出阵列分布的凹槽结构，单个凹槽深度在之间；

所述的激光表面织构化处理的单个凹槽宽度在之间，其凹槽为方形、圆形或三角形；

所述激光表面织构化处理的阵列分布的凹槽结构，凹槽之间的间距为 等间距分布；

所述激光表面织构化处理采用振镜扫描方式，光束扫描线速度大于0.5m/s，激光平均功率在脉冲频率在脉冲宽度小于100μs，激光重复扫描加工次数为次；

所述焊料为铟及其合金或锡及其合金。

所述靶材和背板放置在加热平台上进行加热过程中，加热温度不高于焊料的熔点。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用激光扫描的方式进行焊接表面织构化在线处理，随后立即将液态焊料采用倾倒方式铺展在待焊接表面。要求的靶材与背板加热温度低于传统的钎焊方式，焊接加热温度可以选择不高于焊料熔点，激光织构化处理的新鲜材料表面只是在较低的温度下短时间暴露在大气条件下，基本不存在氧化问题，熔化的焊料置于激光处理的新鲜材料表面上，焊接浸润性非常好，焊料能够迅速自动铺展在靶材焊接面，形成致密结合。

2.采用激光在材料表面高速扫描加工，热影响区极小，无热积累。激光织构化表面根据工艺要求，凹槽的图案和深度可以灵活设计，采用程序柔性控制，无需增加防护装卡和模具等。激光高能量束注入材料表面能大幅提高材料表面活性，同时还增加接触面积，实现焊料与基体材料的紧密结合。

3.激光是一种非接触式加工工艺，能够完全和加热台实现工艺集成，在加热靶材和背板的同时进行激光表面织构化处理，这是其他所有表面处理工艺都无法实现的。激光扫描加工的线速度高，能在短时间内织构化处理大块焊接表面。可以省去焊接前的喷砂工艺，甚至可以不用进行金属化处理工艺，焊接流程短，节能环保，成本低、效率高。

附图说明

图1为激光在加热台上在线高速扫描对靶材焊接面织构化示意图。

图2为焊料在靶材表面迅速铺展示意图。

图3为超声振动去除可能存在的气泡示意图。

图4为靶材与背板的钎焊复合。

具体实施方式：

本发明提出提出一种激光辅助焊接靶材与背板的方法，下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明。

实施例

1)首先将准备焊接的靶材和背板放置在加热平台上进行加热，加热台加热温度低于焊料的熔点；

2)同时将铟或者锡等焊料放置在容器中在加热台上加热成液态；

3)采用激光对放置在加热台上的待焊接的靶材和背板表面扫描加工，进行表面织构化处理(如图1所示)，采用激光振镜扫描的方式，为了保证效率光束扫描线速度大于0.5m/s，激光平均功率在脉冲频率在脉冲宽度在小于100μs，激光重复扫描加工次数分别为次。扫描图案根据需要进行设置，可以为三角形、圆形、方形或者其他任意形状，由于激光的高能量密度，在靶材表面形成对应形状的凹槽，单个凹槽的深度控制在0.01mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm，凹槽宽度控制在0.01mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm或1mm；激光在整个靶材上扫描，形成凹槽陈列排布的织构化图案，凹槽之间的间距为0.01mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm或1mm等间距分布；上述可以容易搭配组合。激光织构化处理靶材的新鲜表面只是在较低的温度下短时间暴露在大气条件下，基本不存在氧化问题，熔化的焊料置于激光处理靶材的新鲜表面上，焊接浸润性非常好，焊料能够迅速自动铺展在靶材焊接面，形成致密结合；

4)激光扫描加工完成后，立刻将液态焊料从盛放的容器中倾倒在激光处理的表面上，焊料在靶材的焊接表面铺展覆盖全部激光加工区域(如图2所示)，为了进一步提高焊料与靶材或背板的结合率，可以采用传统的钎焊工艺中常用的超声波处理工艺，在液态焊料中进行定向超声振荡(如图3所示)，排除潜在的细小气泡，进一步提高焊接质量。

5)最后将焊接面铺有焊料的靶材按照焊接位置要求贴合在铺有焊料的背板表面，压合冷却到室温(如图4所示)。

对焊接完成的靶材与背板进行检测，以高纯钼靶材与铜背板的焊接为例，激光辅助焊接的样件C-Scan焊合率均达到98％以上，焊接强度也优于传统的焊接方法。

本发明实现工艺集成，实现短流程焊接，过程节能环保、成本低、效率高，应用于我国目前大力发展的集成电路、平面显示用高纯溅射靶材制造领域，将是一次绿色高效的技术革新，在提升靶材产品质量、降低制造成本和减少污染等方面具有重要意义。

Claims (6)

1.一种激光辅助焊接靶材与背板的方法，其特征在于，焊接步骤如下：

1)将待焊接的靶材和背板放置在加热平台上进行加热，加热温度不高于焊料的熔点；同时将焊料放置在容器中，并放在加热台上加热熔化；

2)采用激光对放置在加热台上的待焊接的靶材和背板表面扫描加工，进行表面织构化处理；

3)激光处理完，立刻将液态焊料从盛放的容器中倾倒在激光处理后的靶材和背板的焊接表面上，焊料在焊接表面铺展覆盖全部激光加工区域；能够有效防止焊接表面的氧化，缩短焊接流程，提高焊接的可靠性；

4)采用超声波振动器对铺展覆盖在焊接表面的熔化焊料进行定向超声振荡，排除潜在的细小气泡，进一步提高焊接质量；

5)将焊接面铺有焊料的靶材按照焊接位置要求贴合在铺有焊料的背板表面，压合冷却到室温。

2.根据权利要求1所述一种激光辅助焊接靶材与背板的方法，其特征在于，所述激光表面织构化处理是利用激光在材料表面加工出阵列分布的凹槽结构，单个凹槽深度在之间。

3.根据权利要求1所述一种激光辅助焊接靶材与背板的方法，其特征在于，所述的激光表面织构化处理的单个凹槽宽度在之间，其凹槽为方形、圆形或三角形。

4.根据权利要求1所述一种激光辅助焊接靶材与背板的方法，其特征在于，所述激光表面织构化处理的阵列分布的凹槽结构，凹槽之间的间距为等间距分布。

5.根据权利要求1所述一种激光辅助焊接靶材与背板的方法，其特征在于，所述激光表面织构化处理采用振镜扫描方式，光束扫描线速度大于0.5m/s，激光平均功率在脉冲频率在脉冲宽度小于100μs，激光重复扫描加工次数为次。

6.根据权利要求1所述一种激光辅助焊接靶材与背板的方法，其特征在于，所述焊料为铟及其合金或锡及其合金。