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TWI612025B - 製作濺鍍靶材的銲料及其應用方法 - Google Patents

製作濺鍍靶材的銲料及其應用方法 Download PDF

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Abstract

一種銲料(solder)用來使靶材層與背板接合以製作濺鍍靶材，此銲料包括：重量百分濃度(%)實質介於8至9的鋅(Zn)、重量百分濃度實質介於81至91.5的錫(Sn)以及重量百分濃度實質介於0.5至10的銦(In)，且錫和銦的含量總和小於等於重量百分濃度92。

Description

製作濺鍍靶材的銲料及其應用方法
本發明的實施例是有關於一種製作濺鍍靶材之銲料及使用此銲料的濺鍍靶材。特別是有關於一種含有銦(In)的銲料及使用該銲料所作的濺鍍靶材。
薄膜濺鍍技術是使用脈衝直流電漿轟擊金屬靶材表面，將靶材原子擊出而濺射沉積於目標基板的表面形成薄膜，具有高品質，附著力佳，製程穩定性優良等優點，可用於塑膠、金屬、玻璃、布或複合材料的鍍膜。
由於濺鍍操作過程會使靶材產生大量的熱能累積，因此會使用熱傳導性較佳的金屬背板(backing plate)，例如銅(Cu)質背板或銅合金背板，來與靶材接合，藉此使靶材的熱量得以逸散，並冷卻靶材。若是靶材跟背板的接合強度不佳，或是界面之導熱性能不良時，於濺鍍操作過程中靶材溫度會迅速升高，而產 生脫銲分層、背板熔化或設備過熱等問題。
以往，通常採用熔點較低的銦(In)作為銲料來使靶材與背板接合。然而，由於銦的價格昂貴，且應用於大面積的靶材時容易產生熱曲翹，高溫操作時會因接合強度不佳，容易使靶材從背板剝離。
因此，有需要提供一種先進的銲料及使用此銲料所作的濺鍍靶材，以解決習知技術所面臨的問題。
根據本發明的一實施例是提供一種銲料(solder)，用來使靶材層與背板接合以製作濺鍍靶材，此銲料包括：重量百分濃度(%)實質介於8至9的鋅(Zn)、重量百分濃度實質介於81至91.5的錫(Sn)以及重量百分濃度實質介於0.5至10的銦(In)，且錫和銦的含量總和小於等於重量百分濃度92。
本發明的另一實施例是提供一種濺鍍靶材，包括：靶材層、背板以及用來將靶材與背板接合的銲料。其中，銲料包括重量百分濃度實質介於8至9的鋅、重量百分濃度實質介於81至89的錫以及重量百分濃度實質介於0.5至2的銦(In)，且錫和銦的含量總和小於等於重量百分濃度91。
本發明的又一實施例是提供一種濺鍍靶材的製作方法，包括下述步驟：提供一種銲料，使此銲料包括重量百分濃度實質介於8至9的鋅、重量百分濃度實質介於81至89的錫以及 重量百分濃度實質介於0.5至2的銦，且錫和銦的含量總和小於等於重量百分濃度91。接著，將銲料塗置於背板和靶材層之間。後續，再進行壓合製程，藉由銲料將背板和靶材層接合。
根據上述，本發明的實施例係提出一種使用特定重量百分濃度之錫-鋅-銦組成分的合金銲料，來將靶材層與背板接合以製作濺鍍靶材。此種合金銲料可在大面積且高溫的濺鍍條件下維持靶材層與背板的接合強度，防止靶材層從背板剝離。並可將銲料中銦的含量降低至實質等於或小於重量百分濃度10，大幅降低濺鍍靶材的製造成本。可兼顧濺鍍靶材的強度、導熱性及耐溫性、操作便利性以及成本，解決習知技術所面臨的問題。
本發明是提供一種銲料以及使用此種銲料所製作的濺鍍靶材，可解決習知濺鍍靶材製造成本過高，大面積應用不易以及容易產生熱曲翹的問題。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數種由不同成分比例之銲料所製作的濺鍍靶材作為實施例詳細說明。
但必須注意的是，這些特定的實施案例與方法，並 非用以限定本發明。本發明仍可採用其他特徵、元件、方法及參數來加以實施。較佳實施例的提出，僅係用以例示本發明的技術特徵，並非用以限定本發明的申請專利範圍。該技術領域中具有通常知識者，將可根據以下說明書的描述，在不脫離本發明的精神範圍內，作均等的修飾與變化。
根據本發明的一實施例提供一種銲料，係用於製造濺鍍靶材時，用來將靶材層與背板接合。其中，銲料包括重量百分濃度實質介於8至9的鋅(Zn)、重量百分濃度實質介於81至91.5的錫(Sn)、以及重量百分濃度實質介於0.5至10的銦(In)，且錫和銦的含量總和小於等於重量百分濃度92。換言之，此銲料實質上係由錫-鋅-銦合金所組成。
在一實施例中，本發明銲料包括重量百分濃度實質介於8至9的鋅(Zn)、重量百分濃度實質介於83至91的錫(Sn)、以及重量百分濃度實質介於1至8的銦(In)。
在一實施例中，本發明銲料包括重量百分濃度實質介於8至9的鋅(Zn)、重量百分濃度實質介於86至91的錫(Sn)、以及重量百分濃度實質介於1至5的銦(In)。
在一實施例中，本發明銲料包括重量百分濃度實質介於8至9的鋅(Zn)、重量百分濃度實質介於88至91的錫(Sn)、以及重量百分濃度實質介於1至3的銦(In)。
在一實施例中，本發明銲料包括重量百分濃度實質介於銲料包括重量百分濃度實質介於8.5至9的鋅、重量百分濃 度實質介於89至90的錫、以及重量百分濃度實質介於1.5至2的銦。
在一實施例中，本發明銲料中鋅的重量百分濃度實質為9、錫的重量百分濃度實質為89，且的銦的重量百分濃度實質為2。
另外，在本發明的一些實施例中，銲料還可以包含微量，例如小於0.5%的其他元素。例如，鋁、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、銅、鉻(Cr)、銀(Ag)、矽(Si)及稀土元素，此稀土元素係選自於鑭(La)、鈰(Ce)、鏷(Pr)、釹(Nd)、鉅(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鎦(Lu)、釔(y)、鈧(Sc)及上述任意組合之其中之一者。
在本發明的一些實施例之中，靶材層可以是一種金屬靶材層。在一實施例中，靶材層可以是一種含鋁(Al)靶材層。在一實施例中，靶材層可以是一種含銅(Cu)靶材層。背板較佳為一種含銅(Cu)背板，例如銅質背板或含銅合金的背板。
在一實施例中，採用本發明上述銲料合金將金屬靶材層及含銅背板接合的溫度，實質介於180℃至220℃之間。在一實施例中，採用本發明上述銲料合金將含鋁靶材層及含銅背板接合的溫度，實質介於180℃至220℃之間。
由於銲料合金中包含了重量百分濃度實質介於81至91.5的錫，高溫下可使金屬靶材層與含銅背板之間維持很高的接合強度。例如，在150℃的溫度下，含鋁靶材層與含銅背板之 間的接合強度實質可達2.5kgf/mm2以上，較佳可達3.0kgf/mm2。
此外，由於銲料合金中包含了重量百分濃度實質介於8至9的鋅。可抑制銲料合金中的錫與含銅背板中的銅元素產生反應，降低接合時可能產生的侵蝕現象，且可提升銲料合金的潤溼性，使銲料與含銅靶材緊密接合。
將金屬靶材層與含銅背板接合以製作濺鍍靶材的方法包含下述步驟：首先，對金屬靶材的接合面進行表面加工，例如粗化處理，並予以洗淨脫脂。然後，將金屬靶材加熱至銲料合金的熔點溫度以上，藉由浸漬法將銲料合金塗佈於金屬靶材的接合面，而形成接合層。考量到銲料合金的片電阻，接合層的厚度實質為2mm以下，較佳係實質介於0.1至1mm之間。
同時，對含銅背板的接合面進行脫脂，並加熱至銲料合金的熔點溫度以上，然後將含銅背板的接合面面對接合層，再將三者予以壓合。壓合的壓力依照金屬靶材的面積而定。在本發明的一些實施例中實質介於0.0001至0.1MPa之間。在發明的另一些實施例中，也可以先將接合層塗佈於含銅背板的接合面上，再將金屬靶材的接合面面對接合層來進行壓合。
以下將舉出處個數個具體實施例，並配合比較例進行抗拉力強度之比較，以說明本案的技術優勢。首先，採用以純度99.99%的錫、純度99.99%的鋅以及純度99.99%的銦為原料，調製出包含錫/鋅/銦(Sn/Zn/In)重量比例為89：9：2的軟銲劑(銲料合金)，以下將以Sn-Zn-2In軟銲劑表示之。
之後，使用Sn-Zn-2In軟銲劑將含鋁靶材層與含銅背板接合以形成濺鍍靶材，並選取三組濺鍍靶材作為實施例的量測樣本，與三組使用銦質銲料(In)所製成的濺鍍靶材作為比較例，進行抗拉強度測試。在本實施例中，抗拉強度測試，係採用底面積10mm×50mm的含鋁靶材層與尺寸為20mm×20mm×5mm的含銅背板接合而形成濺鍍靶材，再採用拉伸試驗裝置AUTOGRAPH AGS-500B(島津製作所(日本)製造)，在室溫(23℃)下對上述濺鍍靶材進行測定。測定結果如表一所示：
Figure TWI612025BD00001
由抗拉強度測試的結果可發現，採用Sn-Zn-2In軟銲劑進行接合的濺鍍靶材，其抗拉強度比使用銦質銲料所製成的濺鍍靶材高出32%到98%。顯示，採用本發明實施例所提供之銲料來接合鋁靶材層與含銅背板以製作濺鍍靶材，確實能夠在高溫的濺鍍條件下維持含鋁靶材層與含銅背板的接合強度。加上，銲 料中所使用的銦含量相當低，有助於降低製作成本。
根據上述，本發明的實施例係提出一種使用特定重量百分濃度之錫-鋅-銦組成分的合金銲料，來將靶材層與背板接合以製作濺鍍靶材。此種合金銲料可在大面積且高溫的濺鍍條件下維持靶材層與背板的接合強度，防止靶材層從背板剝離。並可將銲料中銦的含量降低至實質等於或小於重量百分濃度10，大幅降低濺鍍靶材的製造成本。可兼顧濺鍍靶材的強度、導熱性及耐溫性、操作便利性以及成本，解決習知技術所面臨的問題。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。此處所述的製程步驟和結構並未涵蓋製作整體積體電路的完整製造過程。本發明可以和許多目前已知或未來被發展出來的不同積體電路製作技術合併實施。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種銲料(solder)，用來使一靶材層與一背板接合，以製作一濺鍍靶材，包括：重量百分濃度(%)實質為9的鋅(Zn)、重量百分濃度實質介於82至91.5的錫(Sn)以及重量百分濃度實質介於0.5至2的銦(In)；且錫和銦的一含量總和小於等於重量百分濃度92。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之銲料，其中錫的重量百分濃度實質為89，且銦的重量百分濃度實質為2。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之銲料，其中該銲料係用來將一含鋁(Al)靶材層與一含銅(Cu)背板接合。
  4. 一種濺鍍靶材，包括：一靶材層；一背板；以及一銲料，用來將該靶材層與該背板接合，其中該銲料包括重量百分濃度(%)實質為9的鋅、重量百分濃度實質介於82至91.5的錫(Sn)以及重量百分濃度實質介於0.5至2的銦(In)，且錫和銦的一含量總和小於等於重量百分濃度92。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之濺鍍靶材，其中錫的重量百分濃度實質為89，且銦的重量百分濃度實質為2。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之濺鍍靶材，其中該靶材層係一含鋁靶材層；且該背板係一含銅背板。
  7. 一種製作濺鍍靶材的方法，包括：提供一銲料，包括重量百分濃度(%)實質為9的鋅、重量百分濃度實質介於82至91.5的錫(Sn)以及重量百分濃度實質介於0.5至2的銦(In)，且錫和銦的一含量總和小於等於重量百分濃度92；將該銲料置於一背板或一靶材層之間；以及進行一壓合製程，藉由該銲料將該背板和該靶材層接合。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之製作濺鍍靶材的方法，其中將該銲料置於該背板或該靶材層之間的步驟包括：將該背板或該靶材層加熱至該銲料的一熔點溫度以上；將該銲料塗佈於該背板和該靶材層之一者上；以及將該背板和該靶材層之另一者面對該銲料。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之製作濺鍍靶材的方法，其中該靶材層係一含鋁靶材層；且該背板係一含銅背板。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之製作濺鍍靶材的方法，其中錫的重量百分濃度實質為89，且銦的重量百分濃度實質為2。
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