本发明涉及溅射靶材领域，尤其涉及一种靶材与背板的焊接结构及焊接方法。
背景技术：
：溅射工艺是以一定能量的粒子(离子或中性原子、分子)，在高真空中经过加速聚集，形成高速度能粒子流，轰击在固体表面上，使固体近表面的原子或分子获得足够大的能量而逸出固体表面，最终沉积于基体表面的工艺。被轰击而逸出表面的原子或分子原材料，称之为溅射靶材。铝具有优异电导率，易加工，良好的抗电迁徙和抗应力迁徙等一系列优异的物理性能，使其在很多领域特别是高科技产业得到了广泛的应用。在ic制造中，成为金属互连线的主要配套材料。在cn104588810b的中国专利中，阐述了利用热等静压的方式进行铝材和铝合金背板的扩散焊接方法。其通过在材料的焊接面制造钎料浸润层方式，促进了扩散效果，提高了结合强度。然而钎料熔点高，材料成本高，浸润层的制作工艺步骤复杂，浸润层的层厚与均匀性控制困难，浸润层制作过程中会造成铝材料氧化，并且仍然存在焊接结合度不高，耐高温性能差等问题。在cn101564793a与cn111155059a的中国专利中，同样阐述了利用热等静压的方式进行铝材和铜材的扩散焊接方法。其采用超声波清洗，酸洗以及真空干燥的方式进行去除表面杂质，从而提高焊接贴合精密度。但是，上述化学清洗方法虽然可有效地清除表面氧化膜层，但是工序繁杂，效率低，化学介质会造成污染的同时，亦会对操作人员的身体健康造成损害。技术实现要素：为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种靶材与背板的焊接结构及焊接方法，整体作业工序简单，效率高，满足长期稳定生产，并且最终实现靶材与背板的高强度结合。为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种靶材与背板焊接方法，包括以下步骤：步骤1、提供靶材与背板，所述背板具有供靶材放置并与靶材匹配的凹槽，所述凹槽的焊接面为螺旋沟槽结构，所述螺旋沟槽结构的沟槽为v形，其上的螺纹的高与间距为0.3mm～0.5mm；步骤2、对靶材和背板分别进行激光清洗，激光器的输出激光功率为100w～400w，激光波长1064nm，光斑直径为60μm，线光斑为50mm，扫描速度1.2m～3m/min，搭接率50％；步骤3、将靶材放入背板的凹槽内并整体置于包套内，包套外部环境温度为250℃～300℃，并对包套进行密封及真空处理，包套内的真空度为10-3pa，进行保温、保压，保温、保压时间为2h；步骤4、将抽真空后的包套进行热等静压处理，外部环境温度为350℃～400℃，外部环境压强为100mpa～150mpa将靶材和背板进行焊接，保温、保压时间为3h；步骤5、焊接完成后，包套随炉冷却；冷却后去除包套以获得靶材组件。进一步来说，所述靶材为圆片状结构，采用纯铝或高纯铝材料，其表面粗糙度ra≤0.3；平整度≤0.3mm。进一步来说，所述背板的材料为铝合金或铜合金。一种靶材与背板的焊接结构，采用纯铝或高纯铝材料的靶材、铝合金或铜合金材料的背板，所述靶材与背板采用权利要求1的焊接方法进行组合。进一步来说，所述背板上的凹槽深度低于靶材圆片的厚度，两者之间的差值介于1mm～2mm。与当前的化学清洗等技术相比，本发明通过激光清洗方式，不伤害基体的前提下，可快速地清除材料表面可溶性杂质与氧化物层，实现靶材与背板直接接触并进行原子间的相互扩散。并且生产工序简单，效率高，满足长期稳定生产。附图说明图1为本发明实施例的结构示意图。图2为本发明实施例中靶材与背板示意图。图3为靶材与背板放置包套内进行抽真空处理的结构示意图。图4为包套进行热等静压处理示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。实施例参见附图1所示，一种靶材与背板焊接方法，包括以下步骤：s1、提供靶材与背板，所述背板具有供靶材放置并与靶材匹配的凹槽，所述凹槽的焊接面为螺旋沟槽结构，所述螺旋沟槽结构的沟槽为v形，其上的螺纹的高与间距为0.3mm～0.5mm；s2、对靶材和背板分别进行激光清洗，激光器的输出激光功率为100w～500w，激光波长1064nm，光斑直径为60μm，线光斑为50mm，扫描速度1.2m～3m/min，搭接率50％；s3、将靶材放入背板的凹槽内并整体置于包套内，包套外部环境温度为250℃～300℃，并对包套进行密封及真空处理，包套内的真空度为10-3pa，进行保温、保压，保温、保压时间为2h；s4、将抽真空后的包套进行热等静压处理，外部环境温度为350℃～400℃，外部环境压强为100mpa～150mpa将靶材和背板进行焊接，保温、保压时间为3h；s5、焊接完成后，包套随炉冷却；冷却后去除包套以获得靶材组件。采用纯铝或高纯铝的胚料，并车削加工成圆片状形成靶材，表面粗糙度ra≤0.3；平整度≤0.3mm。采用2024铝合金、6061铝合金、qsi1－3铜合金、hsn60－1铜合金中任一种制成背板，并在其上加工成凹槽，背板上的凹槽深度低于靶材的厚度，两者之间的差值介于1mm～2mm；凹槽的槽底为焊接面，其上的螺旋沟槽结构的沟槽可以采用v形槽，螺纹的高与间距为0.3mm～0.5mm，目的是为了增大焊接接触面积。上述操作是针对原料加工处理，然后将处理好的靶材、背板组装后整体放置到包套内，该包套为金属包套，其材质为不锈钢，包套的厚度2mm～3mm。一种靶材与背板的焊接结构，采用纯铝或高纯铝材料的靶材、铝合金或铜合金材料的背板，靶材与背板采用上述焊接方法进行组合。试验1如图2、图3、图4所示，靶材1为纯铝材质，背板2为2024铝合金，背板2的凹槽采用v形槽，螺纹的高与间距为0.3mm。包套3的厚度为3mm，包套采用不锈钢材质。将加工后的靶材圆片与背板进激光清洗。激光器的输出激光功率为100w，激光波长1064nm，光斑直径为60μm，线光斑为50mm，扫描速度3m/min，搭接率50％。然后将靶材安装在背板上并整体置于包套内，并进行焊接密封。包套的外部环境控制在250℃，并对包套内进行抽真空处理，使包套内部真空度处于10-3pa以上，保温、保压2小时候进行机械封口，完成包套焊接。然后进行热等静压处理，使包套外部环境温度处于350℃、外部环境压强处于150mpa，并保持上述温度、压强3小时，将靶材、背板焊接在一起。试验2靶材为纯铝材质，背板为6061铝合金，背板的凹槽采用v形槽，螺纹的高与间距为0.5mm。包套的厚度为3mm，包套采用不锈钢材质。将加工后的靶材圆片与背板进激光清洗。激光器的输出激光功率为150w，激光波长1064nm，光斑直径为60μm，线光斑为50mm，扫描速度2.7m/min，搭接率50％。将靶材安装在背板上并整体置于包套内，并进行焊接密封。包套的外部环境控制在300℃，并对包套内进行抽真空处理，使包套内部真空度处于10-3pa，保温、保压2小时候进行机械封口，完成包套焊接。然后进行热等静压处理，使包套外部环境温度处于400℃、外部环境压强处于100mpa，并保持上述温度、压强3小时，将靶材、背板焊接在一起。试验3靶材为高纯铝材质，背板为qsi1－3铜合金，背板的凹槽采用v形槽，螺纹的高与间距为0.3mm。包套的厚度为3mm，包套为不锈钢钢材质。将加工后的靶材圆片与背板进激光清洗。激光器的输出激光功率为300w，激光波长1064nm，光斑直径为60μm，线光斑为50mm，扫描速度1.8m/min，搭接率50％。将靶材安装在背板上并整体置于包套内，并进行焊接密封。包套的外部环境控制在250℃，并对包套内进行抽真空处理，使包套内部真空度处于10-3pa，保温、保压2小时候进行机械封口，完成包套焊接。然后进行热等静压处理，使包套外部环境温度处于350℃、外部环境压强处于150mpa，并保持上述温度、压强3小时，将靶材、背板焊接在一起。试验4靶材为高纯铝材质，背板为hsn60－1铜合金，背板的凹槽采用v形槽，螺纹的高与间距为0.5mm。包套的厚度为3mm，包套为不锈钢材质。将加工后的靶材圆片与背板进激光清洗。激光器的输出激光功率为400w，激光波长1064nm，光斑直径为60μm，线光斑为50mm，扫描速度1.2m/min，搭接率50％。将靶材安装在背板上并整体置于包套内，并进行焊接密封。包套的外部环境控制在300℃，并对包套内进行抽真空处理，使包套内部真空度处于10-3pa，保温、保压2小时候进行机械封口，完成包套焊接。然后进行热等静压处理，使包套外部环境温度处于400℃、外部环境压强处于100mpa，并保持上述温度、压强3小时，将靶材、背板焊接在一起。申请人还对本发明的靶材和背板的焊接工艺所得的焊缝进行检测，检测数据如下：实验组1－4为采用本发明的靶材和背板的焊接工艺，选取背板的凹槽深度为6mm、靶材的厚度为7mm进行焊接，焊接结束后利用超声波扫描成像探伤仪进行焊接结合度检测，并通过拉伸试验对结合强度进行评价。结果如下表1所示：项目试验组1试验组2试验组3试验组4焊接结合度99.6％99.2％99.7％99.7％拉伸强度64mpa65mpa52mpa55mpa由上表1可以看出，采用本发明的靶材和背板的焊接螺纹紧密贴合，焊接质量良好，具有原子扩散程度高，靶材无变形等特点。其焊接结合率可达99％以上，其拉伸强度可达50mpa以上。结果表明，采用本发明所述的材料焊接方法，所得靶材和背板的焊接性能十分可靠。以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种靶材与背板焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、提供靶材与背板，所述背板具有供靶材放置并与靶材匹配的凹槽，所述凹槽的焊接面为螺旋沟槽结构，所述螺旋沟槽结构的沟槽为v形，其上的螺纹的高与间距为0.3mm～0.5mm；
步骤2、对靶材和背板分别进行激光清洗，激光器的输出激光功率为100w～400w，激光波长1064nm，光斑直径为60μm，线光斑为50mm，扫描速度1.2m～3m/min，搭接率50％；
步骤3、将靶材放入背板的凹槽内并整体置于包套内，包套外部环境温度为250℃～300℃，并对包套进行密封及真空处理，包套内的真空度为10-3pa，进行保温、保压，保温、保压时间为2h；
步骤4、将抽真空后的包套进行热等静压处理，外部环境温度为350℃～400℃，外部环境压强为100mpa～150mpa将靶材和背板进行焊接，保温、保压时间为3h；
步骤5、焊接完成后，包套随炉冷却；冷却后去除包套以获得靶材组件。
2.根据权利要求1所述的靶材与背板焊接方法，其特征在于：所述靶材为圆片状结构，采用纯铝或高纯铝材料，其表面粗糙度ra≤0.3；平整度≤0.3mm。
3.根据权利要求1所述的靶材与背板焊接方法，其特征在于：所述背板的材料为铝合金或铜合金。
4.根据权利要求1所述的靶材与背板焊接方法，其特征在于：所述背板上的凹槽深度低于靶材圆片的厚度，两者之间的差值介于1mm～2mm。
5.一种靶材与背板的焊接结构，其特征在于：采用纯铝或高纯铝材料的靶材、铝合金或铜合金材料的背板，所述靶材与背板采用权利要求1的焊接方法进行组合。
6.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于：所述背板上的凹槽深度低于靶材圆片的厚度，两者之间的差值介于1mm～2mm。
技术总结本发明公开了一种靶材与背板的焊接方法，包括以下步骤：提供靶材与背板，背板具有凹槽，凹槽的焊接面为螺旋沟槽结构；对靶材和背板进行激光清洗；将靶材放入背板的凹槽内并整体置于包套内整体置于包套内，对包套进行密封及真空处理；将抽真空后的包套进行热等静压处理，将靶材和背板进行焊接；焊接完成后，包套随炉冷却；冷却后去除包套以获得铝靶材组件。通过激光清洗，有效地清除材料表面可溶性杂质与氧化物层，实现靶材与背板直接接触并进行原子间的相互扩散。
技术研发人员：董常亮;常艳超;周振坤;尤小磊
受保护的技术使用者：爱发科电子材料(苏州)有限公司
技术研发日：2020.11.24
技术公布日：2021.03.12
