專利名稱：一種靶材與背板焊接方法
技術領域：
本發明屬于靶材制造技術領域，具體涉及一種靶材與背板的焊接方法。
背景技術：
工業應用的多種濺射靶材是由符合濺射要求的靶與背板連接而成的組件，在現有濺射技術下，靶材組件工作條件惡劣，濺射時靶材一側溫度可達到30 0°C ^400°C，并且處于10_5Pa高真空下，而背板一側則通以一定壓力的冷卻水強冷，因此靶材組件兩側形成巨大的溫度差和壓力差，同時，靶材一側受到高壓電場和強磁場中各種粒子的轟擊，有大量熱量產生。因此，靶材制造中對焊接質量有著嚴格要求，焊接必須具有良好的導熱性，能夠將濺射產生的熱量傳導至冷卻水；焊縫必須具有一定的強度，否則將導致靶材在受熱條件下發生變形、開裂，影響成膜質量甚至對對濺射機臺造成損傷。鈷靶在半導體和磁記錄領域有著廣泛的應用。鈷靶作為濺射陰極，其厚度必須控制在一定范圍內，鈷靶過厚會導致濺射區磁場強度極大降低，造成氬氣的電離效率降低，進而在很大程度上降低濺射效率并影響沉積薄膜的質量。因此，鈷靶通常與銅合金背板焊接，在減小鈷靶厚度的同時提高靶材組件強度。鈷靶與銅合金背板直接進行焊接時需要較高的溫度，而鈷靶在溫度達到相變溫度后會發生嚴重的磁性能變化，造成其透磁率降低，導致濺射所得薄膜質量變差。因此，鈷靶材與銅合金背板進行焊接時需添加中間層來降低焊接所需溫度。金屬鋅與鈷具有相同的晶體結構，都是密排六方晶體，二者晶胞參數極為相近，容易在較低溫度下發生擴散。但是鋅的韌性差，導熱性不好，單純采用鋅作為焊接中間層，不利于高功率條件下的濺射，而鋁或者銅的韌性好，導熱性能優異，采用鋅/鋁或者鋅/銅復合中間層能夠在較低溫度下實現鈷靶材與銅合金背板的高強度、高可靠性焊接。

發明內容
本發明的目的是提供一種靶材與背板的焊接方法，實現大面積靶材的低溫焊接，獲得高強度的鈷靶材組件，以及保證鈷靶材磁性能不受影響。一種靶材與背板的焊接方法，其操作步驟如下( I)鈷靶材和銅合金背板的加工在鈷靶材與銅合金背板的焊接面上均加工出一系列的凹槽；(2)中間層的制備中間層為2 3層金屬材料，制備時直接由片狀的金屬材料依次疊放，或在鋁片或銅片上采用電鍍、熱浸鍍、噴涂、濺射或真空蒸鍍的方法制備鋅層；(3)鈷靶材與銅合金背板的焊接采用擴散焊接方法將將鈷靶材和銅合金背板分別與中間層焊接到一起，擴散焊接的溫度為200°C 450°C，壓強為f lOOMPa，保溫時間O. 5 10小時。步驟(I)中所述凹槽形狀為環形、V形、倒梯形、圓弧形或矩形，其深度為O. 01mnT2mmo步驟(2)中所述的金屬材料依次為鋅和鋁，鋅層與鈷靶材連接，鋁層與銅合金連接。步驟(2)中所述的金屬材料依次為鋅、鋁和鋅，上鋅層與鈷靶材連接，下鋅層與銅合金連接。步驟(2)中所述的金屬材料依次為鋅和銅，鋅層與鈷靶材連接，銅層與銅合金連接。步驟(2)中所述的片狀材料依次為鋅、銅和鋅，上鋅層與鈷靶材連接，下鋅層和銅合金連接。步驟(2)中所述的中間層的總厚度為O. lmnT5mm,單層鋅層厚度為O. 001 1mm。本發明的有益效果采用含鋅多層材料作為中間層使擴散焊接能夠在較低溫度下發生，避免了鈷靶磁性能由于高溫而產生的不利變化，保證了靶材的濺射性能，此外，在鈷 靶材和銅合金背板焊接面上加工有一系列環形凹槽，增加了焊縫有效面積，提高了焊接強度。


圖I為采用本發明靶材與背板焊接方法所得靶材組件結構示意圖；圖中標號各代表1為鈷祀；2為多層復合中間層；3為銅合金背板。
具體實施例方式實施例I :高純鈷靶與銅鉻背板的焊接實例。高純鈷靶與背板直徑均為330mm，鈷靶厚度為3臟，銅鉻背板厚度為10mm。首先在高純鈷靶與銅鉻背板的焊接面上均加工出深O. 2mm的環形凹槽；中間層采用鋅/銅復合材料，鋅與鈷連接，銅與銅鉻連接，中間層由純銅板表面噴涂純鋅制成，總厚度約1mm，鋅層厚度5(Γ200μπι ;采用熱壓方法進行擴散焊接，溫度390°C，壓強20MPa，保溫時間3小時后隨爐冷卻，所得靶材組件結構見圖I。焊接質量檢測焊后對鈷靶組件進行PTF測試，其透磁性能與焊接前相比無明顯變化；利用C-Scan檢測焊接結合率可達到99. 1% ;測試靶材組件焊接強度，平均值為72MPa。上述結果表明采用本發明焊接方法所得鈷靶組件焊接可靠，鈷靶磁性能未受影響，能夠滿足濺射要求。實施例2 高純鈷靶與銅鋅背板的焊接實例。鈷靶與背板直徑均為440mm，鈷靶厚度4mm，銅鋅厚度IOmm :首先在高純鈷靶與銅鋅背板的焊接面上加工出V形深度為O. Imm的凹槽；中間層采用鋅/鋁/鋅復合材料，由純鋁板兩面電鍍鋅制成，總厚度約2mm，單面鋅鍍層厚度3(Γ50μπι ;采用熱等靜壓的方法進行擴散焊接，溫度370°C，壓強60MPa，保溫時間5小時后隨爐冷卻，所得靶材組件結構見圖I。焊接質量檢測焊后對鈷靶材組件進行PTF測試，其透磁性能與焊接前相比無明顯變化；利用C-Scan檢測焊接結合率可達到99. 7% ;測試靶材組件焊接強度，平均值為SOMPa0上述結果表明采用本發明焊接方法所得鈷靶材組件焊接可靠，鈷靶磁性能未受影響，能夠滿足濺射要求。
權利要求
1.一種靶材與背板的焊接方法，其特征在于，其操作步驟如下 (1)鈷靶材和銅合金背板的加工在鈷靶材與銅合金背板的焊接面上均加工出凹槽； (2)中間層的制備中間層為2 3層金屬材料，制備時直接由片狀的金屬材料依次疊放，或在鋁片或銅片上采用電鍍、熱浸鍍、噴涂、濺射或真空蒸鍍的方法制備鋅層； (3)鈷靶材與銅合金背板的焊接采用擴散焊接方法將鈷靶材和銅合金背板分別與中間層焊接到一起，擴散焊接的溫度為200°C 450°C，壓強為f lOOMPa，保溫時間O. 5^10小時。
2.根據權利要求書I所述的一種靶材與背板的焊接方法，其特征在于，步驟(I)中所述凹槽形狀為環形、V形、倒梯形、圓弧形或矩形，其深度為O. 01mnT2mm。
3.根據權利要求書I所述的一種靶材與背板的焊接方法，其特征在于，步驟(2)中所述 的金屬材料依次為鋅和鋁，鋅層與鈷靶材連接，鋁層與銅合金連接。
4.根據權利要求書I所述的一種靶材與背板的焊接方法，其特征在于，步驟(2)中所述的金屬材料依次為鋅、鋁和鋅，上鋅層與鈷靶材連接，下鋅層與銅合金連接。
5.根據權利要求書I所述的一種靶材與背板的焊接方法，其特征在于，步驟(2)中所述的金屬材料依次為鋅和銅，鋅層與鈷靶材連接，銅層與銅合金連接。
6.根據權利要求書I所述的一種靶材與背板的焊接方法，其特征在于，步驟(2)中所述的片狀材料依次為鋅、銅和鋅，上鋅層與鈷靶材連接，下鋅層和銅合金連接。
7.根據權利要求書I所述的一種靶材與背板的焊接方法，其特征在于，步驟(2)中所述的中間層的總厚度為O. lmnT5mm,單層鋅層厚度為O. OOflmm。
全文摘要
本發明公開了屬于靶材制造技術領域的一種靶材與背板焊接方法。該方法首先在鈷靶材和背板上均加工出凹槽，再利用多層復合材料中間層，采用低溫擴散焊接方法將鈷靶材焊接在銅合金背板上。本發明的方法利用多層材料中間層可以實現大面積鈷靶材的低溫焊接，防止鈷靶材的磁性能發生變化，提高鈷靶材與銅合金背板的焊接強度，避免靶材組件在濺射時開裂，確保鈷靶材的濺射性能得到保證。
文檔編號B23K20/00GK102814585SQ20121023676
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者徐學禮, 江軒, 王興權, 王欣平, 李勇軍, 何金江, 顧新福, 范亮, 曾浩 申請人:北京有色金屬研究總院, 有研億金新材料股份有限公司