專利名稱：鈷靶材組件的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體濺射靶材制造領(lǐng)域，尤其涉及一種鈷靶材組件的焊接方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工業(yè)中，靶材組件是由符合濺射性能的靶材及能與所述靶材結(jié)合并具有一定強度的背板構(gòu)成。背板可以在所述靶材組件裝配至濺射基臺中起到支撐作用，并具有傳導(dǎo)熱量的功效。例如，可以選用金屬鈷(Co)作為靶材，選用具有足夠強度，且導(dǎo)熱、導(dǎo)電性也較高的銅或銅合金材料作為背板以組成靶材組件。在濺射過程中，靶材組件所處的工作環(huán)境比較惡劣。例如，靶材組件所處的環(huán)境溫度較高，例如300°C至600°C ；另外，靶材組件的一側(cè)沖以冷卻水強冷，而另一側(cè)則處于 IO-9Pa的高真空環(huán)境下，由此在靶材組件的相對二側(cè)形成有巨大的壓力差；再有，靶材組件處在高壓電場、磁場中，受到各種粒子的轟擊。在如此惡劣的環(huán)境下，如果靶材組件中靶材與背板之間的結(jié)合強度較差，將導(dǎo)致靶材組件在受熱條件下變形、開裂、并與結(jié)合的背板相脫落，使得濺射無法達(dá)到濺射均勻的效果，同時還可能會對濺射基臺造成損傷。因此，選擇一種有效的焊接方式使得靶材與背板實現(xiàn)可靠結(jié)合并實現(xiàn)長期穩(wěn)定生產(chǎn)就顯得十分必要。當(dāng)靶材與背板的熔點等物理性能相接近時，可以采用常規(guī)的焊接工藝?yán)缛酆浮?釬焊將靶材與背板焊接在一起以形成靶材組件；當(dāng)靶材與背板的熔點等物理性能相差很大時，可以采用擴散焊接將靶材與背板焊接在一起以形成靶材組件。所謂的擴散焊接是指將焊件緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時間，使兩焊件接觸面之間的原子相互擴散形成連接的焊接方法。相對于常規(guī)的焊接方式，擴散焊接具有結(jié)合緊密度高、受熱抗變形能力強等優(yōu)點。對于鈷靶材與銅背板構(gòu)成的靶材組件而言，由于鈷的熔點為1495°C，銅的熔點 1084°C，兩種材料的熔點相差較大同時現(xiàn)有的熔焊設(shè)備不能實現(xiàn)大面積對焊，因此不適于利用熔焊將鈷靶材與銅背板焊接在一起；釬焊工藝中采用的錫釬料或銦釬料熔點較低(小于250°C )，以致當(dāng)利用釬焊將鈷靶材與銅背板焊接在一起時，不僅兩者之間的結(jié)合強度較低(小于70Mpa)，而且高溫環(huán)境會使釬料熔化，造成濺射工藝無法進行；由于鈷是性質(zhì)比較穩(wěn)定的金屬，銅是較易被氧化的金屬，當(dāng)空氣中的溫度超過200°C時鈷靶材與銅背板之間的焊接面處會被氧化，以致鈷靶材與銅背板焊接面處的原子不能進行擴散致使靶材組件的焊接緊密度較差，因此，也不適于利用擴散焊接將鈷靶材與背板焊接在一起。鑒于此，需研究一種新的焊接方法以使鈷靶材與銅背板能進行有效結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種鈷靶材坯料與銅背板的焊接方法，通過此方法形成的鈷靶材組件使用溫度高，而且鈷靶材坯料與銅背板之間具有較高的結(jié)合率、結(jié)合強度。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鈷靶材組件的焊接方法，包括以下方法步驟
提供鈷靶材坯料、銅背板、中間層；將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套內(nèi)并使所述中間層位于所述鈷靶材坯料與銅背板之間，將所述真空包套置于焊接設(shè)備內(nèi)；利用熱等靜壓工藝將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板焊接在一起以形成鈷靶材組件；焊接完成后，對所述真空包套進行冷卻后，去除所述真空包套以獲得所述鈷靶材組件。可選的，將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套之前還包括以下步驟對所述鈷靶材坯料、銅背板進行機械加工以提高所述鈷靶材坯料、銅背板與中間層的結(jié)合能力；再對所述鈷靶材坯料、銅背板進行表面清洗處理?？蛇x的，所述利用熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料、中間層、銅背板焊接在一起的步驟包括使內(nèi)部設(shè)置有所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板的真空包套的外部環(huán)境溫度為 350°C 700°C、外部環(huán)境壓強為50Mpa 160Mpa ；對位于所述環(huán)境溫度、環(huán)境壓強下的所述真空包套進行保溫3 5小時以將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板焊接在一起?？蛇x的，將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套內(nèi)再將所述真空包套送入焊接設(shè)備的步驟中，所述真空包套是由厚度為Imm 2mm的低碳鋼或不銹鋼焊接形成， 將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套內(nèi)后，將所述真空包套抽真空至10_3乇 10_5乇，再將所述真空包套密封?？蛇x的，所述中間層的厚度為0. 2mm 3mm?？蛇x的，所述中間層的材料為鈦。為解決上述問題，本發(fā)明還提供另一種鈷靶材組件的焊接方法，包括以下步驟提供銅背板、鈷靶材坯料；在所述鈷靶材坯料的預(yù)結(jié)合表面上形成中間層以使所述中間層與所述鈷靶材坯料形成一個整體；將所述形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板置于真空包套內(nèi)并使所述中間層位于所述鈷靶材坯料與銅背板之間，將所述真空包套置于焊接設(shè)備內(nèi)；利用熱等靜壓工藝將所述形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板焊接在一起以形成鈷靶材組件；焊接完成后，對所述真空包套進行冷卻，去除所述真空包套以獲得所述鈷靶材組件。可選的，在所述鈷靶材坯料的預(yù)結(jié)合表面上形成中間層之前對所述鈷靶材坯料進行表面清洗處理?？蛇x的，所述中間層是利用物理氣相沉積工藝形成的。可選的，所述利用熱等靜壓工藝將形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板焊接在一起的步驟包括使內(nèi)部設(shè)置有所述鈷靶材坯料、銅背板的真空包套的外部環(huán)境溫度為350°C 700°C、外部環(huán)境壓強為50Mpa 160Mpa ；對位于所述環(huán)境溫度、環(huán)境壓強下的所述真空包套進行保溫3 5小時以將所述形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板焊接在一起?？蛇x的，將所述形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板置于真空包套內(nèi)再將所述真空包套送入焊接設(shè)備的步驟中，所述真空包套是由厚度為Imm 2mm的低碳鋼或不銹鋼焊接形成，將所述鈷靶材坯料、銅背板置于真空包套內(nèi)后，將所述真空包套抽真空至10_3乇 10_5乇，再將所述真空包套密封。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過在鈷靶材坯料與銅背板之間增設(shè)中間層并利用熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料與銅背板焊接在一起，既能實現(xiàn)大面積焊接，而且由于整個焊接過程是在真空環(huán)境下進行可以防止焊接材料的表面被氧化；另外，形成的鈷靶材組件中鈷靶材坯料與銅背板之間具有較高的結(jié)合率、結(jié)合強度，鈷靶材坯料與銅背板焊接在一起后變形?。恍纬傻拟挵胁慕M件使用溫度可以達(dá)到600°C以上，在這樣的高溫條件下靶材組件不會發(fā)生脫落的現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例一中鈷靶材組件的焊接方法流程圖。圖2是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例一中鈷靶材組件組成部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例一中當(dāng)鈷靶材坯料及銅背板的預(yù)焊接面形成有螺紋時其表面形貌放大圖。圖4是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例一中當(dāng)鈷靶材坯料、銅背板、中間層一起置于真空包套內(nèi)進行熱等靜壓工藝時的示意圖。圖5是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例二中鈷靶材組件的焊接方法流程圖。圖6是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例二中鈷靶材組件組成部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例二中當(dāng)表面形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板一起置于真空包套內(nèi)進行熱等靜壓工藝時的示意圖。
具體實施例方式如背景技術(shù)中所述，現(xiàn)有的鈷靶材坯料與銅背板的焊接方法存在諸多缺點如熔焊工藝不能實現(xiàn)大面積對焊，釬焊工藝中鈷靶材坯料與銅背板之間的結(jié)合強度低，擴散焊接工藝中鈷靶材坯料與銅背板的焊接面容易在空氣中被氧化致使鈷靶材坯料與銅背板焊接面處的原子不能進行擴散導(dǎo)致靶材組件的焊接緊密度較差等等。熱等靜壓工藝具有許多優(yōu)點，如焊接件結(jié)合面處的結(jié)合率高、結(jié)合強度高等。所謂熱等靜壓(hot isostatic pressing, HIP)的原理是將待焊接材料置于真空密封的真空包套內(nèi)，然后在高溫條件下利用高壓液體或高壓氣體對真空包套施加各向均等的壓力，使真空包套在此高溫高壓環(huán)境中保持一段時間以將待焊接材料緊密焊接在一起。鑒于此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以利用熱等靜壓工藝并選擇合適的工藝參數(shù)將鈷靶材與銅背板焊接在一起，兩者在真空環(huán)境下焊接時焊接面處不會被氧化，并且鈷靶材坯料與銅背板利用此工藝焊接后兩者之間具有較高的結(jié)合強度。進一步地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)利用熱等靜壓工藝焊接鈷靶材與銅背板時，可在鈷靶材與銅背板之間增設(shè)一材料為金屬的中間層以作為中間媒介，這樣鈷靶材、銅背板能更好的結(jié)合，例如金屬鈦能同時與鈷靶材、銅背板很好的結(jié)合。該中間層可以單獨制造形成，也可以利用其它方法形成在鈷靶材坯料的預(yù)結(jié)合表面上使中間層與鈷靶材坯料構(gòu)成一個整體，如可以利用半導(dǎo)體工業(yè)中常用的物理氣相沉積(PVD)工藝形成所述中間層。圖1是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例一中鈷靶材組件的焊接方法流程圖， 它顯示的是當(dāng)鈷靶材與銅背板之間的中間層是單獨制造形成時該靶材組件的焊接流程，如圖1所示，其包括以下步驟Sll.提供鈷靶材坯料、銅背板、中間層。S12.對鈷靶材坯料、銅背板進行機械加工，再對鈷靶材坯料、銅背板進行表面清洗處理。S13.將鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套內(nèi)并使中間層位于鈷靶材坯料與銅背板之間，真空包套被抽真空后將其置于焊接設(shè)備內(nèi)。S14.利用熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料、中間層、銅背板焊接在一起以形成鈷靶材組件。S15.焊接完成后，對真空包套進行冷卻，去除真空包套以獲得鈷靶材組件。圖5是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例二中鈷靶材組件的焊接方法流程圖， 它顯示的是當(dāng)鈷靶材與銅背板之間的中間層是形成在鈷靶材坯料預(yù)結(jié)合表面上時該靶材組件的焊接流程，如圖5所示，其包括以下步驟S21.提供鈷靶材坯料、銅背板。S22.對鈷靶材坯料進行表面清洗處理。S23.在鈷靶材坯料的預(yù)結(jié)合表面上形成中間層。S24.將形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板置于真空包套內(nèi)，真空包套被抽真空后將其置于焊接設(shè)備內(nèi)。S25.利用熱等靜壓工藝將形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板焊接在一起以形成鈷靶材組件。S26.焊接完成后，對真空包套進行冷卻，去除真空包套以獲得鈷靶材組件。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。實施例一圖1是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例一中鈷靶材組件的焊接方法流程圖， 它顯示的是當(dāng)鈷靶材與銅背板之間的中間層是單獨制造形成時該靶材組件的焊接流程，下面將圖1與圖2、圖3、圖4結(jié)合起來對實施例一進行詳細(xì)說明。首先執(zhí)行步驟Sll 提供鈷靶材坯料、銅背板、中間層。提供鈷靶材坯料11，本實施例中以純度為99. 995%的鈷靶材坯料為例。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、濺射設(shè)備的實際要求，鈷靶材坯料11的形狀可以為圓形、矩形、環(huán)形、圓錐形或其他類似形狀(包括規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀)中的任一種，優(yōu)選方案為圓形。它的直徑尺寸為在設(shè)計尺寸上加2mm 5mm的加工余量，它的厚度尺寸為在設(shè)計尺寸上加Imm 3mm的加工余量。設(shè)置加工余量的目的是為鈷靶材坯料11在后續(xù)的機械加工中提供比較寬裕的加工空間以得到符合要求的鈷靶材組件。提供銅背板12，銅背板12可以是包括鉻合金或鋅的銅合金背板，銅背板12也可以是錫黃銅，它的形狀需根據(jù)濺射設(shè)備的要求來設(shè)置。提供材料為金屬的中間層13，如圖2所示，它可以是利用一些常規(guī)加工工藝單獨制造形成的薄片狀物體，這樣可以減少整個鈷靶材組件的加工難度及加工周期。它的形狀需根據(jù)鈷靶材坯料11及銅背板12的形狀來設(shè)置，以使中間層13能位于鈷靶材坯料11與銅背板12之間。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)中間層13的材料為鈦，并通過熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料 11與銅背板12焊接在一起時，它能同時與鈷、銅合金進行很好的結(jié)合以增大鈷靶材坯料11 與銅背板12之間的結(jié)合率、結(jié)合強度。在同時保證鈷靶材坯料11與銅背板12之間具有較高結(jié)合率、結(jié)合強度的焊接要求及加工條件許可的前提下，中間層13的厚度可為0. 2mm 3mm ο接著執(zhí)行步驟S12 對鈷靶材坯料、銅背板進行機械加工，再對鈷靶材坯料、銅背板進行表面清洗處理。為了在后續(xù)的熱等靜壓工藝中鈷靶材坯料11、銅背板12均能與中間層13進行很好的結(jié)合以增大鈷靶材坯料11、銅背板12與中間層13的結(jié)合能力，可以對鈷靶材坯料11、 銅背板12進行機械加工。具體的，可以對鈷靶材坯料11、銅背板12進行加工精度較高的機械加工以減小鈷靶材坯料11、銅背板12預(yù)結(jié)合表面的表面粗糙度。進一步地，為了使鈷靶材坯料11、銅背板12能與中間層13具有更好的結(jié)合能力，如圖3所示，還可以在鈷靶材坯料11、銅背板12的預(yù)結(jié)合表面形成螺紋，這樣具有螺紋狀表面的鈷靶材坯料11、銅背板12 在熱等靜壓工藝中能更容易與中間層13的表面進行原子擴散，從而能更好的結(jié)合。機械加工完成后，對鈷靶材坯料11、銅背板12進行表面清洗處理以減少或去除其表面的雜質(zhì)。清洗鈷靶材坯料11、銅背板12的方法有很多種，其中的一種方法是先利用酸液然后再利用有機溶劑進行清洗。酸液可以選擇氫氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、鹽酸(HCL)、硫酸(H2SO4)或包含它們?nèi)我馀浔鹊幕旌先軇?。有機溶劑可以是酒精、異丁醇(IBA)、異丙醇 (IPA)或混丙醇(IPB)中的任一種。接著執(zhí)行步驟S13 將鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套內(nèi)并使中間層位于鈷靶材坯料與銅背板之間，真空包套被抽真空后將其置于焊接設(shè)備內(nèi)。如圖4所示，將鈷靶材坯料11、中間層13、銅背板12置于真空包套14內(nèi)并使中間層13位于鈷靶材坯料11與銅背板12之間，從真空包套14的開口 15處將真空包套14抽成真空，以避免在熱等靜壓工藝中焊接件表面發(fā)生氧化。具體的，真空包套14被抽真空至 10_3乇 10_5乇(1乇=133. 3224Pa)。然后封閉開口 15以封閉整個真空包套14。再將內(nèi)部設(shè)置有鈷靶材坯料11、中間層13、銅背板12的真空包套14置于焊接設(shè)備內(nèi)以便進行后續(xù)的熱等靜壓工藝。真空包套14的形狀需根據(jù)預(yù)形成鈷靶材組件的形狀來設(shè)置，將鈷靶材坯料11、中間層13、銅背板12置于真空包套14內(nèi)之后，真空包套14會緊密貼合內(nèi)置的鈷靶材組件。 真空包套14的厚度很薄，可為Imm 2mm，它可以由低碳鋼或不銹鋼焊接形成。接著執(zhí)行步驟S14 利用熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料、中間層、銅背板焊接在一起以形成鈷靶材組件。繼續(xù)參照圖4所示，利用熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料11、中間層13、銅背板12焊接在一起以形成鈷靶材組件。此時，內(nèi)部設(shè)有鈷靶材坯料11、中間層13、銅背板12的真空包套14處于高溫高壓環(huán)境中。通過選擇合適的工藝參數(shù)可使焊接后的鈷靶材組件中鈷靶材坯料與銅背板具有較高的結(jié)合率、結(jié)合強度，具體的，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用以下的工藝參數(shù)可以實現(xiàn)外部環(huán)境溫度為350°C 700°C，外部環(huán)境壓強為50Mpa 160Mpa，保溫3 5小時。即，真空包套14所處的外部環(huán)境溫度為350°C 700°C，利用高壓液體或高壓氣體使真空包套14所處的外部環(huán)境壓強為50Mpa 160Mpa，使真空包套14在此高溫高壓環(huán)境中保持3 5小時。由于真空包套14是由厚度很薄的低碳鋼或不銹鋼焊接形成，在外部環(huán)境壓強的作用下，鈷靶材坯料11、銅背板12與中間層13的結(jié)合面處會形成壓力，同時由于真空包套14長時間位于高溫環(huán)境中，鈷靶材坯料11、銅背板12與中間層13的結(jié)合面處會發(fā)生塑性變形、原子擴散，最終實現(xiàn)鈷靶材坯料11與銅背板12的可靠焊接。最后執(zhí)行步驟S15 焊接完成后，對真空包套進行冷卻，去除真空包套以獲得鈷靶材組件。焊接完成后，可使真空包套14在空氣中冷卻，冷卻后，去除真空包套14以獲得鈷靶材組件。具體的，可以利用車削加工工藝將真空包套14去除。實施例二圖5是本發(fā)明鈷靶材組件的焊接方法實施例二中鈷靶材組件的焊接方法流程圖， 它顯示的是當(dāng)鈷靶材與銅背板之間的中間層是形成在鈷靶材坯料預(yù)結(jié)合表面上時該靶材組件的焊接流程，下面將圖5與圖6、圖7結(jié)合起來對實施例二進行詳細(xì)說明。首先執(zhí)行步驟S21 提供鈷靶材坯料、銅背板。提供鈷靶材坯料21，本實施例中以純度為99. 995%的鈷靶材坯料為例。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、濺射設(shè)備的實際要求，鈷靶材坯料21的形狀可以為圓形、矩形、環(huán)形、圓錐形或其他類似形狀(包括規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀)中的任一種，優(yōu)選方案為圓形。它的直徑尺寸為在設(shè)計尺寸上加2mm 5mm的加工余量，它的厚度尺寸為在設(shè)計尺寸上加Imm 3mm的加工余量。設(shè)置加工余量的目的是為鈷靶材坯料21在后續(xù)的機械加工中提供比較寬裕的加工空間以得到符合要求的鈷靶材組件。提供銅背板22，銅背板22可以是包括鉻合金或鋅的銅合金背板，銅背板22也可以是錫黃銅，它的形狀需根據(jù)濺射設(shè)備的要求來設(shè)置。接著執(zhí)行步驟S22 對鈷靶材坯料進行表面清洗處理。清洗鈷靶材坯料21表面的方法有多種，可以先用酸液清洗，再用有機溶劑清洗。 酸液可以選取氫氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、鹽酸(HCL)、硫酸(H2SO4)或包含它們?nèi)我馀浔鹊幕旌先軇?。有機溶劑可以是異丁醇IBA、異丙醇IPA或混丙醇IPB中的任一種。通過步驟S22的表面清洗處理，可以將鈷靶材坯料21表面的雜質(zhì)和氧化物減少或清除，這樣就為后續(xù)的焊接工藝打下良好的基礎(chǔ)。接著執(zhí)行步驟S23 在鈷靶材坯料的預(yù)結(jié)合表面上形成中間層。如圖6所示，在鈷靶材坯料21的預(yù)結(jié)合表面211上形成材料為金屬的中間層23， 這樣中間層23與鈷靶材坯料21形成一個整體。中間層23的形成方法有多種，可以利用物理氣相沉積工藝形成。物理氣相沉積工藝主要是利用燈絲加熱后發(fā)射的電子，經(jīng)電場加速、磁場聚焦后，高速撞擊置于水冷坩堝中的蒸發(fā)材料，使得蒸發(fā)材料表面的原子吸收電子攜帶的動能，將溫度迅速升高，在真空環(huán)境下蒸發(fā)或升華形成的低密度、非平衡蒸汽粒子射流與鈷靶材坯料21相撞，并在一定條件下生長為薄膜(即中間層23)。通過上述物理氣相沉積工藝或其他類似的薄膜形成工藝，可以使得在鈷靶材坯料21的預(yù)結(jié)合表面211上形成的中間層23具有表面粗糙度低、結(jié)合強度高、致密度高等優(yōu)點。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)中間層23 的材料為鈦，并通過熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料21與銅背板22焊接在一起時，它能同時與鈷、銅合金進行很好的結(jié)合以增大鈷靶材坯料21與銅背板22之間的結(jié)合率、結(jié)合強度。在同時保證鈷靶材坯料21與銅背板22之間具有較高結(jié)合率、結(jié)合強度的焊接要求及加工條件許可的前提下，中間層的厚度可為0. 2mm 3mm。S24.將形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板置于真空包套內(nèi)，真空包套被抽真空后將其置于焊接設(shè)備內(nèi)。如圖7所示，將預(yù)結(jié)合表面211上形成有中間層23的鈷靶材坯料21、銅背板22 置于真空包套M內(nèi)，從真空包套M的開口 25處將真空包套M抽成真空，以避免在熱等靜壓工藝中焊接件表面發(fā)生氧化。具體的，真空包套M被抽真空至10_3乇 10_5乇(1乇= 133. 3224Pa) 0然后封閉開口 25以封閉整個真空包套對。再將內(nèi)部設(shè)置有鈷靶材坯料21、 銅背板22的真空包套M置于焊接設(shè)備內(nèi)以便進行后續(xù)的熱等靜壓工藝。真空包套M的形狀需根據(jù)預(yù)形成鈷靶材組件的形狀來設(shè)置，將鈷靶材坯料21、銅背板22置于真空包套M內(nèi)之后，真空包套M會緊密貼合內(nèi)置的鈷靶材組件。真空包套對的厚度很薄，可為Imm 2mm，它可以由低碳鋼或不銹鋼焊接形成。接著執(zhí)行步驟S25 利用熱等靜壓工藝將形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板焊接在一起以形成鈷靶材組件。繼續(xù)參照圖7所示，利用熱等靜壓工藝將預(yù)結(jié)合表面211形成有中間層23的鈷靶材坯料21、銅背板22焊接在一起以形成鈷靶材組件。此時，內(nèi)部設(shè)有鈷靶材坯料21、銅背板22的真空包套M處于高溫高壓環(huán)境中。通過選擇合適的工藝參數(shù)可使焊接后的鈷靶材組件中鈷靶材坯料與銅背板具有較高的結(jié)合率、結(jié)合強度，具體的，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用以下的工藝參數(shù)可以實現(xiàn)外部環(huán)境溫度為350°C 700°C，外部環(huán)境壓強為50Mpa 160Mpa，保溫3 5小時。S卩，真空包套M所處的外部環(huán)境溫度為350°C 700°C，利用高壓液體或高壓氣體使真空包套24所處的外部環(huán)境壓強為50Mpa 160Mpa，使真空包套M在此高溫高壓環(huán)境中保持3 5小時。由于真空包套M是由厚度很薄的低碳鋼或不銹鋼焊接形成，在外部環(huán)境壓強的作用下，鈷靶材坯料21預(yù)結(jié)合表面211上的中間層23與銅背板22結(jié)合面處會形成壓力，同時由于真空包套M長時間位于高溫環(huán)境中，中間層23與銅背板22的結(jié)合面處會發(fā)生塑性變形、原子擴散，最終實現(xiàn)鈷靶材坯料21與銅背板22的可靠焊接。最后執(zhí)行步驟S26 焊接完成后，對真空包套進行冷卻，去除真空包套以獲得鈷靶材組件。焊接完成后，可使真空包套M在空氣中冷卻，冷卻后，去除真空包套M以獲得鈷靶材組件。具體的，可以利用車削加工工藝將真空包套M去除。最后，對上述實施例一及實施例二中鈷靶材組件的焊接狀況進行檢測利用 C-SCAN檢測焊接結(jié)合率，由鈷靶材坯料與銅合金背板所組成的鈷靶材組件的焊接結(jié)合率達(dá)到95%以上，再測試其拉伸強度，其焊接的平均強度為130Mpa以上。由此方法形成的鈷靶材組件使用溫度可以達(dá)到600°C以上，在這樣的高溫條件下靶材組件不會發(fā)生脫落的現(xiàn)象并可以進行正常的濺射工藝。結(jié)果表面，采用本發(fā)明中焊接方法所獲得的鈷靶材組件的焊接性能十分可靠。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點通過在鈷靶材坯料與銅背板之間增設(shè)中間層并利用熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料與銅背板焊接在一起，既能實現(xiàn)大面積焊接，而且由于整個焊接過程是在真空環(huán)境下進行可以防止焊接材料的表面被氧化；另外，形成的鈷靶材組件中鈷靶材坯料與銅背板之間具有較高的結(jié)合率、結(jié)合強度，鈷靶材坯料與銅背板焊接在一起后變形??；形成的鈷靶材組件使用溫度可以達(dá)到600°C以上，在這樣的高溫條件下靶材組件不會發(fā)生脫落的現(xiàn)象。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種鈷靶材組件的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟提供鈷靶材坯料、銅背板、中間層；將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套內(nèi)并使所述中間層位于所述鈷靶材坯料與銅背板之間，將所述真空包套置于焊接設(shè)備內(nèi)；利用熱等靜壓工藝將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板焊接在一起以形成鈷靶材組件；焊接完成后，對所述真空包套進行冷卻后，去除所述真空包套以獲得所述鈷靶材組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套之前還包括以下步驟對所述鈷靶材坯料、銅背板進行機械加工以提高所述鈷靶材坯料、銅背板與中間層的結(jié)合能力；再對所述鈷靶材坯料、銅背板進行表面清洗處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料、中間層、銅背板焊接在一起的步驟包括使內(nèi)部設(shè)置有所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板的真空包套的外部環(huán)境溫度為350°C 700°C、外部環(huán)境壓強為50Mpa 160Mpa ；對位于所述環(huán)境溫度、環(huán)境壓強下的所述真空包套進行保溫3 5小時以將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板焊接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套內(nèi)再將所述真空包套送入焊接設(shè)備的步驟中，所述真空包套是由厚度為Imm 2mm的低碳鋼或不銹鋼焊接形成，將所述鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套內(nèi)后，將所述真空包套抽真空至10-3乇 10-5乇，再將所述真空包套密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中間層的厚度為0.2mm 3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中間層的材料為鈦。
7.—種鈷靶材組件的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟提供銅背板、鈷靶材坯料；在所述鈷靶材坯料的預(yù)結(jié)合表面上形成中間層以使所述中間層與所述鈷靶材坯料形成一個整體；將所述形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板置于真空包套內(nèi)并使所述中間層位于所述鈷靶材坯料與銅背板之間，將所述真空包套置于焊接設(shè)備內(nèi)；利用熱等靜壓工藝將所述形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板焊接在一起以形成鈷靶材組件；焊接完成后，對所述真空包套進行冷卻，去除所述真空包套以獲得所述鈷靶材組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述鈷靶材坯料的預(yù)結(jié)合表面上形成中間層之前對所述鈷靶材坯料進行表面清洗處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述中間層是利用物理氣相沉積工藝形成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用熱等靜壓工藝將形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板焊接在一起的步驟包括使內(nèi)部設(shè)置有所述鈷靶材坯料、銅背板的真空包套的外部環(huán)境溫度為350°C 700°C、 外部環(huán)境壓強為50Mpa 160Mpa ；對位于所述環(huán)境溫度、環(huán)境壓強下的所述真空包套進行保溫3 5小時以將所述形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板焊接在一起。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將所述形成有中間層的鈷靶材坯料、銅背板置于真空包套內(nèi)再將所述真空包套送入焊接設(shè)備的步驟中，所述真空包套是由厚度為 Imm 2mm的低碳鋼或不銹鋼焊接形成，將所述鈷靶材坯料、銅背板置于真空包套內(nèi)后，將所述真空包套抽真空至10_3乇 10_5乇，再將所述真空包套密封。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鈷靶材組件的焊接方法，包括提供鈷靶材坯料、銅背板并在兩者之間增設(shè)一中間層；將鈷靶材坯料、中間層、銅背板置于真空包套內(nèi)，使中間層位于鈷靶材坯料與銅背板之間，將真空包套置于焊接設(shè)備內(nèi)；利用熱等靜壓工藝將待焊接材料焊接在一起以形成鈷靶材組件；焊接完成后，進行冷卻，去除真空包套以獲得鈷靶材組件。通過在鈷靶材坯料與銅背板之間增設(shè)中間層并利用熱等靜壓工藝將鈷靶材坯料與銅背板焊接在一起，既能實現(xiàn)大面積焊接，而且由于整個焊接過程是在真空環(huán)境下進行可以防止焊接材料的表面被氧化，另外形成的鈷靶材組件中鈷靶材坯料與銅背板之間具有較高的結(jié)合率、結(jié)合強度，鈷靶材坯料與銅背板焊接在一起后變形小。
文檔編號B23K20/14GK102366856SQ201110321379
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者周友平, 姚力軍, 潘杰, 王學(xué)澤 申請人:寧波江豐電子材料有限公司