專利名稱：低成本、環(huán)保型氧化物陶瓷靶材與銅背板焊接的研究的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本專利屬于陶瓷材料焊料；焊接。
背景技術(shù)：
:
氧化物陶瓷靶材通常會綁定在銅背板上，是為了保護靶材免于運送或拿取過程中的意外碰撞受損甚至破裂，而且能確保靶材在真空濺射過程中的冷卻和電接觸良好。目前行業(yè)一般使用銦或銦錫合金焊料實現(xiàn)氧化物陶瓷靶材與無氧銅背板之間的釬焊(即通常所稱的綁定bonding);現(xiàn)有焊接工藝主要有以下技術(shù)問題:(I)目前常用的銦或銦錫合金焊料中含有In元素，銦屬于成本較高的貴金屬，而且毒性大于鉛(Pb);此外，焊接過程中還需要增加額外的助焊劑到焊料中(2)焊接前，靶材表面需要做金屬化處理，以利于焊料潤濕、并實現(xiàn)靶材與銅背板之間的焊接(3)采用真空或氣氛環(huán)境焊接，通常使用進口設(shè)備、制造成本昂貴。原因包括兩點a)銦元素在常溫到其熔點156.61°C之間會空氣中的氧緩慢反應(yīng)形成氧化膜，溫度更高時會與氧、鹵素、硫、硒、碲、磷等作用；產(chǎn)生的化合物會阻礙陶瓷靶材和銅背板之間的緊密連接，導(dǎo)致濺射過程中發(fā)生脫靶等問題。所以會采用真空或惰性氣體氣氛中焊接b)某些陶瓷靶材在高溫焊接過程中會發(fā)生分解；例如氧化銦錫ITO靶材在高于300攝氏度時會分解失氧，所以會采取氧氣氛本發(fā)明基于電子組裝行業(yè)的釬焊應(yīng)用，公開了一種低成本、環(huán)保型的氧化物陶瓷靶材與銅背板焊接方法
發(fā)明內(nèi)容
:本專利公開了新型焊料成分與涂布方法、工裝、工藝路線及檢測方法(I)低成本、高活性、環(huán)保型焊料:依據(jù)“氧化物陶瓷靶材-焊料-無氧銅背板”多元相圖理論，研究晶體結(jié)構(gòu)細密、高強的金屬間化合物(MC)及形成條件，在電子組裝行業(yè)常用的無鉛焊料(例如SnAgCu、SnZnBi等)中增加高活性元素(例如鈦、鎂、稀土等)，開發(fā)出熔點250 300°C以下的錫基環(huán)保焊料。新型焊料中含有或額外增加的助焊劑，可以實現(xiàn)大氣環(huán)境中靶材表面無需金屬化、焊料良好潤濕被焊接表面，實現(xiàn)“氧化物陶瓷靶材-焊料-無氧銅背板”三者之間的緊密連接。(2)焊料涂布:依據(jù)氧化物陶瓷靶材與無氧銅背板焊接后的濺射使用要求，合理計算所需的焊料厚度，選用膏狀物或固體焊料，在靶材或銅背板被焊接面涂布焊料。(3)工裝:包括靶材放置定位工裝、焊接壓力工裝(為避免焊料冷卻收縮無法達到靶材與背板間的緊密焊接，焊接壓力工裝的壓力大小與分布)。(4)焊接設(shè)備:選用國產(chǎn)普通的溫度可調(diào)型焊接爐或改造國產(chǎn)焊接爐，調(diào)試并優(yōu)化出爐溫曲線以實現(xiàn)良好焊接。(5)檢測方法:靶材與背板間的焊縫檢測采用周邊目檢、中間X-ray檢驗；還可以使用C-SCAM超聲掃描檢查、SEM\TEM等更先進的檢測手段。


:下面結(jié)合附圖對本專利進一步做說明:附圖:低成本、環(huán)保型氧化物陶瓷靶材與銅背板焊接工藝流程。下面結(jié)合附圖對本專利做進一步說明:如附圖所示，本專利的工藝流程是:先將氧化物陶瓷靶材、新型焊料、銅背板等準備到位，將膏狀或固態(tài)焊料涂布到氧化物陶瓷靶材或銅背板被焊接面上，相應(yīng)將銅背板或靶材放置到被焊接位置處(可借助適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)移裝置)，然后施加焊接工裝(主要包括放置定位工裝、焊接壓力工裝)，然后在國產(chǎn)普通的溫度可調(diào)型焊接爐或改造國產(chǎn)焊接爐中，以最佳溫曲線實現(xiàn)良好焊接。冷卻后，去除焊接工裝，檢測焊接質(zhì)量。本專利的優(yōu)點在于通過新型焊料，實現(xiàn)氧化物陶瓷靶材與銅背板之間的低成本、環(huán)保型焊接；并依據(jù)具體焊接條件，能夠適用于多種焊接情況。
具體實施方式
:實例1:SnZnBiTi焊料實現(xiàn)AZO靶材與銅背板間的良好焊接(I)開發(fā)出SnZnBiTi膏狀焊料，使用網(wǎng)格狀模板在AZO (氧化鋅鋁)靶材被焊接面人工或自動化均勻涂布此種焊料(2)將銅背板放置到焊接托盤中、且被焊接面朝上(3)手工翻轉(zhuǎn) 將AZO靶材放置于銅背板上指定位置(4)通過導(dǎo)向裝置將壓力工裝精確安裝到AZO靶材頂部，并和底部焊接托盤緊固為一體(5)放入到焊接爐中，依次經(jīng)過升溫、保溫、自然冷卻，最高溫度小于310攝氏度(6)待所有焊接件冷卻后，再依次去除壓力工裝、托盤等(7)檢測焊接質(zhì)量實例2 =SnAgCuMgM焊料實現(xiàn)ITO靶材與銅背板間的良好焊接(I)新型SnAgCuMgM (M代表某一種元素)焊膏通過模板均勻涂布到銅背板的被焊接面上，不同區(qū)域的焊膏量有所不同(2)依靠定位工裝，將三塊ITO靶材被焊接面放置到焊膏上，檢查邊緣處焊膏流動情況(3)通過機械裝置將被焊物體轉(zhuǎn)移到焊接爐中(4)放置限位裝置到經(jīng)改造的焊接爐中(5)蓋上焊接爐頂蓋，其頂部的壓力裝置均勻施加壓力到被焊接物體上(6)焊接爐實現(xiàn)焊接，冷卻至室溫后打開爐蓋，通過機械裝置取出焊接后的靶材與背板(7)借助人工目檢和X-ray等方式檢測焊接質(zhì)量實例3 =SnBiGa焊料實現(xiàn)A1203靶材與銅背板間的良好焊接(I)A1203靶材放置于金屬托盤的固定位置處，其被焊接表面刷涂助焊膏，然后在指定位置放置固體SnBiGa焊料
(2)將銅背板被焊接面放置于固體SnBiGa焊料上，再施加其頂部限位和壓力工裝(3)將多個這種金屬托盤放入回流焊爐子的金屬網(wǎng)傳送帶上，依次通過升溫區(qū)、保溫區(qū)、回流焊區(qū)、冷卻區(qū)；這種方式可實現(xiàn)批量化生產(chǎn)(4)拆除工裝和金屬托盤，檢`驗焊接質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種低成本、環(huán)保型氧化物陶瓷靶材與銅背板焊接方法，其特征是在無鉛焊料SnAgCu,SnZnBi中增加高活性元素鈦、鎂、稀土，開發(fā)出熔點250 300°C以下的錫基環(huán)保焊料，實現(xiàn)“氧化物陶瓷靶材-焊料-無氧銅背板”三者之間的緊密連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料，通過在無鉛焊料SnAgCiuSnZnBi中增加鈦、鎂、稀土高活性元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料，在焊接過程中包含焊料厚度、形態(tài)(膏狀物或固態(tài))、涂布方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料，焊接中需要放置定位工裝、焊接壓力工裝、轉(zhuǎn)移工裝等。
全文摘要
低成本、環(huán)保型氧化物陶瓷靶材與銅背板焊接方法研究。本專利屬于陶瓷材料焊料；焊接。本專利公開了一種新型的低成本、環(huán)保型氧化物陶瓷靶材與銅背板焊接方法。其特征是依據(jù)“氧化物陶瓷靶材-焊料-無氧銅背板”多元相圖理論，研究晶體結(jié)構(gòu)細密、高強的金屬間化合物IMC及形成條件，在SnAgCu、SnZnBi無鉛焊料中增加高活性元素鈦、鎂、稀土，開發(fā)出熔點250～300℃以下的錫基環(huán)保焊料。新型焊料中含有或額外增加的助焊劑，可以實現(xiàn)大氣環(huán)境中靶材表面無需金屬化、焊料良好潤濕被焊接表面，實現(xiàn)“氧化物陶瓷靶材-焊料-無氧銅背板”三者之間的緊密連接。
文檔編號B23K1/008GK103231181SQ20131011097
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者楊進, 路彥軍, 李卓娜 申請人:杭州碳諾光伏材料有限公司