一種W-Ti合金靶材組件擴散焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種鍍膜用W-Ti合金靶材組件擴散焊 接方法。
【背景技術(shù)】
[0002] W-Ti合金電子遷移率低，熱機械性能穩(wěn)定，抗氧化、抗腐蝕性良好，常用于微電子 領(lǐng)域，如半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體封裝，肖特基二極管，Al、Cu、Ag布線等。目前，W-Ti合金膜制 造方法主要采用磁控濺射W-Ti合金靶材。由于W-Ti合金熔點較高，通常采用粉末冶金工 藝成型，如無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)等，燒結(jié)成型后的靶坯經(jīng)機加工成單體靶材， 或與背板焊接成復(fù)合靶材。對于復(fù)合靶材，一方面要求靶材與背板具有非常高的焊合率，以 便于工作時良好地導(dǎo)熱、導(dǎo)電；另一方面要求靶材與背板有一定的焊接強度，以避免工作時 靶材與背板開焊、脫落等。背板材質(zhì)通常有Mo及合金、Cu合金、Al合金、奧氏體不銹鋼、Ti 及合金等，焊接方法有釬焊、擴散焊等。釬焊通常采用低熔點的In、Sn及其合金焊料進行焊 接，工藝簡單，但焊接強度較低（IOMPa以內(nèi)），焊料熔點低，無法滿足大功率濺射鍍膜。擴散 焊具有焊合率高、焊接強度高等優(yōu)點，特別適用于大功率、高效率濺射鍍膜用靶材。擴散焊 通常為成型的固態(tài)靶材與背板緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時間，使接觸面之 間的原子相互擴散，相互滲透來實現(xiàn)冶金結(jié)合的一種焊接方法，如采用包套將靶材與背板 真空封裝后，再進行熱等靜壓擴散復(fù)合。但W-Ti合金靶材與Al合金、Cu合金背板材質(zhì)間 熔點差異較大，不易擴散，需在兩者之間加入過渡層，分步擴散復(fù)合，如加入奧氏體不銹鋼、 Ni合金、Ti合金等過渡層以過渡。但熱等靜壓擴散焊接工藝對包套制作技術(shù)要求非常高， 存在包套漏氣導(dǎo)致無法焊合的風險，且熱等靜壓擴散后的復(fù)合體通常存在不同程度的彎曲 變形，需要再矯平，增加了工藝環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明專利的目的在于提供一種W-Ti合金靶材組件擴散焊接方法。
[0004] 一種W-Ti合金靶材組件擴散焊接方法，其步驟如下：
[0005] (1)將W-Ti合金靶材粉末原料及對應(yīng)的待焊接復(fù)合的板坯材料置于熱壓模具內(nèi)；
[0006] (2)將步驟（1)中裝有W-Ti合金粉末原料及對應(yīng)的待焊接復(fù)合的板坯材料的熱壓 模具置于熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，一次進行靶坯熱壓燒結(jié)成型、靶坯與板坯擴散焊接，溫度1000~ 1600°C，壓力10~40MPa，保溫時間0. 5~6hr，得到焊接復(fù)合的W-Ti合金靶材組件；
[0007] (3)將板坯直接作為背板，將步驟（2)中所得到焊接復(fù)合的W-Ti合金靶材組件直 接加工為W-Ti合金靶材/背板成品；或板坯作為過渡層，加工為W-Ti合金靶材/過渡層組 件，然后與Al合金或Cu合金背板再進行熱壓或熱等靜壓擴散焊接，形成W-Ti合金靶材/ 過渡層/背板復(fù)合的三層結(jié)構(gòu)。
[0008] 所述W-Ti合金靶材中Ti質(zhì)量含量為5~20%，余量為W。
[0009] 所述W-Ti合金靶材中Ti質(zhì)量含量為10%，余量為W。
[0010] 所述粉末原料中W粉平均粒度為2~10 μ m，Ti粉平均粒度為20~200 μ m。
[0011] 步驟（I)中裝模具前可預(yù)先在板坯焊接面進行噴砂處理或者機加工，提高焊接面 粗糙度。
[0012] 步驟（1)中靶材粉末原料與板坯材料單層結(jié)構(gòu)裝模：下層為板坯材料，上層為粉 末原料。
[0013] 步驟（1)中靶材粉末原料與板坯雙層結(jié)構(gòu)裝模：下層為粉末原料，中間為板坯材 料，上層為粉末原料。
[0014] 所述W-Ti合金祀材直徑為Φ 50~500mm，厚度為3~15mm。
[0015] 板述作為背板時,材質(zhì)為Mo及合金、奧氏體不銹鋼或Ti及合金；板述作為過渡層 時，其厚度為〇. 5~5mm，材質(zhì)為奧氏體不銹鋼、Ni合金或Ti及合金。
[0016] 本發(fā)明方法提供的W-Ti合金靶材擴散焊接方法具有如下優(yōu)點：
[0017] (1)同步實現(xiàn)燒結(jié)、擴散焊：本發(fā)明的方法在粉末原料內(nèi)加入了待焊接復(fù)合的板坯 材料，在工藝過程中，同步實現(xiàn)了粉末原料燒結(jié)成致密靶材，及粉末與板坯反應(yīng)、擴散焊接， 一次得到了靶材與板坯的擴散焊接復(fù)合體。
[0018] (2)焊接強度、焊合率高：本發(fā)明專利提供的擴散焊接方法，初始以粉末形式與板 坯接觸，兩者接觸面積大，易于擴散焊接，焊接抗拉強度可達到50Mpa以上，焊合率可達到 99%以上。
[0019] (3)靶材成材率高：本發(fā)明專利提供的擴散焊接方法，可實現(xiàn)靶材燒結(jié)、擴散焊近 凈尺寸成型，且燒結(jié)、擴散焊接后的復(fù)合體無彎曲變形，后續(xù)機加工量小，靶材成材率高。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明方法的涉及靶材燒結(jié)、擴散焊接工藝流程圖。
[0021] 圖2為靶材粉末原料與板坯單層結(jié)構(gòu)次序示意圖。
[0022] 圖3為靶材粉末原料與板坯雙層結(jié)構(gòu)次序示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面通過附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明專利做進一步說明。
[0024] 本發(fā)明專利提供了一種W-Ti靶材組件擴散焊接方法，在熱壓燒結(jié)成型W-Ti合金 靶材時，同時在粉末內(nèi)加入相應(yīng)的待焊接板坯，從而實現(xiàn)靶坯熱壓燒結(jié)成型、靶坯與板坯擴 散焊接同步完成。該方法，一方面工藝簡單，可同步實現(xiàn)靶材燒結(jié)、擴散焊，初始以粉末形式 與待焊接板坯接觸，兩者接觸面積大，易于擴散焊接，焊接強度高；另一方面靶材燒結(jié)、擴散 焊近凈尺寸成型,且燒結(jié)、擴散焊接復(fù)合體無彎曲變形,后續(xù)機加工量小,靶材成材率高。此 外，該工藝方法也適用于微電子領(lǐng)域鍍膜用W及合金、Mo及合金、Cr及合金等高熔點粉末冶 金成型靶材組件擴散焊接。
[0025] 實施例1~4
[0026] 根據(jù)圖1所示的工藝流程圖，其步驟如下：
[0027] 1.粉末、待焊接板坯準備
[0028] 按本實施例中設(shè)計準備待熱壓成型靶材粉末原料及對應(yīng)的待焊接板坯材料。
[0029] 所述W-Ti合金粉末為：Ti質(zhì)量含量5~20%，特別是Ti質(zhì)量含量為10%，余量為W。 W粉平均粒度2~10 μ m，Ti粉平均粒度20~200 μ m。成型靶材直徑尺寸φ 50~500mm， 厚度3~15mm。背板厚度取決于型號規(guī)格要求，過渡層厚度0. 5~5mm?？深A(yù)先在板述焊 接面進行噴砂處理或者機加工，提高焊接面粗糙度，增加焊接強度。
[0030] 2.裝模
[0031] 將待熱壓成型靶材粉末原料及對應(yīng)的待焊接復(fù)合的板坯材料置于熱壓模具內(nèi)，結(jié) 構(gòu)次序見圖2,圖3。其中，圖2結(jié)構(gòu)為單層結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)單層靶坯熱壓燒結(jié)、靶坯與板坯擴 散焊，圖3結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)雙層靶坯熱壓燒結(jié)、靶坯與板坯擴散焊。熱壓模具材質(zhì) 為高強石墨，抗壓強度40Mpa以上。
[0032] 3.熱壓燒結(jié)、擴散焊
[0033] 將裝有粉末原料及待焊接板坯的熱壓模具置于熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，一次進行靶坯熱壓 燒結(jié)、靶坯與板坯擴散焊接。工藝參數(shù)主要有溫度、熱壓壓力、保溫時間。
[0034] 4.機加工
[0035] 熱壓燒結(jié)、擴散焊完成后，得到焊接復(fù)合體。將板坯直接作為背板，可將焊接復(fù)合 體直接加工為W-Ti合金靶材/背板成品；或板坯作為過渡層，加工為W-Ti合金靶材/過 渡層組件，然后與Al合金或Cu合金等背板再進行熱壓或熱等靜壓擴散焊接，形成W-Ti合 金靶材/過渡層/背板復(fù)合的三層結(jié)構(gòu)。W-Ti合金靶材與板坯擴散焊接抗拉強度可達到 50Mpa以上，經(jīng)C軸-超聲檢測，焊合率可達到99%以上。
[0036] 實施例1~4W_Ti合金靶材燒結(jié)、焊接工藝及性能結(jié)果見表1。 「00371 表1、窀施例1~4中燒結(jié)、焊接T藝及件能結(jié)果
【主權(quán)項】
1. 一種W-Ti合金靶材組件擴散焊接方法，其特征在于，其步驟如下： (1) 將W-Ti合金靶材粉末原料及對應(yīng)的待焊接復(fù)合的板坯材料置于熱壓模具內(nèi)； (2) 將步驟（1)中裝有W-Ti合金粉末原料及對應(yīng)的待焊接復(fù)合的板坯材料的熱壓 模具置于熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，一次進行靶坯熱壓燒結(jié)成型、靶坯與板坯擴散焊接，溫度1000~ 1600°C，壓力10~40MPa，保溫時間0. 5~6hr，得到焊接復(fù)合的W-Ti合金靶材組件； (3) 將板坯直接作為背板，將步驟（2)中所得到焊接復(fù)合的W-Ti合金靶材組件直接加 工為W-Ti合金靶材/背板成品；或板坯作為過渡層，加工為W-Ti合金靶材/過渡層組件， 然后與Al合金或Cu合金背板再進行熱壓或熱等靜壓擴散焊接，形成W-Ti合金靶材/過渡 層/背板復(fù)合的三層結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的W-Ti靶材組件擴散焊接方法，其特征在于，所述W-Ti合金靶 材中Ti質(zhì)量含量為5~20%，余量為W。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的W-Ti靶材組件擴散焊接方法，其特征在于，所述W-Ti合金靶 材中Ti質(zhì)量含量為10%，余量為W。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的W-Ti靶材組件擴散焊接方法，其特征在于，所述粉末原料中 W粉平均粒度為2~10 μ m，Ti粉平均粒度為20~200 μ m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的W-Ti靶材組件擴散焊接方法，其特征在于，步驟（I)中裝模 具前可預(yù)先在板坯焊接面進行噴砂處理或者機加工，提高焊接面粗糙度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的W-Ti靶材組件擴散焊接方法，其特征在于，步驟（1)中靶材 粉末原料與板坯材料單層結(jié)構(gòu)裝模：下層為板坯材料，上層為粉末原料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的W-Ti靶材組件擴散焊接方法，其特征在于，步驟（1)中靶材 粉末原料與板坯雙層結(jié)構(gòu)裝模：下層為粉末原料，中間為板坯材料，上層為粉末原料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的W-Ti靶材組件擴散焊接方法，其特征在于，所述W-Ti合金靶 材直徑為Φ 50~500mm，厚度為3~15mm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的W-Ti靶材組件擴散焊接方法，其特征在于，板坯作為背板時， 材質(zhì)為Mo及合金、奧氏體不銹鋼或Ti及合金；板述作為過渡層時，其厚度為0. 5~5_，材 質(zhì)為奧氏體不銹鋼、Ni合金或Ti及合金。
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域的一種鍍膜用的W-Ti合金靶材組件擴散焊接方法。本發(fā)明的方法為將將W-Ti合金靶材粉末原料及對應(yīng)的待焊接復(fù)合的板坯材料置于熱壓模具內(nèi)置于熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，一次進行靶坯熱壓燒結(jié)成型、靶坯與板坯擴散焊接，得到焊接復(fù)合的W-Ti合金靶材組件；將板坯作為背板或作為過渡層，得到W-Ti合金靶材組件或W-Ti合金靶材/過渡層/背板復(fù)合的三層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的方法同步實現(xiàn)靶坯熱壓燒結(jié)成型和靶坯與板坯熱壓擴散焊接，焊接抗拉強50MPa以上，焊合率99%以上。
【IPC分類】C23C14-34, B23K20-00, B23K20-24, B22F7-00
【公開號】CN104708192
【申請?zhí)枴緾N201310683559
【發(fā)明人】丁照崇, 張玉利, 劉書芹, 羅俊峰, 尚再艷, 何金江, 呂保國
【申請人】有研億金新材料有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月12日
【公告號】WO2015085650A1