一種集成電路封裝材料用鋁合金濺射靶材的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于靶材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁靶材與銅背板的連接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著先進封裝技術(shù)向著三維集成、高效率和低成本化方向發(fā)展，靶材的磁控濺射速率和使用功率逐漸增大。鋁及其合金靶材作為重要的先進封裝用材料，其濺射功率最高已達到40kw，這種條件下，要求靶材具有更高的整體強度和更好的導熱性能。銅及銅合金背板由于強度高，導熱性好更適合于高功率濺射條件下鋁合金靶材的使用。
[0003]鋁靶材與銅背板的焊接方式主要為兩種，第一種為釬焊焊接，這種靶材焊接強度偏低，若焊料的導熱性差，在大功率的濺射條件下可能會出現(xiàn)開焊的情況。第二種焊接方式為機械咬合方式，即在背板上設(shè)計加工出不同形狀的凹槽，使靶材與背板之間咬合，這種方式可以實現(xiàn)靶材與背板之間的低溫焊接。專利US 6749103中的方法為:在背板上加工不同形狀的齒形，將鋁靶材與背板進行電子束封焊后采用冷壓的方法來實現(xiàn)焊接，這種壓制的方式可能會導致焊接界面的焊合率偏低。專利US 7146703中的方法為:分別在靶材與背板上加工梯形槽與臺階后，采用直接冷壓使靶材與背板發(fā)生咬合，這種方式可能會由于排氣不充分導致焊接界面的焊合率與焊接強度偏低。專利US 2007/0084719中，將靶材與背板加工出凹槽后采用摩擦焊接，使靶材與背板發(fā)生擴散，這種焊接方式可能會由于焊接溫度過高導致靶材內(nèi)部晶粒尺寸增大，會影響到靶材的濺射性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了提高鋁靶材與銅背板的焊合率與焊接強度，本發(fā)明提供一種集成電路封裝材料用鋁合金濺射靶材的焊接方法，該方法工藝穩(wěn)定、可靠性強。靶材與背板之間焊接強度可達到40MPa，焊合率達到98%以上，同時，焊接溫度低，可避免鋁合金靶材與內(nèi)部晶粒長大。可滿足集成電路用鋁靶材大功率濺射鍍膜的使用要求。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
[0006]一種集成電路封裝材料用鋁合金濺射靶材的焊接方法，包括如下步驟:
[0007]1.在鋁靶材焊接面上加工出多個凸齒，在銅背板焊接面上加工出形狀、位置與該凸齒相對應(yīng)的多個凹槽；所述凹槽的兩邊側(cè)壁上分別設(shè)置至少一條平行于槽底的凹痕。
[0008]I1.將鋁靶材的各凸齒嵌合在銅背板的各凹槽中；
[0009]II1.將裝配后的鋁靶材和銅背板放入包套進行真空封焊；
[0010]IV.采用熱等靜壓的方法將鋁靶材與銅背板進行焊接，焊接溫度要高于鋁靶材屈服溫度，低于鋁靶材再結(jié)晶溫度。
[0011]如上所述的方法，優(yōu)選地，所述背板強度與硬度大于鋁及鋁合金靶材。
[0012]如上所述的方法，優(yōu)選地，所述鋁靶材為純鋁、鋁硅合金、鋁銅合金或鋁硅銅合金；所述銅背板材料為無氧銅、銅鉻合金或銅鎳硅鉻合金。
[0013]如上所述的方法，優(yōu)選地，所述凸齒每個為環(huán)型，多個凸齒呈同心環(huán)形排布。
[0014]如上所述的方法，優(yōu)選地，所述凸齒寬為0.5-5mm，高度為0.5-5mm，排列間距為1-1Omm0
[0015]如上所述的方法，優(yōu)選地，所述凸齒的縱截面為矩形，凹槽的縱截面為矩形或梯形，凸齒的截面面積等于凹槽的截面面積。
[0016]如上所述的方法，優(yōu)選地，所述凹槽的兩邊側(cè)壁上分別設(shè)置至少一條平行于槽底的凹痕，該凹痕的深度為0.2?1mm。
[0017]如上所述的方法，優(yōu)選地，所述步驟III中的包套材料為鋁合金材料，采用電子束或氬弧焊封焊，該鋁合金材料為純鋁、2系鋁合金、5系鋁合金或6系鋁合金。
[0018]如上所述的方法，優(yōu)選地，所述凸齒和凹槽采用車床加工形成。
[0019]如上所述的方法，優(yōu)選地，所述步驟IV的焊接溫度為150 °C _300°C，壓強為50-200MPa，保溫保壓的時間為0.5_4h。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于以下幾個方面:
[0021]1.鋁靶材與銅背板焊接強度高，可達到40MPa以上?？煞乐拱胁囊驗R射功率過大導致變形、翹曲與脫離。
[0022]2.采用熱等靜壓的方法使材料完全填充凹槽，焊合率可達到98%以上，避免垂直熱壓凹槽填充不充分的缺點。
[0023]3.降低了焊接溫度，避免鋁合金因為焊接溫度過高而晶粒粗大，同時，焊接后靶材與背板整體變形小，利于靶材后期加工。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明中的靶材與背板的焊接方法的工藝流程圖；
[0025]圖2是革El材與背板的剖視圖；
[0026]圖3是背板環(huán)狀凹槽的俯視圖；
[0027]圖4是幾種是圖2中A位置背板齒形示意圖；
[0028]圖5是圖2中B位置齒形示意圖；
[0029]圖6是靶材與背板包套封焊示意圖；
[0030]圖7是去除包套后加工得到的革El材成品的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案如下:首先在鋁靶材的焊接面上加工出呈同心圓排列的多個環(huán)形凸齒，在背板的焊接面上加工出與凸齒匹配的環(huán)狀梯形凹槽；然后將鋁靶材與背板疊合放置，并使凸齒與梯形凹槽對應(yīng)裝配；然后，將鋁靶材與背板一起放入加工好的鋁合金包套中，包套內(nèi)部抽真空后將包套采用電子束或氬弧焊進行封焊；最后采用熱等靜壓的方式將鋁靶材與背板壓合。避免了現(xiàn)有技術(shù)中用釬焊的鋁靶材焊接方式，提高了焊接強度，工藝簡單穩(wěn)定。
[0032]圖1所示為本發(fā)明提供的鋁靶材與背板的焊接方法的流程圖，以下結(jié)合圖1，詳細介紹本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0033]圖2中所示鋁靶材I為鋁或鋁合金鋁靶材，可選自:純鋁及鋁硅、鋁銅、鋁硅銅等鋁合金。背板2為銅或銅合金背板，銅合金背板導熱性好，強度高，更適合鋁合金鋁靶材在大功率條件下使用。
[0034]如圖1所示，首先執(zhí)行步驟P10，在鋁靶材I的焊接面加工出同心的凸齒11，所述凸齒的寬度范圍為l_3mm，高度范圍可以為l_3mm，相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的凸齒之間等間距，間距范圍為2-6_。由于鋁靶材I的凸齒與背板2的凹槽需匹配，因此，本背板2的焊接面通過車床加工出與鋁靶材焊接面凸齒相匹配的同心凹槽，稱為凹槽21，見圖2。為了保證鋁靶材與背板焊合后，鋁靶材邊緣位置與背板完全密封，防止鋁靶材在使用過程中邊緣出現(xiàn)縫隙或裂紋。背板上面靠近鋁靶材邊緣，即圖2中的B位置加工出細小的齒形22。圖3為背板環(huán)狀凹槽的俯視圖，圖中顯示出了背板凹槽21的分布情況，以及細齒22的分布情況。凹槽的剖面可以為多種形狀，圖4所示是圖2中A位置的鋁靶材焊接面凸齒與背板凹槽示意圖。圖中給出了 Ι、Π和III三種不同形狀的結(jié)構(gòu)，這三種結(jié)構(gòu)都能夠使鋁合金鋁靶材與銅合金背板焊接到一起。圖4中所顯示的鋁靶材焊接面凸齒的寬度范圍可以為1-3_，深高度范圍可以為l_4mm，相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的凹槽之間等間距，間距可以為2-6mm。圖中所述背板凹槽的深度范圍可以為l_3mm，相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)的凹槽之間等間距。在凹槽的兩邊側(cè)壁上分別設(shè)置至少一條平行于槽底的凹痕，如圖4中211，凹痕可以為方形、圓形或三角形，該凹痕的深度為0.2?1mm，這樣可以防止靶材凸齒從凹槽中脫出，提高靶材與背板連接的強度。為保證鋁靶材I與銅背板2的焊接強度及焊合率，鋁靶材焊接面凸齒的截面面積要等于背板凹槽的截面面積。圖5中給出了背板邊緣細齒22的示意圖，齒高范圍為0.15-0.4mm，間距范圍為0.3-0.8mm。
[0035]將加工好的鋁靶材與背板進行裝配，見圖1步驟P20，將鋁靶材凸齒11與背板凹槽21對應(yīng)疊合放置，并使鋁靶材焊接面的凹槽嵌入到背板凹槽中，如圖6所不。
[0036]然后執(zhí)行步驟P30，將鋁靶材抽真空后對包套邊緣完成電子束焊，包套見圖6中位置3。電子束焊接速度快，工藝穩(wěn)定。包套材料可以采用鋁合金材料，如2系、5系或6系鋁合金等，這是因為:第一，鋁合金材料比較容易進行電子束焊接，解決了鋁合金與銅背板無法電子束焊接的問題。第二，鋁合金具有一定強度，可以在低溫情況下發(fā)生均勻收縮變形，在熱等靜壓焊接過程中，可以將鋁靶材與背板連接在一起。
[0037]執(zhí)行步驟P40，鋁靶材I與背板2焊接采用熱等靜壓方式處理。焊接溫度和壓強是保證鋁靶材與背板焊接在一起的關(guān)鍵工藝。為保證焊接效果，在具體實施過程中，需對焊接的參數(shù)進行嚴格控制，該參數(shù)主要為焊接溫度、焊接強度與保溫保壓的時間。在一定壓力條件下，焊接溫度過低，鋁靶材焊接面的凸齒無法完全填充，這樣會導致焊接強度偏低，鋁靶材與背板間會有空隙，進而影響背板的散熱功能。焊接溫度過高，會導致鋁合金再結(jié)晶，使晶粒尺寸發(fā)生變化。對于焊接的壓強，需要在一定焊接溫度下達到材料的屈服強度，在此條件下鋁合金材料軟化變形，最終填滿凹槽，使鋁靶材與銅背板焊接在一起。為了防止晶粒粗大，焊接的保溫保壓時間不能過長。焊接的熱等靜壓工藝，可以為焊接溫度150°C -300壓強為90-120MPa，時間l_4h。
[0038]最后，進行步驟P50，去除包套材料后，對鋁靶材進行焊接檢測，并完成鋁靶材加工，制備的鋁靶材外形