一種靶材組件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于祀材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種祀材組件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在微電子鍛膜領(lǐng)域，磁控瓣射祀材多為祀材與背板的焊接復(fù)合組件。背板材質(zhì)通 常有Al合金、化合金、Ti合金、奧氏體不誘鋼、Mo合金等。一方面，背板的使用可W減少 造價(jià)相對(duì)高昂的祀材材料的投入；另一方面，背板材質(zhì)通常具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，可W 通過(guò)冷卻水將磁控瓣射過(guò)程中粒子轟擊祀面產(chǎn)生的大量熱量迅速帶走。祀材與背板的焊接 方法有針焊、擴(kuò)散焊等。針焊通常采用低烙點(diǎn)的In、Sn及其合金焊料進(jìn)行焊接，工藝簡(jiǎn)單， 但焊接強(qiáng)度較低（IOMPaW內(nèi)），焊料烙點(diǎn)低，使用過(guò)程中易出現(xiàn)祀材與背板開(kāi)裂、掉祀等情 況，可靠性相對(duì)較差。擴(kuò)散焊具有焊合率高、焊接強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大功率、高效率 瓣射鍛膜用祀材，可靠性高。擴(kuò)散焊通常是將成型的固態(tài)祀材與背板緊密貼合，在一定溫度 和壓力下保持一段時(shí)間，使接觸面之間的原子相互擴(kuò)散滲透，從而實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，如采用包 套將祀材與背板真空封裝后，再進(jìn)行熱等靜壓化I巧擴(kuò)散復(fù)合。但對(duì)于常見(jiàn)的Ti合金、W合 金、化合金、Mo合金等祀材，祀材與Al合金、化合金背板材質(zhì)間烙點(diǎn)差異較大，存在不易擴(kuò) 散，焊接后彎曲變形大甚至開(kāi)裂等問(wèn)題。此外，HIP擴(kuò)散焊接工藝對(duì)包套制作技術(shù)要求非常 高，工藝復(fù)雜，存在包套漏氣導(dǎo)致無(wú)法焊合的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003] 冷噴涂的工作原理是：通過(guò)壓縮機(jī)將氣體（空氣、氮?dú)?、氮?dú)獾龋嚎s到0.5~ 5MPa，高壓氣體在噴霧室內(nèi)進(jìn)行加熱（200~1000°C)后朝著噴霧室的噴嘴沖去，通過(guò)噴 嘴的收縮作用將氣體加速，在途中與由供粉筒輸入的粉末相遇，一起形成超音速（400~ 600m/s)的粉末粒子流，牢固地噴涂在基體表面沉積成致密鍛層。
[0004] 對(duì)使用冷噴涂進(jìn)行祀材組件制造的發(fā)明專(zhuān)利總結(jié)如下：US20131569,CN104040020 采用冷噴涂祀材材料，對(duì)殘祀補(bǔ)料翻新；W02008/13768,US2008/062434,CN101801565采用 冷噴涂制備Ta、佩、W-Cu、MoTi等祀材及薄膜涂層；W02013/054521，CN103930591，采用冷 噴涂制備化Ga祀材；CN102747329采用冷噴涂祀材材料，對(duì)殘祀補(bǔ)料。由此可知，現(xiàn)有專(zhuān) 利多為太陽(yáng)能等領(lǐng)域用祀材制造、翻新方法，而集成電路領(lǐng)域用祀材通常要求更高的純度 (99. 995% )、致密度，冷噴涂方法難W滿(mǎn)足該類(lèi)祀材的直接制備，但可用冷噴涂方法制備用 于支撐祀材、導(dǎo)熱導(dǎo)電的背板組件。 陽(yáng)〇化]目前使用冷噴涂進(jìn)行祀材組件制造的發(fā)明主要分兩類(lèi)。第一類(lèi)為在背板上噴涂祀 材材料，如W02008/13768、US2008/062434、CN101801565采用冷噴涂在背板上噴涂制備化、 Nb、W-Cu、MoTi等祀材及薄膜涂層；W02013/05452UCN103930591采用冷噴涂在背板上噴涂 制備CuGa祀材。第二類(lèi)為殘祀補(bǔ)料翻新：瓣射消耗使用后的殘祀表面會(huì)形成凹陷的瓣射溝 道，而剩余祀材余料可達(dá)到40~80 %，浪費(fèi)很大。而采用冷噴涂對(duì)瓣射溝道進(jìn)行填料、補(bǔ) 料，再進(jìn)行機(jī)加工翻新，可大大降低成本。如US20131569、CN104040020采用冷噴涂方法補(bǔ) 料翻新Mo、Ti、佩、化等祀材，CN102747329采用冷噴涂方法實(shí)現(xiàn)祀材的補(bǔ)料翻新。
[0006]W上兩類(lèi)均為祀材的制備或補(bǔ)料翻新，用于太陽(yáng)能領(lǐng)域，對(duì)祀材的純度、致 密度、氣體含量等要求一般，而本發(fā)明適用的集成電路領(lǐng)域祀材通常要求更高的純度 (99. 995%)、致密度W及更低的氣體含量，冷噴涂方法制備的祀材性能達(dá)不到該要求。本發(fā) 明采用冷噴涂方法制備用于支撐祀材、導(dǎo)熱導(dǎo)電的背板組件，該背板組件不參與瓣射鍛膜， 對(duì)其純度、致密度、氣體含量等要求遠(yuǎn)低于祀材要求。目前還未見(jiàn)相關(guān)方面的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種祀材組件的制備方法，所述祀材組件由背板、祀材和墊板組成， 祀材與兩塊墊板形成組合體，具體步驟如下：
[000引 （1)根據(jù)背板材質(zhì)準(zhǔn)備相應(yīng)的背板合金粉末；
[0009] (2)將步驟（1)中所得的背板合金粉末裝入冷噴涂設(shè)備的供粉筒內(nèi)，然后在祀 材與墊板的組合體上冷噴涂形成背板；冷噴涂噴嘴處工作氣壓0. 5~5MPa，溫度200~ 1000°C，背板層厚度3~20mm;
[0010] 做將步驟似中所得進(jìn)行機(jī)加工，制備出成品祀材；
[0011] 所述祀材周邊加工出法蘭狀，搭接在環(huán)形的墊板上，實(shí)現(xiàn)兩者之間的緊密裝配。
[0012] 優(yōu)選地，所述背板材質(zhì)為Al合金或化合金。
[0013] 優(yōu)選地，所述Al合金為606IAl或5052A1，所述化合金為無(wú)氧銅（OFC)XuhX^n 或化化Si化。
[0014] 當(dāng)所述背板材質(zhì)為Al合金時(shí)，所述墊板材質(zhì)為6061A1，厚度2~15mm。
[0015] 當(dāng)所述背板材質(zhì)為化合金時(shí)，所述墊板材質(zhì)為無(wú)氧銅（OFC)，厚度2~15mm。
[0016] 優(yōu)選地，步驟（2)所述冷噴涂在室溫下進(jìn)行。
[0017] 根據(jù)上述方法制備得到的祀材組件無(wú)開(kāi)裂，背板密度在99. 5%W上，背板與祀材 焊合率99%^上，焊接強(qiáng)度50193^上。
[001引本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] (1)祀材組件整體變形小，焊接強(qiáng)度高：由于是在室溫下冷噴涂，被噴涂的祀材基 體表面上產(chǎn)生的溫度（<200°C)遠(yuǎn)低于常規(guī)的HIP焊接溫度，從而祀材與背板間因材質(zhì)差異 造成的變形非常小。此外，由于是超音速粉末粒子流，制備的背板致密度高，祀材與背板的 焊接強(qiáng)度高，可高達(dá)50MpaW上，滿(mǎn)足祀材的后續(xù)使用。
[0020] 似工藝簡(jiǎn)單，適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)：本發(fā)明采用冷噴涂方法，將背板材質(zhì)粉末 噴涂在祀材基體上，同步實(shí)現(xiàn)了背板層的制備及背板與祀材的焊接復(fù)合，工藝簡(jiǎn)單，不存在 包套漏氣等風(fēng)險(xiǎn)，且適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)。而傳統(tǒng)HIP復(fù)合工藝，需要進(jìn)行HIP包套加工 制作、包套排氣、包套密封、HIP復(fù)合、矯平、加工去包套等多步工序，對(duì)包套加工制作、包套 密封對(duì)技術(shù)要求非常高。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明冷噴涂前的祀材與墊板搭接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明冷噴涂后的祀材組件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面通過(guò)附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制。
[0024] 實(shí)施例1祀材材質(zhì)為T(mén)i，背板材質(zhì)為606IAl的祀材組件 陽(yáng)0巧](1)備料：準(zhǔn)備6061A1合金粉末，粉末粒度為100目。
[00%] (2)冷噴涂制背板：
[0027] 將背板合金粉末裝入冷噴涂設(shè)備的供粉筒內(nèi)，然后在祀材與墊板的組合體上冷噴 涂形成背板。墊板材質(zhì)為6061A1，厚度10mm。冷噴涂噴嘴處工作氣壓0. 5MPa，溫度500°C， 背板層厚度15mm。
[0028] (3)機(jī)加工：將噴涂后的祀材組件整體機(jī)加工，制備出成品祀材。
[0029] 實(shí)施例2祀材材質(zhì)為W，背板材質(zhì)為化化的祀材組件
[0030] (1)備料：準(zhǔn)備化化合金粉末，粉末粒度為100目。
[0031] (2)冷噴涂制背板：
[0032] 將合金粉末裝入冷噴涂設(shè)備的供粉筒內(nèi)，然后在祀材與墊板的組合體上冷噴涂形 成背板。墊板材質(zhì)為0FC，厚度5mm。冷噴涂噴嘴處工作氣壓3MPa，溫度600°C，背板層厚度 12inmO
[0033] (3)機(jī)加工：將噴涂后的祀材組件整體機(jī)加工，制備出成品祀材。
[0034] 實(shí)施例3祀材材質(zhì)為化，背板材質(zhì)為化化的祀材組件
[0035] (1)備料：準(zhǔn)備化化合金粉末，粉末粒度為100目。
[0036] (2)冷噴涂制背板：
[0037] 將合金粉末裝入冷噴涂設(shè)備的供粉筒內(nèi)，然后在祀材與墊板的組合體上冷噴涂形 成背板。墊板材質(zhì)為0FC，厚度2mm。冷噴涂噴嘴處工作氣壓5MPa，溫度800°C，背板層厚度 5mmO
[0038] (3)機(jī)加工：將噴涂后的祀材組件整體機(jī)加工，制備出成品祀材。
[0039] 實(shí)施例4祀材材質(zhì)為Mo，背板材質(zhì)為5052A1的祀材組件 W40] (1)備料：準(zhǔn)備5052A1合金粉末，粉末粒度為100目。
[0041](2)冷噴涂制背板：
[0042] 將合金粉末裝入冷噴涂設(shè)備的供粉筒內(nèi)，然后在祀材與墊板的組合體上冷噴涂形 成背板。墊板材質(zhì)為6061A1，厚度15mm。冷噴涂噴嘴處工作氣壓2Mpa，溫度450°C，背板層 厚度20mm。
[0043] (3)機(jī)加工：將噴涂后的祀材組件整體機(jī)加工，制備出成品祀材。
[0044] 實(shí)施例5祀材材質(zhì)為WTi，背板材質(zhì)為化NiSi化的祀材組件
[0045] (1)備料：準(zhǔn)備化NiSi化合金粉末，粉末粒度為100目。
[0046](2)冷噴涂制背板：
[0047] 將合金粉末裝入冷噴涂設(shè)備的供粉筒內(nèi)，然后在祀材與墊板的組合體上冷噴涂形 成背板。墊板材質(zhì)為0FC，厚度8mm。冷噴涂噴嘴處工作氣壓5MPa，溫度1000°C，背板層厚 度 3mm。
[0048] (3)機(jī)加工：將噴涂后的祀材組件整體機(jī)加工，制備出成品祀材。 W例實(shí)施例6祀材材質(zhì)為T(mén)i，背板材質(zhì)為OFC的祀材組件
[0050] (1)備料：準(zhǔn)備OFC合金粉末，粉末粒度為100目。
[0051](2)冷噴涂制背板：
[0052] 將合金粉末裝入冷噴涂設(shè)備的供粉筒內(nèi)，然后在祀材與墊板的組合體上冷噴涂形 成背板。墊板材質(zhì)為0FC，厚度5mm。冷噴涂噴嘴處工作氣壓3MPa，溫度700°C，背板層厚度 10mm〇 陽(yáng)053] (3)機(jī)加工：將噴涂后的祀材組件整體機(jī)加工，制備出成品祀材。
[0054] 表1、實(shí)施例1~6革時(shí)才組件性能結(jié)果
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種靶材組件的制備方法，所述靶材組件由背板、靶材和墊板組成，靶材與兩塊墊板 形成組合體，其特征在于，具體步驟如下： (1) 根據(jù)背板材質(zhì)準(zhǔn)備相應(yīng)的背板合金粉末； (2) 將步驟（1)中所得的背板合金粉末裝入冷噴涂設(shè)備的供粉筒內(nèi)，然后在靶材與墊 板的組合體上冷噴涂形成背板；冷噴涂噴嘴處工作氣壓0. 5~5MPa，溫度200~1000°C，背 板層厚度3~20mm; (3) 將步驟（2)中所得進(jìn)行機(jī)加工，制備出成品靶材； 所述靶材周邊加工出法蘭狀，搭接在環(huán)形的墊板上，實(shí)現(xiàn)兩者之間的緊密裝配。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述背板材質(zhì)為Al合金或Cu合金。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述Al合金為6061A1或5052A1，所 述Cu合金為無(wú)氧銅、CuCr、CuZn或CuNiSiCr。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述背板材質(zhì)為Al合金時(shí)，所述墊 板材質(zhì)為6061A1，厚度2~15mm;所述背板材質(zhì)為Cu合金時(shí)，所述墊板材質(zhì)為無(wú)氧銅，厚度 2 ~15mm〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2)所述冷噴涂在室溫下進(jìn)行。6. 權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述制備方法得到的靶材組件，其特征在于，所述靶材組件無(wú) 開(kāi)裂，背板密度在99. 5%以上，背板與靶材焊合率99%以上，焊接強(qiáng)度50Mpa以上。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于靶材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種靶材組件及其制備方法。所述靶材組件由背板、靶材和墊板組成，制備方法為：在靶材與墊板的組合體上直接冷噴涂背板材質(zhì)的粉末，以同步實(shí)現(xiàn)背板制備及背板與靶材的焊接復(fù)合；最后，機(jī)加工出成品靶材組件。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，復(fù)合后的靶材組件整體變形小、無(wú)開(kāi)裂，背板密度可達(dá)到99.5％以上，背板與靶材焊合率99％以上，焊接強(qiáng)度50Mpa以上。
【IPC分類(lèi)】C23C14/35
【公開(kāi)號(hào)】CN105220121
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510706333
【發(fā)明人】丁照崇, 萬(wàn)小勇, 李勇軍, 何金江, 賈存鋒, 王莊, 王興權(quán)
【申請(qǐng)人】有研億金新材料有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日