一种靶材组件的电子束焊接方法及靶材组件
阅读说明：本技术 一种靶材组件的电子束焊接方法及靶材组件 (Electron beam welding method of target assembly and target assembly ) 是由 姚力军 边逸军 潘杰 王学泽 张冬青 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种靶材组件的电子束焊接方法及靶材组件,所述电子束焊接方法包括以下步骤：(1)提供靶坯和背板,将靶坯的焊接面与背板的焊接面相对设置并贴合,形成预焊靶材组件；(2)将步骤(1)所得预焊靶材组件置于真空环境中,并使预焊靶材组件处于旋转状态,采用电子束对预焊靶材组件的焊缝进行焊接,在0.1-0.5s的收尾时间内完成收尾操作,形成靶材组件。本发明提供的电子束焊接方法彻底去除了收尾缺陷,提升了产品良率,将返焊率控制在2％以下,显著提高了生产效率。(The invention provides an electron beam welding method of a target assembly and the target assembly, wherein the electron beam welding method comprises the following steps: (1) providing a target blank and a back plate, and oppositely arranging and attaching a welding surface of the target blank and a welding surface of the back plate to form a prewelding target material assembly; (2) and (2) placing the pre-welded target assembly obtained in the step (1) in a vacuum environment, enabling the pre-welded target assembly to be in a rotating state, welding the welding seam of the pre-welded target assembly by adopting an electron beam, and finishing ending operation within ending time of 0.1-0.5s to form the target assembly. The electron beam welding method provided by the invention thoroughly removes the ending defect, improves the product yield, controls the welding return rate to be below 2%, and obviously improves the production efficiency.)
技术领域
本发明属于溅射靶材
技术领域
，涉及一种靶材组件，尤其涉及一种靶材组件的电子束焊接方法及靶材组件。背景技术
在溅射靶材制造领域中，靶材组件是由符合溅射性能的靶坯、与靶坯通过焊接相结合的背板构成。在溅射过程中，靶材组件所处的工作环境极其恶劣。高温工作环境中的靶材组件一侧冲以冷却水进行制冷，而另一侧处于高真空环境下，因此在靶材组件的相对两侧形成巨大的压力差。此外，靶材组件处于高压电场和磁场中，受到各种高速粒子的轰击。为了确保靶材组件的质量和镀膜质量的稳定性达到较高水平，靶坯和背板的焊接结合率及焊接强度至关重要。
现有技术中，靶坯和背板的焊接方式主要包括钎焊、热扩散焊接和电子束焊接。其中，电子束焊接是利用定向高速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的工件，使动能转化为热能而使工件熔化进行焊接的方法。由于电子束较高的能量密度可以使焊缝较窄、深宽比较大、焊接应力和变形较小，故在半导体溅射领域得到了广泛的应用。
然而，本领域技术人员在采用电子束焊接制备靶材组件的过程中，因工艺精度要求较高，收尾缺陷难以彻底消除，导致普遍存在产品良率较低，返焊率高，生产效率低下的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种靶材组件的电子束焊接方法及靶材组件，所述电子束焊接方法彻底去除了收尾缺陷，提升了产品良率，将返焊率控制在2％以下，显著提高了生产效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法包括以下步骤：
(1)提供靶坯和背板，将靶坯的焊接面与背板的焊接面相对设置并贴合，形成预焊靶材组件；
(2)将步骤(1)所得预焊靶材组件置于真空环境中，并使预焊靶材组件处于旋转状态，采用电子束对预焊靶材组件的焊缝进行焊接，在0.1-0.5s的收尾时间内完成收尾操作，形成靶材组件。
本发明采用电子束焊接的方式在真空环境中对靶坯和背板进行焊接处理，形成焊接强度优异的靶材组件，特别是将收尾时间控制在0.1-0.5s范围内，相较于常规的5s收尾时间，彻底去除了收尾缺陷，大幅度降低了产品车削后内侧气孔数量，提升了产品良率，将返焊率控制在2％以下，显著提高了生产效率。
优选地，步骤(2)所述真空环境的绝对压力为10-100mbar，例如可以是10mbar、20mbar、30mbar、40mbar、50mbar、60mbar、70mbar、80mbar、90mbar或100mbar，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明通过在真空环境中进行电子束焊接操作，避免了空气中电离的气体或其中的杂质影响焊接效果，提升了焊接质量和产品良率。此外，真空环境的绝对压力对于靶材组件的最终焊接效果影响显著。当绝对压力高于100mbar时，空气中电离的气体或杂质对焊接强度及产品良率带来的不利影响较为显著；当绝对压力低于10mbar时，焊接效果的提升幅度并不明显，反而在一定程度上提升了加工成本。
优选地，步骤(2)所述旋转状态具体为预焊靶材组件绕溅射面中心线旋转的状态。
优选地，步骤(2)所述旋转状态的转速为75-220s/圈，例如可以是75s/圈、80s/圈、100s/圈、120s/圈、140s/圈、160s/圈、180s/圈、200s/圈或220s/圈，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，相较于控制电子束枪头的移动，控制预焊靶材组件的转动更为方便，且旋转状态的靶材组件运动轨迹更为稳定，避免了偏焊现象的发生，从而提升了产品良率。此外，预焊靶材组件绕溅射面中心线的转速需控制在合理范围内。当旋转状态的转速快于75s/圈时，电子束中的高能粒子无法在有限时间内将自身动能转化的热能充分集中于焦点区域内，从而降低了焊接强度和产品良率；当旋转状态的转速慢于220s/圈时，又会导致热能在电子束焦点范围内的过度集中，容易出现过焊现象，同时提升了加工成本。
优选地，步骤(2)所述电子束的加速电压为50-100kV，例如可以是50kV、55kV、60kV、65kV、70kV、75kV、80kV、85kV、90kV、95kV或100kV，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述电子束的加速电流为100-500mA，例如可以是100mA、150mA、200mA、250mA、300mA、350mA、400mA、450mA或500mA，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述电子束的焦点直径为0.5-0.8mm，例如可以是0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm或0.8mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述焊接的圈数为1-5圈，例如可以是1圈、2圈、3圈、4圈或5圈。
优选地，步骤(2)所述收尾操作具体为在收尾时间内逐步降低电子束的加速电压，最终关闭电子束。
作为本发明第一方面优选的技术方案，所述电子束焊接方法包括以下步骤：
(1)提供靶坯和背板，将靶坯的焊接面与背板的焊接面相对设置并贴合，形成预焊靶材组件；
(2)将步骤(1)所得预焊靶材组件置于绝对压力为10-100mbar的真空环境中，并使预焊靶材组件绕溅射面中心线以75-220s/圈的转速进行旋转，采用加速电压为50-100kV，加速电流为100-500mA，且焦点直径为0.5-0.8mm的电子束对预焊靶材组件的焊缝进行焊接1-5圈，在0.1-0.5s的收尾时间内逐步降低电子束的加速电压，最终关闭电子束，完成收尾操作，形成靶材组件。
第二方面，本发明提供一种采用如第一方面所述电子束焊接方法焊接得到的靶材组件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用电子束焊接的方式在真空环境中对靶坯和背板进行焊接处理，形成焊接强度优异的靶材组件，特别是将收尾时间控制在0.1-0.5s范围内，相较于常规的5s收尾时间，彻底去除了收尾缺陷，大幅度降低了产品车削后内侧气孔数量，提升了产品良率，将返焊率控制在2％以下，显著提高了生产效率。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法包括以下步骤：
(1)提供靶坯和背板，将靶坯的焊接面与背板的焊接面相对设置并贴合，形成预焊靶材组件；
(2)将步骤(1)所得预焊靶材组件置于绝对压力为50mbar的真空环境中，并使预焊靶材组件绕溅射面中心线以150s/圈的转速进行旋转，采用加速电压为80kV，加速电流为300mA，且焦点直径为0.6mm的电子束对预焊靶材组件的焊缝进行焊接3圈，在0.3s的收尾时间内逐步降低电子束的加速电压，最终关闭电子束，完成收尾操作，形成靶材组件。
采用上述方法连续焊接100份靶材组件，返焊率仅为1％，彻底去除了收尾缺陷，大幅度降低了产品车削后内侧气孔数量，提升了产品良率和生产效率。
实施例2
本实施例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法包括以下步骤：
(1)提供靶坯和背板，将靶坯的焊接面与背板的焊接面相对设置并贴合，形成预焊靶材组件；
(2)将步骤(1)所得预焊靶材组件置于绝对压力为30mbar的真空环境中，并使预焊靶材组件绕溅射面中心线以100s/圈的转速进行旋转，采用加速电压为60kV，加速电流为400mA，且焦点直径为0.6mm的电子束对预焊靶材组件的焊缝进行焊接2圈，在0.2s的收尾时间内逐步降低电子束的加速电压，最终关闭电子束，完成收尾操作，形成靶材组件。
采用上述方法连续焊接100份靶材组件，返焊率仅为2％，彻底去除了收尾缺陷，大幅度降低了产品车削后内侧气孔数量，提升了产品良率和生产效率。
实施例3
本实施例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法包括以下步骤：
(1)提供靶坯和背板，将靶坯的焊接面与背板的焊接面相对设置并贴合，形成预焊靶材组件；
(2)将步骤(1)所得预焊靶材组件置于绝对压力为80mbar的真空环境中，并使预焊靶材组件绕溅射面中心线以200s/圈的转速进行旋转，采用加速电压为90kV，加速电流为200mA，且焦点直径为0.5mm的电子束对预焊靶材组件的焊缝进行焊接4圈，在0.4s的收尾时间内逐步降低电子束的加速电压，最终关闭电子束，完成收尾操作，形成靶材组件。
采用上述方法连续焊接100份靶材组件，返焊率仅为2％，彻底去除了收尾缺陷，大幅度降低了产品车削后内侧气孔数量，提升了产品良率和生产效率。
实施例4
本实施例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法包括以下步骤：
(1)提供靶坯和背板，将靶坯的焊接面与背板的焊接面相对设置并贴合，形成预焊靶材组件；
(2)将步骤(1)所得预焊靶材组件置于绝对压力为10mbar的真空环境中，并使预焊靶材组件绕溅射面中心线以75s/圈的转速进行旋转，采用加速电压为50kV，加速电流为500mA，且焦点直径为0.5mm的电子束对预焊靶材组件的焊缝进行焊接1圈，在0.1s的收尾时间内逐步降低电子束的加速电压，最终关闭电子束，完成收尾操作，形成靶材组件。
采用上述方法连续焊接100份靶材组件，返焊率仅为1％，彻底去除了收尾缺陷，大幅度降低了产品车削后内侧气孔数量，提升了产品良率和生产效率。
实施例5
本实施例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法包括以下步骤：
(1)提供靶坯和背板，将靶坯的焊接面与背板的焊接面相对设置并贴合，形成预焊靶材组件；
(2)将步骤(1)所得预焊靶材组件置于绝对压力为100mbar的真空环境中，并使预焊靶材组件绕溅射面中心线以220s/圈的转速进行旋转，采用加速电压为100kV，加速电流为100mA，且焦点直径为0.8mm的电子束对预焊靶材组件的焊缝进行焊接5圈，在0.5s的收尾时间内逐步降低电子束的加速电压，最终关闭电子束，完成收尾操作，形成靶材组件。
采用上述方法连续焊接100份靶材组件，返焊率仅为2％，彻底去除了收尾缺陷，大幅度降低了产品车削后内侧气孔数量，提升了产品良率和生产效率。
实施例6
本实施例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法中除了将步骤(2)真空环境的绝对压力改为200mbar，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，采用本实施例提供的方法连续焊接100份靶材组件，返焊率为2％，且产品车削后内侧气孔数量明显多于实施例1。由此可见，真空环境的绝对压力高于100mbar会给靶材组件的焊接效果带来一定程度的不利影响，但是返焊率仍可保持在良好水平。
实施例7
本实施例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法中除了将步骤(2)预焊靶材组件的转速改为60s/圈，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，采用本实施例提供的方法连续焊接100份靶材组件，返焊率为2％，且产品车削后内侧气孔数量明显多于实施例1。由此可见，预焊靶材组件绕溅射面中心线的转速快于75s/圈会给靶材组件的焊接效果带来一定程度的不利影响，但是返焊率仍可保持在良好水平。
实施例8
本实施例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法中除了将步骤(2)预焊靶材组件的转速改为250s/圈，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，采用本实施例提供的方法连续焊接100份靶材组件，返焊率为1％，但是过焊的产品数量多于实施例1，一定程度上导致加工成本的不必要升高，且过焊的靶材组件在后续车削过程中损失的靶坯较多，造成了资源浪费。由此可见，预焊靶材组件绕溅射面中心线的转速慢于220s/圈也会给靶材组件的焊接效果带来一定程度的不利影响，但是返焊率仍可保持在良好水平。
对比例1
本对比例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法除了将步骤(2)中的真空环境改为标准大气压环境，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，采用本对比例提供的方法连续焊接100份靶材组件，返焊率为4％，且产品车削后内侧气孔数量明显多于实施例1。由此可见，非真空环境会给靶材组件的焊接效果带来明显不利影响。
对比例2
本对比例提供一种靶材组件的电子束焊接方法，所述电子束焊接方法除了将步骤(2)中的收尾时间改为5s，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，采用本对比例提供的方法连续焊接100份靶材组件，返焊率为5％，且产品车削后内侧气孔数量明显多于实施例1。由此可见，收尾时间过慢会给靶材组件的焊接效果带来明显不利影响。
综上可知：本发明采用电子束焊接的方式在真空环境中对靶坯和背板进行焊接处理，形成焊接强度优异的靶材组件，特别是将收尾时间控制在0.1-0.5s范围内，相较于常规的5s收尾时间，彻底去除了收尾缺陷，大幅度降低了产品车削后内侧气孔数量，提升了产品良率，将返焊率控制在2％以下，显著提高了生产效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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