技术领域:
[0001] 本
专利属于陶瓷材料
焊料;焊接。背景技术:
[0002] 氧化物陶瓷靶材通常会绑定在铜背板上,是为了保护靶材免于运送或拿取过程中的意外碰撞受损甚至破裂,而且能确保靶材在
真空溅射过程中的冷却和电
接触良好。目前行业一般使用铟或铟
锡合金焊料实现氧化物陶瓷靶材与无氧铜背板之间的钎焊(即通常所称的绑定bonding);现有焊接工艺主要有以下技术问题:
[0003] (1)目前常用的铟或铟锡合金焊料中含有In元素,铟属于成本较高的贵金属,而且毒性大于铅(Pb);此外,焊接过程中还需要增加额外的
助焊剂到焊料中 [0004] (2)焊接前,靶材表面需要做
金属化处理,以利于焊料润湿、并实现靶材与铜背板之间的焊接
[0005] (3)采用真空或气氛环境焊接,通常使用进口设备、制造成本昂贵。原因包括两点 [0006] a)铟元素在常温到其熔点156.61℃之间会空气中的氧缓慢反应形成氧化膜,
温度更高时会与氧、卤素、硫、硒、碲、磷等作用;产生的化合物会阻碍陶瓷靶材和铜背板之间的紧密连接,导致溅射过程中发生脱靶等问题。所以会采用真空或惰性气体气氛中焊接 [0007] b)某些陶瓷靶材在高温焊接过程中会发生分解;例如氧化铟锡ITO靶材在高于300摄氏度时会分解失氧,所以会采取氧气氛
[0008] 本
发明基于
电子组装行业的钎焊应用,公开了一种低成本、环保型的氧化物陶瓷靶材与铜背板焊接方法。发明内容:
[0009] 本专利公开了新型焊料成分与涂布方法、工装、工艺路线及检测方法 [0010] (1)低成本、高活性、环保型焊料:依据“氧化物陶瓷靶材-焊料-无氧铜背板”多元
相图理论,研究
晶体结构细密、高强的金属间化合物(IMC)及形成条件,在电子组装行业常用的无铅焊料(例如SnAgCu、SnZnBi等)中增加高活性元素(例如
钛、镁、稀土等),开发出熔点250~300℃以下的锡基环保焊料。新型焊料中含有或额外增加的助焊剂,可以实现大气环境中靶材表面无需金属化、焊料良好润湿被焊接表面,实现“氧化物陶瓷靶材-焊料-无氧铜背板”三者之间的紧密连接。
[0011] (2)焊料涂布:依据氧化物陶瓷靶材与无氧铜背板焊接后的溅射使用要求,合理计算所需的焊料厚度,选用膏状物或固体焊料,在靶材或铜背板被焊接面涂布焊料。 [0012] (3)工装:包括靶材放置
定位工装、焊接压
力工装(为避免焊料冷却收缩无法达到靶材与背板间的紧密焊接,焊接压力工装的压力大小与分布)。
[0013] (4)焊接设备:选用国产普通的温度可调型焊接炉或改造国产焊接炉,调试并优化出炉温曲线以实现良好焊接。
[0014] (5)检测方法:靶材与背板间的
焊缝检测采用周边目检、中间X-ray检验;还可以使用C-SCAM超声扫描检查、SEM\TEM等更先进的检测手段。
附图说明:
[0015] 下面结合附图对本专利进一步做说明:
[0016] 附图:低成本、环保型氧化物陶瓷靶材与铜背板焊接工艺流程。 [0017] 下面结合附图对本专利做进一步说明:
[0018] 如附图所示,本专利的工艺流程是:先将氧化物陶瓷靶材、新型焊料、铜背板等准备到位,将膏状或固态焊料涂布到氧化物陶瓷靶材或铜背板被焊接面上,相应将铜背板或靶材放置到被焊接
位置处(可借助适当的转移装置),然后施加焊接工装(主要包括放置定位工装、焊接压力工装),然后在国产普通的温度可调型焊接炉或改造国产焊接炉中,以最佳温曲线实现良好焊接。冷却后,去除焊接工装,检测焊接
质量。
[0019] 本专利的优点在于通过新型焊料,实现氧化物陶瓷靶材与铜背板之间的低成本、环保型焊接;并依据具体焊接条件,能够适用于多种焊接情况。具体实施方式:
[0020] 实例1:SnZnBiTi焊料实现AZO靶材与铜背板间的良好焊接
[0021] (1)开发出SnZnBiTi膏状焊料,使用网格状模板在AZO(氧化锌
铝)靶材被焊接面人工或自动化均匀涂布此种焊料
[0022] (2)将铜背板放置到焊接托盘中、且被焊接面朝上
[0023] (3)手工翻转将AZO靶材放置于铜背板上
指定位置
[0024] (4)通过导向装置将压力工装精确安装到AZO靶材顶部,并和底部焊接托盘紧固为一体
[0025] (5)放入到焊接炉中,依次经过升温、保温、自然冷却,最高温度小于310摄氏度 [0026] (6)待所有
焊接件冷却后,再依次去除压力工装、托盘等
[0027] (7)检测焊接质量
[0028] 实例2:SnAgCuMgM焊料实现ITO靶材与铜背板间的良好焊接
[0029] (1)新型SnAgCuMgM(M代表某一种元素)
焊膏通过模板均匀涂布到铜背板的被焊接面上,不同区域的焊膏量有所不同
[0030] (2)依靠定位工装,将三
块ITO靶材被焊接面放置到焊膏上,检查边缘处焊膏流动情况
[0031] (3)通过机械装置将被焊物体转移到焊接炉中
[0032] (4)放置限位装置到经改造的焊接炉中
[0033] (5)盖上焊接炉顶盖,其顶部的压力装置均匀施加压力到被焊接物体上 [0034] (6)焊接炉实现焊接,冷却至室温后打开
炉盖,通过机械装置取出焊接后的靶材与背板
[0035] (7)借助人工目检和X-ray等方式检测焊接质量
[0036] 实例3:SnBiGa焊料实现Al2O3靶材与铜背板间的良好焊接
[0037] (1)Al2O3靶材放置于金属托盘的固定位置处,其被焊接表面刷涂助焊膏,然后在指定位置放置固体SnBiGa焊料
[0038] (2)将铜背板被焊接面放置于固体SnBiGa焊料上,再施加其顶部限位和压力工装 [0039] (3)将多个这种金属托盘放入
回流焊炉子的金属网传送带上,依次通过升温区、保温区、回流焊区、冷却区;这种方式可实现批量化生产
[0040] (4)拆除工装和金属托盘,检验焊接质量。