一种装配式管状靶材结构邦定方法与流程

1.本发明涉及靶材邦定技术领域，尤其涉及一种装配式管状靶材结构邦定方法。


背景技术：

2.目前，工业上使用的管状靶材都是有金属背管和管状靶管组成。使用金属或者特殊的有机粘结剂把靶管邦定在金属背管上才能溅射使用。金属背管是一个整体(最长约4000mm)，没有拼缝或焊接缝，背管的两端加工有特殊的结构和形状，便于安装在镀膜设备上；而管状靶管的单节长度一般为100mm～600mm不等，几节甚至十几节管状靶管通过邦定层固定在一个整体的背管上，相邻两节靶管间留0.3-0.5mm的拼缝。根据管状靶材的使用环境可分两种邦定方式。一种是管状靶材低功率使用(溅射功率＜8kw/m)。管状靶材低功率使用时比高功率使用产生的热少，最高瞬时热温度比高功率溅射小很多，这种低功率溅射使用过渡层材料是：低熔点软质金属铟或铟锡合金。另一种是管状靶材高功率使用(溅射功率＞15kw/m)。由于管状靶材在使用功率溅射高时要承受大量的热冲击，靶材表面最高瞬时热温度超过300℃，热量要通过靶材、邦定层、背管传递给冷却水。邦定层在这样高的温度下要求不能熔化,且导电导热性能良好。这种高功率溅射使用邦定层材料是：邦定专用导电胶+石墨(c)+铜(cu)/铝(al)网或丝/sus304不锈钢网或丝；目前管状靶材生产企业或管状靶材邦定企业选用邦定层时，要么使用邦定胶+铜(cu)/sus304/铝，要么使用低熔点金属铟。但因为金属铟熔点156摄氏度，邦定胶的导热系数小于2w/(m.k)，所以在高功率溅射时存在邦定层熔化或者靶材开裂的风险。
3.现用的管状靶材结构和邦定技术存在如下问题：
4.1、由于靶材背管是一整支金属管，无法拆分，如果靶材在使用中有一节靶管损坏，就导致整支靶材无法继续使用，造成巨大的浪费。
5.2、使用低熔点金属做邦定，虽然导电导热良好，但在承受高功率溅射时，邦定层容易熔化流出，造成靶管与背管脱离，靶材不能继续使用。
6.3、使用有机导电胶邦定，虽然高功率溅射时不会熔化，但邦定层导热率太差(小于2w/(m.k))，靶管在承受高温冲击时容易开裂(尤其是氧化物陶瓷靶管)，也无法正常使用。


技术实现要素：

7.鉴于背景技术存在的不足，本发明提供一种装配式管状靶材结构邦定方法，以解决使用中靶材出现问题后更换成本高和高功率溅射时铟邦定易熔化及因胶邦定层导热不好引起的靶材开裂等问题。而且背管可以重复使用，有利于降低生产成本。
8.本发明涉及一种装配式管状靶材结构邦定方法，包括如下步骤：
9.s1、将金属背管分割成固定长度；
10.s2、每节背管两端设有快接结构；
11.s3、将每节靶管与每节背管单独邦定；
12.s4、其中一端使用耐高温的邦定胶密封靶管内孔和背管之间的配合间隙，待邦定
胶固化后，再将粘合剂灌入配合间隙，形成邦定层；
13.s5、配合间隙的另一端使用邦定胶密封。
14.进一步的，s4步骤中的粘合剂可以为金属铟液体或有机胶粘剂。
15.进一步的，s2步骤中的快接结构为将每节背管一端设置外螺纹，另一端设置内螺纹。
16.进一步的，所述靶管与背管的配合间隙为1mm。
17.进一步的，相邻的所述靶胚的端头间距为0.3mm-0.5mm。
18.本发明的主要有益效果：
19.1、当靶材较长时，靶材出现损坏，只需要更换损坏的一节靶材即可，节约成本；
20.2、当靶材较长时，在邦定过程中需要将背管竖立放置在竖立的管式加热炉中进行预热(温度高于156℃)，每邦定一节靶材，需要先把靶管从背管上端套在背管上，降到背管下端，固定好位置后，密封住该节靶管下端与背管的配合间隙，最后在该节靶管上端的配合间隙处灌入铟溶液，操作过程要保证背管和靶管温度始终高于铟的熔点温度，否则铟容易凝固。如此重复完成整支靶材的邦定。往非常小的配合间隙(一般为1mm)内灌注金属铟溶液，同时要密封住金属铟溶液不从下端流出，而且待铟溶液固化后还要从相邻两节靶管的拼缝(0.3-0.5mm)里取出密封物，操作难度很大。本发明采用分节邦定，邦定完成后再装配起来，满足长度和结构需求，提高了便利性，同时提高生产效率；
21.3、采用胶密封靶胚与背管配合间隙的端头，中间部分灌铟邦定，即使铟邦定层在溅射过程中受热融化，也不会流出，解决目前铟邦定的靶材无法承受高功率溅射和胶邦定靶材导电导热性不好的问题。
22.4、靶材使用寿命结束后，背管可以重复使用，降低了靶材的生产成本。
附图说明
23.图1是本发明实施例1端头靶管结构示意图。
具体实施方式
24.以下将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
25.为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
26.本发明的实施例1，涉及一种装配式管状靶材结构邦定方法。如图1所示的一支背管长度3191
±
1mm的管状靶材，靶管总长3151+0/-2mm，且靶管端头带φ160/152-l152mm呈狗骨状结构。
27.包括如下步骤：
28.s1、将金属背管分割成固定长度，具体为两个端头背管，长度同为170mm,中间5节长度同为570.2mm(所述长度均为有效长度，不含拼接处重叠长度)；两端头靶管与中间靶管接触端外径相同；
29.s2、每节背管两端设有快接结构；
30.s3、将每节靶管与每节背管单独邦定；
31.s4、其中一端使用耐高温的邦定胶密封靶管内孔和背管之间的配合间隙，待邦定胶固化后，再将粘合剂灌入配合间隙，形成邦定层；
32.s5、配合间隙的另一端使用邦定胶密封。
33.其中s4步骤中的粘合剂可以为金属铟液体或有机胶粘剂。
34.其中s2步骤中的快接结构为将每节背管一端设置外螺纹，另一端设置内螺纹，两节背管对接后可以密封锁死。
35.所述靶管与背管的间隙为1mm。
36.相邻的所述靶管的端头间距为0.3mm-0.5mm。
37.本发明的主要有益效果：
38.1、当靶材较长时，靶材某个部位出现损坏，只需要更换损坏的一节靶材即可，节约成本；
39.2、当靶材较长时，在邦定过程中需要在非常小的间隙(一般为1mm)内灌注金属铟溶液，而且要在0.3-0.5mm的拼缝内完全密封住金属铟溶液不外流，同时密封物待铟溶液固化后还要取出，操作难度很大，本发明采用分节邦定，邦定完成后再装配起来，满足长度需求，提高了便利性，同时提高生产效率；
40.3、采用胶密封靶胚与背管配合间隙的端头，中间部分灌铟邦定，即使铟邦定层在溅射过程中受热融化，也不会流出，解决目前铟邦定的靶材无法承受高功率溅射，胶邦定靶材导电导热性不好的问题。
41.本发明的实施例2，在实施例1的基础上，涉及相关对比实验：
42.r1、准备工作：
43.准备环形靶材、基板、真空室、离子源等材料和设备，并进行相应的清洁和检查。
44.准备a、b共2组长度为3191mm、外径为160/152mm的管状靶材，每支靶材用7节靶管，其中a组为本发明实施例1中所述的工艺装配而成，b组为一支常规方法邦定的管状靶材，采用金属铟进行邦定。
45.将a组和b组管状靶材依次放入设备中，调整好基板和离子源。
46.工作气体使用氩气，流量控制在30sccm。
47.r2、真空处理：
48.将真空室抽气，压力降至10^-7mbar，确保环境干净无气体干扰。
49.同时在靶材溅射过程中，将真空室内的压力降至10^-7mbar的范围，以避免气体分子对溅射过程的干扰。
50.r3、靶材安装：
51.将环形靶材安装在离子源中心位置，并调整离子束轰击角度和能量，以适应靶材的几何形状和制备要求。
52.其中离子束轰击角度：将靶材的几何形状和制备要求调节为一致，离子束轰击角度调整为55度。
53.r4、基板安装：
54.将基板安装在样品台上，并调整样品台的位置和角度，以适应离子束轰击和薄膜
沉积要求，将靶材距离基板的距离设置为7cm。
55.r5、离子束轰击：
56.开启离子源，将离子束轰击环形靶材表面，产生离子束溅射效应，将材料或化合物转化为离子状态，并在基板上形成薄膜。
57.r6、沉积时间：
58.根据调节好的制备要求，电源功率设定为15kw/m,溅射时间设定为60min。
59.r7、膜处理：
60.完成所需的溅射时间和膜厚后，停止离子束的轰击，关闭真空泵，等待真空室回到大气压，完成沉积后，对薄膜进行退火、氧化处理。
61.r8、对比a组与b组靶材进行漏铟情况检查，具体结果如表1所示：
62.表1：a组与b组靶材进行漏铟情况对比表
[0063][0064][0065]
根据上述对比实验可以看出，常规的铟邦定靶材在溅射功率高于15kw/m时会铟邦定层熔化甚至造成脱靶的几率将近50％，给镀膜效率和镀膜质量造成极大影响。而采用本发明的邦定工艺则不存在邦定层熔化的风险。
[0066]
本发明的实施例3，在实施例1和2的基础上，涉及相关对比实验：
[0067]
准备a、b共2组长度为3191mm、外径为160/152mm的管状靶材，每支靶材用7节靶管，其中a组为本发明实施例1中所述的工艺装配而成，b组为一支常规方法邦定的管状靶材，采用有机硅胶进行邦定。
[0068]
同样把电源功率设定为15kw/m,溅射时间设定为60min。观察对比两组靶材的开裂情况，具体结果如表2所示：
[0069]
表2：a组与b组靶材进行开裂情况对比表
[0070][0071]
由此可见采用胶密封靶管与背管配合间隙的端头，中间部分灌铟邦定，即使铟邦定层在溅射过程中受热融化，也不会流出，靶管也不会因邦定层导热不好而开裂。解决目前铟邦定的靶材无法承受高功率溅射，胶邦定靶材导电导热性不好的问题。
[0072]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种装配式管状靶材结构邦定方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、将金属背管分割成固定长度；s2、每节背管两端设有快接结构；s3、将每节靶管与每节背管单独邦定；s4、其中一端使用耐高温的邦定胶密封靶管内孔和背管之间的配合间隙，待邦定胶固化后，再将粘合剂灌入靶胚内孔和背管之的间配合间隙，形成邦定层；s5、配合间隙的另一端使用邦定胶密封。2.根据权利要求1所述的一种装配式管状靶材结构邦定方法，其特征在于：s4步骤中的粘合剂可以为金属铟液体或有机胶粘剂。3.根据权利要求1所述的一种装配式管状靶材结构邦定方法，其特征在于：s2步骤中的快接结构为将每节背管一端设置外螺纹，另一端设置内螺纹。4.根据权利要求1所述的一种装配式管状靶材结构邦定方法，其特征在于：所述靶胚与背管的间隙为1mm。5.根据权利要求1所述的一种装配式管状靶材结构邦定方法，其特征在于：相邻的所述靶胚的端头间距为0.3mm-0.5mm。

技术总结
本发明涉及靶材邦定技术领域，尤其涉及一种装配式管状靶材结构邦定方法，包括如下步骤：S1、将金属背管分割成固定长度；S2、每节背管两端设有快接结构；S3、将每节靶管与每节背管单独邦定；S4、其中一端使用耐高温的邦定胶密封靶管内孔和背管之间的配合间隙的端面，待邦定胶固化后，再将铟溶液灌入配合间隙，冷却后形成邦定层；S5、配合间隙的另一端使用邦定胶密封，解决靶材铟邦定操作不便，铟邦定靶材在使用过程中邦定层会受热熔化和有机胶邦定靶材邦定层导热不良的问题。靶材邦定层导热不良的问题。


技术研发人员：董冬青 李文彬 赵金党
受保护的技术使用者：杭州阿凡达光电科技有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/9/12