一种不锈钢与铜复合背板及其制作方法与流程

1.本发明涉及靶材背板技术领域，具体涉及一种不锈钢与铜复合背板及其制作方法。


背景技术：

2.常规的磁控溅射镀膜技术，通过在靶材背面放置磁极提供磁场，通过对靶材施加负高压，以靶材作为阴极，基片作为阳极，在靶材与基片之间形成电场。磁控溅射镀膜是利用磁场与电场交互作用，使电子在靶面上螺旋状运行，并不断撞击氩气产生离子，所产生的离子在电场作用下撞向靶面溅射出靶材，沉积在基片上获得所需的导电薄膜层。
3.在大规模集成电路制作中，靶材组件是由符合溅射性能的靶材和具有一定强度的背板相结合而构成，使用靶材组件进行镀膜的过程中会产生巨大的热量，若不及时散热靶材的品质和镀膜产品质量都会降低，且镀膜过程中机台需要对背板进行压紧，因此背板的耐用性和导电导热能力直接决定了靶材组件镀膜的质量，现有的背板一些使用铜、铝等活性较强的金属材质，导电导热性能较好，但是强度较小，使得背板硬度较差、易变形，一些背板使用不锈钢材料，强度较大，但是导电导热性能较差，显然，背板质量有待提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种耐用性强、导电导热性能好的不锈钢与铜复合背板及其制作方法，以解决现有的背板存在硬度较差、易变形或者导电导热性能较差的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.本发明提供了一种不锈钢与铜复合背板，包括不锈钢基板，所述不锈钢基板上表面设置有一号铜板，所述一号铜板上表面设置有二号铜板；其中，所述一号铜板与所述二号铜板尺寸相同，且所述一号铜板内开设有冷却水路，所述冷却水路具有进水口和出水口。
7.本发明还提供了一种上述不锈钢与铜复合背板的制作方法，包括以下步骤：
8.s1，预先机械加工制作出符合要求的不锈钢基板和一号铜板；
9.s2,采用扩散焊接工艺，在高温高压的保护气体或者真空环境下，将符合要求的一号铜板与不锈钢基板焊接在一起，并对一号铜板与不锈钢基板焊接效果进行检测；
10.s3，采用数控机床在检测合格工件的一号铜板上加工冷却水路，并在冷却水路上钻孔加工出进水口和出水口；
11.s4,采用搅拌摩擦焊工艺，将二号铜板与一号铜板焊接在一起，形成不锈钢与铜复合背板；
12.s5,对不锈钢与铜复合背板进行气密性检测。
13.作为本发明一个优选的技术方案：步骤s1中，不锈钢基板和一号铜板的焊接面的平行度需要加工到0.1
㎜
以下，光洁度加工度1.6μm以下，运输时表面不得氧化、有油脂、灰尘。
14.作为本发明一个优选的技术方案：步骤s2中，扩散焊接的温度为500℃-800℃、压
力在4mpa-22mpa、时间30min-70min。
15.作为本发明一个优选的技术方案：步骤s3中，加工冷却水路之前先将扩散焊接在工件上形成的氧化皮进行切削或抛光处理，在加工过程中用同一把铣刀进行加工。
16.作为本发明一个优选的技术方案：步骤s4中，搅拌摩擦头的转速为350rpm、搅拌摩擦头移动速度为20mm/min，优选的，使用三维模型进行编程设定搅拌摩擦焊头的焊接路径，路径一：一号铜板和二号铜板贴合处的缝隙，路径二：沿冷却水路顶部表面处。
17.作为本发明一个优选的技术方案：步骤s5中，气密性检测流程：将工装用c型夹固定在不锈钢与铜复合背板的进水口和出水口上，并向冷却水路内注入0.7mpa的水，观察焊缝是否有漏水、变形的现象。
18.本发明至少具有以下有益效果：
19.(1)通过在不锈钢基板上表面设置一号铜板，在一号铜板上表面设置二号铜板；一号铜板与二号铜板尺寸相同，且一号铜板内开设有冷却水路，冷却水路具有进水口和出水口，此种结构的不锈钢与铜复合背板硬度强，使用中不易变形，经久耐用，且导电导热性能好，使得背板的耐用性增强、不影响热交换。
20.(2)通过扩散焊接工艺，在高温高压的保护气体或者真空环境下，将符合要求的一号铜板半成品与不锈钢基板半成品焊接在一起，提高一号铜板半成品与不锈钢基板半成品焊接效果，再通过搅拌摩擦焊工艺将二号铜板与一号铜板焊接在一起，形成不锈钢与铜复合背板，使得最终的不锈钢与铜复合背板焊接效果和密封效果都显著提高，整体上提高整个背板的品质。
附图说明
21.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
22.图1是本发明一种不锈钢与铜复合背板结构剖面示意图。
23.图中：100、不锈钢与铜复合背板；200、不锈钢基板；300、一号铜板；400、二号铜板；500、冷却水路。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅图1所示，本发明提供了一种不锈钢与铜复合背板，该不锈钢与铜复合背板100包括不锈钢基板200，不锈钢基板200上表面设置有一号铜板300，一号铜板300上表面设置有二号铜板400；其中，一号铜板300与二号铜板400尺寸相同，且一号铜板300内开设有冷却水路500，冷却水路500具有进水口和出水口，此种结构的不锈钢与铜复合背板100硬度强，使用中不易变形，经久耐用，且导电导热性能好。
26.本发明还提供了上述一种不锈钢与铜复合背板100制作方法，包括以下步骤：
27.s1，预先机械加工制作出符合要求的不锈钢基板200半成品和一号铜板300半成品；
28.加工要求：不锈钢基板200和焊接表面平行度需要加工到0.1mm以下，光洁度要在1.6μm以下，加工完成后进行超声波清洗及表面抛光处理，在配带手套的情况下进行真空打包并使用珍珠棉进行保护，防止运输时表面氧化、有油脂和灰尘，出现以上问题则会影响焊合率，导致脱落的风险。
29.s2,采用扩散焊接工艺，在高温高压的保护气体或者真空环境下，将符合要求的一号铜板300半成品与不锈钢基板200半成品焊接在一起，并对一号铜板300与不锈钢基板200焊接效果进行检测；
30.机加工完成后，在确保不锈钢基板200半成品和一号铜板300半成品的焊接表面无氧化、无油脂、无灰尘的情况下情况下，使用夹具将不锈钢基板200与一号铜板300的焊接面夹紧，在温度500℃-800℃、压力在4mpa-22mpa的保护气体或真空环境中进行30min-70min的扩散焊接，在高温高压下不锈钢的原子和铜原子相互扩散，形成扩散层，使得两种金属焊接在一起，等随炉冷却后取出，得到不锈钢基板200与一号铜板300焊接在一起的焊接工件，扩散焊接对于本领域技术人员来说属于现有技术，在此不再赘述。
31.扩散焊接完成后的焊接工件使用c-scan(超声波c-扫描技术)进行扫描，对有缺陷的焊接工件进行补救，降低材料成本。对于焊接有缺陷的工件补救方法通常使用车床进行切削，将其中一种材料进行切削加工，切削后得到未切削的材料工件，经过表面处理后进行与新工件的贴合，继续进行扩散焊接。如果当c-scan扫描出来的焊合率为100％则也不能证明扩散焊接没有焊接缺陷，因为在小样扩散焊接中焊合率为100％时，通过车床切削和电火花线切割的破坏，焊合率100％的位置上出现了虚焊的情况。解决焊合率100％，但存在虚焊的方法：调整扩散焊接的温度、时间、压力，通过不断调整扩散焊接工艺和破坏性试验，得到不锈钢与铜复合背板100焊接的扩散焊接工艺。
32.s3，采用数控机床在检测合格工件的一号铜板300上加工冷却水路500，并在冷却水路500上钻孔加工出进水口和出水口；
33.加工冷却水路500之前先将扩散焊接在工件上形成的氧化皮进行切削或抛光处理，冷却水路500的加工是通过cnc(数控加工中心)完成，经过三维模型的导入，在相应软件上模拟走刀过程和编程制作，导入数控铣床中加工，使用编程的原因是自动走刀提高冷却水路500尺寸的准确度，避免人为的错误。冷却水路500加工完成后在冷却水路500两端钻孔加工出进水口和出水口，以便后续工序的位置定位。在加工过程中用同一把铣刀进行加工，以保证一号铜板300冷却水路500顶部的表面平面度相对较好，尽量减少接刀痕的产生，加工后的工件需要去毛刺、抛光、不得有油，油脂，灰尘和氧化，否则影响焊合率。减少接刀痕的产生可使用车床进行端面的加工或进行抛光处理，加工人员需要佩戴手套操作设备及拿取工件，做到在下一步搅拌摩擦焊接时减少焊瘤、表面鼓皮风险。
34.s4,采用搅拌摩擦焊工艺，将二号铜板400与一号铜板300焊接在一起，形成不锈钢与铜复合背板100；
35.二号铜板400与一号铜板300尺寸相同，将二号铜板400和一号铜板300放在机台上使用相应的搅拌摩擦头进行焊接，搅拌摩擦头转速为350rpm、搅拌摩擦头移动速度为20mm/min，将二号铜板400与一号铜板300焊接起来。其中需要使用三维模型进行编程搅拌摩擦焊头的焊接路径，路径包括：
①
两块铜背板侧面贴合处的缝隙。
②
沿水路顶部表面处。不锈钢与铜复合背板100需要预留余量加工，因为搅拌摩擦焊接后工件焊接表面会形成匙孔。解决
方法是：焊接完成后使用cnc加工去除或使用修复设备修复匙孔。
36.s5,对不锈钢与铜复合背板100进行气密性检测；
37.当搅拌摩擦焊接完成后，将不锈钢与铜复合背板100使用c-scan扫面查看焊接缺陷并进行水压检测，将工装用c型夹固定在不锈钢与铜复合背板100的进水口和出水口，并向冷却水路500内通入0.7mpa的水进行观察焊缝是否有漏水、变形的现象，以判断是否需要进行补焊和重焊处理。如出现漏水的情况则对漏水的焊缝进行补焊处理，严重时则需将二号铜板400取下，重新进行搅拌摩擦焊接。如水压检测合格则检测完成后，再不锈钢与铜复合背板100产品按图纸进行精加工，完成成品尺寸后进行第二次水压检测，将工装用c型夹固定在不锈钢与铜复合背板100的出水口和入水口上，通入0.7mpa的水进行观察焊缝是否有漏水、变形的现象，如出现漏水的情况则对漏水的焊缝进行补焊处理，如未出现漏水、变形的情况视为不锈钢与铜复合背板100合格。尺寸检测使用cmm(三坐标检测机)进行，通过对导出的三维模型进行编程实现自动检测，如检测不合格并有余量进行加工时，则可进行返工处理，如通过所有检测则完成不锈钢与铜复合背板100的制作。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
39.另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“设置”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.以上对本发明的较佳实施例进行了详细说明，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种不锈钢与铜复合背板(100)，包括不锈钢基板(200)，其特征在于：所述不锈钢基板(200)上表面设置有一号铜板(300)，所述一号铜板(300)上表面设置有二号铜板(400)；其中，所述一号铜板(300)与所述二号铜板(400)尺寸相同，且所述一号铜板(300)内开设有冷却水路(500)，所述冷却水路(500)具有进水口和出水口。2.一种权利要求1所述的一种不锈钢与铜复合背板(100)的制作方法,其特征在于，包括以下步骤：s1，预先机械加工制作出符合要求的不锈钢基板(200)和一号铜板(300)；s2,采用扩散焊接工艺，在高温高压的保护气体或者真空环境下，将符合要求的一号铜板(300)与不锈钢基板(200)焊接在一起，并对一号铜板(300)与不锈钢基板(200)焊接效果进行检测；s3，采用数控机床在检测合格工件的一号铜板(300)上加工冷却水路(500)，并在冷却水路(500)上钻孔加工出进水口和出水口；s4,采用搅拌摩擦焊工艺，将二号铜板(400)与一号铜板(300)焊接在一起，形成不锈钢与铜复合背板(100)；s5,对不锈钢与铜复合背板(100)进行水压和尺寸检测。3.根据权利要求2所述的一种不锈钢与铜复合背板(100)的制作方法,其特征在于，步骤s1中，不锈钢基板(200)和一号铜板(300)的焊接面的平行度需要加工到0.1
㎜
以下，光洁度加工度1.6μm以下。4.根据权利要求2所述的一种不锈钢与铜复合背板(100)的制作方法,其特征在于，步骤s2中，扩散焊接的温度为500℃-800℃、压力在4mpa-22mpa、时间30min-70min。5.根据权利要求2所述的一种不锈钢与铜复合背板(100)的制作方法,其特征在于，步骤s3中，加工冷却水路(500)之前先将扩散焊接在工件上形成的氧化皮进行切削或抛光处理，在加工过程中用同一把铣刀进行加工。6.根据权利要求2所述的一种不锈钢与铜复合背板(100)的制作方法,其特征在于，步骤s4中，搅拌摩擦头的转速为350rpm、搅拌摩擦头移动速度为20mm/min。7.根据权利要求6所述的一种不锈钢与铜复合背板(100)的制作方法,其特征在于，使用三维模型进行编程设定搅拌摩擦焊头的焊接路径，路径一：一号铜板(300)和二号铜板(400)贴合处的缝隙，路径二：沿冷却水路(500)顶部表面处。8.根据权利要求2所述的一种不锈钢与铜复合背板(100)的制作方法,其特征在于，步骤s5中，气密性检测流程：将工装用c型夹固定在不锈钢与铜复合背板(100)的进水口和出水口上，并向冷却水路(500)内注入0.7mpa的水，观察焊缝是否有漏水、变形的现象。

技术总结
本发明公开了一种不锈钢与铜复合背板及其制作方法，该不锈钢与铜复合背板包括不锈钢基板，不锈钢基板上表面设置有一号铜板，一号铜板上表面设置有二号铜板；其中，一号铜板与二号铜板尺寸相同，且一号铜板内开设有冷却水路，冷却水路具有进水口和出水口，此种结构的不锈钢与铜复合背板硬度强，使用中不易变形，经久耐用，且导电导热性能好。且导电导热性能好。且导电导热性能好。


技术研发人员：潘铭枫 黄宇彬 童培云
受保护的技术使用者：先导薄膜材料（安徽）有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/14