一种镍钒合金靶材的绑定方法与流程

本发明属于溅射靶材，具体涉及一种镍钒合金靶材的绑定方法。

背景技术：

1、溅射靶材是一种物理气相沉积(pvd)镀膜的原材料，相比于电弧离子镀或真空蒸发镀膜等其它的pvd镀膜方式，通过溅射制备的薄膜具有优异的性能，比如膜层组织致密、膜厚均匀等，是目前主流的镀膜方式之一。镍钒合金(niv)是一种广泛使用的溅射靶材，含有质量百分比约7％的钒的镍钒合金无铁磁性，不仅易于沉积，还能满足包括半导体器件和集成电路中粘附层等领域的应用。然而添加钒后的镍钒合金也给该合金的制备加工带来了新的问题，比如与背板材料的焊接。

2、为了降低成本、提升导热性能，通常需要将niv合金与铜背板进行焊接。常规的焊接方式以钎焊为主，但由于v元素的添加，导致镍钒合金的焊接性较差，且钎焊焊接过程中极易产生裂纹或气孔，还存在焊接变形大、生产率低的缺点。同时，由于焊料熔点低，一般只能在200℃以下的温度使用，从而限制了其进一步的应用，因此需要选择更优的焊接方式进行加工处理，扩散焊接是制备高性能的溅射靶材的常用手段。采用真空热压、热等静压等方法，将焊件紧密贴合，在一定温度和压力下，相互接触的两个表面，在保持一定时间后利用焊接表面原子的扩散，实现靶材与铜背板的可靠连接，但在扩散焊绑定过程中，v元素的添加会影响镍钒合金与铜背板的焊接强度。

3、另外，在镍或镍合金与铜、钢等金属进行行焊接时，其扩散焊接的温度往往较高，普遍在800℃以上，已超过镍钒合金的再结晶温度也接近铜或铜合金背板的熔点。如此高的温度不仅会引起镍钒合金的晶粒异常长大还会导致铜背板材料的软化变形，同时，因所采用的温度已高于镍钒的再结晶温度，导致靶材的结构和使用性能产生恶化。因此，开发镍钒靶与铜背板的绑定方法，在不影响镍钒靶材结构和性能的情况下实现镍钒靶材和背板的高质量的焊接是很有必要的。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺点，本发明提出一种镍钒合金靶材的绑定方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种镍钒合金靶材的绑定方法，包括如下步骤：

3、(1)将镍钒合金靶坯绑定用端面进行机械加工；

4、(2)然后对镍钒合金靶坯绑定用端面进行表面纳米化处理；

5、(3)表面纳米化处理后，将镍钒合金靶坯绑定用端面进行电解抛光；

6、(4)将处理后的镍钒合金靶坯绑定用端面与铜或铜合金背板进行扩散焊连接。

7、作为本发明的优选实施方案，所述机械加工为车削、磨削或铣削，实现对靶坯平整度的控制。

8、作为本发明的优选实施方案，所述机械加工后镍钒合金靶坯绑定用端面的表面粗糙度小于6.3μm。

9、作为本发明的优选实施方案，采用表面机械研磨处理进行表面纳米化处理。

10、作为本发明的优选实施方案，所述表面机械研磨处理为采用高能金属球对镍钒合金靶坯绑定用端面进行撞击。在撞击的过程中，靶材绑定用端面的晶粒得以细化，由通常的微米晶变为纳米晶，表面纳米化的厚度可达几十到数百微米不等，同时，其机械性能显著增强。

11、作为本发明的优选实施方案，所述撞击时，振动发生器振动频率为25hz～75hz，所用高能金属球的直径为3-10mm，撞击时间为30-90分钟。

12、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(3)中，采用直流电解抛光，电解液为添加了甲醇、高氯酸或水的硝酸、硫酸或冰醋酸溶液；电压为5-100v，时间为1-10分钟。

13、由于经表面纳米化处理后的镍钒合金绑定用端面的表面粗糙度显著升高，为了改善后续绑定工序的焊合率和强度，提升靶材性能的稳定性和一致性，本发明采用电解抛光进一步优化镍钒绑定用端面的表面质量，经过电解抛光处理，能消除表面纳米化后表面粗糙度的急剧增大和不均匀性的情况，通过精确控制抛光所减少的表面层的厚度，尽量保留了表面纳米化后的表面层厚度。同时，对表面粗糙度的控制，能有效提升后续绑定的性能。

14、作为本发明的优选实施方案，电解抛光后的镍钒合金靶坯绑定用端面的表面粗糙度为0.1-0.5μm。

15、作为本发明的优选实施方案，所述铜合金背板可为铜铬合金、铜锌合金等铜合金，当铜合金背板为cuzn时，在电解抛光后的镍钒合金靶坯绑定用端面镀一层ni，镍的厚度在2-20μm之间。对于cuzn背板，由于合金元素扩散系数和扩散行为的影响，直接将镍钒合金与cuzn进行绑定可能在界面处产生合金元素偏析等行为，其焊合强度较低，通过在电解抛光后的镍钒合金靶坯绑定用端面镀一层ni，可调节焊接界面处元素的分布和应力状态，提升界面焊合强度。大多数其他铜合金背板或铜背板可以不在电解抛光后的镍钒合金靶坯绑定用端面镀ni，也可以达到提高焊合率和界面焊合强度的目的。

16、作为本发明的优选实施方案，所述扩散焊连接为真空热压或热等静压，温度≤700℃。

17、更优选地，扩散焊连接温度为小于或等于650℃；更优选地，扩散焊连接温度为小于或等于600℃。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过对镍钒合金的焊接端面进行机械加工、表面纳米化和电解抛光处理，能有效提高靶材的绑定性能，提升靶材的成品率。同时，在扩散焊接时，焊接温度比现有技术的温度大大降低，从而能在几乎不改变镍钒合金结构的条件下实现靶材与背板的有效连接。

技术特征：

1.一种镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，所述机械加工为车削、磨削或铣削。

3.如权利要求1所述镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，所述机械加工后镍钒合金靶坯绑定用端面的表面粗糙度小于6.3μm。

4.如权利要求1所述镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，采用表面机械研磨处理进行表面纳米化处理。

5.如权利要求4所述镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，所述表面机械研磨处理为采用高能金属球对镍钒合金靶坯绑定用端面进行撞击。

6.如权利要求5所述镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，所述撞击时，振动发生器振动频率为25hz～75hz；所用高能金属球的直径为3-10mm，撞击时间为30-90分钟。

7.如权利要求1所述镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，所述步骤(3)中，采用直流电解抛光，电解液为添加了甲醇、高氯酸或水的硝酸、硫酸或冰醋酸溶液；电压为5-100v，时间为1-10分钟。

8.如权利要求1所述镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，电解抛光后的镍钒合金靶坯绑定用端面的表面粗糙度为0.1-0.5μm。

9.如权利要求1所述镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，还包括：当铜合金背板为cuzn时，在所述电解抛光后的镍钒合金靶坯绑定用端面镀一层镍，镍的厚度为2-20μm。

10.如权利要求1所述镍钒合金靶材的绑定方法，其特征在于，所述扩散焊连接为真空热压或热等静压，扩散焊连接的温度≤700℃。

技术总结
本发明公开了一种镍钒合金靶材的绑定方法，属于溅射靶材技术领域。本发明通过对镍钒合金的焊接端面依次进行机械加工、表面纳米化和电解抛光处理，然后将处理后的镍钒合金与铜或铜背板进行扩散焊连接。本发明所述方法能有效提高靶材的绑定性能，提升靶材的成品率。同时，在扩散焊接时，焊接温度比现有技术的温度大大降低，从而能在几乎不改变镍钒合金结构的条件下实现靶材与背板的有效连接。

技术研发人员：王传军,彭海,闻明,沈月,施晨琦,许彦亭,巢云秀,李思勰,刘牛
受保护的技术使用者：贵研先进新材料（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27