[发明专利]一种铝钪合金扩散焊接靶材及其制备方法与应用

说明书

一种铝钪合金扩散焊接靶材及其制备方法与应用，包括铝钪合金靶坯、铝基合金背板及位于所述铝钪合金靶坯和铝基合金背板之间的中间层，所述中间层为铝层，所述中间层与所述铝钪合金靶坯之间、所述中间层与所述铝基合金背板之间均通过扩散焊接。该方法相比直接扩散焊接温度可降低100‑150℃，有效解决了铝钪合金靶坯和铝合金背板在较高温条件下因收缩比例差异性大导致脆性断裂或者变形不能有效焊接的问题。

技术领域

本发明涉及合金靶材技术领域，特别涉及一种铝钪合金扩散焊接靶材 制备方法与应用。

背景技术

铝钪氮薄膜相比传统纯氮化铝薄膜拥有更高的机电耦合系数，且随着 钪含量的增加，铝钪氮薄膜的压电性随之增强。当钪含量达到57wt.％，铝 钪氮薄膜的压电性提升了400％，已被广泛应用于MEMS传感器、驱动器、 麦克风和能量采集器、BAW滤波器中以实现其更大的工作带宽。铝钪合 金靶材作为铝钪氮薄膜制备的关键核心材料，对其纯度要求日益严苛与多 样化，需求量也与日俱增。

在实际应用过程中，铝钪合金靶材要求靶坯和具有一定强度的背板结 合制成靶材组件。背板可以为溅射靶材提供支撑作用，并具有传导热量的 功效，因此需要将溅射靶材和背板进行加工并焊接成型。由于铝钪合金靶 材组件在溅射过程中的工作环境比较恶劣，往往存在高温、高压力差、高 压电场、高压磁场等，如果靶材组件中靶材与背板之间的焊接结合度较低， 将导致靶材在受热条件下变形、开裂、甚至从背板脱落，不但无法达到溅射均匀的效果，同时还可能会导致溅射基台损坏。

为了满足下游终端应用对铝钪合金靶材在使用过程中耐高温、高强度 的要求，必须采用扩散焊接将铝钪合金靶材和背板进行结合。由于铝钪合 金材料与常用背板材料之间的线性膨胀系数差异大，且铝钪合金材料脆性 强，直接扩散焊接过程中靶坯因高温膨胀导致铝钪靶合金靶坯严重变形， 靶坯和背板的焊接结合度低，严重时甚至铝钪合金靶材脆裂，无法实现有 效焊接，不能满足稳定生产和靶材组件的使用需求。

公开号为CN104708192A的专利公开了属于微电子技术领域的一种 镀膜用的W-Ti合金靶材组件扩散焊接方法。将W-Ti合金靶材粉末原料 及对应的待焊接复合的板坯材料置于热压模具内置于热压烧结炉内，一次 进行靶坯热压烧结成型、靶坯与板坯扩散焊接，得到焊接复合的W-Ti合 金靶材组件；将板坯作为背板或作为过渡层，得到W-Ti合金靶材组件或 W-Ti合金靶材/过渡层/背板复合的三层结构。

该专利采用过渡层以WTi合金粉末为原料，通过热压烧结的方式制备 厚度0.5～5mm的过渡层，烧结温度高(1000～1600℃)，容易导致脆性靶 材变形，导致靶材扩散焊接失效或者靶材开裂。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种铝钪合金扩散焊接靶材及其制备方法与应 用，该方法相比直接扩散焊接温度可降低100-150℃，有效解决了铝钪合 金靶坯和铝合金背板在较高温条件下因收缩比例差异性大导致脆性断裂 或者变形不能有效焊接的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本申请的第一方面提供一种铝钪合金扩散焊接靶 材，包括铝钪合金靶坯、铝基合金背板及位于所述铝钪合金靶坯和铝基合 金背板之间的中间层，所述中间层为铝层，所述中间层与所述铝钪合金靶 坯之间、所述中间层与所述铝基合金背板之间均通过扩散焊接。

该靶材通过选择铝基合金作为背板，并在背板和铝钪合金靶坯之间设 置纯铝中间层，可以实现铝钪合金靶材在低温条件下扩散焊接，工作温度 可以下降到200-400℃，相比直接扩散焊接温度可降低100-150℃，有效解 决了铝钪合金靶坯与背板在较高温条件下因材质收缩比例差异性大导致 脆性断裂或者变形不能有效焊接的问题，所得铝钪合金扩散焊接靶材焊合 率大于95％。