靶材的焊接檢測方法
2023-12-10 00:40:16
專利名稱：靶材的焊接檢測方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域，特別涉及一種靶材的焊接檢測方法。
技術背景
在半導體工業中，靶材組件是由符合濺射性能的靶材和與所述靶材結合、具有一定強度的背板構成。背板可以在所述靶材組件裝配至濺射機臺中起到支撐作用，並具有傳導熱量的功效。靶材組件是通過將靶材和背板材料焊接在一起形成的，需使其既可以可靠地安裝在濺射機臺上，同時又可以在磁場、電場作用下有效控制進行濺射。在濺射過程中， 由於靶材的工作環境比較惡劣，如果靶材與背板之間的結合度較差，將導致靶材在受熱條件下變形、開裂、並與結合的背板相脫落，使得濺射無法達到濺射均勻的效果，同時還可能會對濺射機臺造成損傷。因此，對焊接後的靶材進行焊接質量檢測是十分必要的。
現有對焊接後的靶材進行檢測採用的是拉伸實驗(Tensile test)，其是通過對靶材試樣的抗拉強度的大小來推測產品焊接是否良好的檢測手段。這種檢測方法是一種破壞性的實驗，破壞產品必然會增加成本；並且，這種檢測方法具有局限性，因為通過拉伸實驗只能檢測實驗部分的抗拉強度，不能很好地反映整個靶材的焊接情況。隨著應用不斷推廣， 如何檢測和評價焊接處質量，已成為目前無損檢測領域的一個重要課題。
靶材和背板材料的形狀通常都為平板狀，靶材疊於背板之上(靶材與背板的焊接面還可添加焊料，這取決於不同的焊接方式)，兩者焊接後形成平板型靶材組件。當然，根據用戶的需求，靶材也可以製成其他形狀，例如盤狀、筒狀等，同樣，背板也不局限於平板狀， 例如可以製成圓筒狀。如此，將靶材與背板的形狀相配合，兩者焊接後可以形成具有開口的靶材組件，例如鍋型靶材組件。對於鍋型靶材組件的焊接處進行檢測通常採用抽真空檢測的方法。
圖1是現有技術中對鍋型靶材組件的焊接處進行檢測的示意圖。如圖1所示，靶材101與背板102焊接形成鍋型靶材組件，其中，背板102呈兩端開口的筒狀，構成所述鍋型靶材組件的「鍋壁」，靶材101呈一端開口另一端封閉的筒狀，其開口與背板102的一端開口相配合，構成所述鍋型靶材組件的「鍋底」，而靶材101與背板102的配合處即為所述鍋型靶材組件的焊接處103(焊接面呈環狀)，兩者經焊接後便形成圖1所示的鍋型靶材組件 (圖1為剖面圖)。對鍋型靶材組件的焊接處103進行檢測時，將鍋型靶材組件開口向下置於檢測臺104之上，檢測臺104上設置有密封圈105(呈環狀，一般為橡膠、樹脂等材料)，通過密封圈105可將所述鍋型靶材組件的開口密封，形成密閉空間100，之後由檢測設備107 通過與檢測臺104連接的通道管106對所述密閉空間100抽真空(如圖1中箭頭所示)，同時環繞焊接處103噴吹氦氣(He)，檢測設備107通過檢測滲入密閉空間100的氦氣的含量判斷焊接出103的焊接質量是否合格。所述檢測設備107具體一般為真空檢漏儀。
形成鍋型靶材組件的靶材通常採用粉末冶金材料。粉末冶金材料(powder metallurgy material)是用粉末冶金工藝(粉末冶金工藝是一種以金屬粉末為原料，經壓制和燒結製成各種製品的加工方法)製得的多孔、半緻密或全緻密材料(包括製品)。粉末冶金材料具有傳統熔鑄工藝所無法獲得的獨特的化學組成和物理力學性能，如材料的孔隙度可控，材料組織均勻、無宏觀偏析(合金凝固後其截面上不同部位沒有因液態合金宏觀流動而造成的化學成分不均勻現象)、可一次成型等。因此，粉末冶金材料被越來越多地用於製成靶材。
但是，上述抽真空檢測的方法卻並不適合粉末冶金材料的靶材所形成的鍋型靶材組件的焊接檢測，因為抽真空的過程會使冶金材料本體粉末被抽入到檢測設備107中，由此對設備精度和使用壽命(造成檢測設備的損壞)產生嚴重影響。
相關技術還可參考公開號為CN 101699278A的中國專利申請，該專利申請公開了一種無需破壞靶材，同時可以提高焊接質量檢測的客觀性和可靠性的靶材的檢測方法。發明內容
本發明要解決的問題是提供一種靶材的焊接檢測方法，以適合對由粉末冶金材料的靶材所形成的具有開口的靶材組件進行焊接檢測，避免損壞檢測設備以及影響設備檢測精度。
為解決上述問題，本發明的技術方案提供一種靶材的焊接檢測方法，包括
提供靶材與背板焊接後形成的具有開口的靶材組件；
將所述靶材組件的開口密封后形成密閉空間；
向所述密閉空間中充入氣體；
通過在所述靶材組件的外側焊接處檢測所充入氣體的滲出量判定焊接質量是否合格。
可選的，通過檢測所充入氣體的滲出量判定焊接質量是否合格包括判斷單位檢測時間內所充入氣體的滲出量是否超過第一預設閾值，是則判定為該焊接處的焊接質量不合格，否則判定為該焊接處的焊接質量合格。
可選的，所述第一預設閾值為0. OlX KTatm · cc/s。
可選的，當所述密閉空間的氣壓達到第二預設閾值，則停止向所述密閉空間中充入氣體。
可選的，所述第二預設閾值為latm。
可選的，所述靶材與背板的焊接方式為電子束焊接。
可選的，所充入的氣體為惰性氣體。
可選的，所述靶材為粉末冶金材料。
可選的，所述粉末冶金材料為鎢鈦合金或鎢矽合金。
可選的，所述靶材組件為鍋型靶材組件。
與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點
通過對靶材組件的開口進行密封，並向密封后所形成的密閉空間中充入氣體，基於在所述靶材組件的外側焊接處檢測的氣體滲出量判定焊接質量是否合格，從而能解決現有技術中冶金材料本體粉末進入檢測設備的問題，由此避免了對檢測設備造成損壞以及對檢測精度的影響。
圖1是現有技術中對鍋型靶材組件的焊接處進行檢測的示意圖2是本發明實施方式提供的靶材的焊接檢測方法的流程示意圖3是本發明提供的靶材的焊接檢測方法的實施例示意圖。
具體實施方式
如背景技術所述，現有技術中常用的抽真空檢測的方式，對由粉末冶金材料的靶材所形成的鍋型靶材組件進行焊接檢測時，在抽真空的過程會使冶金材料本體粉末被抽入到檢測設備中，從而對檢測設備的精度和使用壽命(造成檢測設備的損壞)產生嚴重影響。 而本發明的技術方案則採用充氣洩露檢測的方式檢測鍋型靶材組件的焊接質量是否合格， 其檢測工藝簡單易操作，解決了現有技術中冶金材料本體粉末進入檢測設備的問題，由此能避免對檢測設備造成損壞以及對檢測精度的影響。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
在以下描述中闡述了具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施方式
的限制。
圖2是本發明實施方式提供的靶材的焊接檢測方法的流程示意圖。如圖2所示， 本發明實施方式提供的靶材的焊接檢測方法包括
步驟S201，提供靶材與背板焊接後形成的具有開口的靶材組件；
步驟S202，將所述靶材組件的開口密封后形成密閉空間；
步驟S203，向所述密閉空間中充入氣體；
步驟S204，通過在所述靶材組件的外側焊接處檢測所充入氣體的滲出量判定焊接質量是否合格。
下面以具體實施例對上述靶材的焊接檢測方法作詳細說明。
圖3是本發明提供的靶材的焊接檢測方法的實施例示意圖。結合圖2和圖3，執行步驟S201，提供靶材201與背板202焊接後形成的具有開口的靶材組件。本實施例中， 所述具有開口的靶材組件具體為鍋型靶材組件。參閱圖3，提供的鍋型靶材組件由靶材201 與背板202焊接形成，其中，背板202呈兩端開口的筒狀，構成所述鍋型靶材組件的「鍋壁」， 其材料可以為銅、銅合金鋁、鋁合金等；靶材201呈一端開口另一端封閉的筒狀，其開口與背板202的一端開口相配合，構成所述鍋型靶材組件的「鍋底」，本實施例中，所述靶材為粉末冶金材料(即由粉末冶金材料製成)，所述粉末冶金材料為鎢鈦合金(W-Ti)或鎢矽合金 (W-Si)，在其他實施例中，也可以為其他的粉末冶金材料，可根據實際情況確定。靶材201 與背板202的配合處即為所述鍋型靶材組件的焊接處203(焊接面呈環狀)，兩者經焊接後便形成圖3所示的鍋型靶材組件(圖3為剖面圖)。由於對於不同的情況，採用不同的焊接方式所取得的焊接效果也不同，例如當對平板狀的靶材和背板材料焊接成平板型靶材組件時，靶材疊於背板之上，靶材和背板的焊接面較大，一般採用擴散焊接或者釺焊的方式比較合適。因此，需要選擇一種有效的焊接方式才能使靶材與背板實現可靠結合。本實施例中，靶材201與背板202的焊接方式為電子束焊接(EBW，Electron Beam Wielding)。電子束焊接技術是將高能電子束作為加工熱源，用高能量密度的電子束轟擊焊件接頭處的金屬，使其快速熔融，然後迅速冷卻來達到焊接的目的。電子束焊接技術作為焊接整合領域的重要技術，目前已經越來越多地應用到各個工業製造和設計領域中。本實施例中，採用電子束焊接的方式可以使靶材與背板的結合更可靠，達到更好的焊接效果。
得到具有開口的靶材組件後，執行步驟S202，將所述靶材組件的開口密封后形成密閉空間200。步驟S202是對鍋型靶材組件的焊接處203進行檢測前的準備工作，具體地， 將鍋型靶材組件開口向下置於檢測臺204之上，檢測臺204上設置有密封圈205(呈環狀， 一般為橡膠、樹脂等材料，例如Oring密封圈)，通過密封圈205可將所述鍋型靶材組件的開口密封，形成密閉空間200。
然後執行步驟S203，向所述密閉空間200中充入氣體。具體地，通過與檢測臺204 連接的通道管206(例如常用的蛇形管)對所述密閉空間200充入氣體(如圖3中箭頭所示)。需要說明的是，向所述密閉空間200充入的氣體的成分不能與大氣中存在的氣體成分相同，因為後續步驟中是通過檢測單位檢測時間內該氣體的滲入量判定焊接質量的，而如果充入的氣體的成分與大氣中存在的氣體成分相同，則無法準確判斷測得氣體的滲入量為多少，例如，大氣中含量最多的為氮氣和氧氣，如果充入的氣體為氮氣或是氧氣，便很難區分哪些是從所述密閉空間中滲出的氣體，哪些是原本就是周圍環境中存在的氣體，因此無法準確檢測出所充入氣體的滲出量。此外，還需確保充入氣體不會與靶材進行化學反應，從而影響靶材質量。因此，選擇惰性氣體進行檢測可以使檢測更為準確，避免誤檢，從而達到更佳的效果，一般常用氦氣進行檢測。本實施例中，所充入的氣體為氦氣。在其他實施例中， 也可以為其他惰性氣體，例如氖氣、氬氣等，還可以是其他在大氣中不存在且不會與靶材發生化學反應的氣體。
執行步驟S204，通過在所述靶材組件的外側焊接處檢測所充入氣體的滲出量判定焊接質量是否合格。具體地，通過檢測所充入氣體的滲出量判定焊接質量是否合格包括判斷單位檢測時間內所充入氣體的滲出量是否超過第一預設閾值，是則判定為該焊接處的焊接質量不合格，否則判定為該焊接處的焊接質量合格。所述第一預設閾值為界定所述靶材組件的待檢測焊接處的焊接質量是否合格的臨界值，若單位檢測時間內所充入氣體的滲出量超過該臨界值，則表明焊接效果不佳(例如焊接後留有細微的縫隙)，即焊接的質量不合格，若單位檢測時間內所充入氣體的滲出量小於或等於該臨界值，則可認為焊接的質量合格。具體實施時，可以基於實際情況(例如檢測設備的檢測範圍)對所述第一預設閾值進行設定。本實施例中，所述第一預設閾值設定為0. OlXlO-7Btm · cc/s (標準大氣壓·立方釐米/秒)。
具體檢測時，可繼續參閱圖3，採用檢測設備207在鍋型靶材組件的外側焊接處 203檢測，所述檢測設備207具有檢測探頭，將所述檢測探頭設置於「鍋壁」外側的焊接處 203的附近，對單位檢測時間內所充入氣體的滲出量進行監測。需要說明的是，檢測設備 207不同於圖1所示的檢測設備107，因為檢測設備107 —般具體為真空檢漏儀，其具有對密閉空間抽真空的組件，正是由於抽真空的過程會使冶金材料本體粉末被抽入到檢測設備 107中，所以會對檢測設備107造成損壞以及影響該設備的檢測精度，而檢測設備207則不需要對密閉空間抽真空的組件，僅需要對特定氣體(例如氦氣)的滲出量進行測量即可，因此，不會發生損壞檢測設備以及影響設備檢測精度的問題。此外，檢測設備207相對於檢測設備107 —般也會具有更低的成本。
本實施例中，對焊接處203檢測與步驟S203向所述密閉空間200中充入氣體是同步進行的，具體地，在向密閉空間200中充入氣體的同時便啟動對檢測時間的計時，當所述密閉空間200的氣壓達到第二預設閾值時，則停止向所述密閉空間200中充入氣體，同時停止對檢測時間的計時，然後基於這段檢測時間內檢測探頭所監測到的所充入氣體的滲出量便可以獲得單位檢測時間內所充入氣體的滲出量的值，將該值與所述第一預設閾值進行比較則能夠判定焊接處203的焊接質量是否良好。所述第二預設閾值是確定單位檢測時間是否達到的臨界值，在實際實施時，所述單位檢測時間隨著所充入氣體的流量的不同而不同， 但是所充入氣體的流量並不影響對單位檢測時間內所充入氣體的滲出量的測量，因為單位檢測時間內所充入氣體的滲出量的值反映的是靶材與背板的焊接處中漏孔(因焊接所造成的氣體洩露的缺陷)的大小，其不會因所充入氣體的流量的不同而有所變化。具體實施時，可以基於實際情況對所述第二預設閾值進行設定，本實施例中，將所述第二預設閾值設定為Iatm(標準大氣壓)。至於對密閉空間200的氣壓的測量，可通過在檢測臺204上設置氣壓感應器(圖中未示出)實現，由所述氣壓感應器反饋密閉空間200的氣壓，當反饋的氣壓值達到第二預設閾值時，便可通過觸發信號的方式停止對檢測時間的計時。
需要說明的是，本實施例中，所述靶材的焊接檢測方法的具體實施是以對由粉末冶金材料的靶材所形成的具有開口的靶材組件(例如為鍋型靶材組件)進行焊接檢測為例說明的，但是，該焊接檢測方法同樣可適用於由其他材料的靶材(例如鋁、鋁合金等)所形成的具有開口的靶材組件的焊接檢測。
此外，本實施例中，對所述具有開口的靶材組件進行焊接具體又是以鍋型靶材組件為例進行說明的，但本發明實施方式提供的靶材的焊接檢測方法並不局限於鍋型靶材組件，在其他實施例中，也可以適用於其他形狀的具有開口的靶材組件。
綜上，本發明實施方式提供的靶材的焊接檢測方法，至少具有如下有益效果
通過對靶材組件(例如為鍋型靶材組件)的開口進行密封，並向密封后所形成的密閉空間中充入氣體，基於在所述靶材組件的外側焊接處檢測的氣體滲出量判定焊接質量是否合格，從而能解決現有技術中冶金材料本體粉末進入檢測設備的問題，由此避免了對檢測設備造成損壞以及對檢測精度的影響。
本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。
權利要求
1.一種靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，包括提供靶材與背板焊接後形成的具有開口的靶材組件； 將所述靶材組件的開口密封后形成密閉空間； 向所述密閉空間中充入氣體；通過在所述靶材組件的外側焊接處檢測所充入氣體的滲出量判定焊接質量是否合格。
2.根據權利要求1所述的靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，通過檢測所充入氣體的滲出量判定焊接質量是否合格包括判斷單位檢測時間內所充入氣體的滲出量是否超過第一預設閾值，是則判定為該焊接處的焊接質量不合格，否則判定為該焊接處的焊接質量合格。
3.根據權利要求2所述的靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，所述第一預設閾值為 0. 01Xl(T7atm · cc/s。
4.根據權利要求1所述的靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，當所述密閉空間的氣壓達到第二預設閾值，則停止向所述密閉空間中充入氣體。
5.根據權利要求4所述的靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，所述第二預設閾值為 Iatm0
6.根據權利要求1所述的靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，所述靶材與背板的焊接方式為電子束焊接。
7.根據權利要求1所述的靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，所充入的氣體為惰性氣體。
8.根據權利要求1所述的靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，所述靶材為粉末冶金材料。
9.根據權利要求8所述的靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，所述粉末冶金材料為鎢鈦合金或鎢矽合金。
10.根據權利要求1所述的靶材的焊接檢測方法，其特徵在於，所述靶材組件為鍋型靶材組件。
全文摘要
一種靶材的焊接檢測方法，包括提供靶材與背板焊接後形成的具有開口的靶材組件；將所述靶材組件的開口密封后形成密閉空間；向所述密閉空間中充入氣體；通過在所述靶材組件的外側焊接處檢測所充入氣體的滲出量判定焊接質量是否合格。本發明技術方案能解決對由粉末冶金材料的靶材所形成的具有開口的靶材組件進行焊接檢測時，冶金材料本體粉末進入檢測設備的問題，由此避免了對檢測設備造成損壞以及對檢測精度的影響。
文檔編號G01M3/20GK102507102SQ20111033032
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者姚力軍, 潘傑, 王學澤, 鄭文翔 申請人:餘姚康富特電子材料有限公司