一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材的制作方法
1.本实用新型属于半导体技术领域，涉及一种旋转靶材，尤其涉及一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材。
背景技术：
2.磁控溅射镀膜是目前镀膜行业应用广泛的镀膜沉积工艺，溅射镀膜的原理是在真空条件下通过电子用氩离子对靶材表面进行轰击，靶材表面材料以分子、原子、离子或电子等形式被溅射出来，飞溅到基板上沉积成膜。而随着表面镀膜技术的不断发展，溅射靶材这一具有高附加值的功能材料的需求量也逐年增多，因此需要不断提高溅射靶材的利用效率以及利用的便利程度。
3.为了提高靶材的利用率，人们越来越多地制造和使用管状靶材(简称管靶)，即把靶材做成管子形状，管子里面装有静止不动的磁体。溅射过程中，管靶以一定的速度转动，所以也被称为旋转靶材(rotating target/rotary target)。由于转动的旋转靶材和静止不动的磁体之间发生相对运动，使得整个旋转靶材表面均匀地发生溅射，靶材材料的利用率可以高达70％以上。与平面靶材相比，旋转靶材具有利用率高、镀膜连续性好、镀膜成分均匀等优点，是理想的溅射靶材，被广泛应用在电子、军用、装饰、功能薄膜等领域，市场需求量巨大。随着镀膜行业从使用平面靶材向使用旋转靶材转变，旋转靶材正在成为磁控溅射设备的标准选材。
4.旋转靶材通常由一个内管和一个外管组成，外管也叫靶管，其材质是溅射制备薄膜所需要的材质，而内管在靶管的背后起到支撑作用，所以也叫背管，通常选用材质为不锈钢或者其他硬质金属材质的管材作为背管。目前，已知的旋转靶材生产方法主要是将溅射材料绑定在背管外侧壁上形成靶管，已知的绑定方法有热喷涂法、钎焊法、浇铸法和hip一体成型法。热喷涂法就是直接将溅射材料涂覆到背管上，但是制备得到的旋转靶材具有厚度不均匀、致密度低、氧含量高等缺点，只能用于玻璃等要求不高的镀膜行业中，无法满足高质量镀膜产品的要求；钎焊法就是用焊料将成型的靶管焊接到背管上形成焊接层，但是由于靶管和背管间的缝隙很小，焊料难以均匀地分布在缝隙中，很难实现靶管和背管之间的全面焊接，焊接结合度不高，难以实现长度大于1000mm旋转靶材的绑定，生产成本高；浇铸法就是直接把溅射材料浇铸到背管上形成靶管，但是只能用于sn、zn等熔点较低的靶材材料，适用范围有限；hip一体成型法基于热等静压技术，通过粉末烧结靶坯实现与背管连接，制备得到的旋转靶材具有成分均匀、无偏析、晶粒细小、纯度高等优点，能够满足液晶显示和触控屏行业的要求，成为现有技术中非常重要的一种绑定方法。例如cn104480437a公开了一种一体成型管靶的生产方法，该方法采用铬粉为原料，在背管外表面电镀一层铬层，将铬粉置于包套中，在真空条件下进行hip烧结，从而达到铬靶管与背管的冶金结合。cn106676484a公开了一种铬管靶材的绑定方法，该方法采用铬粉为原料，对背管先进行预镀镍处理，再电镀一层金属涂层作为绑定层，从而减少铬靶管与不锈钢背管热膨胀系数不匹配的问题，随后利用hip一体成型法实现铬靶管和不锈钢背管的绑定。
5.目前，现有技术中旋转靶材所采用的背管主要为平直型背管，即，背管的外表面呈现连续平滑的曲面，但是国内外新兴了一种台阶型背管，即，背管对应靶管的位置向内凹陷，使得背管的外表面对应靶管两端的位置形成直角台阶。相比于带有平直型背管的旋转靶材，带有台阶型背管的旋转靶材在满足靶管与对应靶管处背管的相关尺寸的基础上，可以使得背管分别对应端头连接与设备连接的两端的管厚更大，使得背管分别与端头和设备的两处连接更加牢固。然而，在采用hip一体成型法实现靶管与直角台阶型背管绑定的过程中，由于靶管与背管的热膨胀系数不同，使得在hip烧结之后的降温过程中，背管外表面的台阶结构会对于靶管两端产生挤压作用，导致靶管的两端对应背管的直角台阶处极易产生开裂，进而导致旋转靶材的成品率大大降低。
6.综上所述，目前需要开发一种提高旋转靶材成品率的技术方案，可以减小背管外表面的台阶结构对于靶管两端的挤压作用，使得靶管外观良好无裂纹，尤其是对应背管外表面的台阶结构处不再产生开裂。
技术实现要素：
7.针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，将台阶型背管的直角台阶调整为斜角台阶，所述斜角台阶的斜面以远离所述背管的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度，有效缓解了hip烧结过程中背管外表面的台阶结构对于靶管两端的挤压作用，使得制备得到的靶管外观良好无裂纹，尤其是对应背管外表面的台阶结构处不再产生开裂，大大提高了旋转靶材的成品率。
8.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
9.本实用新型提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，包括相互绑定的靶管与背管，所述背管对应所述靶管的位置向内凹陷，所述背管的外表面对应所述靶管的两端形成斜角台阶，所述斜角台阶的斜面以远离所述背管的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度。
10.本实用新型针对背管的结构进行调整，将台阶型背管的直角台阶调整为斜角台阶，所述斜角台阶的斜面以远离所述背管的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度，有效缓解了hip烧结过程中背管外表面的台阶结构对于靶管两端的挤压作用，使得制备得到的靶管外观良好无裂纹，尤其是对应背管外表面的台阶结构处不再产生开裂，大大提高了旋转靶材的成品率。
11.值得说明的是，本实用新型所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度，例如60度、61度、62度、63度、64度、65度、66度、67度、68度、69度、70度、71度、72度、73度、74度或75度等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12.本实用新型的关键在于，将台阶型背管的直角台阶分别向背管的两端倾斜调整为斜角台阶，经过hip烧结过程以及按照图纸进行机加工后，本实用新型所得带有斜角台阶型背管的旋转靶材将会耗费更多的靶管对应的金属粉末，例如铬粉末。经过发明人多次试验研究，当本实用新型所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角＜60度时，靶管的两端仍然存在开裂的问题，当本实用新型所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向
截面的夹角大于75度时，虽然制备得到的靶管外观良好无裂纹，保证了旋转靶材的成品率较高，但是将会耗费更多的靶管对应的金属粉末，进一步增加原料成本，为此，发明人控制本实用新型所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度。
13.作为本实用新型优选的技术方案，所述斜角台阶的深度为3-8mm，例如3mm、4mm、5mm、6mm、7mm或8mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14.作为本实用新型优选的技术方案，所述靶管的目标管厚为3-15mm，例如3mm、5mm、7mm、10mm、13mm或15mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
15.值得说明的是，本实用新型所述靶管的主体呈现管状，仅仅在两端对应斜角台阶而产生斜面，所述靶管的目标管厚指的是呈现均匀管状的靶管主体的管厚，即，后续磁控溅射对应区域的厚度。
16.作为本实用新型优选的技术方案，所述靶管的目标长度为500-3000mm，例如500mm、1000mm、1200mm、1500mm、1800mm、2000mm、2300mm、2500mm、2700mm或3000mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
17.值得说明的是，本实用新型所述靶管的主体呈现管状，仅仅在两端对应斜角台阶而产生斜面，所述靶管的目标长度指的是呈现均匀管状的靶管主体的长度，而不包括靶管两端的斜面对应的长度。
18.作为本实用新型优选的技术方案，所述背管与端头连接的端头端的管厚为15-20mm，例如15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19.作为本实用新型优选的技术方案，所述背管的端头端与所述端头通过螺纹连接。
20.作为本实用新型优选的技术方案，所述背管的端头端与所述端头的接触端面还设置有导电胶层。
21.作为本实用新型优选的技术方案，所述背管与设备连接的设备端的管厚为15-20mm，例如15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.作为本实用新型优选的技术方案，所述背管的设备端与所述设备通过法兰连接。
23.作为本实用新型优选的技术方案，所述靶管与所述背管之间设置金属绑定层。
24.值得说明的是，在采用hip烧结制备旋转靶材的过程中，往往存在靶管与背管的热膨胀系数差异较大的问题，导致靶管不易直接绑定在背管上，为此，在实际生产过程中，往往通过喷涂或电镀的方式在背管的外表面设置金属绑定层，通过靶管与金属绑定层之间的结合来实现靶管与背管之间的绑定。由于铬旋转靶材是一种常见的旋转靶材，以铬旋转靶材为例，往往在不锈钢背管的外表面进行预镀镍处理，设置镍层作为金属绑定层。
25.值得说明的是，本实用新型以铬旋转靶材为例，介绍一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材的制备方法，具体内容如下：
26.(1)对不锈钢背管进行机加工，使得不锈钢背管对应铬靶管的位置向内凹陷，不锈钢背管的外表面对应铬靶管的两端形成斜角台阶，斜角台阶的斜面以远离不锈钢背管的中心的方向由内向外倾斜，且斜角台阶的斜面相对于不锈钢背管的径向截面的夹角为60-75
度，通过喷涂或电镀的方式在不锈钢背管的外表面进行预镀镍处理，设置镍层作为金属绑定层；
27.将上述处理后的不锈钢背管、低碳钢包套外管以及圆形不锈钢盖板进行清洗干燥处理，并将不锈钢背管作为包套内管和低碳钢包套外管均焊接在圆形不锈钢盖板的同一侧进行包套组装处理，保证同心度公差≤0.05mm，使得低碳钢包套外管的内径和不锈钢背管的外径之间的差值为铬靶管的目标厚度的2-3倍；
28.(2)将铬粉末填充至不锈钢背管的外表面与低碳钢包套外管的内表面形成的腔体中，利用带有脱气孔的圆形不锈钢盖板进行包套密封处理，然后在400-600℃下脱气6-9h，控制所述腔体内的真空度为1.0
×
10-3-1.0
×
10-2
pa；
29.(3)将脱气处理后的包套进行热等静压处理，控制热等静压处理的温度为1000-1250℃，压力为100-150mpa，时间为3-6h，然后除去低碳钢包套外管、圆形不锈钢盖板以及带有脱气孔的圆形不锈钢盖板，获得将不锈钢背管与铬靶管绑定的铬旋转靶材，随后按照图纸进行机加工，得到溅射用铬旋转靶材。
30.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
31.本实用新型提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，将台阶型背管的直角台阶调整为斜角台阶，所述斜角台阶的斜面以远离所述背管的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度，有效缓解了hip烧结过程中背管外表面的台阶结构对于靶管两端的挤压作用，使得制备得到的靶管外观良好无裂纹，尤其是对应背管外表面的台阶结构处不再产生开裂，大大提高了旋转靶材的成品率。
附图说明
32.图1为本实用新型实施例1所述带有斜角台阶型背管的旋转靶材的沿轴向截面的截面示意图；
33.图2为本实用新型对比例1所述带有直角台阶型背管的旋转靶材的沿轴向截面的截面示意图；
34.其中，1-靶管；2-背管；3-斜角台阶；4-直角台阶。
具体实施方式
35.为使本实用新型的技术方案、目的和优点更加清楚，下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的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实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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相连，
可以是两个元件内部的连通。对于电和通信领域而言，可以是有线连接，也可以是无线连接。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实用新型中的具体含义。
38.实施例1
39.本实施例提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，沿轴向截面的截面示意图如图1所示，包括相互绑定的靶管1与背管2，所述背管2对应所述靶管1的位置向内凹陷，所述背管2的外表面对应所述靶管1的两端形成斜角台阶3，所述斜角台阶3的斜面以远离所述背管2的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶3的斜面相对于所述背管2的径向截面的夹角θ为70度；
40.其中，所述斜角台阶3的深度为3-8mm，所述靶管1的目标管厚为15-20mm，所述靶管1的目标长度为1000-3000mm，所述背管2与端头连接的端头端的管厚为15-20mm，所述背管2与设备连接的设备端的管厚为15-20mm，所述背管2的设备端与所述设备通过法兰连接，所述靶管1与所述背管2之间设置一层厚度为2mm的镍层作为金属绑定层(未示出)。
41.本实施例所述带有斜角台阶型背管的旋转靶材，由于将台阶型背管的直角台阶调整为斜角台阶，并控制所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度，有效缓解了hip烧结过程中背管外表面的台阶结构对于靶管两端的挤压作用，使得制备得到的靶管外观良好无裂纹，尤其是对应背管外表面的台阶结构处不再产生开裂，成品率为100％。
42.实施例2
43.本实施例提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，沿轴向截面的截面示意图如图1所示，包括相互绑定的靶管1与背管2，所述背管2对应所述靶管1的位置向内凹陷，所述背管2的外表面对应所述靶管1的两端形成斜角台阶3，所述斜角台阶3的斜面以远离所述背管2的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶3的斜面相对于所述背管2的径向截面的夹角θ为70度；
44.其中，所述斜角台阶3的深度为3-8mm，所述靶管1的目标管厚为15-20mm，所述靶管1的目标长度为1000-3000mm，所述背管2与端头连接的端头端的管厚为15-20mm，所述背管2与设备连接的设备端的管厚为15-20mm，所述背管2的设备端与所述设备通过法兰连接，所述靶管1与所述背管2之间设置一层厚度为2mm的镍层作为金属绑定层(未示出)。
45.本实施例所述带有斜角台阶型背管的旋转靶材，由于将台阶型背管的直角台阶调整为斜角台阶，并控制所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度，有效缓解了hip烧结过程中背管外表面的台阶结构对于靶管两端的挤压作用，使得制备得到的靶管外观良好无裂纹，尤其是对应背管外表面的台阶结构处不再产生开裂，成品率为100％。
46.实施例3
47.本实施例提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，沿轴向截面的截面示意图如图1所示，包括相互绑定的靶管1与背管2，所述背管2对应所述靶管1的位置向内凹陷，所述背管2的外表面对应所述靶管1的两端形成斜角台阶3，所述斜角台阶3的斜面以远离所述背管2的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶3的斜面相对于所述背管2的径向截面的夹角θ为70度；
48.其中，所述斜角台阶3的深度为3-8mm，所述靶管1的目标管厚为15-20mm，所述靶管1的目标长度为1000-3000mm，所述背管2与端头连接的端头端的管厚为15-20mm，所述背管2与设备连接的设备端的管厚为15-20mm，所述背管2的设备端与所述设备通过法兰连接，所述靶管1与所述背管2之间设置一层厚度为2mm的镍层作为金属绑定层(未示出)。
49.本实施例所述带有斜角台阶型背管的旋转靶材，由于将台阶型背管的直角台阶调整为斜角台阶，并控制所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度，有效缓解了hip烧结过程中背管外表面的台阶结构对于靶管两端的挤压作用，使得制备得到的靶管外观良好无裂纹，尤其是对应背管外表面的台阶结构处不再产生开裂，成品率为100％。
50.对比例1
51.本对比例提供了一种带有直角台阶型背管的旋转靶材，沿轴向截面的截面示意图如图2所示，包括相互绑定的靶管1与背管2，所述背管2对应所述靶管1的位置向内凹陷，所述背管2的外表面对应所述靶管1的两端形成直角台阶4，即，直角台阶4的凹陷侧面垂直于水平面，直角台阶4的凹陷侧面相对于所述背管2的径向截面的夹角为0度；
52.其中，所述斜角台阶3的深度为3-8mm，所述靶管1的目标管厚为15-20mm，所述靶管1的目标长度为1000-3000mm，所述背管2与端头连接的端头端的管厚为15-20mm，所述背管2与设备连接的设备端的管厚为15-20mm，所述背管2的设备端与所述设备通过法兰连接，所述靶管1与所述背管2之间设置一层厚度为2mm的镍层作为金属绑定层(未示出)。
53.本对比例所述带有直角台阶型背管的旋转靶材，由于靶管与背管的热膨胀系数不同，使得在hip烧结之后的降温过程中，背管外表面的台阶结构会对于靶管两端产生挤压作用，导致靶管的两端对应背管的直角台阶处极易产生开裂，成品率往往＜50％。
54.对比例2
55.本对比例提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，相比于实施例1，区别仅在于：斜角台阶3的斜面相对于背管2的径向截面的夹角为50度。
56.本对比例所述带有斜角台阶型背管的旋转靶材，由于靶管与背管的热膨胀系数不同，而且斜角台阶3的斜面相对于背管2的径向截面的夹角仅为50度，使得在hip烧结之后的降温过程中，背管外表面的台阶结构对于靶管两端产生的挤压作用减缓但是仍然存在，进而导致靶管的两端对应背管的直角台阶处仍会产生开裂，成品率往往处于70％-80％范围。
57.对比例3
58.本对比例提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，相比于实施例1，区别仅在于：斜角台阶3的斜面相对于背管2的径向截面的夹角为80度。
59.本对比例所述带有斜角台阶型背管的旋转靶材，设置斜角台阶3的斜面相对于背管2的径向截面的夹角为80度，虽然制备得到的靶管外观良好无裂纹，保证了旋转靶材的成品率仍为100％，但是将会耗费更多的靶管对应的金属粉末，进一步增加原料成本，不利于推广使用。
60.综上所述，本实用新型提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，将台阶型背管的直角台阶调整为斜角台阶，所述斜角台阶的斜面以远离所述背管的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度，有效缓解了hip烧结过程中背管外表面的台阶结构对于靶管两端的挤压作用，使得制备得到的靶管外
观良好无裂纹，尤其是对应背管外表面的台阶结构处不再产生开裂，大大提高了旋转靶材的成品率。
61.以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
技术特征：
1.一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，包括相互绑定的靶管与背管，所述背管对应所述靶管的位置向内凹陷，所述背管的外表面对应所述靶管的两端形成斜角台阶，所述斜角台阶的斜面以远离所述背管的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度。2.根据权利要求1所述的带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，所述斜角台阶的深度为3-8mm。3.根据权利要求1或2所述的带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，所述靶管的目标管厚为3-15mm。4.根据权利要求1或2所述的带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，所述靶管的目标长度为500-3000mm。5.根据权利要求1或2所述的带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，所述背管与端头连接的端头端的管厚为15-20mm。6.根据权利要求5所述的带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，所述背管的端头端与所述端头通过螺纹连接。7.根据权利要求6所述的带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，所述背管的端头端与所述端头的接触端面还设置有导电胶层。8.根据权利要求1或2所述的带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，所述背管与设备连接的设备端的管厚为15-20mm。9.根据权利要求8所述的带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，所述背管的设备端与所述设备通过法兰连接。10.根据权利要求1或2所述的带有斜角台阶型背管的旋转靶材，其特征在于，所述靶管与所述背管之间设置金属绑定层。
技术总结
本实用新型提供了一种带有斜角台阶型背管的旋转靶材，将台阶型背管的直角台阶调整为斜角台阶，所述斜角台阶的斜面以远离所述背管的中心的方向由内向外倾斜，且所述斜角台阶的斜面相对于所述背管的径向截面的夹角为60-75度，有效缓解了HIP烧结过程中背管外表面的台阶结构对于靶管两端的挤压作用，使得制备得到的靶管外观良好无裂纹，尤其是对应背管外表面的台阶结构处不再产生开裂，大大提高了旋转靶材的成品率。材的成品率。材的成品率。
