（机械工程专业论文）靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用.pdf

靶材粘结和超声波检测技术任液晶镀膜中的应用中文摘要 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 中文摘要 液晶行业广泛使用的溅射镀膜用材料靶材在溅射时需要有背板的支撑，而靶材与 背板的结合是否结实可靠则非常重要，如果粘结层的性能不能达到要求则很容易造成 溅射过程中的“脱靶”，从而导致溅射镀膜失败。所谓靶材粘结就是将靶材、背板用 粘结材料粘结在一起的过程。本文通过行业中最常用的铝靶，无氧铜背板，采用次 贵金属铟作为粘结材料，设计了g 5 代铝靶的粘结工艺流程。课题主要研究了粘结工 艺中时间、温度、材料性能三者之间的关系，并通过超声波探伤仪对粘结产品进行了 内部探伤检测，以证实所设计工艺的可行性和可靠性。 利用大型反转装置，高温加热台进行了1 4 3 1 1 7 0 0 1 2 r a m 铝靶的粘结实验，研 究了加热时间和相关参数的设置，对于粘结质量影响较大的表面氧化物的处理，以及 为了提高粘结层质量而设置的超声波振荡器的应用。并利用挚具、c 型卡扣对粘结后 的靶材进行平面度修正。 利用超声波探伤仪对粘结靶材的有效结合面、四分品的有效结合面以及单个缺陷 进行检测，各项参数均符合行业标准要求。 关键词：溅射靶材、靶材粘结、平面度修正、超声波检测、内部探伤 作者：王卫芳 指导老师：石世宏 英文摘要靶材粘结和超声波枪测技术在液晶镀膜中的心用 a p p l i c a t i o n so ft h eb o n d i n ga n d t h eu l t r a s o n i ct e s ti n t h el i q u i df i l m a bs t r a c t t a r g e t sw h i c hw i d e l yu s e di nl c di n d u s t r yn e e db a yi m p o r t a n tt h a tt h et a r g e ta n dt h e b a c k b o a r db o n dt o g e t h e rf i r m l y ，o t h e r w i s ei tw i l ll e a dt om i s st h et a r g e ta n dr e s u l t si nt h e f a i l u r eo ft h es p u t t e r i n gv a c u u mc o a t i n g b o n d i n gi sap r o c e s so fi n t e g r a t i n gt h et a r g e t o n t ot h eb a c k b o a r db yu s i n ga d h e s i v em a t e r i a l t h i sp a p e rp r o v i d e sab o n g i n gp r o c e s s d e s i g nf o rt h ea l u m i n u mt a r g e t ，w h i c hu s e dp o p u l a ri n t h ev a c u u mi n d u s t r y ，a n dt h e o x y g e nf r e ec o p p e rb a c k b o a r db yu s i n gi n d i u m a st h el e s sn o b l em e t a l i nt h i ss u b j e c tt h e r e l a t i o n s h i po ft i m e ，t e m p e r a t u r e ，a n dm a t e r i a lp r o p e r t yh a sb e e nr e s e a r c h e dd u r i n gt h e b o n d i n g i no r d e rt oc o n f i r mt h ef e a s i b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h e c k b o a r d sf o rs u p p o r t i n g d u r i n gt h es p u t t e r i n g i ti sv e rd e s i g n e dp r o c e s s ，as e r i e so ft h ei n n e rd e t e c t i o n sf o rt h e t a r g e th a v eb e e nd o n eb yt h eu l t r a s o n i cf l a wd e t e c t o r a b o n d i n gt e s tf o ra1 4 31xl7 0 0 x12 m ma l u m i n u mt a r g e th a sb e e nc o m p l e t e db ya l a r g er e v e r s i n gm e c h a n i s ma n dah e a t i n gp l a t f o r m r e s e a r c h e so nt h es e t t i n go ft h eh e a t i n g t i m ea n dr e l a t i v ep a r a m e t e r s ，t r e a t m e n t st ot h es u r f a c eo x i d e sw h i c hg r e a t l ya f f e c t st h e q u a l i t yo ft h eb o n d i n gl a y e r ，t h eu l t r a s o n i cg e n e r a t o rw h i c hi m p r o v e st h eq u a l i t yo ft h e b o n d i n gl a y e ra n dt h e c o r r e c t i o nf o rp l a n a r i t yb yag a s k e ta n d ac s h a p e db a y o n e t t h ei n n e ri n s p e c t i o n so ft h ee f f e c t i v ea r e a , t h ei n d i v i d u a ld e f e ：c to ft h et a r g e ta n dt h e e v e r yq u a r t e ro ft h et a r g e tb yu l t r a s o n i cf l a wd e t e c t o rh a v eb e e nd o n ei nt h eb o n d i n gt e s t a 1 lt h ep a r a m e t e r si nt h et e s tm e e tt h ei n d u s t r ys t a n d a r d s 关键词：s p u t t e r i n gt a r g e t 、b o n d i n g 、r e v i s i o no fp l a n a r i t y 、u l t r a s o n i ct e s t i n g 、i n n e r i n s p e c t i o n i i w r i t t e nb y ：w a n gw e i f a n g s u p e r v i s e db y ：s h is h i h o n g 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 第一章绪论 第一章绪论 1 1 前言 1 8 4 2 年格洛夫( g r o v e ) 在实验室中发现了阴极溅射现象i l j ，到了8 0 年代，溅射 技术才从实验室应用技术真正地进入工业化大量生产的应用领域，所谓“溅射”就是 用荷能粒子( 通常用气体正离子) 轰击物体，从而引起物体表面原子从母体中逸出的 现象。应用溅射原理制备薄膜是美国贝尔实验室及西屋电气公司首先开始的，在此之 后由于溅射膜层优越性的逐步突显，改善溅射装置，提高溅射速率的各种工艺相应地 得到快速发展，使溅射工艺在某些领域中达到了实用化程度。后来美国国际商用电子 计算机公司应用高频溅射技术制成了绝缘膜，磁控溅射技术及其装置横空而出，它以 其“高速、“低温”两大特点使薄膜工艺发生了深刻变化，不但满足薄膜工艺越来越 复杂的要求，而且促进了新工艺的发展。许多企业竞先发展磁控溅射技术。目前在磁一 控溅射装置和相应的薄膜工艺研究上也已出现了工业性生产的局面1 2 | 。 。： 1 2 液晶溅射镀膜用材料靶材 1 2 1 靶材的种类与应用 溅射靶材广泛应用于装饰、工模具、玻璃、电子器件、半导体、磁记录、平面显 示、太阳能电池等众多领域，不同领域需要的靶材各不相同。溅射靶材的种类按照组 成可以分为纯金属靶材、合金靶材和化合物靶材三大类( 见表1 - 1 ) ，根据生产方法 可以分为粉末靶、熔炼靶和喷涂靶；按照形状可以分为平面靶材和管状靶材，平面靶 材又可以分为矩形靶和圆弧靶( 见图卜1 ) 。 表1 - 1 靶材种类 分类组成 纯金属a 1 ，a u ，c r ，c o ，n i ，c u ，m o ，t i ，t a 合金 ：i ，c r ，c o ni ，c o c r ，t b f e c o ，c d f e c o ，m o w ，c r si 化合物氧化物、硅化物、碳化物、硫化物 第一章绪论靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 图1 - 1 各种形态的靶材 1 2 2 溅射靶材的制备 日本是世界上从事靶材生产最为先进的国家，据相关数据统计显示从1 9 9 0 年至 1 9 9 8 年之间，世界各国在美国申请的靶材专利数量，日本占5 8 ，美国占2 7 ，德国 占1 1 ，这也再次证明日本在靶材的研制、开发和生产方面居世界领先地位。 溅射靶材的制备按工艺可分为熔融铸造和粉末冶金两大类，除严格控制材料纯 度、致密度、晶粒度以及结晶取向之外，对于热处理条件、后续加工方法也需要加以 严格控制。溅射靶材一般工艺流程见图1 - 2 所示 3 1 ，溅射靶材生产示意图见图卜3 所 示【4 j 。 2 塑丝整笙塑塑皇婆堡型垫查鱼壅曼壁堕生塑坐旦 一j 竺二塞! 垫垒 厂1 r ：真空或大气感应1 l 电溶解电子束溶 解法连续铸造 一。1 粉末冶金 筛选及混合热压、i 热等静压( 一i p ) l 冷压及烧结 非金属粉末 粉末筛选及混合热 i 压、热等静压( 一一：p ) ；冷压烧结 一一 ! 、 成型 ( 锻造、热轧或冷轧、拉伸) ! _ 丁一一 一墨亘一 热处理 ( 均质化、再烧结) j 1 一 机械加工 ( 切削、铣、车、磨、刨) ! ， - _ 背板 ：( 冷却管加工) 硬焊 与背板接合 t ，( 软焊、扩散焊) ： 一! 检测 l ( 超声波、光) i i，一j i 一 包装运输。 一一，j 图卜2 溅射靶材一般工艺流程 第一章绪论靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 图1 - 3 溅射靶材生产示意图 ( 1 ) 熔融铸造法 。 熔融铸造法是制作溅射靶材的基本方法之一。 为保证铸锭中杂质元素含量尽可能低，通常其冶炼和浇注在真空或保护性气氛下 进行。但铸造过程中，材料组织内部难免存在一定的孔隙率，这些孔隙会导致溅射过 程中的微粒飞溅，从而影响溅射薄膜的质量。为此，需要后续热加工和热处理工艺降 低其孔隙率。 ( 2 ) 粉末冶金法 粉末冶金法制备靶材时，其关键在于： 1 、选择高纯、超细粉末作为原料； 2 、选择能实现快速致密化的成形烧结技术，以保证靶材的孔隙率低，并控制晶 粒度； 3 、制备过程严格控制杂质元素的引入。 4 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的戍用 第一章绪论 1 2 3 平面显示镀膜 便携式个人计算机、电视、手机等对平板显示器件需求急剧增长的刺激，极大地 促进了各类平板显示器件的发展。平板显示器种类有：液晶显示器件( l c d ) 、等离子 体显示器件( p d p ) 、薄膜晶体管液晶平板显示器( t f t - l c d ) 等。所有这些平板显示 器件都要用到各类型的薄膜，没有薄膜技术就没有平板显示器件 5 1 6 1 。平板显示器多 由金属电极、透明导电极、绝缘层、发光层组成，为了保证大面积膜层的均匀性，提 高生产率和降低成本，溅射技术越来越多地被用来制备这些膜层。平面显示镀膜用靶 材主要品种有：铬c r 靶、钼( m o ) 靶、铝( a 1 ) 靶、铝合金靶、铜( c u ) 靶、铜合 金和掺锡氧化铟( i t o ) 靶材等。 1 2 4 靶材粘结 通过熔融铸造法或粉末冶金法制备出的靶材加工完成后，把金属粘结材料涂敷在 背板正面和靶材的背面，加热后将二者粘结在一起。背板对靶材起支撑作用，并且便 ；0 r 十妒： 于靶材安装在设备上。其主要用途是：靶材安装在真空溅射设备上，在真空状态的电 磁场中，。使，力口入的氩气电离，产生高能带电粒子t 氩离子) ，。靶材经迂高能带电粒子 ：一 一 的轰击，制成靶材的金属材料从靶材上飞出，沉积在太阳能电池薄膜表面形成透晴导 电薄膜。经过一定时间的使用后，靶材消耗到一定量，需拆除支撑背板及残余靶材金 属，更换新的靶材1 7 j l 引。 1 3 国内外液晶产业现状 溅射镀膜技术、镀膜用靶材的粘结及检测技术在业界得到了广泛研究，技术方向 是由美国向日韩，日韩向台湾，中国内地的趋势在发展。在从传统阴极射线显像管技 术向液晶和等离子为代表的平板技术的转变过程中，由于技术的劣势，初期生产过程 的液晶面板几乎完全依赖进口，仅进行终端组装。翻本和韩国均实施了屏机一体化战 略，他们既掌握产业关键资源面板，又在终端制造整机，形成了完整的产业链，国内 只从事液晶终端组装，厂商大都业绩不佳，为振兴液晶产业，提升国际市场竞争力， 国内先后有京东方( b o e ) ，龙腾广电( i v o ) 等企业先后投入到液晶面板方面的研发 生产当中，目前国内业界通柏、为g 4 代以下尺寸粘结技术基本已经过硬，尺寸在9 8 0 m m 1 1 5 0 m m 以下的粘结及检测技术，目前国内现状在作业方式上基本倾向于手工作业， 尚未能够实现设备的机械化作业。主要问题就在于机械自动化作业后的合格率尚不能 第一章绪论靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 通过设计来保障，粘结后的大型超声波检测设备也主要依赖进口设备，生产方主要是 美国和日本。近年来大规模的液晶面板投资更是越演越烈，主要是液晶面板供应的世 界巨头如夏普，三星，l g 及国内目前的已涉入厂商b o e ，i v o 等。靶材的粘结技术， 尤其是大型尺寸的粘结技术，一般尺寸在1 4 3 1 m i n x1 7 0 0 m m 以上的仍然需要深入研究， 突破技术难关1 9 j 。 韩国与台湾的靶材粘结技术与超声波检测技术已经到达g 6 代线以上，即整体尺 寸是1 7 3 1 2 2 0 0 左右的超大型靶材可以通过机械控制来实现作业化。日本最高世代 的g 8 代线，尺寸接近2 1 0 0 x3 0 0 0 ，目前该项技术仅存于夏普的龟山工厂。大尺寸平 板在分割时带来利用率的上升，从而在成本上占据优势，是大势所趋。 当前全球产业己进入全产业链竞争时代，拥有完整产业链的企业可以实现不同产 业环节的协同效应，从而取得市场优势。我困平板企业面临的亏损境遇主要有三大原 因：一是余融危机改变了企业的成本结构，企业的成本压力陡增；二是目韩等外资企 业利用屏机一体化战略钳制中国平板企业，挤压其生存空| 日j ；三足台湾代工企业凭借 其庭好的供应链管理能力抢夺大陆企业的o e m 订单，进一步加剧了国内平扳氽业的生 存困境。中国i f 板企业急需破局。破局的关键是掌握全部液晶上f 游技术，从根本上 脱离液晶面板对困外企业的依赖，在成本上进行控制，才能拥有话语权，彳。能真i f 振 兴民族平板产业，摆脱产业臣头们对中国制造的封锁。 1 4 本课题研究内容 本课题来源于企业的工程项目，研究对象是大型号长方形铝靶( 1 4 3 1 1 7 0 0 ) 的 粘结工艺过程，以及粘结后针对其合格性的检测。要求有效结合率在9 5 以上，结合 层无单个缺陷 l o o m m xl o o m m ，平面度要求为_ + 5 m m 以内，靶材相对于背板的位置度 要求为0 5 m m ，粘结材料厚度l m m 。 主要研究内容： ( 1 ) g 5 代以上大型靶材粘结的设备和粘结技术、粘结工艺以及合格率保证的条 件。 ( 2 ) 大型靶材粘结的超声波检测技术。 ( 3 ) 通过实际的大型靶材粘结的工艺过程分析，超声波成像图比较，解决工艺问 题，为液晶产业链当中的上游材料问题提供一些解决方案。 6 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的虑用第二二章靶材粘结t 艺试验 第二章靶材粘结工艺试验 2 1 引言 目前液晶行业中镀膜使用的设备主要为日本厂商u l v a c 生产的s m d ( s u r f a c e m o u n tt e c h n o l o g y ) 系列镀膜机，简称s m d 。s m d 自开发以来至今已经历次进行更新 换代，目前国内最先进的为合肥京东方的5 代线，行业内一般根据真空腔体内液晶屏 的尺寸来进行分类，一代线简称g 1 ，依此类推。其所能使用的靶材尺寸和背板尺寸 如表2 一l 所示。表中t 为靶材厚度，一般为8 1 2 m m 。 表2 - 1s m d 的性能尺寸( 单位：衄) s l d 型号液晶屏尺寸靶材尺寸背板尺寸世代数 4 5 03 0 0 4 0 05 5 0 6 9 0 t6 6 0 7 8 0 2 1g 1 4 5 0 b x3 7 0 x 4 7 06 3 0 x 7 王o t ，8 3 l 9 0 lxz l6 2 6 5 05 5 0 6 5 0 8 1 0 9 1 0 t8 5 0 9 6 0 1 16 3 7 5 06 2 0 7 5 08 6 0 9 5 0 t9 0 0 1 0 0 0 1 1g 3 5 8 5 06 8 0 8 8 09 8 0 1 1 5 0 t1 0 2 0 1 2 2 7 1 l g 4 9 5 07 3 0 9 2 01 1 3 0 1 2 0 0 t。1 1 7 0 1 2 9 7 1 lg 4 5 一 1 2 0 0 1 1 0 0 x1 2 5 0 1 4 3 1 1 7 0 0 x t1 4 5 l 2 0 0 0 1 4 g 5 1 8 0 01 4 0 0 1 6 0 01 7 3 l 2 2 0 0 t1 7 5 l 2 5 1 5 1 8g 6 铝是银白色的轻金属，较软，密度2 7 9 c m 3 ，熔点6 6 0 4 c ，沸点2 4 6 7 。铝 具有易于沉积、刻蚀性能和加工性能好、电导率和反射比高、导热性能好、与衬底之 间的附着性和结合性能好、成本低廉等优点。近年来，铝膜已广泛应用于半导体、光 盘和显示器等工业生产中。铝对光的反射性能良好，反射紫外线比银还强，铝越纯， 它的反射能力越好，常用真空镀铝膜的方法来制得高质量的反射镜。真空镀铝膜和多 晶硅薄膜结合，就成为便宜轻巧的，t ：阳能电池材料【1 1 j 1 1 2 j 。 t i ； + 本次实验中所粘结的即为五代线大型纯铝靶( t g ) ，其纯度 1 9 9 9 9 9 ( 5 n 以上) ， 尺寸为1 4 3 lx1 7 0 0 4 r 8 0 ，厚度为1 2 m m 。粒径：3 0 0um ；平面度：+ 1 5 m m 、一3 o m m ； 7 第二章靶材粘结工艺试验 表面粗度：r a 1 6um 。 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 纯铝靶的制作及粘结流程如图2 - 1 所示【1 引 1 4 1 。 2 2 粘结原料 口霾变习 i 1 苤 玉垄- ! 一堂分垣j t - ，堑 i 聂匠 一l 1 盥耸堡j 一一_ ，一一一 l 堕部姆孝_ j ， 匿如 f 一 l 一 靶 l 一 l 产品修正 l 附着率检查i 一， l 探伤检测 i ! 最终洗净 厂真至毛装真空包装 ，一i 出荷检查 图2 - 1 铝靶的制作流程图 本课题主要研究靶材入荷检查后和背板入荷检查后、将靶材，背板使用粘结材料 结合到一起的过程，背板选用无氧铜材料，粘结材料为金属铟，以上材料均为采购所 得。 背板( b p ) 材料选用无氧铜，它是不含氧也不含任何脱氧剂残留物的纯铜。但实际 上还是含有非常微量氧和一些杂质，按标准规定，氧的含量不大于0 0 3 ，杂质总含 量不大于0 0 5 ，铜的纯度大于9 9 9 5 ，熔点为1 0 8 3 4 c 。无氧铜无氢脆现象，传 j盘 厂l 一 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用第二章靶材粘结工艺试验 导性能好，加工性能和焊接性能、耐蚀性能和低温性能均好 1 5 j ，背板尺寸为 1 4 5 1x 2 0 0 0 1 4 ( 唧) 。 粘结材料为铟( i n ) ，纯度 1 9 9 9 5 以上，铟是稀有金属中的“次贵金属”，银白 色，熔点为1 5 6 4 c ，沸点为2 0 7 0 ，密度为7 3 9 c m 3 ( 2 0 ) 。质软，能用指甲 刻痕。延展性好，压力加工时无加工硬化现象，可轧成极薄的片材。在常温下不易氧 化，能溶于无机酸。 2 3 粘结设备 所谓靶材粘结( b o n d i n g ) 就是将靶材、背板用粘结材料粘结在一起的过程。主 要使用的设备为日本某大型工业机械制造所生产的大型自动粘结机( a u t o m a t i c b o n d i n gm a c h i n e ) 自动反转机( 如图2 2 所示) 。 工作原理：在靶材的粘结面上形成靶材材料与粘结材料的分子扩散层，本文中即 i n 与a 1 的扩散层；在背板粘结面上形成背板材料与粘结材料的分子扩散层、本文中 即c u 与i n 的分子扩散层。再通过机械的操作来实现搬运与移动、+ 最终实现粘结材料 与各层之间的有效结合来进行三种材料的金属焊接过程 1 7 j 。 图2 - 2 大型自动反转机设备外观 一 一 2 4 靶材粘结工艺流程 靶材粘结的工艺流程见表2 2 所示【l s 】 1 9 1 。本课题只做靶材粘结和超声波检测的 实验，一对于包装出荷不作说明。 9 第二章靶材粘结工艺试验靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 表2 - 2 靶材粘结工艺流程图 工程系列工程管理 n o 流程流程说明 lt g 受入外包装完整与否 数量，外观，尺寸，厚度，重量： 2受入检查 对光检查内部有无气泡 3 保管垫气垫泡沫加以保护 背板受入数量，外观，种类 4 剥离前检查尺寸，平面度 原有靶材剥离数量，外观，种类，螺纹孔 5 b p 受入检查尺寸，平面度 外观判定表面有无撞击，划伤。尤其是水槽冷却部位。 6 保护如果是二分割品：中间缝隙保护不可遗漏 7 加热准备移载至靶材加热台及背板加热台，进行位置校正 靶材和背板加热温度设定：2 0 0 c 2 1 0 8 加热 开始加热时将t g 放置在b p 面上，防止过热( 取消) 及时测量靶材及背板表面的温度，温度测量值大致在1 7 5 9温度测量 左右时进行表面处理，并作记录 b p 表面粘性处理 处理时温度大约处于1 6 5 1 7 5 c 左右 1 0 溶铟 酸化物去除 超声探头预热后方可进行处理，约至6 0 处理时注意胶带是否保护到位，不可有粘结材料渗入到 1 1t g 表面粘性处理靶材侧面，否则加热后形成合金，非常难以去除，是粘 结工作中表面外观不良的主要因素 b p 溶铟酸化去除胶带放置时对准中央缝隙位置 1 2 t g 表面铟去除均匀去除t g 表面多余粘结材 1 3 b o n d i n g操作设备进行靶材和背板的结合作业 1 4位置校正结合完成之靶材进行位置度校正 将结合好的靶材和背板进行半回度的校正，范围值要求 1 5平面度修正 在5 m m 范围内 在靶材及背板表面进行特殊胶带的保护，以水为介质， 1 6超声波检查 使用超声波设备进行合格率的探伤检查 1 7表面处理超声波检查合格后进行靶材和背板的表面外观处理 因靶材及背板都在真空镀膜腔体的洁净环境下使用，表 1 8洗净包装面处理完成后需对靶材和背板进行表面洗净；洗净完成 后对制品进行检查，合格后进行真空包装。 i 0 靶村粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 第一二章靶材粘结t 艺试验 2 4 1 粘结设备及相关参数选择 粘结过程中需要对i n 结合材料进行熔融，所以在工艺中需要使用到加热台。只 有加热台提供均匀的输出热能、实现粘结时材料均匀受热、才能确保在加热过程中的 平面度、材料均匀延伸性得到有效控制。所以对提供加热设备的尺寸、热能输出的均 匀性均提出要求。 一 1 、尺寸要求为： t g 承载台) 1 4 3 1 1 7 0 0 m m l b p 承载台) 1 5 3 6 2 0 5 0 m m ； 本次试验进行时使用两台1 5 8 0 x 2 2 3 0 m m 相同标准作业台进行测试。 2 、热能均匀输出要求为 1 5 8 0 m m x2 2 3 0 m m 范围内任意点间温差为3 0 ，图2 - 3 为对两台大型加热台温度 测定位置简图。 4 4 0 l - 一 。l 殁l 掣l a x 4 殁d x 2 x b 姣5 x e x 8 & ! _ 1 1 5 2 2 3 0 3 殁 o 睁一l 墨_ 一 o o ，_ 1 0 0 避：r u - 图2 - 3 加热台温度测定位置分布图 对t g 加热台图示点数据进行了测定数据卸表2 3 所示，所有检测位置点处的温度 之差均小于3 0 c ，满足热能输出要求。 第二章靶材粘结工艺试验 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 表2 - 3t g 加热台测定数据表 添( m i n 爪煳蠛一 123456789 时间 1 59 29 99 91 0 41 0 01 0 51 0 01 0 3 1 0 3 3 01 7 11 7 51 8 l1 8 91 8 21 8 91 7 91 8 01 8 0 4 52 3 02 3 22 3 72 4 52 4 12 4 92 3 22 3 22 3 3 6 02 5 62 6 2 2 5 82 7 52 6 82 7 02 5 82 5 9 2 5 8 7 52 6 02 7 02 6 4 2 7 6 2 8 5 2 7 32 6 2 2 8 02 6 4 9 02 6 22 8 l2 6 42 7 62 8 72 7 72 6 22 8 22 6 5 1 0 52 7 32 9 12 7 42 8 52 9 52 8 02 6 82 9 l2 7 5 abcdefm a xm i n m a x 时间( m in - 揪r - - 憔- m i n 1 51 111 0 71 1 71 1 71 1 011 61 1 79 22 5 3 01 9 21 8 4 1 9 6 1 9 41 8 71 9 41 9 6 1 7 l 2 5 4 52 4 82 4 22 5 4 2 5 02 3 82 5 l 2 5 4 2 3 02 4 6 02 7 32 6 92 7 32 7 22 6 92 7 32 7 52 5 61 9 7 52 7 32 8 22 7 72 7 72 8 62 8 62 8 62 6 02 6 9 02 7 82 8 52 8 02 8 02 8 62 8 32 8 72 6 22 5 1 0 52 8 62 9 72 8 92 8 72 9 52 8 92 9 72 6 82 9 t g 加热台不同测定时间温度分布分析结果图见图2 - 4 和图2 - 5 所示。 1 2 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 第二章靶材粘结工艺试验 o 型 一已 裂 g 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 15 0 1 0 0 5 0 o t g 加热盘温度分布曲线刚横向图 12 3 4 5 678 9 a b c d e f 测定点 图2 - 4t g 加热台温度推移分布横向图 1 3 测定n j j + 1 5 一啦3 0 4 5 6 0 j 卜，0 + 9 0 + 1 0 5 第二章靶材粘结工艺试验 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 p 趟 赠 删 ；翳 3 5 0r 3 0 0 0 0 5 0 t g ：自f l 热盘温度分布曲线图纵向图 一 测定点 m 一二； 图2 - 5t g 加热台温度推移分布纵向图 由于铜的导热性能较好，因此对于b p 加热台我们按照图2 3 所示位置只测卜9 点，测定时间也相应缩短至7 5 分钟b p 加热台卜9 点测得温度数据如表2 4 所示，所 有检测位置点处的温度之差均小于3 0 ，满足热能输出要求。 1 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a = 一= 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用第二章靶材粘结工艺试验 表2 - 4b p 加热台测定数据表 检测点 123456789m a x m i n m a x - m i n 时间( m i n ) 1 58 48 89 09 18 59 49 59 69 69 68 4 1 2 3 01 8 41 8 11 9 11 9 31 7 7 1 9 41 9 11 8 61 9 11 9 41 7 71 7 4 52 4 92 4 72 5 6 2 6 02 4 6 2 6 02 5 42 5 0 2 5 62 6 0 2 4 6 1 4 6 02 7 02 7 l2 7 0 2 7 62 7 42 8 1 2 7 12 7 6 2 7 22 8 12 7 0ll 7 52 8 72 9 72 8 42 9 53 0 0 2 9 32 8 6 2 9 52 8 53 0 02 8 4 1 6 b p 加热台不同测定时间温度分布分析结果图见图2 - 6 和图2 7 所示。 b p 加热盘温度分布曲线图横向图 “h r 警器毒浮 薹罴 l23456789 检测位置点 图2 - 6b p 加热台温度推移分布横向图 1 5 + 1 5 分 豁一3 0 分 4 5 分 6 0 分 * 一7 5 分 第二章靶材粘结工艺试验 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 b p 加热盘温度分布曲线图纵向图 测定点数 一1 2 2 3 4 一一* 一5 i 一6 i 7 一8 9 图2 7b p 加热台温度推移分布纵向图 由于背板铜的热传导率为4 0 1 2 w m * k ，靶材铝的热传导率为2 2 1 5 w m * k ，背板 材料c u 与靶材材料a 1 二者热传导率的比值为1 8 l 【2 0 】，因此在今后的实际粘结操作 中可采用先对a 1 耙材进行提前加热，使它在作业时间上能和背板同步作业。 2 4 2 自动粘结过程重要参数设置 1 、t g 加热台及b p 加热台位置的确认。如图2 8 所示： l n1n1 嘤盘堕学娑二尘二 反转轴 t p 一一。一一 b p b p 台 b ( t p 幅) 图2 - 8 加热台位置图 1 6 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 第二章靶材粘结工艺试验 2 、真空吸盘最终放开时的角度分析计算 粘结时有1 3 、r 、x 、z 四个重要参数需要进行设置，他们所代表的含义如图 2 - 9 所示，其中，x 和az 所涉及到的参数q 是靶材与背板结合时，目前的研究成 果中均将该值取0 ，而根据现场操作人员的经验总结，若靶材以q 值倾斜的角度切 入，则一方面可以减少结合压力，另一方面还可以将背板表面形成的氧化物压溅出去， 能较大的提高结合表面的质量。参考工厂操作人员的工作经验，在此取q = 5 。 后退卫二，前进 。 垒蔓 求 “ 暴 净 遨 乙l 图2 - 9 加热台吸盘放开角度分析图 1 1 口：t a l l 一笪旦：t a n 一兰! ! 三：4 5 5 。 。 o 5 b 0 5 x 1 4 3 l 尺：旦里：q ：! 兰! 型：7 1 7 8 聊坍 c o s c o s 4 5 5 a x = o 5 b c o s ( 6 t + ) xr = 0 5x1 4 3 l c o s ( 5 + 4 5 5 ) x7 1 7 8 = 7 6 4 8 m m a z = s i n ( a + ) r 一( 4 5 + f ) = s i n ( 5 + 4 5 5 ) x7 1 7 8 一( 4 5q - 1 2 ) = 6 2 0 9 r a m 以上参数b 、r 、x 、z 输入自动翻转机，机器便会自动判断粘结位置，自动 完成粘结过程。 3 、b o n d i n g 自动化移动的流程 ” t g ，b p 分别处于原点待机位置- - - - t g 台通过x 方向轨道移动到升降平台下方一四 枚支撑端部从加热台内升起，将t g 顶起( 此时结合面向上) 一真空吸着装置通过x y 1 7 第二章靶材粘结工艺试验靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 方向轨道移动到t g 下方一真空泵打开，升降台通过z 方向轨道升起，将t g 吸着一t g 加热台通过x 轨道回复到原点位置一b p 加热台通过x 轨道移动到升降台下方一在真 空泵的吸着下t g 实现1 8 0 。翻转( 此时结合面向下、b p 已处于t g 下方) 一升降台真 空泵吸着靶材通过z 方向向下移动，接近t g 面约l o o m m 时停止下降一吸盘旋转变换 角度，调整到合适角度后真空吸盘开放，t g 与b p 结合- - b p 台沿x 轨道方向退回到零 点位置，完成粘结全部过程1 2 。 2 4 3 靶材粘结过程图示 1 、大型t g 和b p 在加热台进行加热见图2 - 1 0 和图2 - 1 l 所示，为取得较好的结 合强度，进行粘结时不同粘结材料在靶材和背板表面的温度控制如表2 - 5 所示，目前 主要使用的结合为i n ，s n 合金二种。本实验中均取上限值，b p 设定2 3 0 ，t g 设定 2 2 0 c 2 2 j 。t g 加热时为防止变形，表面适当进行加压处理，而背板材料铜的延展性较 好，就无需加压。 表2 - 5t g 和b p 加热温度设定参考表 温度单位： 适用靶材设定温度粘结材温度 粘结材 材质形状 b pt gb pt g a 11 4 3 1 1 7 0 0 1 22 1 02 0 01 7 01 7 0 i n c r1 4 3 1 1 7 0 0 1 2 ， m o 合金 1 4 3 1 1 7 0 0 1 2 2 3 02 2 01 8 51 8 5 2 5 02 6 02 1 02 2 0 s n 合金 a 11 4 3 1 1 7 0 0 1 2 2 6 02 7 02 2 02 3 0 凝缫 妻溯黧蠛麟_ 麓爹一0 i 二獭嘲 f 碍 ： 黼 謦 麓 。谚囔黝魏 ? 7 懋鬣鬣 图2 - 1 0 t 6 加热图 1 8 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用第二章靶材粘结工艺试验 图2 _ 1 1b p 加热图 2 、当t g 温度达到1 8 0 c 左右时在表面涂覆一层粘结材i n ，并进行超声波分子扩 散处理，见图2 1 2 ，图中超声波振荡器【2 ，】 2 4 1来加速分子均匀扩散，在结合层形成 合金，增强粘结材料和靶材之间的结合性能。 图2 1 2 i - g 超声波分子扩散 1 9 荡器 第二章靶材粘结工艺试验 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 3 、当b p 温度达到1 8 5 。c 时，在b p 表面溶入大量粘结材料i n ，并不停的进行超 声波分子扩散处理( 见图2 1 3 ) ，直至i n 的高度达5 m m ，有时候为了保证粘结后i n 的厚度，还会放入0 3 或0 5 m m 的铜丝 2 5 】。 图2 - 1 3b p 溶铟 4 、b p 和t g 表面氧化物去除，见图2 - 1 4 和图2 1 5 ( 氧化物质为粘结过程中主要 缺陷形成原因，氧化物质表面形成氧化膜质，材料间的结合性能受到很大降低，在真 空镀膜腔体中容易形成靶材与背板的脱落、行业内称脱靶【2 6 j 【2 7 】) 图2 1 4b p 表面酸化物去除 2 0 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 第二章靶材粘结工艺试验 5 、分子扩散处理完成后靶材表面溶熔状态i n 去除，表面状态确认 图2 - 1 5t g 表面氧化物去除 6 、靶材吸着，移动到b p 上方，自动粘结机真空吸着开放，完成粘结过程。进行 位置度测量，并进行校正，保证其位置度在0 5 m m 范围内，见图2 1 6 。 图2 1 6 靶材粘结完成后位置度测量和校正 2 1 第二章靶材粘结工艺试验靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 7 、加压固定，冷却。根据表2 6 ( 表中加压l 是指直接加在靶材面上的重量， 加压2 指加在1 上的重量) 选择重量为1 5 0 0 k g 均布，如图2 - 1 7 。 图2 - 1 7 靶材表面加压 表2 - 6 粘结加压表 单位：k g 适用靶材 粘结材加压1加压2总重量 材质形状尺寸 h l1 4 3 1 x 1 7 0 0 x 1 21 5 0 0 o 1 5 0 0 i n c r1 4 3 1 1 7 0 0 1 2 1 5 0 00 1 5 0 0 m o 合金 1 4 3 1 x 1 7 0 0 x 1 21 5 0 0o1 5 0 0 2 5 本章小结 ( 1 ) 、本次实验选定纯铝为粘结用靶，背板选择无氧铜，粘结材料为次贵金属 铟。 ( 2 ) 、本次实验选定大型自动反转机、两台1 5 8 0 x 2 2 3 0 咖相同标准加热作业台 作为实验设备，通过实验检测，两台加热台都符合任意点间温差小于3 0 c 的要求。 曩 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用第二章 靶材枯结工艺试验 ( 3 ) 、由长期现场实践经验取q = 5 。，并由计算得b = 4 5 5 。，r = 7 1 7 8 m m ， x = 7 6 4 8 m m ，z = 6 2 0 9 r a m 时，从理论上可以得出合格的粘结结果。 ( 4 ) 、在溶铟过程中使用超声波振荡器加速分子问的相对运动，利于铟材与靶 材和背板良好粘结。 2 3 第三章靶材、f 面度修正靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 第三章靶材平面度修正 3 1 引言 由于在镀膜腔体中镀膜材料与液晶屏之间缝隙非常小，距离不当会导致异常放电 的现象，还有因平面度问题导致的磁场镀膜不均匀等问题，所以平面度的要求比较高。 以液晶五代线为例，一般1 4 3 1 1 7 0 0 1 2 的g 5 代尺寸内平面度要求在5 m m 之内1 2 8 】。 靶材粘结后的表面形状无非于“凸形”和“凹形”，通过平行尺和塞尺( 如图 3 1 ) 可以对靶材表面平面度进行检测。若平行尺接触到的最高点在中间，则为“凸 形，塞尺在两侧测量得出的值即为“十 值，若平行尺接触到的最高点在两侧，则 为“凹形”，塞尺在中间测量得出的值即为6 g - - 9 9 值。 图3 - 1 平行尺和塞尺图 3 2 粘结完成后平面度数据测定及分析 粘结完成后按照图3 2 所示位置附近取3 5 个点检测靶材的平面度值，用平行尺 私塞尺测定数值如表3 - 1 所示。 2 4 靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用第三章靶材平面度修正 17 0 f j 图3 - 2 平面度检测位置点图 表3 - 1 粘结后靶材平面度检测值 l2345 6 7 壤 s l一0 7 54 25 86 65 63 80 8 5 s 2一o 6 2一o 5 53 34 83 60 7 0 5 8 吐 童 。，曩 s 30 5 30 63 75 1- 40 6一0 4 5 s 40 5 5一o 63 54 73 5一o 4- 0 s 5 0 4 3 1 - 55 8 5 一3 30 5 蓍 由表面平面度数据采样分析后，大致形体外观如图3 3 所示。 图3 - 3 靶材粘结完成后平面度测定数据分析 2卜分8加心埔埔匣一口瞄囹一口口口 第三章靶材平面度修正靶材粘结和超声波检测技术在液晶镀膜中的应用 3 3 靶材平面度修正 通过垫具，施加外力，利用靶材本身的弹性恢复获得平整度，这就是靶材修正的 原理，见图3 - 4 。 靶材相同高度使表面平整啮合 下 紧固位置( 将b p 和修正平台紧连) 图3 - 4 靶材修正原理图 整形平台 3 3 1 准备工作 由于靶材粘结时经过高温加热，因此粘结后工作面上仍然有高温，进行平面度修 正时间需佩带高温保护手套。 进行平面度修正时，靶材表面温度过高则硬度不够，温度太低则塑性不够，因此， 需先确认粘结关闭加热台后，加热台温度显示器显示在1 2 0 。c 一1 3 0 。c 之间，并取下背 板面上多余溢出的粘结材料。 3 3 2 靶材平面度修正过程 1 、背板底部垫具 靶材平面度修正所使用的设备为2 0 0 0 1 5