连接可以将不同种类、不同性质的金属、合金或非金属连接在一起,使其在同一个整体的基础上各自发挥出不同材料本身的优势。与同种金属相比,异种金属之间的连接,尤其是大面积的接触性连接存在非常大的困难,这是由于被连接母材在物理和化学性能方面相差悬殊引起的,例如金属熔点、密度、晶体结构等方面差异。固相连接是实现异种金属间连接的重要方法之一。钽(Ta)金属是集成电路结构单元中微电子领域和半导体之间阻挡层材料的理想PVD溅射(Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)源金属,铜合金(Cu Alloy)是理想背板支撑材料。本文采用固相连接方法实现Ta与Cu合金间的大面积(≥148000 mm~2)高强度连接。对Ta和Cu合金进行固相连接工艺进行多方面的探索研究,采用冷压焊和热压焊进行实验,并结合Ta金属表面的处理方式进行研究。实验发现,在Ta金属表面无处理的情况下,冷压焊无法使Ta与CuZn合金之间形成有效的固相连接;真空条件下的热压焊连接效果也不理想,连接效果不良的区域达到85%,但是热压焊的试样中发现边缘局部区域出现有效连接,Ta原子与CuZn原子间出现相互扩散现象。另外,在对Ta金属表面进行处理的条件下,冷压焊也无法使Ta与CuZn合金之间形成有效的固相连接;但是,真空热压焊条件下的固相连接发现,二者母材间出现有效连接,且连接范围面积≥98.5%。由此实验表明,冷压焊条件下,无论Ta金属做表面处理和不做表面处理,固相连接效果都不理想。热压焊条件下,Ta金属即使不做表面处理,在局部区域也获得了有效的固相连接,Ta金属做了表面处理后可以获得超过95%的有效的固相连接。基于高熔点金属优先进行表面处理的原则,研究不同的金属表面处理方式对Ta金属试样的固相连接性能的影响。结果表明,热压焊条件下金属表面处理采用0.45×0.2mm的螺纹方式进行固相连接,连接强度最佳。在连接压力105MPa、连接时间5h及温度550℃条件下Ta-CuZn的连接强度达到140MPa,焊接结合率为100%;Ta-CuCr的连接强度达到110MPa,焊接结合率为100%。研究了热压温度对接头微观组织及力学性能的影响规律,在Ta金属表面处理采用0.45×0.2mm螺纹方式,在450℃~850℃热压温度的范围内选择5种温度进行固相连接试验。结果表明,450℃~650℃条件下,接头断裂均发生在接头区域;在750℃~850℃条件下,Ta-CuZn的连接强度最高(≥330MPa),接头断裂未出现在Ta与CuZn连接界面,而是在Ta母材上出现韧性断裂;Ta-CuCr的连接强度达到235MPa以上,接头断裂虽然还是在接头区域上,但CuCr金属基体已经出现局部韧性断裂。以上说明随着热压温度上升,连接强度越强,甚至连接强度超过基体强度。综上所述,Ta/CuZn、Ta/CuCr的固相连接,在固定压力110MPa、连接时间5h条件下,最佳工艺参数为0.45×0.2 mm表面处理、750℃热压。