CN115305449A - 一种高精度金属化掩膜装置 - Google Patents

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都军民
耿昊
张勇
苟学科
李根松
陈少熙
吴立周
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Abstract

本发明公开一种高精度金属化掩膜装置，包括支撑框架和掩膜板，所述支撑框架包括外边框，外边框内设置支撑板，支撑板中心镂空，所述支撑框架以支撑板为对称轴上下对称；所述掩膜板为两个，掩膜板上设置多组间隔分布的掩膜孔，两个掩膜板上的掩膜孔形状及尺寸相适应，掩膜板通过紧固件固定在支撑框架内的支撑板上；所述掩膜孔的截面形状为梯形，梯形的顶角α为90°‑150°。通过把支撑框架设计成上下对称结构，支撑框架内通过双层掩膜板夹持基膜，某面基膜蒸镀完成后，直接翻转支撑框架即可进行另一面蒸镀，无需拆卸，避免掩膜板及预金属化基膜在与支撑框架进行手动分离过程出现错位等问题，保证了位置精度和尺寸精度，避免预金属化基膜发生变形。

Description

一种高精度金属化掩膜装置
技术领域
本发明属于战略性新型产业目录之1 新一代信息技术产业中的1.3 电子核心产业重点方向下1.3.2新型显示器件 新型显示材料 5.5代及以上精细金属掩膜板。
本发明属于电容器电极金属化膜技术领域，具体涉及一种适应于电容器用双向拉伸基膜金属化蒸镀过程中使用的高精度金属化掩膜装置。
背景技术
“基于新型介质材料的高密度储能电容器设计攻关”项目的目标是研制出高储能密度的电容器样件，突破新型介质薄膜的制造工艺、金属化蒸镀工艺等。其中实验室金属化蒸镀工艺是薄膜电容器制造过程中重要工序之一，该工序可以在短时间内制备出多组不同工艺参数的金属化小尺寸样件，通过实验对比分析，为后续工业化连续介质薄膜金属化提供技术参数支撑。
在实验室金属化蒸镀过程中，采用实验室用小型真空蒸镀机制备平行板电容器电极（以下简称电极）。在电极制备过程中，电极金属通过高温蒸镀沉淀在位于蒸发源上方的基膜上，为使电极金属按照设计蒸镀到基膜上，需要使用掩膜板，掩膜板上有预设计好的图案。因此，金属化掩膜装置作为基膜金属化蒸镀过程中的重要工装治具，起到关键作用，掩膜板是金属化掩膜装置的重要组成零件。
金属化掩膜装置主要包括掩膜板和支撑框架。目前，实验室基膜某面金属化蒸镀完成后，欲进行另一面金属化蒸镀时，需要将掩膜板及预金属化基膜与支撑框架进行手动分离，掩膜板和预金属化基膜旋转180°后再通过螺栓螺接紧固在支撑框架上，但是在手动分离过程中会出现如下问题：
1)预金属化基膜发生变形；
2)预金属化基膜和掩膜板出现位置错位；
3)基膜预蒸镀空间位置发生空间不照。
上述问题均会降低基膜金属化蒸镀成品的合格率、尺寸精度和位置精度。
申请号为202020354971.7的中国专利公开一种产品双面成膜夹具，包括底板、底面图形掩膜装置、表面图形掩膜装置、中框、定位板，但是结构较复杂，适用于底面和表面图形不同的成膜处理。
申请号为201921634873.2的中国专利公开一种掩膜装置，掩膜架上设置吸附待加工件的真空吸附孔，框架与掩膜架转动连接，掩膜架直接在框架上实现翻转，但是，待加工件与掩膜架是通过真空吸附实现固定，需要连接真空泵持续提供真空环境，能耗高。
另外，实验室金属化掩膜板每次只能蒸镀一种图案规格的电极，每次蒸镀一种规格电极需要6-7个小时，试验周期很长，加长了迭代时间。基于此为了提高效率，在掩膜板设计多种规格高精度掩膜孔，一次可以蒸镀多种图案规格电极，大大缩短试验周期，优化试验阶段筛选。
目前实验室蒸镀试验在GSL-1800X系列蒸发镀膜机上进行，基膜、掩膜板和支撑框架螺接组装完成后，悬挂在蒸发源上方，蒸镀示意图如图1所示。蒸镀完成后还发现越是距离蒸发源掩膜板上掩膜孔远的电极厚度越不均匀，在后续平板电容器测试试验中发现，电极厚度均匀性对电容器电气性能试验有一定的影响。经分析，产生电极厚度不均匀的主要原因是掩膜板上的掩膜孔形状为直孔，孔的直边阻碍了蒸镀金属。
发明内容
本发明为了解决实验室基膜某面金属化蒸镀完成后，掩膜板和支撑框架使用手动分离存在的问题，提供一种高精度金属化掩膜装置，可提高基膜金属化的合格率、易于达到尺寸精度和位置精度。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种高精度金属化掩膜装置，包括支撑框架和掩膜板，所述支撑框架包括外边框，外边框内设置支撑板，支撑板中心镂空，所述支撑框架以支撑板为对称轴上下对称；所述掩膜板为两个，掩膜板上设置多组间隔分布的掩膜孔，两个掩膜板上的掩膜孔形状及尺寸相适应，掩膜板通过紧固件固定在支撑框架内的支撑板上；所述掩膜孔的截面形状为梯形，梯形的顶角α为90°-150°。
支撑框架的直径φ142mm，壁厚3mm。
支撑框架与掩膜板相接触的支撑板表面光洁度为0.8，平面度0.0004mm。
掩膜板为直径φ130mm，厚度1mm圆盘。
掩膜板上下表面的光洁度0.8，平面度0.0004mm。
掩膜孔包括不同直径的圆形通孔和不同尺寸的方形通孔。
支撑框架上对称设置L型悬挂孔。
支撑框架外表面滚花加工。
相对于现有技术，本发明公开的高精度金属化掩膜装置通过把支撑框架设计成上下对称结构，支撑框架内通过双层掩膜板夹持基膜，某面基膜蒸镀完成后，直接翻转支撑框架即可进行另一面蒸镀，无需拆卸掩膜板和预金属化基膜，避免掩膜板及预金属化基膜在与支撑框架进行手动分离过程出现错位等问题，保证了位置精度，避免基膜预蒸镀空间位置发生空间不照，保证了尺寸精度，避免预金属化基膜发生变形；通过在掩膜板上设计多种规格、多种形状的掩膜孔图案，可以一次完成多种大小形状蒸镀电极，极大的缩短了试验周期，提高了实验室优化筛选，由于掩膜板上掩膜孔设计成有一定倾斜角度的坡口状，可以蒸镀出厚度均匀的电极，从而保证蒸镀金属电极的方阻大小均匀一致，使电极的电气性能得到提升。
附图说明
图1是现有蒸镀示意图。
图2是本发明蒸镀示意图。
图3是本发明掩膜装置的结构示意图。
图4是本发明掩膜装置的俯视图。
图5是本发明掩膜板的俯视图。
其中，1-支撑框架；2-掩膜板，3-基膜，4-紧固螺栓，5-预金属化基膜，6-掩膜孔，7-悬挂孔，8-蒸发源。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
下面结合附图对本发明的技术方案作出详细描述：
如图1所示，目前实验室蒸镀试验在GSL-1800X系列蒸发镀膜机上进行，基膜、掩膜板和支撑框架螺接组装完成后，悬挂在蒸发源上方。蒸镀完成后发现越是距离蒸发源掩膜板上掩膜孔远的电极厚度越不均匀，经分析，产生电极厚度不均匀的主要原因是掩膜板上的掩膜孔形状为直孔，孔的直边阻碍了蒸镀金属。
如图2-5所示，一种高精度金属化掩膜装置，包括支撑框架1和掩膜板2，所述支撑框架1包括外边框11，外边框内设置支撑板12，支撑板12中心镂空，所述支撑框架1以支撑板12为对称轴上下对称；所述掩膜板2为两个，一对掩膜板共同用于夹持基膜3，掩膜板2上设置多组间隔分布的掩膜孔6，两个掩膜板2上的掩膜孔6形状及尺寸相适应，便于蒸镀材料透过，掩膜板2通过紧固件4固定在支撑框架1内的支撑板12上；所述掩膜孔6的截面形状为梯形，梯形的顶角α为90°-150°。在蒸发过程中，掩膜孔加工成截面形状为梯形，利于蒸发金属原子的通过，与有机薄膜表面快速结合，最终形成连续的金属化层。
支撑框架1的直径φ142mm，壁厚3mm。支撑框架与掩膜板相接触的支撑板表面光洁度为0.8，平面度0.0004mm。掩膜板2为直径φ130mm，厚度1mm的圆盘。掩膜板2上下表面的光洁度0.8，平面度0.0004mm。如果基膜距离蒸发源尺寸有变化就会影响镀层的厚度，微小的镀层厚度变化就会影响方阻数据的大小，进而影响后续试验结果。因此，高精度的平面度和光洁度可以确保基膜与蒸发源间的距离稳定无变化，从而不会影响镀层的厚度及方阻大小。
支撑框架及掩膜板的形状在本发明中采用圆形，并不用于限定其形状只能是圆形，实际应用中只要能安装到蒸镀腔室内，外轮廓形状没有限制。圆形是加工最方便，同等面积下可利用率最高的最优形状。
掩膜孔6的表面光洁度为0.8。掩膜孔加工越光滑，利于金属原子的通过，避免金属原子沉积掩膜孔表面。
掩膜孔6包括不同直径的圆形通孔和不同尺寸的方形通孔。不同直径大小的圆孔和不同大小的方孔，在待蒸镀掩膜板上形成不同的像素图形，一次可以蒸镀多种图案规格，解决现有技术掩膜板存在的一次只能蒸镀一种图案规格的问题，缩短了实验室试验周期，优化试验阶段筛选，提高了工作效率。
支撑框架上对称设置L型悬挂孔7。支撑框架的上部分均匀对称的设置有L型悬挂孔7，支撑框架的下部分也均匀对称的设置有L型悬挂孔7，支撑框架的上部分与下部分的L型悬挂孔7也相互对称。L型悬挂孔7的设置用于悬挂金属化掩膜装置，便于蒸镀安装。
支撑框架外表面滚花加工，增加摩擦力，便于手持。
工作原理：基膜3蒸镀前，将待蒸镀基膜3置于两层掩膜板2之间，两层掩膜板2上的掩膜孔6的形状、位置等对正，然后将两层掩膜板2及基膜3一起置于支撑框架1上，使用紧固螺栓4将掩膜板2固定在支撑框架1的支撑板12上。
将待蒸镀基膜与金属化掩膜装置组合后，在实验室基膜蒸镀时，通过支撑框架1均布挂钩挂在蒸镀机旋转组件上，旋转组件带动该金属化掩膜装置旋转，位于蒸镀源的上方，使该蒸镀源中的蒸镀材料通过掩膜板2上的掩膜孔6生长在该待蒸镀基膜上形成相应的镀层，之后测量该蒸镀层的方阻值用于试验。
本发明公开的高精度金属化掩膜装置通过把支撑框架设计成上下对称结构，支撑框架内通过双层掩膜板夹持基膜，某面基膜蒸镀完成后，直接翻转支撑框架即可进行另一面蒸镀，无需拆卸掩膜板和预金属化基膜，避免掩膜板及预金属化基膜在与支撑框架进行手动分离过程出现错位等问题，保证了位置精度，避免基膜预蒸镀空间位置发生空间不照，保证了尺寸精度，避免预金属化基膜发生变形，提高基膜金属化的合格率；通过在掩膜板上设计多种规格、多种形状的掩膜孔图案，可以一次完成多种大小形状蒸镀电极，极大的缩短了试验周期，提高了实验室优化筛选，由于掩膜板上掩膜孔设计成有一定倾斜角度的坡口状，可以蒸镀出厚度均匀的电极，从而保证蒸镀金属电极的方阻大小均匀一致，使电极的电气性能得到提升。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高精度金属化掩膜装置，其特征在于：包括支撑框架和掩膜板，所述支撑框架包括外边框，外边框内设置支撑板，支撑板中心镂空，所述支撑框架以支撑板为对称轴上下对称；所述掩膜板为两个，掩膜板上设置多组间隔分布的掩膜孔，两个掩膜板上的掩膜孔形状及尺寸相适应，掩膜板通过紧固件固定在支撑框架内的支撑板上；所述掩膜孔的截面形状为梯形，梯形的顶角α为90°-150°。
2.根据权利要求1所述一种高精度金属化掩膜装置，其特征在于：支撑框架的直径φ142mm，壁厚3mm。
3.根据权利要求1或2所述一种高精度金属化掩膜装置，其特征在于：支撑框架与掩膜板相接触的支撑板表面光洁度为0.8，平面度0.0004mm。
4.根据权利要求2所述一种高精度金属化掩膜装置，其特征在于：掩膜板为直径φ130mm，厚度1mm圆盘。
5.根据权利要求4所述一种高精度金属化掩膜装置，其特征在于：掩膜板上下表面的光洁度0.8，平面度0.0004mm。
6.根据权利要求1所述一种高精度金属化掩膜装置，其特征在于：掩膜孔包括不同直径的圆形通孔和不同尺寸的方形通孔。
7.根据权利要求1所述一种高精度金属化掩膜装置，其特征在于：支撑框架上对称设置L型悬挂孔。
8.根据权利要求1所述一种高精度金属化掩膜装置，其特征在于：支撑框架外表面滚花加工。
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