CN117026151A - 一种掩膜框架及其制作方法、掩膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种掩膜框架及其制作方法、掩膜装置，涉及金属掩膜版技术领域。该掩膜框架包括若干金属条和销块，金属条的两端均具有凹槽；金属条依次首尾相抵接围成矩形框架，任意两个相抵接金属条的相抵接端具有的凹槽相结合形成销槽；销块具有与销槽相适配的形状和尺寸，销块安装入销槽内；销块与金属条以及金属条与金属条在相接处彼此焊接，得到掩膜框架。本发明中，构成掩膜框架的金属条彼此抵接后，借助销块将金属条彼此锁定在一起，在后续焊接时，无需对各金属条进行额外的固定，且能够保证金属条之间彼此不产生相对运动，使焊缝均匀一致，提高掩膜框架的质量。

Description

一种掩膜框架及其制作方法、掩膜装置

技术领域

本发明涉及金属掩膜版技术领域，尤其涉及一种掩膜框架及其制作方法、掩膜装置。

背景技术

掩膜框架（Frame）作为金属掩膜版（Metal Mask，简称Mask）的载具，是构成金属掩膜版治具的主要构件。

掩膜框架通常是由整片板材一体加工成型，这种生产方式会产生大量的余料，这些余料一般无法重新利用，而是被当作金属废料进行回收，这就导致单片掩膜框架生产成本居高不下。为解决生产成本高这一问题，业内新采用一种拼接制备掩膜框架的方法，此方法是将原料板材切分成金属条，将多个金属条首尾相连并焊接在一起形成矩形的掩膜框架。此方式可以大幅度减少废料的产生。

但是，在焊接掩膜框架时，未被彼此固定的金属条之间容易发生相对运动，导致金属条彼此分离或者偏移，接缝增大或者偏离合适的位置，影响焊接的进行，且会导致产品质量降低。因此亟需一种新的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术中焊接掩膜框架易导致金属条发生相对运动的问题，并提供高质量的掩膜框架，本发明提供一种掩膜框架及其制作方法、掩膜装置。

本发明的掩膜框架包括：

若干金属条，依次首尾相抵接围成矩形框架，金属条的两端均具有凹槽，任意两个相抵接金属条的相抵接端具有的凹槽相结合形成销槽；

凹槽具有窄部和宽部，任意凹槽的宽部较窄部远离与其相结合的另一凹槽，两个凹槽结合形成的销槽呈现为中间窄两端宽；

以及

若干销块，销块具有与销槽相适配的形状和尺寸，且容纳于销槽内；

销块与金属条以及金属条与金属条在相接处彼此焊接。

作为进一步的方案，所述的销槽位于所述矩形框架的上侧面或者下侧面，销槽的深度方向与所述金属条的厚度方向一致；

结合为销槽的两个凹槽相向的一面相互贯通。

作为进一步的方案，所述的凹槽在所述金属条的厚度方向上贯通金属条；或者，

凹槽沿金属条厚度方向上的深度为金属条厚度的一部分。

作为进一步的方案，所述凹槽沿所述金属条厚度方向上的深度为金属条厚度的一半。

作为进一步的方案，所述销块的其中一组相对称的两个侧面上各具有两个向外凸出的凸部，两个凸部之间具有向内凹陷的凹部；

销块的两个凹部与组成所述销槽的两个凹槽的窄部相适配；

销块的四个凸部与组成所述销槽的两个凹槽的宽部相适配。

作为进一步的方案，所述的凹部呈矩形或者半圆形或者半椭圆形。

作为进一步的方案，所述凹部的最大深度不小于1mm。

作为进一步的方案，包括2～4个所述的金属条；

金属条的形状包括直线形、直角形和“匚”形中的一种或两种。

所述掩膜框架的制作方法，步骤包括：

制作金属条，在金属条的两端开设凹槽；

将若干金属条首尾相接围成矩形框架，金属条端部的凹槽和与其相接的另一金属条端部的凹槽结合形成销槽；

制作与销槽相适配的销块，将销块安装入相应的销槽内；

对销槽与金属条以及金属条与金属条之间的接缝进行焊接。

本发明的掩膜装置包括：

掩膜版；以及

所述的掩膜框架；

掩膜版接合在掩膜框架上。

1）构成掩膜框架的金属条彼此抵接后，通过销块将金属条彼此锁定在一起，在后续焊接时，无需对各金属条进行额外的固定，且能够保证金属条之间彼此不产生相对运动，使焊缝均匀一致，提高掩膜框架的质量；

2）采用独立的销块设计来连接两个金属条，组合金属条时，无需搬动较重的金属条来实现彼此卡合，可大幅度降低装配难度，提高生产效率。

另，本发明的其他附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的掩膜框架的一种结构示意图；

图2为图1中的掩膜框架中部分结构件被拆解出来的爆炸图；

图3为金属条的连接端的一种结构示意图；

图4为金属条的连接端的另一种结构示意图；

图5为用于连接两金属条的销块的结构示意图；

图6为销块的凹部以不同方式实施的示意图；

图7为掩膜框架结构的不同实施方式示意图。

图中：1、金属条；10、销槽；11、第一连接端；12、第二连接端；100、凹槽；101、窄部；102、宽部；

2、销块；21、凸部；22、凹部。

实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，以下所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。作为参考，以下的记载事项及附图为用于帮助理解本发明的简要示例，而并非用于限定本发明的技术范围。换句话说，以下说明的实施例可能具有多种变形，这些变形属于本发明的技术思想范围内，本发明所属技术领域的普通技术人员可通过以下的说明轻松理解本发明的技术思想。下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种掩膜框架，附图1中示出了本发明掩膜框架的一种结构，参见附图1对本发明的掩膜框架进行说明。

根据本发明，掩膜框架包括若干金属条1，金属条1是由SUS420不锈钢、SUS304不锈钢或者Invar36合金切割而成的条状构件。掩膜框架中，若干金属条1依次首尾相抵接围成矩形框架。在金属条1的两端均开设有凹槽100，围成的矩形框架中，任意两个相抵接金属条1的相抵接端具有的凹槽100相结合形成销槽10。

示例性的，图3中示出了两个相抵接的金属条1在其相抵接端的凹槽100的结构布置。其中，图3(a)中示出的第一连接端11属于上述矩形框架中的一个金属条1，图3(b)中示出的第二连接端12属于矩形框架中与图3(a)中的第一连接端11相抵接的另一金属条1，第一连接端11的宽度方向上的侧面与第二连接端12的沿其金属条1延伸方向上的端面相抵接，两个连接端处的凹槽100相结合形成图3(c)中示出的销槽10。

参见图3(a)和图3(b)中所示，凹槽100具有窄部101和宽部102。窄部101对应为凹槽100的空间较窄的部分，宽部102对应凹槽100的空间较宽的部分。这里所说的空间较窄和空间较宽指的是沿金属条1的延伸方向上或者沿金属条1的宽度方向上的空间尺寸，而非凹槽100在金属条1的厚度方向上的深度。任意凹槽100的宽部102较其窄部101远离与其相结合的另一凹槽100，以图3(a)和图3(b)中的为例，窄部101靠近其所属连接端与另一连接端的结合面处，宽部102则较窄部101远离该结合面处，以形成凹槽100从该结合面处向连接端内侧由小到大的尺寸变化。参见图3(c)中所示，两个凹槽100结合形成的销槽10呈现为中间窄两端宽。

图2中示出了图1中的掩膜框架中部分结构件被拆解出来的爆炸图。参见图2中所示，掩膜框架还包括若干销块2，销块2具有与销槽10相适配的形状和尺寸，且容纳于销槽10内。附图5中示出了销块2的一种结构。参见附图5所示，销块2的其中一组相对称的两个侧面上各具有两个向外凸出的凸部21，两个凸部21之间具有向内凹陷的凹部22，销块2的两个凹部22与组成上述销槽10的两个凹槽100的窄部101相适配，销块2的四个凸部21则分别与组成上述销槽10的两个凹槽100的宽部102相适配。这样一来，销块2装入销槽10后，便能将两个金属条1锁定在一起。

此外，销块2与金属条1以及金属条1与金属条1在相接处彼此焊接，以增强掩膜框架上各处连接的可靠性，减少后续张网焊接掩膜版所导致的变形。这里可采用多种焊接方式进行焊接，示例性的，可采用诸如激光焊接、电子束焊接、搅拌摩擦焊接、超声焊接等各种焊接方式。

用焊接方式制作掩膜框架的传统制作方法中，在对由金属条所组成的矩形框架进行焊接时，由于金属条之间没有被相互锁定，很容易因受到外力而导致彼此抵接的金属条产生分离或者偏转，不仅影响焊接的顺利进行，还会导致框架的矩形形状失真，影响掩膜框架的产品精度。因此，焊接掩膜框架时，常需要使用定位工装予以辅助固定组成矩形框架的各金属条，尤其是针对不同规格的掩膜框架还需要制备不同的定位工装予以适用。此外，由于金属条本身质量较重，将金属条卡装到定位工装中的过程也有一定难度。

本发明的掩膜框架，借助上述这种销槽10与销块2相配合的设计，构成掩膜框架的金属条1彼此抵接后，通过销块2可将金属条1彼此锁定在一起，在后续焊接时，无需对各金属条1进行额外的固定，且能够保证金属条1之间彼此不产生相对运动，使焊缝均匀一致，提高掩膜框架的质量。

此外，设置独立的销块2也是基于组装难度进行的考虑。假设性的，销块2不是独立存在的，而是与其中一个金属条1是一体的、设置在该金属条1上的卡扣结构，那么，在组装矩形框架时，就需要抬起整个金属条1并将金属条1的卡扣卡装入另一个金属条1上的凹槽100中。由于金属条1为纯金属实体结构，重量较大，且两个金属条1的配合间隙很小，这种结构将导致组装难度大幅度增加，效率减慢，十分不利于量产。针对这一问题，本发明的掩膜框架，采用独立的销块2设计来连接两个金属条1，组装两金属条1时，仅需拿取销块2装入由两金属条1上的凹槽100结合形成的销槽10中，无需搬动整个金属条1来进行两金属条1端部彼此卡合，可大幅度降低装配难度，提高生产效率。

此外，参见附图3中的实例，金属条1上的销槽10应位于由金属条1组成的矩形框架的上侧面或者下侧面，销槽10的深度方向与金属条1的厚度方向一致。组装过程中，金属条1组成的矩形框架通常平放在工作台上，销槽10朝上，有助于将销块2顺利卡入。更为重要的是，这种设计中，销块2装入销槽10后产生的待焊接接缝是沿金属条1的厚度方向深入的，且接缝的深度对应为后续焊接的深度，在确保销块2对两个金属条1提供可靠锁定的情况下，接缝的最大深度仅为金属条1的厚度，可以适用诸如激光焊接、电子束焊接、搅拌摩擦焊接、超声焊接等各种焊接方式进行焊接，且焊接的可靠性具有保障。

由金属条1围成的矩形框架中，结合为销槽10的两个凹槽100相向的一面相互贯通。参见附图3(c)中所示，对应销槽10中间的窄处即是相互贯通部分。上述相互贯通的设计使销槽10成为一个整体，提供了销块2中间部位的容置空间。这里，销槽10中间窄处沿金属条1厚度方向上的深度并不必须与组成销槽10的两个凹槽100的宽部102处的深度一致，即可以小于或者大于凹槽100的宽部102处的深度，相应的，销块2上对应于销槽10中间窄处的部分形成与该处相适配的凹陷或者凸起。

参见附图4中所示，在一些实施方式中，金属条1上的凹槽100在金属条1的厚度方向上贯通金属条1。图4(a)中示出的金属条1的第一连接端11与图4(b)中示出的金属条1的第二连接端12相互抵接后，两个连接端处的凹槽100结合形成贯通矩形框架上下表面的销槽10。相对应的，销块2则具有与金属条1相同的厚度。销块2装入销槽10后，在矩形框架上下两个表面形成相同的接缝，在金属条1厚度较小的情况下，可以选择仅从矩形框架的一个表面对接缝进行焊接，焊接深度等于金属条的厚度，以提高生产效率。

参见附图3中所示，在另一些实施方式中，金属条1上的凹槽100沿金属条1厚度方向上的深度仅为金属条1厚度的一部分，即凹槽100在其深度方向上未贯通金属条1。优选地，凹槽100沿金属条1厚度方向上的深度为金属条1厚度的一半。相应的，销块2的厚度也应为金属条1厚度的一部分，与凹槽100的深度保持一致。销块2装入销槽10后，在矩形框架上下两个表面形成不同的接缝，其中，一个面的接缝包含销块2与凹槽100边缘的接缝和位于这部分接缝两侧的由两个金属条1对接产生的接缝，另一个面上的接缝完全为两个金属条1对接产生接缝。进行焊接时，需要翻转对两面的接缝分别进行焊接。值得说明的是，在图3中示出的实例中，由于销槽10未贯通矩形框架上下两个表面，当销块2装入销槽10后，仍可在不翻转的情况下随意搬动掩膜框架，销块2不会从销槽10掉出，为生产过程中需要搬运的情形提供了便利。此外，由于掩膜框架同一个连接处两侧的焊缝不同，也可以减少焊缝本身对掩膜框架机械性能的影响，提高焊接的可靠性。

附图6中示出了不同实施方式下销块2的结构示意图。参见附图6(a)、6(b)和6(c)中所示，销块2上的凹部22的形状可以是矩形，也可以是半圆形或者半椭圆形，实际生产中可根据需求和加工难易程度等进行选择。相对应的，两金属条1上的凹槽100结合形成的销槽10中间的窄处的形状应与销块2上的凹部22的形状一致。基于销块2对两个金属条1的连接可靠性方面进行考虑，凹部22的最大深度不小于1mm，优选3mm～5mm。示例性的，凹部22的最大深度可以为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm以及以上。

值得说明的是，掩膜框架在未被焊接之前，销块2与销槽10的配合间隙设置的很小，单边配合间隙应控制在0.5mm以下。为保证销块2装入销槽10后两个金属条1之间发生相对运动的程度更小，所述的单边配合间隙应控制的更小，最好在0.1mm以下。示例性的，销块2与销槽10的单边配合间隙为0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm等。销块2上的凹部22的最大深度和销槽10中间窄处的尺寸应参考销块2与销槽10的配合间隙进行选择。当销块2与销槽10的配合间隙较大时，销块2上的凹部22的最大深度也应选择较大的数值，相应的销槽10中间的窄处也应更窄；但当销块2与销槽10的配合间隙很小时，则不必选择配置深度较小的凹部22以及与之相适配的销槽10的窄处。

参见附图7中所示，掩膜框架中包括2～4个金属条1，掩膜框架中的金属条1具有多种形状组合，如直线形的金属条1、直角形的金属条1以及“匚”形的金属条1。掩膜框架中包含上述不同形状的金属条1的一到两种。

示例性的，图7(a)中示出了一种由一个直线形的金属条1a和一个“匚”形的金属条1b制成的掩膜框架；图7(b)中示出了一种由两个直角形的金属条1c和金属条1d制成的掩膜框架；图7(c)中示出了一种由两个直线形的金属条1e、金属条1f和一个直角形的金属条1g制成的掩膜框架；图7(d)中示出了一种由四个直线形的金属条1h、金属条1i、金属条1j和金属条1k制成的掩膜框架。

此外，两个金属条1相抵接的面并不必须是一个金属条1宽度方向上的侧面与另一个金属条1延伸方向上的端面，也可以是两个金属条1两端的端面进行抵接。实例性的，图7(e)中示出的一种掩膜框架，其中的四根金属条1m、1n、1p、1q的端面均为45°斜面，各金属条1之间以端面相抵接。

此外，根据本发明，掩膜框架中包含的金属条1的数量并不限于图7中示出的各种情形，也可以有更多的金属条1制成掩膜框架。例如，形成掩膜框架的任意一条框边的金属条1可以由多个较短的金属条1组成，这些更短的金属条1之间同样通过销块2衔接。

前面已经尽量详细的描述了本发明中的掩膜框架，但本发明并不仅限于此，同时还包括这种掩膜框架的制作方法。所述掩膜框架的制作方法步骤包括：

一、制作金属条

制作金属条1的材料选用采购的原料板材，或者选用由这些板材加工一体成型的掩膜框架后剩余的余料，原料板材的材质优选SUS420和SUS304两种型号的不锈钢，或者Invar36等。

用切割、铣削等方式将原料板材制作成直线形或者直角形或者“匚”形结构的金属条1，并在金属条1的两端开设凹槽100。开设凹槽100时，将两个金属条1以组成掩膜框架的方式相互抵接，在两金属条1的抵接处一次性加工出预定的销槽10。相较于在单个金属条1上加工凹槽100，本方式能够确保加工出的凹槽100结合形成的销槽10精度更高，使得在销块2与销槽10的单边配合间隙较小的情况下，仍能顺利将销块2装入销槽10。

关于金属条1及其凹槽100结构在前面已经详细描述，此处不再赘述。

二、制作销块

制作销块2时，优选使用尺寸不足以加工成金属条1的小块余料进行加工，可以降低材料浪费，减少材料成本。根据预先设置的两金属条1上的凹槽100接合形成的销槽10，用切割、铣削等方式加工与之相适配的销块2。

控制销块2与销槽10的单边配合间隙在0.5mm以下，优选0.05mm～0.1mm。既不会增加装配难度，且能保证销块2装入销槽10后两个金属条1之间发生相对运动的程度更小。

三、组装

将若干金属条1首尾相接围成矩形框架，金属条1端部的凹槽100和与其相接的另一金属条1端部的凹槽100结合形成销槽10。

将制作的销块2安装入相应的销槽10内，借助销块2使彼此分开的金属条1连接为一个整体的矩形框架。

四、焊接

将组装好的矩形框架置于焊接设备的工作台上，对销槽10与金属条1以及金属条1与金属条1之间进行焊接。焊接沿着销槽10与金属条1、金属条1与金属条1之间的接缝进行。

针对图3和图4中示出的不同的凹槽100结构，以及与凹槽100结合形成的销槽10相适配的销块2的结构，可分别选用双面焊接和单面焊接的方式进行焊接。

例如，上述图3中所示的实施方式中，销块2装入销槽10后，在矩形框架上下两个表面形成不同的接缝，采用双面焊接方式进行焊接。实施焊接时，控制焊接深度为金属条1厚度的一半，先将矩形框架朝上的面上的各接缝焊接好，然后将矩形框架翻面，控制同样的焊接深度对翻转上来的另一面上的接缝进行焊接。

又如，上述图4中所示的实施方式中，销块2装入销槽10后，在矩形框架上下两个表面形成相同的接缝，采用单面焊接方式进行焊接，控制焊接深度至少为矩形框架的厚度，一次性完成各接缝的焊接，无需对矩形框架进行翻面。

采用本方法制备掩膜框架，可以实现尺寸较小的生产余料的二次利用，提高余料的利用率，降低生产成本。此外，焊接对金属特性的破坏对掩膜框架机械性能的影响小，制作的掩膜框架的机械性能好。

另外，本发明还包括由这种掩膜框架制作而成的掩膜装置，以本发明的掩膜框架为载体框架，将掩膜版张网并焊接在掩膜框架上形成所述的掩膜装置。所述的掩膜版包括通用金属掩膜版(CMM)和精密金属掩膜版(FMM)等。

最后需要再次强调的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种掩膜框架，其特征在于，包括：

若干金属条(1)，依次首尾相抵接围成矩形框架，金属条(1)的两端均具有凹槽(100)，任意两个相抵接金属条(1)的相抵接端具有的凹槽(100)相结合形成销槽(10)；

凹槽(100)具有窄部(101)和宽部(102)，任意凹槽(100)的宽部(102)较窄部(101)远离与其相结合的另一凹槽(100)，两个凹槽(100)结合形成的销槽(10)呈现为中间窄两端宽；

以及

若干销块(2)，销块(2)具有与销槽(10)相适配的形状和尺寸，且容纳于销槽(10)内；

销块(2)与金属条(1)以及金属条(1)与金属条(1)在相接处彼此焊接。

2.根据权利要求1所述的掩膜框架，其特征在于，所述的销槽(10)位于所述矩形框架的上侧面或者下侧面，销槽(10)的深度方向与所述金属条(1)的厚度方向一致；

结合为销槽(10)的两个凹槽(100)相向的一面相互贯通。

3.根据权利要求1所述的掩膜框架，其特征在于，所述的凹槽(100)在所述金属条(1)的厚度方向上贯通金属条(1)；或者，

凹槽(100)沿金属条(1)厚度方向上的深度为金属条(1)厚度的一部分。

4.根据权利要求3所述的掩膜框架，其特征在于，所述凹槽(100)沿所述金属条(1)厚度方向上的深度为金属条(1)厚度的一半。

5.根据权利要求1所述的掩膜框架，其特征在于，所述销块(2)的其中一组相对称的两个侧面上各具有两个向外凸出的凸部(21)，两个凸部(21)之间具有向内凹陷的凹部(22)；

销块(2)的两个凹部(22)与组成所述销槽(10)的两个凹槽(100)的窄部(101)相适配；

销块(2)的四个凸部(21)与组成所述销槽(10)的两个凹槽(100)的宽部(102)相适配。

6.根据权利要求5所述的掩膜框架，其特征在于，所述的凹部(22)呈矩形或者半圆形或者半椭圆形。

7.根据权利要求5所述的掩膜框架，其特征在于，所述凹部(22)的最大深度不小于1mm。

8.根据权利要求1所述的掩膜框架，其特征在于，包括2～4个所述的金属条(1)；

金属条(1)的形状包括直线形、直角形和“匚”形中的一种或两种。

9.权利要求1至8任一中所述掩膜框架的制作方法，步骤包括：

制作金属条(1)，在金属条(1)的两端开设凹槽(100)；

将若干金属条(1)首尾相接围成矩形框架，金属条(1)端部的凹槽(100)和与其相接的另一金属条(1)端部的凹槽(100)结合形成销槽(10)；

制作与销槽(10)相适配的销块(2)，将销块(2)安装入相应的销槽(10)内；

对销槽(10)与金属条(1)以及金属条(1)与金属条(1)之间的接缝进行焊接。

10.一种掩膜装置，其特征在于，包括：

掩膜版；以及

权利要求1至8任一中所述的掩膜框架；

掩膜版接合在掩膜框架上。