CN117144291A - 一种掩膜框架制作方法及掩膜框架 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种掩膜框架制作方法及掩膜框架，涉及金属掩膜版领域。该制作方法为：制作金属条时，在金属条的宽度方向上的同一侧预留两个凸部，且两个凸部分别位于金属条的两端；然后将若干金属条依次首尾相接组合形成矩形框架形状的预装框架，在预装框架的任意接缝处，均具有两个凸部分别处于接缝的两端；然后对预装框架的各接缝进行焊接，在任意接缝处，以其中一个凸部的沿接缝延伸方向上的中间位置作为焊接起始点开始焊接，以另一个凸部的沿接缝延伸方向上的中间位置作为焊接终止点停止焊接；最后将焊接好的预装框架进一步加工成为掩膜框架成品。本发明可消除传统焊接掩膜框架的制作方式中焊缝两端存在的缺陷，提高掩膜框架的质量。

Description

一种掩膜框架制作方法及掩膜框架

技术领域

本发明涉及金属掩膜版领域，尤其涉及一种掩膜框架制作方法及掩膜框架。

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，这就导致单片掩膜版框体生产成本居高不下。为解决该问题，业内新采用一种拼接制备掩膜框架的方法，该方法是将四个金属条首尾相连并焊接在一起形成矩形的掩膜框架。在以往，焊接掩膜框架时，难以顾及到接缝两端，易造成接缝两端焊接不良。

因此，亟需一种新的加工方式来解决上述问题。

发明内容

为了解决上述焊接掩膜框架时存在的问题，提高掩膜框架的焊接质量，本发明提供了一种掩膜框架制作方法，该制作方法步骤包括：

S10、制作金属条，在金属条的宽度方向上的同一侧预留两个凸部，两个凸部分别位于金属条的两端；

S20、将若干金属条依次首尾相接组合形成矩形框架形状的预装框架，并产生与金属条同等数量的接缝；

任意接缝处具有属于其中一个金属条的接合端和属于另一个金属条的受接合端，将接合端沿其金属条长度方向上的端面接合于受接合端沿其金属条宽度方向上的一个侧面，并使接合端具有的凸部和受接合端具有的凸部分别处于其接缝的两端；

S30、对预装框架的各接缝进行焊接；在任意接缝处，以其中一个凸部的沿接缝延伸方向上的中间位置作为焊接起始点开始焊接，以另一个凸部的沿接缝延伸方向上的中间位置作为焊接终止点停止焊接；

S40、将焊接好的预装框架进一步加工成为掩膜框架成品。

作为更优选的方案，预留的所述凸部的长度和宽度均在1cm～3cm之间，厚度与所述金属条的主体部分的厚度一致。

作为更优选的方案，用2～4个所述的金属条组成所述预装框架；

优选地，组成所述预装框架的金属条的形状包括直线形、直角形和“匚”形中的一种或两种。

作为更优选的方案，所述S20步骤中：

将若干金属条首尾相抵接，组成预装框架；或者，

将若干金属条首尾相抵接并进行预固定，组成预装框架。

作为更优选的方案，所述S30步骤中，采用搅拌摩擦焊接或者电子束焊接或者激光焊接对接缝进行焊接。

作为更优选的方案，所述S30步骤中：

仅从预装框架的其中一个面上沿接缝进行焊接；或者，

先在预装框架的其中一个面上沿各接缝进行焊接，焊接完成后将预装框架翻面，然后在预装框架的另一个面上沿各接缝进行焊接。

作为更优选的方案，所述S40步骤包括：

以第一预定界线和接缝为边界，将第一余部去除；

以第二预定界线为边界，将第二余部去除；

去除掩膜框架的厚度和边框宽度。

作为更优选的方案，所述S40步骤包括：

对焊接好的预装框架的各个表面进行打磨、抛光，以使其外形尺寸达到预定值；

在预装框架上加工出辅助结构，辅助结构包括孔、槽、斜面和标识中的一种或几种。

作为更优选的方案，控制掩膜框架成品表面各受控面的平面度小于等于100μm。

以及

本发明还包含采用上述掩膜框架制作方法制备的掩膜框架。

本发明的有益效果为：

1)本发明在制作金属条时，在金属条的两端预留出两个凸部，后续将金属条拼接成预装框架后，沿各接缝焊接时凸部提供每次起焊位置和止焊位置，如此一来，可将焊缝两端延伸至凸部在接缝延伸方向上的中间位置，后续加工中再将凸部及延伸到凸部上的焊缝的两端去除，可消除焊缝端部缺陷，保证余留焊缝的焊接质量，提高掩膜框架的焊接质量；

2)凸部在切割制备金属条时直接预留，在后续加工中，可在调整掩膜框架厚度和边框宽度时一并去除，无需增加额外的加工步骤，生产效率得以提高；

3)借助凸部承接了焊接的起始点和终止点，焊接不超出预装框架本体的范围，不会对工作台造成损伤，安全性得以提高。

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为预装框架的一种结构示意图；

图2为图1中A位置的局部放大图；

图3为在图2基础上示意出焊缝和待去除的余部的预定界线的示意图；

图4为在图3基础上去除多余部分的示意图；

图5为金属条的不同结构的示意图；

图6为掩膜框架示意图，图6(a)-图6(f)示出了掩膜框架结构的不同实施方式；

图7为掩膜框架的一种结构示意图；

图中：1、金属条；100、凸部；

11、接合端；110、第一预定界线；111、第一余部；12、受接合端；120、第二预定界线；121、第二余部；

101、受控面；102、槽；103、孔；

2、接缝；3、焊缝。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面参照附图1至附图5，详细说明本发明所采用的掩膜框架制作方法。根据本发明，掩膜框架制作方法包括如下步骤。

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的两端各预留一个凸部100，两个凸部100位于金属条1的宽度方向上的同一侧，沿金属条1的宽度方向向外凸出。例如，图5中示出了三种结构的金属条1的示意图，其中：图5(a)为直线形的金属条1，图5(b)为直角形的金属条1，图5(c)为“匚”形的金属条1。

虽然，图5(b)和图5(c)示出的两种结构的金属条1在其中部发生了弯折，并因此导致金属条1的宽度方向随弯折发生改变，但两个凸部100仍位于金属条1的同一侧，且该侧始终位于金属条1的相应部分的宽度方向上。因此，仍应理解为两个凸部100位于金属条1的宽度方向上的同一侧。

预留的凸部100应保证其具有足够的尺寸用以承受焊接，达到不使焊接超出凸部100而落到工作台上的程度。因此，优选凸部100的长度和宽度均在1cm～3cm之间，例如：凸部100的长度和宽度均为2cm。凸部100的厚度与金属条1的主体部分的厚度保持一致，不做进一步加工。以图5(a)所示为例，沿x轴方向即为凸部100的宽度方向；沿y轴方向即为凸部100的长度方向，沿z轴方向即为凸部100的厚度方向。针对图5(b)和图5(c)中示出的实例，凸部100的宽度方向应是与金属条1主体部分延伸方向一致的方向。

按照上述方式制作出对应于掩膜框架不同部分的金属条1。将制作的金属条1进行分组，保证每组金属条1均能够组合成掩膜框架的完整结构，每组金属条1的数量为2～4个。

例如，附图6示出了多种不同结构组合的掩膜框架，其中：图6(a)示出了采用两个直角形金属条1组合形成掩膜框架的一种实施方式；图6(b)示出了采用一个直线形金属条1和一个“匚”形结构的金属条1组合形成掩膜框架的一种实施方式；图6(c)和图6(d)示出了采用两个直线形金属条1和一个直角形金属条1组合形成掩膜框架的一种实施方式；图6(e)和图6(f)示出了采用四个直线形金属条1组合形成掩膜框架的一种实施方式。

二、制作预装框架

以一组能够组合形成掩膜框架的金属条1为例，将各金属条1依次首尾相接，组装形成矩形框架形状的预装框架。每个预装框架中具有与其所包含的金属条1同等数量的接缝2。例如，图1中示出了一种由四个金属条1组装形成的预装框架，两个金属条1沿横向平行布置，另外两个金属条1沿纵向平行布置。

参见图2，示出了图1中的预装框架在A位置(预装框架其中一个接缝处)的局部结构。以图2所示进行说明，预装框架中的任意接缝2处具有属于其中一个金属条1的接合端11和属于另一个金属条1的受接合端12，将接合端11沿其所属金属条1长度方向上的端面接合于受接合端12沿其所属金属条1宽度方向上的一个侧面。

参见附图2中的实例，在由接合端11和受接合端12对接形成的接缝2处，包含有两个凸部100，一个凸部100属于提供接合端11的金属条1，另一个凸部100属于提供受接合端12的金属条1。当接合端11和受接合端12对接后，使两个凸部100分别处于其接缝2的两端。

显然，图2中仅示出了接合端11与受接合端12的接合面为平面的情况，但本发明并不局限于此，还存在接合面为非平面的情况。例如，在接合端11沿其所属金属条1长度方向上的端面和受接合端12的与该端面接合的侧面上加工出互为咬合的齿形结构，接合端11与受接合端12在其接合处呈齿状咬合。这种咬合结构形成弯折的接缝2，相较于直线型的接缝2，其焊缝长度更长、接触面积更大，焊接后接合强度更高，适用于承受较大载荷的产品。

此外，接合端11与受接合端12可采用多种方式进行接合。例如：将接合端11抵接于受接合端12，两者之间不做固定连接；或者，将接合端11抵接于受接合端12，且在两者之间进行额外的预固定连接，所述额外的预固定连接包括粘合、点焊以及使用两个夹板对接缝处进行夹紧固定等。

三、焊接阶段

对预装框架的各接缝2进行焊接。在任意接缝2处，以其中一个凸部100的沿接缝2延伸方向上的中间位置作为焊接起始点，从焊接起始点开始进行焊接，焊接路径沿着接缝2，以另一个凸部100的沿接缝2延伸方向上的中间位置作为焊接终止点，焊接到焊接终止点后终止针对该条接缝2所进行的本次焊接。实践中，作为焊接起始点的凸部100可以是位于预装框架外围的凸部100，也可以是位于预装框架内侧的凸部100，也即是从哪个凸部100起焊可根据实际情况进行选择。

对接缝2进行焊接时，可以应用多种焊接方式，例如：搅拌摩擦焊接、电子束焊接和激光焊接等。在进行搅拌摩擦焊接时，因焊具对待焊接的工件施加有压力，因此应保证工件固定，以避免焊接接缝2时两个金属条1彼此分离，例如，可借助定位治具限制住金属条1，使金属条1无法移动。采用电子束焊接或者激光焊接时，可以做到焊具不对工件产生外力，因此，既可以选择对预装框架进行固定，也可以不进行固定。实践中，电子束焊接不仅效率高，而且由于其焊接深宽比大、焊接速度快且焊接环境为真空环境等特点，能够保证焊接部位的材料的物理特性不发生改变，可以最大程度确保焊接部位材料的强度，应作为优选采用的焊接方式。

对接缝2进行焊接时，可以采用单面焊接，即仅从预装框架的其中一个面上沿接缝2进行焊接，通过增加焊接深度使预装框架另一面上的接缝2被焊接，不再将预装框架进行翻面焊接，此方式可以减少焊接工序，提高生产效率。也可以采用双面焊接，即先在预装框架的其中一个面上沿各接缝2进行焊接，焊接深度为预装框架厚度的一半以上，一面焊接完成后将预装框架翻面，然后在预装框架的另一个面上沿各接缝2进行焊接。

实践中，在选择单面焊接或双面焊接时，应充分考虑到预装框架的厚度等因素。例如，当预装框架的厚度小于2cm时，优选采用单面焊接的加工方式，以减少工序，提高生产效率；而当预装框架的厚度大于等于2cm时，则应优选采用双面焊接的加工方式，以保障焊接质量。

参照附图3中所示，以掩膜框架上一个接缝2处作为示例，通过上述焊接过程，在该接缝2处形成如图所示的焊缝3。

四、精加工阶段

该阶段是将前一工序中焊接好的预装框架进行进一步加工，最终制成掩膜框架成品。以下将结合附图对精加工阶段进行详细说明。

取焊接好的预装框架制品，将该制品至于铣床上，启动铣床对制品执行铣削步骤。该步骤执行内容包括：切除超出框架矩形边缘的余留部分，以及初步调整制品的厚度和边框宽度。

参照图3中所示，所述的余留部分包括超出框架内边缘的第一余部111和超出框架外边缘的第二余部121。铣削时，以第一预定界线110和接缝2为边界，将第一余部111去除；以第二预定界线120为边界，将第二余部121去除。切除第一余部111和第二余部121后，形成如图4中所示的焊缝3处的结构。这里，由于焊缝3的两端随着第一余部111和第二余部121被切除，焊缝3两端存在的焊接缺陷一并被消除，这些缺陷包括：边界焊接不到位，存在漏焊；两端焊缝内陷、开裂等。余留焊缝3的焊接质量高，有助于提高掩膜框架的焊接质量。

此外，通过铣削步骤调整制品的厚度和边框宽度接近预定值。预定值指的是设计的掩膜框架成品的相应尺寸数值。在框架的厚度方向上，对框架的一面进行铣削，使框架的厚度略大于所述的预定值，例如，预留超出预定厚度0.5mm左右的加工余量。在调整框架的厚度时，可仅从框架的上下两个面中的一个面进行铣削加工，或者依次对框架的上下两个面进行铣削加工。在框架平面内，对框架的内边缘面和外边缘面进行铣削，使框架的边框宽度接近预定值，同时保证框架的开口与预定开口的尺寸相接近，例如，预留超出边框预定宽度0.5mm左右的加工余量，预留框架的开口尺寸比预定开口的尺寸小0.3mm左右。所述的加工余量将后续工序中予以去除。

值得说明的是，由于增设了凸部100的结构来承接焊缝3两端的延伸部分，因此在制作金属条1时可将金属条1的主体部分的宽度制作的更加接近上述的边框宽度的预定值，而在这里的铣削步骤中，针对该部分的铣削去除部分将减少，有利于提高生产效率。例如，制作金属条1时，将金属条1的主体部分的宽度制作为较预定值多出8～10mm的加工余量。这里的主体部分指代不包含凸部100在内的金属条1的其余部分。

此外，精加工阶段还包括对框架的各个表面进行打磨、抛光，以使其外形尺寸达到预定值。打磨可分多次进行，例如依次执行一级打磨、二级打磨、三级打磨等多次打磨。以及，在框架上加工出辅助结构，这里的辅助结构包括孔、槽、斜面和标识等。例如，图7中示出的一种掩膜框架结构，在其表面加工有槽102和孔103。

经过上述精加工阶段，控制掩膜框架成品表面各受控面的平面度小于等于100μm，这里的受控面包括掩膜框架的上表面、下表面等。更优选地，将所述受控面的平面度控制在50μm以内。以图7中示出的一种掩膜框架结构为例，其受控面101的平面度应小于等于100μm，且最好在50μm以内。

前面已经尽量详细的描述了本发明中的掩膜框架制作方法，但本发明并不仅限于此，同时还包括采用上述制作方法制作而成的掩膜框架。图6示出了多种掩膜框架的结构示意图，并且图6中仅示意出了各掩膜框架由各种金属条1组合制作而成的不同情形，诸如孔、槽、斜面和标识等结构并未在图6中予以示出。其中：

图6(a)示出的掩膜框架的采用两个直角形金属条1组合制作而成，两个直角形金属条1分别对应边框部分1-a和边框部分1-b；

图6(b)示出的掩膜框架的采用一个直线形金属条1和一个“匚”形结构的金属条1组合制作而成，直线形金属条1对应边框部分1-c，“匚”形结构的金属条1对应边框部分1-d；

图6(c)和图6(d)示出的掩膜框架采用两个直线形金属条1和一个直角形金属条1组合制作而成；图6(c)中，两个直线形金属条1分别对应边框部分1-e和边框部分1-f，直角形金属条1对应边框部分1-g；图6(d)中，两个直线形金属条1分别对应边框部分1-h和边框部分1-i，直角形金属条1对应边框部分1-j；

图6(e)和图6(f)示出的掩膜框架采用四个直线形金属条1组合制作而成；图6(e)中，四个直线形金属条1分别对应边框部分1-k、边框部分1-l、边框部分1-m和边框部分1-n；图6(f)中，四个直线形金属条1分别对应边框部分1-o、边框部分1-p、边框部分1-q和边框部分1-r。

值得说明的是，图6(c)与图6(d)、图6(e)与图6(f)相比较，区别仅在于其中一些焊缝位置处，提供接合端11和受接合端12的金属条1有所不同。并且，图6(a)至图6(f)仅示出了本发明包含的掩膜框架的部分结构形式，但不应视为本发明仅包含图中示出的几种结构形式。

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)

1.一种掩膜框架制作方法，其特征在于，步骤包括：

S10、制作金属条(1)，在金属条(1)的宽度方向上的同一侧预留两个凸部(100)，两个凸部(100)分别位于金属条(1)的两端；

S20、将若干金属条(1)依次首尾相接组合形成矩形框架形状的预装框架，并产生与金属条(1)同等数量的接缝(2)；

任意接缝(2)处具有属于其中一个金属条(1)的接合端(11)和属于另一个金属条(1)的受接合端(12)，将接合端(11)沿其金属条(1)长度方向上的端面接合于受接合端(12)沿其金属条(1)宽度方向上的一个侧面，并使接合端(11)具有的凸部(100)和受接合端(12)具有的凸部(100)分别处于其接缝(2)的两端；

S30、对预装框架的各接缝(2)进行焊接；在任意接缝(2)处，以其中一个凸部(100)的沿接缝(2)延伸方向上的中间位置作为焊接起始点开始焊接，以另一个凸部(100)的沿接缝(2)延伸方向上的中间位置作为焊接终止点停止焊接；

S40、将焊接好的预装框架进一步加工成为掩膜框架成品。

2.根据权利要求1所述的掩膜框架制作方法，其特征在于，预留的所述凸部(100)的长度和宽度均在1cm～3cm之间，厚度与所述金属条(1)的主体部分的厚度一致。

3.根据权利要求1所述的掩膜框架制作方法，其特征在于，用2～4个所述的金属条(1)组成所述预装框架；

优选地，组成所述预装框架的金属条(1)的形状包括直线形、直角形和“匚”形中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的掩膜框架制作方法，其特征在于，所述S20步骤中：

将若干金属条(1)首尾相抵接，组成预装框架；或者，

将若干金属条(1)首尾相抵接并进行预固定，组成预装框架。

5.根据权利要求1所述的掩膜框架制作方法，其特征在于，所述S30步骤中，采用搅拌摩擦焊接或者电子束焊接或者激光焊接对接缝(2)进行焊接。

6.根据权利要求1所述的掩膜框架制作方法，其特征在于，所述S30步骤中：

仅从预装框架的其中一个面上沿接缝(2)进行焊接；或者，

先在预装框架的其中一个面上沿各接缝(2)进行焊接，焊接完成后将预装框架翻面，然后在预装框架的另一个面上沿各接缝(2)进行焊接。

7.根据权利要求1所述的掩膜框架制作方法，其特征在于，所述S40步骤包括：

以第一预定界线(110)和接缝(2)为边界，将第一余部(111)去除；

以第二预定界线(120)为边界，将第二余部(121)去除；

去除掩膜框架的厚度和边框宽度。

8.根据权利要求7所述的掩膜框架制作方法，其特征在于，所述S40步骤包括：

对焊接好的预装框架的各个表面进行打磨、抛光，以使其外形尺寸达到预定值；

在预装框架上加工出辅助结构，辅助结构包括孔、槽、斜面和标识中的一种或几种。

9.根据权利要求8所述的掩膜框架制作方法，其特征在于，控制掩膜框架成品表面各受控面的平面度小于等于100μm。

10.采用权利要求1至9任一所述的掩膜框架制作方法制备的掩膜框架。