CN204125521U - 一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具 - Google Patents

Abstract

一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，包括掩膜部分、弹性阻挡部分和紧固部分。所述掩膜部分由两片结构相同的掩膜板组成。所述的弹性阻挡部分由阻挡板、阻挡片、弹簧组成。两片掩膜板中分别装入待溅射陶瓷基体，弹性阻挡部分位于两片掩膜板之间，夹具对位扣紧后由紧固部分紧固。掩膜板下的陶瓷基体被压入弹性阻挡部分，将弹簧压缩，进而通过弹簧弹力将待溅射陶瓷基体顶紧在掩膜板上，可同时实现不同厚度陶瓷基体的密封，解决了磁控溅射工艺规模化生产中因陶瓷基体厚度差异导致的密封不严问题，提高了磁控溅射法制备陶瓷电子元器件电极的合格率，使磁控溅射工艺用于批量化制造陶瓷电子元器件电极成为现实。

Description

一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具

技术领域

本实用新型涉及一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，尤其指一种在磁控溅射工艺溅射陶瓷电子元器件电极中起固定和遮蔽陶瓷基体作用的掩膜夹具。

背景技术

目前瓷介电容器、压敏电阻器、热敏电阻器、压电陶瓷等陶瓷电子元器件的电极化方法主要是丝网印刷法。丝网印刷法也称烧渗法，属传统方法，通过将所需形状外的丝网孔洞阻塞，制备出所需的电极区域，电极区域内的丝网保持其固有细孔，印刷时，刮刀刮压金属浆料，使之透过丝网，均匀印制到陶瓷基体上，进而通过高温烧渗的方法使二者结合，实现陶瓷表面金属化。随着电子元器件尺寸日益减小，行业内对电子元器件电极一致性要求更加严格，而丝网印刷工艺中，丝网不同区域下陶瓷基体与丝网间距的差异及难以避免的丝网刮印伸缩等因素决定了丝网印刷工艺不适合当前对电极精确控制的要求，此外，丝网印刷法需经过高温烧渗的过程，其所用电子浆料，需采用微米级金属粉体，整个工艺能源消耗较大，原料制备复杂。为降低能耗、提升效率、精确实现陶瓷电子元器件的电极化，业内积极开展了陶瓷电子元器件电极化新方法的探索。

近年陶瓷电子元器件生产厂家才开始将磁控溅射法用于产品电极化，磁控溅射法属于真空镀法，以其低能耗，高重复性，精确可控成为目前最佳的新型电极化工艺方法，其基本原理是在真空中利用电磁场产生高密度的荷能粒子，荷能粒子受靶材电场的吸引轰击靶材，溅射出的大量靶材原子会在基片上沉积成膜，由于溅射粒子初始动能大，所以膜层致密，与陶瓷基体结合牢固。磁控溅射法无需高温烧渗工艺，其能耗低，溅射前后陶瓷基体温升不大，工艺重复性好，只需控制溅射时间即可精确控制电极层厚度，此外，磁控溅射法中陶瓷电子元器件所需的电极靶材大部分采用熔融铸造法制备，相比于当前的普遍采用的金属浆料，成本优势明显。磁控溅射法的基本工艺流程为：陶瓷基体清洗-烘干-基体装入掩膜夹具-掩膜夹具装入溅射承载架-入溅射镀膜机溅射-冷却后出镀膜机，磁控溅射法目前未能在陶瓷电子元器件电极化方面大范围应用，制约其推广的主要原因是掩膜夹具无法做到完全密封。现有技术采用的掩膜夹具结构如图1、2所示，掩膜夹具由两片结构相同的掩膜板组成，每片掩膜板上排布多个可放入待溅射陶瓷基体的凹槽，例如，待溅射陶瓷基体为圆柱体形的压敏电阻器基体，相应掩膜板凹槽也为圆柱体形，凹槽底部开有通透口，通透口形状即溅射后的电极形状，两片掩膜板面对称的扣紧，待溅射陶瓷基体位于掩膜板凹槽封闭的空腔内。使用螺丝或夹子将掩膜板紧固后，待溅射陶瓷基体被掩膜板夹紧，仅有与通透口接触的部分暴露在外，最终在陶瓷基体两侧同时溅射出电极。由于规模化生产中陶瓷基体必然存在厚度差异，无法保证每一片陶瓷基体都能被掩膜板夹紧，溅射过程中，靶材金属以原子形态在溅射腔内运动，并以各种角度撞击掩膜夹具中的陶瓷基体，当掩膜夹具密闭不严时，靶材金属沿着掩膜板与基体间隙冲入掩膜夹具内部，使本应绝缘的陶瓷基体侧面挂附金属，造成密闭不良片周边数片陶瓷基体性能异常。当前，同批次陶瓷基体厚度相差0.05mm以上即会导致密封不良，陶瓷基体性能异常。除规模化溅射时会出现密闭性不良外，现有掩膜夹具还存在通用性差的问题，夹具掩膜板中凹槽深度一般为待溅射基体厚度的一半，这也就意味着，每种规格的陶瓷基体都需要一组掩膜夹具，所需的掩膜夹具数量庞大，其制造、维护成本较高。掩膜夹具的以上问题严重限制了磁控溅射法在陶瓷电子元器件电极化方面的应用。当前，业内需要一种新型掩膜夹具来改善这一问题。

实用新型内容

本实用新型需解决的技术问题是提供一种用于磁控溅射工艺的，密闭性、通用性好的掩膜夹具，它可以在陶瓷基体存在厚度差异的情况下，保证每块陶瓷基体与掩膜板间无间隙，使同一掩膜夹具，可搭载多种厚度的陶瓷基体。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，其包括有掩膜部分、弹性阻挡部分和紧固部分，所述掩膜部分由第一掩膜板和第二掩膜板组成，两块掩膜板结构相同，掩膜板上开有多个可放置待溅射陶瓷基体的凹槽，凹槽底面开有通透口，通透口与凹槽底面相交面积小于凹槽底面面积，通透口贯穿掩膜板，第一掩膜板与第二掩膜板之间为弹性阻挡部分，所述弹性阻挡部分由第一阻挡板、第二阻挡板、第一阻挡片、第二阻挡片、弹簧组成，两块阻挡板结构相同，阻挡板上同样开有凹槽，位置与掩膜板凹槽对应，形状相似，阻挡板凹槽底面面积大于掩膜板凹槽底面面积，阻挡板凹槽底面开有通透口，形状与掩膜板凹槽相似，阻挡板通透口底面与掩膜板凹槽底面全等，第一阻挡片、第二阻挡片与阻挡板凹槽底面全等，第一阻挡片与第二阻挡片之间为弹簧，三者位于第一阻挡板与第二阻挡板面对称压紧后阻挡板凹槽形成的空腔内，阻挡片与阻挡板凹槽底面及阻挡板通透口接触，并被弹簧顶紧，所述的紧固部分由螺纹孔及螺丝组成，紧固弹性阻挡部分的螺丝顶部嵌入阻挡板内，螺纹孔避开阻挡板凹槽，并贯穿第一、第二阻挡板，紧固整个夹具的螺纹孔避开掩膜板、阻挡板凹槽，并贯穿第一、第二掩膜板，第一、第二阻挡板。

进一步的，所述的掩膜板凹槽底面为圆形、矩形、椭圆形的一种。

进一步的，所述的阻挡板凹槽底面为圆形、矩形、椭圆形的一种。

进一步的，所述的掩膜板通透口为圆台形、棱台形、椭圆台形的一种。

进一步的，所述的阻挡板通透口为圆柱形、长方体形、椭圆柱形的一种。

进一步的，所述的阻挡板凹槽深度与阻挡片厚度之差的两倍介于弹簧初始长度与压缩后最小长度之间。

陶瓷电子元器件的陶瓷基体普遍为圆柱形、椭圆柱形、长方体形，其对应的掩膜板和阻挡板的凹槽也为圆柱形、椭圆柱形或立方体形，掩膜板凹槽深度与阻挡板通透口厚度的和小于待溅射陶瓷基体的厚度，可实现陶瓷基体放入掩膜板凹槽后仍有部分未进入凹槽，将掩膜板与弹性阻挡部分对应紧固后，陶瓷基体未进入掩膜板凹槽的部分透过阻挡板通透口压入阻挡板凹槽内，进而将阻挡片间的弹簧进一步压缩，弹簧通过阻挡片将陶瓷基体顶紧在掩膜板通透口，完成对陶瓷基体的密封。阻挡片通透口与掩膜板凹槽位置对应、形状相似、底面形状全等的设计，可保证掩膜板凹槽内的陶瓷基体顺利压入阻挡板凹槽。采用阻挡片位于弹簧与待溅射陶瓷基体之间的设计，保证了弹簧弹力均匀加载到待溅射陶瓷基体上。采用阻挡板通透口小于阻挡片面积，两块阻挡板凹槽深度之和减去两片阻挡片厚度所得长度小于弹簧长度的设计，保证了阻挡片将弹簧压缩并始终顶住阻挡板通透口，根据放入弹簧长度的不同，可实现对弹簧初始弹力的控制，保证了弹簧弹力足够将待溅射陶瓷基体顶紧。弹性阻挡部分的紧固螺丝，顶部嵌入阻挡板内，保证了弹性阻挡部分表面平整，被掩膜板扣紧并紧固后接触面无间隙，保证了夹具密封性。

溅射过程中，靶材原子透过掩膜板通透口溅射至陶瓷基体上形成电极，靶材原子以各种角度撞向通透口，为提高靶材原子的接收效率，本实用新型的掩膜板通透口侧面设计为倾斜形式，使倾斜入射的原子也可溅射至陶瓷基体表面，最终掩膜板通透口改进为与陶瓷基体接触的部位形状不变，与掩膜板最外侧相交的部位扩大，侧边倾斜的形式，根据电极形状的不同，通透口最终设计为圆台、棱台或椭圆台形。

为保证溅射效率，本实用新型采用了双层单面溅射的方式，夹具同时在弹性部分两侧装入待溅射陶瓷基体，每侧陶瓷基体都单面溅射电极，相比于现有技术的单层双面溅射夹具，效率相同。使用现有技术夹具溅射时，封闭不严的陶瓷基体因机械振动会偏移离开原位置，造成电极偏移、电极扩散，本实用新型采用弹簧将陶瓷基体顶紧在掩膜板上，溅射过程中陶瓷基体无偏移，电极边缘清晰，电极尺寸可控。

本实用新型对照现有技术的有益效果是，本实用新型采用由阻挡板、阻挡片、弹簧组成的弹性阻挡部分，将待溅射陶瓷基体顶紧在掩膜板上，可实现单一夹具对不同厚度陶瓷基体的密封及固定，提高了磁控溅射法制备陶瓷电子元器件电极的合格率，使磁控溅射工艺用于批量化制造陶瓷电子元器件电极成为现实，此外，本实用新型可通用于仅存在厚度差异的陶瓷电子元器件，有利于提高夹具利用效率，降低了夹具使用成本。

附图说明

图1是现有技术掩膜夹具主体结构示意图。

图2是现有技术掩膜夹具沿掩膜板通透口中心连线的剖面图。

图3是本实用新型一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具的主体结构示意图。

图4是本实用新型一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具沿掩膜板通透口中心连线的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式：

实施例1，参见附图3、4所示，本实用新型涉及的一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，其包括掩膜部分001，弹性阻挡部分002，紧固部分003。掩膜部分由第一掩膜板101，第二掩膜板102组成，第一掩膜板101上开有凹槽111，凹槽111呈圆柱形，凹槽111底面与第一掩膜板101外表面平行，凹槽111侧面与第一掩膜板101外表面垂直，凹槽111底面开有通透口121，通透口121为圆台形，通透口121与凹槽111相交面为通透口121较小的圆面，其面积小于凹槽111底面面积，第二掩膜板102上同样开有凹槽112和通透口122，其与第一掩膜板101结构相同，相对扣紧后，二者凹槽、通透口尺寸相同并且面对称。第一掩膜板101与第二掩膜板102之间为弹性阻挡部分002，弹性阻挡部分002由第一阻挡板201，第二阻挡板202，第一阻挡片211，第二阻挡片212、弹簧221组成，第一阻挡板201上开有阻挡板凹槽231，阻挡板凹槽231呈圆柱形，夹具组装完成后，阻挡板凹槽231位于掩膜板凹槽111正下方，阻挡板凹槽231底面圆心位于掩膜板凹槽111的圆柱对称轴上，阻挡板凹槽231底面面积大于掩膜板凹槽111底面面积，阻挡板凹槽231底面开有通透口241，阻挡板通透口241呈圆柱形，阻挡板通透口241的圆面与掩膜板凹槽111的底面全等，第二阻挡板202上开有凹槽232和通透口242，第二阻挡版202与第一阻挡板201结构相同，相对扣紧后，二者凹槽，通透口尺寸相同且面对称。第一阻挡片211、第二阻挡片212呈圆柱形，其底面圆形直径与阻挡板凹槽231底面圆形直径相同，第一阻挡片211与第二阻挡片212之间为弹簧221，第一阻挡片211、第二阻挡片212、弹簧221放在第一阻挡板凹槽231和第二阻挡板凹槽232相对扣紧后形成的空腔内，空腔高度与第一阻挡片211、第二阻挡片212厚度之差小于弹簧221初始长度，被压缩的弹簧221将第一阻挡片211顶紧在阻挡板通透口241内侧，将第二阻挡片212顶紧在阻挡板通透口242内侧。紧固部分003由夹具紧固螺丝301，弹性阻挡部分紧固螺丝302组成，弹性阻挡部分紧固螺丝302的螺丝孔贯穿第一阻挡板201、第二阻挡板202，螺丝顶部嵌入第一阻挡板201中，夹具紧固螺丝301的螺丝孔贯穿第一阻挡板201、第二阻挡板202、第一掩膜板101、第二掩膜板102。待溅射陶瓷基体004为圆柱形，装入第一掩膜板凹槽111后，扣上弹性阻挡部分002，待溅射陶瓷基体005也为圆柱形，陶瓷基体005厚度小于陶瓷基体004，装入第二掩膜板凹槽112，将第一阻挡板101与弹性阻挡部分002捏紧后翻转，扣紧在第二掩膜板102上，弹性阻挡部分002与第二掩膜板102接触，将紧固螺丝301上紧，陶瓷基体004、005分别透过阻挡板通透口将弹簧221压缩，由弹簧221的弹力将陶瓷基体顶紧在掩膜板凹槽中，完成对陶瓷基体的密封。

实施例2，本实施例中，一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具于实施例1的区别在于：所述的第一掩膜板凹槽111、第二掩膜板凹槽112、第一阻挡板凹槽231、第二阻挡板凹槽232均为长方体形，凹槽底面均为矩形，第一阻挡板通透口241、第二阻挡板通透口242均为长方体形，第一掩膜板通透口121、第二掩膜板通透口122均棱台形。

实施例3，本实施例中，一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具于实施例1的区别在于：所述的第一掩膜板凹槽111、第二掩膜板凹槽112、第一阻挡板凹槽231、第二阻挡板凹槽232均为椭圆台形，凹槽底面均为椭圆形，第一阻挡板通透口241、第二阻挡板通透口242均为椭圆台形，第一掩膜板通透口121、第二掩膜板通透口122均圆台形。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限。

Claims (6)

1.一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，其特征在于，包括有掩膜部分、弹性阻挡部分和紧固部分，所述掩膜部分由第一掩膜板和第二掩膜板组成，两块掩膜板结构相同，掩膜板上开有多个可放置待溅射陶瓷基体的凹槽，凹槽底面开有通透口，通透口与凹槽底面相交面积小于凹槽底面面积，通透口贯穿掩膜板，第一掩膜板与第二掩膜板之间为弹性阻挡部分，所述弹性阻挡部分由第一阻挡板、第二阻挡板、第一阻挡片、第二阻挡片、弹簧组成，两块阻挡板结构相同，阻挡板上同样开有凹槽，位置与掩膜板凹槽对应，形状相似，阻挡板凹槽底面面积大于掩膜板凹槽底面面积，阻挡板凹槽底面开有通透口，形状与掩膜板凹槽相似，阻挡板通透口底面与掩膜板凹槽底面全等，第一阻挡片、第二阻挡片与阻挡板凹槽底面全等，第一阻挡片与第二阻挡片之间为弹簧，三者位于第一阻挡板与第二阻挡板面对称压紧后阻挡板凹槽形成的空腔内，阻挡片与阻挡板凹槽底面及阻挡板通透口接触，并被弹簧顶紧，所述的紧固部分由螺纹孔及螺丝组成，紧固弹性阻挡部分的螺丝顶部嵌入阻挡板内，螺纹孔避开阻挡板凹槽，并贯穿第一、第二阻挡板，紧固整个夹具的螺纹孔避开掩膜板、阻挡板凹槽，并贯穿第一、第二掩膜板，第一、第二阻挡板。

2.根据权利要求1所述的一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，其特征在于，所述的掩膜板凹槽底面为圆形、矩形、椭圆形的一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，其特征在于，所述的阻挡板凹槽底面为圆形、矩形、椭圆形的一种。

4.根据权利要求1所述的一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，其特征在于，所述的掩膜板通透口为圆台形、棱台形、椭圆台形的一种。

5.根据权利要求1所述的一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，其特征在于，所述的阻挡板通透口为圆柱形、长方体形、椭圆柱形的一种。

6.根据权利要求1所述的一种用于磁控溅射工艺的掩膜夹具，其特征在于，所述的阻挡板凹槽深度于阻挡片厚度之差的两倍介于弹簧初始长度与压缩后最小长度之间。