一種鍍膜方法及掩模夾具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鍍膜領(lǐng)域，尤其涉及一種鍍膜方法和鍍膜方法中所用的掩模夾具。
【背景技術(shù)】
[0002] 鍍膜技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，通過對物體表面鍍制薄膜可改變物質(zhì)表面的物理 和化學(xué)性能。鍍膜技術(shù)主要應(yīng)用于光學(xué)、電子學(xué)、理化儀器、建筑機(jī)械、包裝、表面科學(xué)以及 科學(xué)研究等領(lǐng)域中；常見的鍍膜方法主要有蒸發(fā)鍍膜法、磁控濺射鍍膜法、化學(xué)氣相沉積法 及離子鍍膜法等。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)提供的一種石英特定結(jié)構(gòu)金屬化的加工方法，利用光刻與掩模相結(jié)合的 方法，采用蒸發(fā)法分別進(jìn)行2層Cr-Au薄膜平面鍍制，采用光刻法鏤刻所需形狀，然后針對 石英的特定結(jié)構(gòu)通過不同角度進(jìn)行多次定位鍍膜，需對石英內(nèi)壁兩個180°相對方向的特 定部位分別進(jìn)行兩次鍍膜才可完成。利用此類方法共需進(jìn)行3次鍍膜才能完成所有電極的 制作。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)提供的一種石英微機(jī)械陀螺表面鍍膜的加工方法，利用掩模蒸鍍的方法 對基體結(jié)構(gòu)的側(cè)壁鍍膜，其側(cè)壁為零件外側(cè)，較易鍍制。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)提供的一種組合鍍膜夾具，其對于大尺寸、要求多區(qū)域鍍膜的零件設(shè)計(jì) 了一種易于在光學(xué)零件表面不同區(qū)域鍍制不同膜層以及復(fù)合不同形狀膜層的夾具。利用此 類夾具只能對光學(xué)零件兩表面進(jìn)行鍍膜。
[0006] 由此可見，上述現(xiàn)有鍍膜方法至少存在以下問題：
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)提供的鍍膜方法只能在目標(biāo)物體的外輪廓部位進(jìn)行鍍膜，而當(dāng)目標(biāo)物體 的鍍膜部位附近有其他結(jié)構(gòu)件阻擋時，例如當(dāng)目標(biāo)物體具有鏤空部，且需在此鏤空部的側(cè) 壁面進(jìn)行鍍膜時，因鏤空部的側(cè)壁面附近有其他面或部件阻擋而不能直接顯露出來時，現(xiàn) 有技術(shù)是無法既簡單又成功的直接對鏤空部的側(cè)壁面鍍膜，更無法實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的外輪 廓面和具有結(jié)構(gòu)件阻擋的內(nèi)表面進(jìn)行一次同時鍍膜。例如對石英擺片鍍膜，石英擺片具有 復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，如具有鏤空部，利用現(xiàn)有技術(shù)是無法對石英擺片的外輪廓面和具有結(jié)構(gòu) 件阻擋的內(nèi)表面進(jìn)行一次鍍膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種鍍膜方法，主要目的在于當(dāng)目標(biāo)物體的鍍膜 部位附近有其他結(jié)構(gòu)件阻擋時，可對目標(biāo)物體的外輪廓面和具有結(jié)構(gòu)件阻擋的內(nèi)表面進(jìn)行 一次同時鍍膜。
[0009] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明主要提供了如下技術(shù)方案：
[0010] -方面，本發(fā)明提供了一種鍍膜方法，采用磁控濺射對目標(biāo)物體進(jìn)行鍍膜，目標(biāo)物 體包括相對的第一表面和第二表面，目標(biāo)物體具有鏤空部，目標(biāo)物體的鏤空部連通第一表 面和第二表面，位于目標(biāo)物體的第一表面和第二表面上的鍍膜部位為表面鍍膜區(qū)，位于目 標(biāo)物體的鏤空部的側(cè)壁面上的鍍膜部位為側(cè)面鍍膜區(qū)，所述鍍膜方法包括以下步驟：
[0011] 將所述目標(biāo)物體裝入掩模夾具中，所述掩模夾具上具有與目標(biāo)物體的鍍膜部位 一一對應(yīng)的鏤空區(qū)，其中與所述表面鍍膜區(qū)對應(yīng)的掩模夾具上的鏤空區(qū)為表面鏤空區(qū)，與 所述側(cè)面鍍膜區(qū)對應(yīng)的掩模夾具上的鏤空區(qū)為側(cè)面鏤空區(qū)，所述側(cè)面鏤空區(qū)的尺寸大于所 述側(cè)面鍍膜區(qū)的設(shè)計(jì)尺寸；
[0012] 將固定有目標(biāo)物體的掩模夾具固定于樣品架上，樣品架置于鍍膜機(jī)內(nèi)進(jìn)行鍍膜， 鍍膜過程中樣品架沿其旋轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)；其中
[0013] 當(dāng)側(cè)面鍍膜區(qū)為平面時，樣品架的旋轉(zhuǎn)軸與所述側(cè)面鍍膜區(qū)所在平面的夾角小于 90。；
[0014] 當(dāng)側(cè)面鍍膜區(qū)為曲面時，樣品架的旋轉(zhuǎn)軸與所述側(cè)面鍍膜區(qū)的所有切面的夾角均 小于90°。
[0015] 作為優(yōu)選，所述目標(biāo)物體為石英擺片，所述石英擺片包括外環(huán)、撓性梁和質(zhì)量擺， 所述石英擺片的鏤空部包括所述質(zhì)量擺與外環(huán)之間的C形槽和所述質(zhì)量擺、外環(huán)和撓性梁 之間并排的三窗口，所述三窗口包括窗口三和位于窗口三兩側(cè)的窗口一和窗口二，其中窗 口一和窗口二分別位于C形槽的兩端，并分別與C形槽連通；所述石英擺片的側(cè)面鍍膜區(qū)有 四個，側(cè)面鍍膜區(qū)一位于所述窗口一外環(huán)部的側(cè)壁面，側(cè)面鍍膜區(qū)二位于所述窗口二外環(huán) 部的側(cè)壁面，側(cè)面鍍膜區(qū)三位于所述C形槽中部的外環(huán)的側(cè)壁面，側(cè)面鍍膜區(qū)四位于窗口 三的質(zhì)量擺部的側(cè)壁面；所述樣品架的旋轉(zhuǎn)軸與所述側(cè)面鍍膜區(qū)一、側(cè)面鍍膜區(qū)二和側(cè)面 鍍膜區(qū)三的所有切面的夾角均小于90°，且與側(cè)面鍍膜區(qū)四的所在平面的夾角小于90°。
[0016] 作為優(yōu)選，所述掩模夾具包括上掩模片、下掩模片、壓環(huán)和底座；所述底座內(nèi)部有 定位孔，所述定位孔用于放置并固定上掩模片、下掩模片和壓環(huán)；所述定位孔的形狀是正方 形、長方形或三角形，所述上掩模片、下掩模片和壓環(huán)的外輪廓均與所述定位孔的形狀相適 配；所述上掩模片和下掩模片上分別具有與所述表面鍍膜區(qū)相對應(yīng)的表面鏤空區(qū)；所述上 掩模片和下掩模片上分別具有與所述側(cè)面鍍膜區(qū)相對應(yīng)的側(cè)面鏤空區(qū)。
[0017] 作為優(yōu)選，所述撓性梁和所述掩模夾具之間設(shè)有彈性部件，所述彈性部件填充因 撓性梁與外環(huán)和質(zhì)量擺之間的厚度差異而在撓性梁與掩模夾具之間形成的空隙。
[0018] 作為優(yōu)選，所述掩模夾具的側(cè)面鏤空區(qū)的尺寸相對于所述目標(biāo)物體的側(cè)面鍍膜區(qū) 的設(shè)計(jì)尺寸沿所述側(cè)面鍍膜區(qū)的徑向方向放大〇.lmm-0. 5_。
[0019] 作為優(yōu)選，所述掩模夾具的表面鏤空區(qū)的尺寸相對于所述目標(biāo)物體的表面鍍膜區(qū) 的設(shè)計(jì)尺寸沿所述表面鍍膜區(qū)的徑向方向縮小〇.lmm-0. 5_。
[0020] 作為優(yōu)選，所述樣品架垂直設(shè)置，所述旋轉(zhuǎn)軸垂直且過樣品架的中心，所述樣品架 繞旋轉(zhuǎn)軸以3-10r/min的速率勻速自轉(zhuǎn)。
[0021] 作為優(yōu)選，當(dāng)所述側(cè)面鍍膜區(qū)為平面時，樣品架的旋轉(zhuǎn)軸與所述側(cè)面鍍膜區(qū)所在 平面的夾角為20° -70°。
[0022] 當(dāng)所述側(cè)面鍍膜區(qū)為曲面時，樣品架的旋轉(zhuǎn)軸與所述側(cè)面鍍膜區(qū)的所有切面的夾 角均在20° -70°之間。
[0023] 作為優(yōu)選，對目標(biāo)物體鍍制兩層金屬膜，第一層為Cr膜，第二層為Au膜。
[0024] 作為優(yōu)選，磁控濺射過程中，濺射源沿所述樣品架的旋轉(zhuǎn)軸的軸向進(jìn)行 ±3° -8°的連續(xù)擺動，每30s-60s改變一次擺動方向。
[0025] 另一方面，本發(fā)明為實(shí)施上述鍍膜方法，設(shè)計(jì)了一種掩模夾具，所述掩模夾具包括 上掩模片、下掩模片、壓環(huán)和底座，所述底座內(nèi)設(shè)有定位孔；所述壓環(huán)位于所述上掩模片和 下掩模片之間，所述上掩模片、下掩模片和壓環(huán)形成掩模，所述掩模的外輪廓和所述定位孔 相適配，所述掩模具有模腔，所述掩模對置于所述模腔內(nèi)的目標(biāo)物體夾持并固定；所述目標(biāo) 物體包括相對的第一表面和第二表面，所述目標(biāo)物體具有鏤空部，所述目標(biāo)物體的所述鏤 空部連通第一表面和第二表面，位于目標(biāo)物體的第一表面和第二表面上的鍍膜部位為表面 鍍膜區(qū)，位于目標(biāo)物體的鏤空部的側(cè)壁面上的鍍膜部位為側(cè)面鍍膜區(qū)；所述掩模具有與目 標(biāo)物體的鍍膜部位相對應(yīng)的鏤空區(qū)，所述掩模的所述鏤空區(qū)包括與所述目標(biāo)物體的所述表 面鍍膜區(qū)對應(yīng)的表面鏤空區(qū)和與所述目標(biāo)物體的側(cè)面鍍膜區(qū)對應(yīng)的側(cè)面鏤空區(qū)，所述掩模 的所述側(cè)面鏤空區(qū)的尺寸大于所述目標(biāo)物體的所述側(cè)面鍍膜區(qū)的設(shè)計(jì)尺寸。
[0026] 作為優(yōu)選，所述目標(biāo)物體為石英擺片，所述石英擺片包括外環(huán)、撓性梁和質(zhì)量擺， 在所述上掩模片、下掩模片與所述撓性梁之間均設(shè)有彈性部件，所述彈性部件填充因撓性 梁與外環(huán)和質(zhì)量擺之間的厚度差異而在撓性梁與所述上掩模片和下掩模片之間形成的空 隙。
[0027] 作為優(yōu)選，所述掩模的所述側(cè)面鏤空區(qū)的尺寸相對于所述目標(biāo)物體的所述側(cè)面鍍 膜區(qū)的設(shè)計(jì)尺寸沿所述側(cè)面鍍膜區(qū)的徑向方向放大0.lmm-0. 5mm。
[0028] 作為優(yōu)選，所述掩模的所述表面鏤空區(qū)的尺寸相對于所述目標(biāo)物體的所述表面鍍 膜區(qū)的設(shè)計(jì)尺寸沿所述表面鍍膜區(qū)的徑向方向縮小0.lmm-0. 5mm。
[0029] 作為優(yōu)選，所述定位孔的形狀為正方形、長方形或三角形。
[0030] 借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種鍍膜方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 當(dāng)目標(biāo)物體的鍍膜部位附近有其他結(jié)構(gòu)件阻擋時，可對目標(biāo)物體的外輪廓面和具 有結(jié)構(gòu)件阻擋的內(nèi)表面進(jìn)行一次同時鍍膜。
[0032] 通過采用掩模夾具的側(cè)面鏤空區(qū)的尺寸大于目標(biāo)物體的側(cè)面鍍膜區(qū)的設(shè)計(jì)尺寸 的技術(shù)手段和采用樣品架的旋轉(zhuǎn)軸與目標(biāo)物體的側(cè)面鍍膜區(qū)所在平面或所有切面的夾角 小于90°的技術(shù)手段，可實(shí)現(xiàn)同時對目標(biāo)物體的外輪廓面和具有結(jié)構(gòu)件阻擋的內(nèi)表面進(jìn)行 一次鍍膜的目的。
[0033] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并 可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的石英擺片立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2至圖6是本發(fā)明實(shí)施例的石英擺片的鍍膜區(qū)示意圖；
[0036] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的掩模夾具的撓性梁部位采用彈性加厚的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例的掩模夾具的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例的石英擺片電極性能的測量位置示意圖；
[0039] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例的掩模夾具未設(shè)置彈性部件而在撓性梁上出現(xiàn)鍍膜陰影的 放大示意圖；
[0040] 圖11是本發(fā)明實(shí)施例的掩模夾具設(shè)置了彈性部件而在撓性上未出現(xiàn)鍍膜陰影的 放大示意圖；
[0041] 圖12是本發(fā)明實(shí)施例的沿徑向方向放大示意圖；
[0042] 圖13是本發(fā)明實(shí)施例的底座和定位孔位置不意圖一；
[0043]圖14是本發(fā)明實(shí)施例的底座和定位孔位置不意圖_.；
[0044] 圖15是本發(fā)明實(shí)施例的樣品架與掩模夾具陣列旋轉(zhuǎn)軸示意圖；
[0045] 圖16是本發(fā)明實(shí)施例的樣品架繞旋轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)同時繞真空室公轉(zhuǎn)軌跡示意圖；
[0046] 圖17是本發(fā)明實(shí)施例的磁控濺射法的濺射源擺動角度的平面示意圖；
[0047] 圖18是本發(fā)明實(shí)施例的石英擺片的曲面?zhèn)让驽兡^(qū)的切面與樣品架旋轉(zhuǎn)軸所成 夾角示意圖。
[0048] 圖例說明
[0049] 1外環(huán)，2凸臺，3撓性梁，4質(zhì)量擺，5側(cè)面鍍膜區(qū)一，6側(cè)面鍍膜區(qū)二，7側(cè)面鍍膜區(qū) 三，8側(cè)面鍍膜區(qū)四，9三窗口，10上掩模片，11壓環(huán)，12下掩模片，13底座，14定位孔，15彈 性部件，16側(cè)面鏤空區(qū)一，17側(cè)面鏤空區(qū)二，18側(cè)面鏤空區(qū)三，19側(cè)面鏤空區(qū)四，20第一端 點(diǎn)，21第二端點(diǎn)，22鍍膜半徑一，23鍍膜半徑二，24鍍膜半徑三，27陰影區(qū)，28撓性梁鍍膜 區(qū)，29原始位置，30放大位置，31第一表面鍍膜區(qū)，32第二表面鍍膜區(qū)，33掩模夾具，34樣 品架，35樣品架自轉(zhuǎn)方向，36樣品架公轉(zhuǎn)方向，37第一切面，38第二切面，39第三切面，40 樣品架旋轉(zhuǎn)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié) 合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明申請的【具體實(shí)施方式】、技術(shù)方案、特征及其功效，詳細(xì) 說明如后。下述說明中的多個實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。
[0051] 本發(fā)明提供的一種鍍膜方法適用于當(dāng)目標(biāo)物體的鍍膜部位附近有其他結(jié)構(gòu)件阻 擋時，可同時對目標(biāo)物體的外輪廓面和具有結(jié)構(gòu)