一种精密金属掩模板条的制作方法

技术领域

本发明涉及金属掩模板制备领域，尤其涉及一种良率高的精密金属掩模板条的制作方法。

背景技术

OLED(Organic Light Emitting Diode)为有机发光二极管，相对于液晶显示器具有重量巧、视角广、响应时间快、耐低温和发光效率高等优点，被视为下一代新型显示技术。一般采用真空热蒸镀技术制备有机电致发光薄膜器件，即在真空环境中加热有机半导体材料，材料受热升华，通过具有特殊子画素图案的金属掩模板在基板表面形成具有所设计形状的有机薄膜器件叠构，经历多种材料的连续沉积成膜，加上在叠构的两端各镀上阳极及阴极，即可形成具有多层薄膜的OLED发光器件结构，而制作OLED发光器件中的关键部件为用金属箔材制作而成的精密金属掩模板(FMM)。

目前，精密型掩模板有三种制作方法：1.蚀刻法精密掩模板；2.电铸法精密掩模板；3.不需张网的混合型精密掩模板。蚀刻法精密金属掩模板(Fine Metal Mask，FMM)是目前使用最为广泛，蚀刻法金属掩模板是采用熔炼之后的金属板材，经过多段的传统热压延,热处理，冷压延到所需的厚度，热处理而制成的超薄金属薄片，通常为铁镍合金，厚度在20～40m间。相关技术中常用金属箔材裙边区和中央区的凸起高度来判断金属箔材的平整度，但按此参数选取到的金属箔材在制造精密掩模板时常常会出现良率损失，生产良率通常不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，而提供一种精密金属掩模板条的制作方法，通过使用高平整度的金属箔材制得良率高、品质好的金属掩模板，有利于节省原料成本。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种精密金属掩模板条的制作方法，包括步骤如下：

S100，选取金属箔材：选取高平整度的金属箔材，所述金属箔材经压延工艺制备而成且具备如下性能：沿压延方向伸长量极差≤130μm，沿横向伸长量极差≤11μm，中央区宽幅占比≥10％；

S101，表面清洗：将所述金属箔材表面清洗干净，去除金属箔材表面的污染物和氧化层；

S102，金属箔材图案加工：对清洗后的金属箔材采用图案成型工艺形成精密金属掩模板所需的图案化金属箔材；

S103，裁切：将图案化后的金属箔材按照设定尺寸裁切成金属掩模板条；

S104，检测：对制成的金属掩模板条做品质检测。

本发明选取高平整度的金属箔材，该金属箔材具备沿压延方向伸长量极差≤130μm，沿横向伸长量极差≤11μm，中央区宽幅占比≥10％的性能，相较于常规选取的金属箔材，按伸长量极差和宽幅占比这些参数选取到的金属箔材的平整度优异，提高了制得的精密金属掩模板的良率。

优选地，步骤S100中，所述金属箔材沿压延方向伸长量极差≤100μm，沿横向伸长量极差≤7μm，中央区宽幅占比≥10％。经申请人研究发现，选取沿压延方向伸长量极差≤100μm，沿横向伸长量极差≤7μm，中央区宽幅占比≥10％的金属箔材，能进一步提高后续精密金属掩模板的生产良率。

优选地，步骤S100中，所述金属箔材沿压延方向伸长量极差≤50μm，沿横向伸长量极差≤6μm，中央区宽幅占比≥30％。经申请人研究发现，选取沿压延方向伸长量极差≤50μm，沿横向伸长量极差≤6μm，中央区宽幅占比≥30％的金属箔材，能进一步提高后续精密金属掩模板的生产良率。

优选地，步骤S100中，所述金属箔材的残余应力≤200MPa，金属箔材内的残余应力最高不超过200MPa，以降低该金属箔材在蚀刻后的局部应力释放以及变形，避免影响后续制得的金属掩模板的良率。

优选地，步骤S100中，所述金属箔材的残余应力≤140MPa。经申请人研究发现，当金属箔材的残余应力≤140MPa时，更有利于提高金属箔材的平整度，进而提高金属掩模板的良率。

优选地，制备所述金属箔材的工艺包括以下步骤：

S201，金属粗箔原材成型；

S202，精密压延：至少一次对金属粗箔原材进行精密压延，轧制成表面平整的高平整度金属箔材，精密压延后制作成型的高平整度金属箔材厚度为5m～100μm。制作数百微米以下的精密度高的金属箔材，就需要进行精密压延处理。精密压延可对箔材的厚度均匀度及板型进行更为精确的控制，一般可以用6辊轧机(Six-High)、12辊轧机(Twelve-High)或是20辊轧机(Twenty-High)来进行精密压延处理。精密压延的压延率的一般在10-90％之间，优选的，压延率可以在30-60％之间。压延率越高，材料的加工硬化越高，可能使得加工不易，缺陷增多，最终导致精密金属掩模板良率下降。为降低箔材内部缺陷，提高良率，需采用多次精密压延，并在此期间做必需的热处理。

S203，最后热处理：对精密压延后的金属箔材进行至少一次热加工处理。要得到薄的金属箔材料，每个循环的精密压延后需要做热处理，通过热处理来调整精密压延后金属箔材的硬度，提高箔材韧性并消除其内部残留应力。

S204，整平处理：经过精密压延及热处理后的金属箔材进行整平处理，所述整平处理包括至少一次的张力退火。

S205，在整平处理完成后得到高平整度金属箔材。

本发明中，在精密压延及热处理后进一步进行整平处理并且在整平处理中对金属箔材进行张力退火处理，能够进一步消除精密压延后金属内部的残余应力，进一步提高金属箔材的平整度。

优选地，在步骤S204中，张力退火的张力为10N～1000N/mm

优选地，所述金属粗箔原材成型采用压延法、激光熔制法或电铸法。

作为优选，压延法制备金属粗箔原材包括如下步骤：金属熔炼→精炼→热锻→热轧→初次热处理→冷轧→二次热处理。

作为优选，激光熔制法制备金属粗箔原材包括如下步骤：金属熔炼→制作金属粉末→金属粉末装填→激光熔制成型→初次热处理→热轧。

作为优选，电铸法制备金属粗箔原材包括如下步骤：清洗金属基板→金属基板预处理→精密电铸金属箔→清洗电铸金属粗箔→初次热处理→剥离金属基材。

优选地，所述金属箔材为因瓦合金、铁镍合金、铁镍钴合金、铁镍锰合金、铁钴铬合金、镍铁铬合金、不锈钢、镍合金、钛合金、铝合金、镍-钴合金、钴-铬合金中的一种。上述金属材料热膨胀系数较低，有利于制备性能优良的精密金属掩模板。

作为优选，所述金属箔材为Ni含量为28-45％的铁镍合金，所述铁镍合金还包括含量为0.01～19％的Mn、Cr、Co、Ti、Al、Mo、Cu、V、Sc、Zn、Si中的一种或几种，余量为Fe和不可避免的微量杂质，此种铁镍合金的热膨胀系数较低，制备的金属箔材平整度较高。

优选地，在步骤S102中，图案成型工艺包括步骤如下：

S1021，贴附光刻胶膜：将光刻胶膜贴附在清洗过后的金属箔材上，若需增强贴合力，可采用真空贴合、高温烘烤、或使用界面接合剂等方式；

S1022，曝光：将贴附了光刻胶膜的金属箔材进行曝光，将所要制作的图案投影在光刻胶上，精密金属掩模板的制作需在金属箔材的两面同时曝光；

S1023，显影：将曝光后的光刻胶膜及金属箔材浸泡在显影液中进行显影，将所要的图案精确地制作在光刻胶上；由于光刻胶是光感应材料，被光照射过的区域与没有被光照射过的区域的结构与化学特性不同，利用这一特性，可以进行显影；

S1024，湿式蚀刻：将显影后的光刻胶膜及金属箔材放置在蚀刻槽中，金属箔材上未被光刻胶膜覆盖部分与蚀刻液接触并被蚀刻，蚀刻完成后，光刻胶上的图案刻蚀在金属箔材上，形成相应的通孔图案；

S1025，去光刻胶膜：完成蚀刻后，将光刻胶膜在去膜机中取出，留下有蚀刻图案的金属箔材，以形成图案化金属箔材，湿式蚀刻加工所制成的微孔尺寸范围在8m～1000m间。

优选地，在步骤S102中，图案成型工艺包括步骤如下：

S1026，激光投影微孔加工：用高能量激光透过光掩模板而投影至金属箔材上，使金属箔材在激光光束的投影下烧蚀形成与光掩模板上相应的微型通孔图案；

S1027，清洗：对具有微型通孔图案的金属箔材进行清洗，去除污染物，以得到图案化金属箔材。

优选地，在步骤S1026中，激光投影微孔加工所形成的微型通孔尺寸范围在2～300μm之间，单次激光投影微孔加工微型通孔阵列区域的面积在10～900mm

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为制作精密金属掩模板条的工艺流程图；

图2是金属箔材二维伸长量表征示意图；

图3是大尺寸高精度金属掩模板条的屏幕区总辐长及总幅宽测量示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面参考附图描述本发明实施例。

本发明描述了一种精密金属掩模板的制作方法，如图1所示，包括步骤如下:

S100，选取金属箔材：选取高平整度的金属箔材，所述金属箔材经压延工艺制备而成且具备如下性能：沿压延方向伸长量极差≤130μm，沿横向伸长量极差≤11μm，中央区宽幅占比≥10％。

如图2所示，对于选取的金属箔材，采用二维伸长量(ΔL)来表征其三维平整度。沿着金属箔材的压延方向(X方向)或横向(Y方向)取一定宽度(如10mm宽)的若干细条，每一根细条箔材在应力释放后的水平长度会略有不同，越不平整的细条箔材其伸长量会越大。所取各个细条箔材与所测试箔材范围内最短的细条箔材的长度相比，其长度差值即为各细条箔材的伸长量(ΔL)。在所选测试箔材区域中，以最短的细条箔材长度为标准长度(L

根据实际显示产品在箔材样品(如800mm长(X方向)、225mm宽(Y方向)规格样品)上选定箔材测试区域，所选测试区中的伸长量极差也称为显示区伸长量极差，如显示产品在200mm长×80mm宽的器件蒸镀区域生产，则在金属箔材压延方向(X方向)取在横向任何宽80mm范围内测量的X方向伸长量极差即为显示区压延方向(X方向)伸长量极差，在金属箔材横向(Y方向)取在压延方向任何长200mm范围内测量的Y方向伸长量极差即为显示区横向(Y方向)伸长量极差。

此外，定义金属箔材样品中压延方向(X方向)伸长量低于5μm的区域为中央区，箔材样品中央区宽幅与箔材样品总宽幅的比例定义为中央区宽幅占比。

S101，表面清洗：将所述金属箔材表面清洗干净，去除金属箔材表面的污染物和氧化层，清洗时用清洗剂将金属箔材表面清洗干净；

S102，金属箔材图案加工：对清洗后的金属箔材采用图案成型工艺形成精密金属掩模板所需的图案化金属箔材；可以采用蚀刻法对金属箔材进行图案加工，也可以采用激光投影法对金属箔材进行图案加工。

S103，裁切：将图案化后的金属箔材按照设定尺寸裁切成金属掩模板条，制作精密金属掩模板；

S104，检测：对制成的金属掩模板条做品质检测。

采用精密金属掩模板条制备AMOLED显示屏时，在精密金属掩模板条上刻蚀形成的微孔需与AMOLED屏的驱动背板上的微小子像素区域位置精确对应，才能制成高良率的光电显示屏。位置的精确度要求在微米级。如图3所示，在大面积的整条精密金属掩模板条上的屏幕区(cell)的每个屏幕区各量8个边沿的子像素点，其纵向总辐长(Total Pitch in Xdirection)，TP

TP

TP

TP

TP

TP

TP

一般TP

另外，在步骤S102中，使用蚀刻法进行图案成型工艺包括步骤如下：

S1021，贴附光刻胶膜：将光刻胶膜贴附在清洗过后的金属箔材上。若需增强贴合力，可使用真空贴合，高温烘烤，或使用界面接合剂。对片式金属箔材的制作时，也可不用干膜光刻胶，而使用涂膜式光刻胶，加上高温烘烤。

S1022，曝光：将贴附有光刻胶膜的金属箔材进行曝光，将所要制作的图案投影在光刻胶上。除了用曝光机将所要的图案制作在光刻胶膜上外，也可以用激光直写成像(Laser Direct Imaging，LDI)的方式，不需用光掩模板，直接用激光照射将图案直接刻写在光刻胶膜上。精密金属掩模板(FMM)需在金属箔材的两面同时曝光。

S1023，显影：将曝光后的光刻胶膜及金属箔材浸泡在显影液中进行显影，将所要的图案精确地制作在光刻胶上。由于光刻胶是光感应材料；被光照射过的区域与没有被光照射过的区域的结构与化学特性不同。若是用负型光刻胶，此曝光后的光刻胶膜及金属箔材浸泡在显影液时，已受照光感应的部分会固化留存，而未经照光反应的部分会被显影液溶解，而投影的图案就会显现在存留的光刻胶上。

S1024，湿式蚀刻：将贴附在金属箔材(如因瓦合金金属箔材)上的光刻胶膜显影后放置在蚀刻槽中，金属箔材上未被光刻胶膜覆盖部分与蚀刻液接触并被蚀刻，蚀刻完成后，光刻胶上的图案刻蚀在金属箔材上，形成相应的通孔图案；湿式蚀刻加工所制成的微孔尺寸范围在8m～1000m间。每次湿式蚀刻加工的微孔阵列区域面积依制作AMOLED显示器所需的精密金属掩模板尺寸而定。目前智能手机用AMOLED量产的产线为G6半板，925mm x1500mm，整张G6半板大小的FMM是由多条FMM条经过精密对位后焊接固定在网框上后，再裁切掉多余的部分而成。所以FMM条制作时，薄金属箔上的单次曝光面积会在类似的尺寸(例如：1200mm长，200～600mm宽)范围间。

S1025，去光刻胶膜：完成蚀刻后，就需将光刻胶膜在去膜机中去掉，只留下有蚀刻而成的精密金属掩模板(FMM)所需的上有AMOLED显示器上子画素设计图案的因瓦合金金属箔材。

另外，在步骤S102中，使用激光投影法进行图案成型工艺包括步骤如下：

S1026，激光投影微孔加工：用高能量激光透过光掩模板而投影至金属箔材上，使金属箔材在激光光束的投影下烧蚀形成与光掩模板上相应的微型通孔图案；用高能量激光，经过光掩模板，光束能量因光掩模板而形成与其图案的相应的分布。经过光学系统，将此激光光束能量投影到金属箔材上，而在箔材上因高能量激光造成局部激光烧蚀(laserablation)而在金属箔上制成如光掩模板上的微孔图案。激光的选择可因所需烧蚀的材料而调整。例如:气态激光器，如二氧化碳激光器(CO

S1027，清洗：对具有微型通孔图案的金属箔材进行清洗，以得到图案化金属箔材。

实施例一：

本实施例制作精密金属掩模板条的步骤如下：

S100，选取金属箔材：选取高平整度的金属箔材。选取经压延工艺制备而成且具备如下性能的金属箔材：显示区范围选定为200mm长×80mm宽，沿其压延方向显示区伸长量极差在1.3～17μm范围内，沿其横向显示区伸长量极差在1.1～3.9μm，中央区宽幅占比大于等于80％；

S101，表面清洗：将所述金属箔材表面清洗干净，去除金属箔材表面的污染物和氧化层；

S102，金属箔材图案加工：对清洗后的金属箔材采用图案成型工艺形成精密金属掩模板所需的图案化金属箔材；

S103，裁切：将图案化后的金属箔材按照设定尺寸裁切成金属掩模板条；

S104，检测：对制成的金属掩模板条做品质检测。

上述金属箔材采用如下工艺制备而成：

S201，金属粗箔原材成型；将成分组成为：Ni:35.3wt％、Mn:0.33wt％、Cr:0.03wt％、Co:0.08wt％，余量Fe的金属原料加工成具有精密压延设备可加工厚度的金属粗箔原材，金属粗箔原材的质量品质会对最终薄金属箔材性能产生影响。为获得高品质金属粗箔原材，可采用压延法来制造金属粗箔原材，所述压延法制造金属粗箔原材包括：金属熔炼→精炼→热锻→热轧→初次热处理→冷轧→二次热处理。

S202，精密压延：对制备所得的金属粗箔进行多次精密压延处理，将其轧制成厚度为5-100μm且表面平整的金属箔材。

S203，最后热处理：每次精密压延处理后，采用连续退火炉对精密压延获得的金属箔材进行热处理加工，热处理温度为55-1100℃，热处理时间为2秒钟-72小时；

S204，整平处理：经过精密压延及热处理后的金属箔材进行张力退火处理，在氩气-氢气还原气氛保护下进行，张力为10-1000N/mm

S205，在整平处理完成后得到高平整度金属箔材。

采用上述高平整度金属箔材制备精密金属掩模板条，并测试良品率。测试结果如表1所示。

实施例二：

本实施例制作精密金属掩模板条的步骤如下：

S100，选取金属箔材：选取高平整度的金属箔材，选取经压延工艺制备而成且具备如下性能的金属箔材：显示区范围选定为200mm长×80mm宽，沿其压延方向显示区伸长量极差在1.3～13μm范围内，沿其横向显示区伸长量极差在0.3～3.1μm，中央区宽幅占比大于等于58％；

S101，表面清洗：将所述金属箔材表面清洗干净，去除金属箔材表面的污染物和氧化层；

S102，金属箔材图案加工：对清洗后的金属箔材采用图案成型工艺形成精密金属掩模板所需的图案化金属箔材；

S103，裁切：将图案化后的金属箔材按照设定尺寸裁切成金属掩模板条；

S104，检测：对制成的金属掩模板条做品质检测。

上述金属箔材采用如下工艺制备而成：

S201，金属粗箔原材成型；将成分组成为：Ni:36.56wt％、Mn:0.3wt％、Cr:0.03wt％、余量Fe的金属原料加工成具有精密压延设备可加工厚度的金属粗箔原材，金属粗箔原材的质量品质会对最终薄金属箔材性能产生影响。为获得高品质金属粗箔原材，可采用压延法来制造金属粗箔原材，所述压延法制造金属粗箔原材包括：金属熔炼→精炼→热锻→热轧→初次热处理→冷轧→二次热处理。

S202，精密压延：对制备所得的金属粗箔进行多次精密压延处理，将其轧制成厚度为5-100μm且表面平整的金属箔材。

S203，最后热处理：每次精密压延处理后，采用连续退火炉对精密压延获得的金属箔材进行热处理加工，热处理温度为55-1100℃，热处理时间为2秒钟-72小时；

S204，整平处理：经过精密压延及热处理后的金属箔材进行张力退火及张力拉矫处理。张力退火在还原气氛(例如氩气-氢气，或氮气-氢气，或氢气或真空)保护下进行，张力为10-1000N/mm

张力拉矫工艺参数为：张力为1-100kgf/mm2，张力拉矫处理温度为20-200℃，拉矫速度为1-100m/min，在不加热条件下进行时，在普通空气氛围下进行，在加热条件下进行时，在还原气氛保护或真空环境下进行。

S205，在整平处理完成后得到高平整度金属箔材。

采用上述高平整度金属箔材制备精密金属掩模板条，并测试良品率。测试结果如表1所示。

实施例三：

本实施例制作精密金属掩模板条的步骤如下：

S100，选取金属箔材：选取高平整度的金属箔材，经测试，所述金属箔材成分组成为：Ni:34.97wt％、Mn:0.32wt％、Cr:0.52wt％、Co:2.1wt％、Cu:0.05wt％、Si:0.08wt％，余量Fe，所述金属箔材经压延工艺制备而成且具备如下性能：显示区范围选定为200mm长×80mm宽，沿其压延方向显示区伸长量极差在7.8～87.2μm范围内，沿其横向显示区伸长量极差在2.1～6.6μm，中央区宽幅占比大于等于33％；

S101，表面清洗：将所述金属箔材表面清洗干净，去除金属箔材表面的污染物和氧化层；

S102，金属箔材图案加工：对清洗后的金属箔材采用图案成型工艺形成精密金属掩模板所需的图案化金属箔材；

S103，裁切：将图案化后的金属箔材按照设定尺寸裁切成金属掩模板条；

S104，检测：对制成的金属掩模板条做品质检测。

采用上述高平整度金属箔材制备精密金属掩模板条，并测试良品率。测试结果如表1所示。

实施例四：

本实施例制作精密金属掩模板条的步骤如下：

S100，选取金属箔材：选取高平整度的金属箔材，所述金属箔材成分组成为：Ni:32.05wt％、Mn:0.3wt％、Cr:10.1wt％、Si:0.06wt％、Al:0.02wt％，余量Fe，所述金属箔材经压延工艺制备而成且具备如下性能：显示区范围选定为200mm长×80mm宽，沿压延方向显示区伸长量极差在5.8～39.2μm范围内，沿横向显示区伸长量极差在2.4～4.0μm，中央区宽幅占比大于等于67％；

S101，表面清洗：将所述金属箔材表面清洗干净，去除金属箔材表面的污染物和氧化层；

S102，金属箔材图案加工：对清洗后的金属箔材采用图案成型工艺形成精密金属掩模板所需的图案化金属箔材；

S103，裁切：将图案化后的金属箔材按照设定尺寸裁切成金属掩模板条；

S104，检测：对制成的金属掩模板条做品质检测。

采用上述高平整度金属箔材制备精密金属掩模板条，并测试良品率。测试结果如表1所示。

实施例五：

本实施例制作精密金属掩模板条的步骤如下：

S100，选取金属箔材：选取高平整度的金属箔材，所述金属箔材成分组成为：Ni:32.3wt％、Mn:0.31wt％、Co:4.1wt％、Si:0.03wt％，余量Fe，所述金属箔材经压延工艺制备而成且具备如下性能：显示区范围选定为200mm长×80mm宽，沿其压延方向显示区伸长量极差在3.4～12.4μm范围内，沿其横向显示区伸长量极差在1.0～4.9μm，显示区范围设为200mm长×80mm宽，中央区宽幅占比大于等于88％；

S101，表面清洗：将所述金属箔材表面清洗干净，去除金属箔材表面的污染物和氧化层；

S102，金属箔材图案加工：对清洗后的金属箔材采用图案成型工艺形成精密金属掩模板所需的图案化金属箔材；

S103，裁切：将图案化后的金属箔材按照设定尺寸裁切成金属掩模板条；

S104，检测：对制成的金属掩模板条做品质检测。

采用上述高平整度金属箔材制备精密金属掩模板条，并测试良品率。测试结果如表1所示。

对比例一：

对比例一采用与实施例一不同规格的金属箔材。

对比例一的金属箔材成分组成为：

Ni:35.3wt％、Mn:0.33wt％、Cr:0.03wt％、Co:0.08wt％，余量Fe。

所述金属箔材具备如下性能：显示区范围选定为200mm长×80mm宽，沿其压延方向显示区伸长量极差在65.3～162μm范围内，沿其横向显示区伸长量极差在5.4～13.5μm，中央区宽幅占比小于8％。

对上述制备获得的金属箔材采用与实施例一相同的工艺制备精密金属掩模板条并测试良品率，测试结果如表1所示。

表1：实施例、对比例二维伸长量及精密金属掩模板条良品率测试结果

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。