CN107365958A - 金属掩膜板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种金属掩膜板的制备方法，包括：基板预处理；沉积金属材料形成金属材料层；使用激光干涉图案化；脱模，得到所述金属掩膜板。通过本申请的方法可以高效的制备致密、均匀的金属掩膜板。
Description
技术领域
本公开一般涉及显示技术领域，尤其涉及一种金属掩膜板的制备方法。
背景技术
OLED显示面板因其高对比度、广色域，低功耗等特点已经成为显示技术领域未来的发展方向。目前的RGB三色OLED显示面板的制备工艺的发光层都需要用到蒸镀，而蒸镀中的一个核心部件就是金属掩膜板。目前，OLED蒸镀用金属掩膜板可通过化学刻蚀法或者电铸法来制备。
图1示出了现有技术的一种金属掩膜板的制备方法示意图。如图1所示，化学刻蚀法首先在金属200表面涂覆光刻胶或者粘贴感光干膜300，通过曝光的方式将掩膜板400的图案移至光刻胶或者感光膜上；接着通过显影保留曝光部分的光刻胶或者干膜；最后通过化学刻蚀法腐蚀未曝光部分制成金属掩膜板2000。这种方法制作的掩膜版开口受限于金属板厚，一般无法制备20um以下的孔，且蚀刻尺寸精度较差，目前这种方法一般用在低解析度产品上。
高解析度掩膜版一般采用电铸法制备。图2示出了现有技术的另一种金属掩膜板的制备方法示意图。如图2所示，首先将芯膜或者基板500通过前处理步骤将表面的杂质去除；接着在芯膜或者基板表面涂覆光刻胶或者粘贴感光干膜300，通过曝光的方式将掩膜板400的图案移至光刻胶或者感光膜上；然后通过显影保留曝光部分的光刻胶或者干膜作为电铸时的保护膜；之后通过电铸工艺将金属沉积到未曝光的显影区域；最后通过脱模和后处理工艺得到金属掩膜板2000。电铸法存在板厚受限于开孔间距、电极需占一定面积降低、工艺繁琐等不足之处。
化学刻蚀法或者电铸法均需要在金属或者基板表面通过曝光显影预先制备掩膜板的图案，该过程繁琐，并且可能引入尺寸误差导致最后得到的掩膜板良率降低。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种金属掩膜板的制备方法，以期解决现有技术中存在的技术问题。
一方面，本申请提供一种金属掩膜板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：基板预处理；沉积金属材料形成金属材料层；使用激光干涉图案化；脱模，得到所述金属掩膜板。
在一些实施例中，所述制备方法包括：先在所述基板上沉积金属材料形成金属材料层；然后使用激光干涉对沉积后的所述金属材料层进行图案化。
在一些实施例中，形成所述基板的材料包括玻璃、陶瓷、耐高温塑料中的至少一种。
在一些实施例中，所述基板预处理包括:除油：将所述基板先后浸渍于丙酮、乙醇等有机溶剂中5～10min，取出后用去离子水冲洗干净；化学刻蚀：将所述基板浸渍于氢氟酸和硝酸1:1～1:3体积比的混合溶液中刻蚀1～2min，取出后用去离子水冲洗干净；敏化：将所述基板浸渍于0.01～0.05mol/L的氯化亚锡敏化液中5～10min，敏化温度30～45℃，取出后用去离子水冲洗干净；活化：将所述基板放入氯化钯活化剂中，活化温度为30～60℃，取出之后用去离子水冲洗干净。
在一些实施例中，所述基板的表面粗糙度为Ra，其中Ra≤0.2μm。
在一些实施例中，所述制备方法包括：先使用激光干涉对所述基板进行图案化；然后在图案化的所述基板上沉积金属材料形成金属材料层。
在一些实施例中，所述基板的材料包括镍板或不锈钢板中的至少一种。
在一些实施例中，所述基板预处理包括:除油：将基板先后浸渍于丙酮、乙醇等有机溶剂中10～15min，取出后用去离子水冲洗干净；酸洗：将基板浸渍于稀硫酸中10～15min，取出后用去离子水冲洗干净；活化：将基板放入质量分数3％-5％的氢氟酸中30～60秒，取出之后用去离子水冲洗干净。
在一些实施例中，所述沉积金属材料为化学镀金属材料；所述金属材料包括因瓦合金。
在一些实施例中，所述化学镀金属材料为化学镀因瓦合金，所述化学镀因瓦合金包括：配置化学镀液：将5～10g/L硫酸亚铁，5～20g/L硫酸镍，10～25g/L次磷酸氢钠、30g/L柠檬酸三钠，5g/L十二烷基磺酸钠混合，用氢氧化钠溶液调节pH为12～13，调节所述化学镀液温度为40～60℃。化学镀：将所述基板放入所述化学镀液中10-60min后取出所述基板；
在一些实施例中，所述金属掩膜板的制备方法还包括：水洗和干燥：将化学镀后的所述基板用去离子水冲洗，用氮气吹干后在80℃的真空烘箱中干燥；退火：将待脱模的所述基板进行退火处理。
在一些实施例中，所述激光干涉图案化包括：使用纳秒脉冲紫外固态激光系统，通过分束器将主激光光束分成至少两束子光束，所述子光束通过偏振镜引向待图案化所述金属材料层上，并发生干涉，所述金属材料层随即形成具有微米尺度的开口图形区域；所述金属材料层的开口图案为所述金属掩膜板的开口图案。
在一些实施例中，所述金属材料层为因瓦合金层，所述主激光束能量为0.2～1.0J/cm2。
在一些实施例中，所述开口的尺寸小于等于10微米，所述主激光束能量为0.3、0.4或0.7J/cm2。
在一些实施例中，所述激光干涉图案化包括：使用纳秒脉冲紫外固态激光系统，通过分束器将主激光光束分成至少两束子光束，所述子光束通过偏振镜引向待图案化所述基板上，并发生干涉，所述基板随即形成具有微米尺度的开口图形区域；所述基板的开口图案为所述金属掩膜板的遮挡图案。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了现有技术的一种金属掩膜板的制备方法示意图；
图2示出了现有技术的另一种金属掩膜板的制备方法示意图；
图3为本申请的一种金属掩膜板的制备方法流程示意图；
图4为本申请的一种金属掩膜板的制备方法示意图；
图5为本申请的另一种金属掩膜板的制备方法流程示意图；
图6为本申请的另一种金属掩膜板的制备方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本申请的金属掩膜板的制备方法包括：基板预处理；沉积金属材料形成金属材料层；使用激光干涉图案化；脱模，得到金属掩膜板。
本发明提出的一种化学镀沉积因瓦合金膜结合直接激光干涉图案化技术制备掩膜板的方法旨在解决上述问题。
直接激光干涉图案化是一种新兴的技术，原理如下：首先光束被分束器分成几束，然后这些单独的光束通过反射镜引向待图案化的金属、陶瓷、聚合物或涂层表面并发生干涉，待图案化的表面随之形成预先设定的微米和纳米尺度的图案或者结构，图案或者结构的性质可通过光束的数量、波长、偏振和光束之间的角度来控制。
本申请中使用直接激光干涉图案化技术在基板或者金属材料层表面一步形成具有微米和亚微米尺度的开口图形区域。基板或者金属材料层表面的开口的尺寸可通过激光头到基板的距离、子激光束的相干角度、激光波长、能量进行调节。这种方法可得到亚微米尺寸开孔，且制作速度非常快，通长数分钟内可加工1m2大小的基板。与现有技术相比本申请的金属掩膜板的制备方法不需要光阻剂或者干膜，不需要曝光显影步骤；而且，直接激光干涉图案化技术的开口尺寸可从纳米至微米尺度进行调整，具备制备超高分辨率掩膜板的潜力；此外，直接激光干涉图案化技术效率高、速度快，并且具备加工大尺寸掩膜板的能力。
请参考图3和图4，图3为本申请的一种金属掩膜板的制备方法流程示意图；图4为本申请的一种金属掩膜板的制备方法示意图；
在本申请的一种可选的实施方式中，金属掩膜板的制备方法包括：
S1：基板预处理；首先对基板1进行预处理，使得基板表面无杂质、油污、粗糙度低、具备催化活性中心，便于第二步进行化学镀。
S2：先在所述基板上沉积金属材料形成金属材料层；在基板1上沉积金属材料层2，制备金属掩膜板的基底。
S3：然后使用激光干涉对沉积后的所述金属材料层进行图案化；使用激光干涉直接对金属材料层2进行开口。可以使得开口的尺寸从纳米尺度到微米尺度的可控，且开口的密度可以做的很大。
S4：脱模，得到金属掩膜板20。
按照此方法得到的金属掩膜板的开口尺寸可从纳米至微米尺度进行调整，具备制备超高分辨率掩膜板的潜力；此外，直接激光干涉图案化技术效率高、速度快，并且具备加工大尺寸掩膜板的能力。
在本申请的一些可选的实施方式中，形成基板的材料包括玻璃、陶瓷、耐高温塑料中的至少一种。由于金属掩膜板20的开口是贯穿金属材料层的通孔，也就意味着在上述激光干涉金属材料层2时需要打通金属材料层2。而在激光干涉进行开口时会产生大量的热量，因此，选用玻璃，陶瓷、耐高温塑料等能够耐受高温的材料能够防止基板熔融与金属掩膜板20的开口粘结在一起导致的脱模困难的问题。
在本申请的一些可选的实施方式中，基板预处理包括:
除油：将所述基板先后浸渍于丙酮、乙醇等有机溶剂中5～10min，取出后用去离子水冲洗干净；
化学刻蚀：将所述基板浸渍于氢氟酸和硝酸1:1～1:3体积比的混合溶液中刻蚀1～2min，取出后用去离子水冲洗干净；
敏化：将所述基板浸渍于0.01～0.05mol/L的氯化亚锡敏化液中5～10min，敏化温度30～45℃，取出后用去离子水冲洗干净；
活化：将所述基板放入氯化钯活化剂中，活化温度为30～60℃，取出之后用去离子水冲洗干净。
除油能够除去基板上的杂质和油污，化学刻蚀能够去除基板表面杂质、凸起等，敏化使得基板具备催化活性中心，活化使得催化中心被激活，因此，这样处理能够加速基板表面铁、镍离子的沉积。
在本申请的一些可选的实施方式中，基板的表面粗糙度为Ra，其中Ra≤0.2μm。金属材料层2是沉积在基板1的表面，因此，基板的表面粗糙度决定了金属掩膜板的表面粗糙度。而金属掩膜板在蒸镀的使用过程中与待蒸镀的OLED基板直接接触，粗糙的表面会使得OLED产生碎屑颗粒影响显示效果。因此，设置基板1的表面粗糙度Ra≤0.2μm可以使得金属掩膜板的表面粗糙度较小，防止蒸镀过程中造成的OLED面板的不良。
在本申请的一些可选的实施方式中，沉积金属材料为化学镀金属材料；金属材料包括因瓦合金。化学镀为自催化镀，不需要外加电流，镀层致密、均匀、平整度好。可以避免金属掩膜板与待蒸镀OLED基板接触时产生碎屑颗粒的问题。
因瓦(Invar)合金是一种铁基高镍合金,通常含有32％-36％的镍，其余为60％左右的Fe，当镍含量在36％时具有极低的线膨胀系数,能在很宽的温度范围内保持固定的长度,因而在标准量具、精密仪表、仪器和其他行业具有广泛用途。在OLED材料的蒸镀工艺中，金属掩膜板的开口尺寸通常是微米级别的，微小的膨胀或者收缩都会导致开口的位置与待蒸镀材料的位置发生偏移，从而导致混色的风险降低良品率。而因瓦合金具有极低的热膨胀系数，可以避免这些问题的产生。
在本申请的一些可选的实施方式中，化学镀金属材料为化学镀因瓦合金，所述化学镀因瓦合金包括：
配置化学镀液：将5～10g/L硫酸亚铁，5～20g/L硫酸镍，10～25g/L次磷酸氢钠、30g/L柠檬酸三钠，5g/L十二烷基磺酸钠混合，用氢氧化钠溶液调节pH为12～13，调节所述化学镀液温度为40～60℃。
化学镀：将所述基板放入所述化学镀液中10-60min后取出所述基板；
按此方法其化学镀的温度温避免高温和高碱性同时作用而破坏基板，并且镀层速度快、效率高。此外，这样形成的化学镀因瓦合金金属层具有镀层致密、均匀、平整度好的特点。
在本申请的一些可选的实施方式中，金属掩膜板的制备方法还包括：
水洗和干燥：将化学镀后的所述基板用去离子水冲洗，用氮气吹干后在80℃的真空烘箱中干燥；
退火：将待脱模的所述基板进行退火处理。
去离子水可以洗去金属掩膜板表面的杂质。退火处理能够进一步增加金属掩膜板的韧性。本申请制备的金属掩膜板的开口密度比较高，也就意味着相邻开口之间的金属比较窄，因此增加退火处理的步骤增加材料的韧性就可以免在运输和使用的过程中这些较窄的金属轻易的折断。
在本申请的一些可选的实施方式中，激光干涉图案化包括：
使用纳秒脉冲紫外固态激光系统，通过分束器将主激光光束分成至少两束子光束，所述子光束通过偏振镜引向待图案化所述金属材料层上，并发生干涉，所述金属材料层随即形成具有微米尺度的开口图形区域；所述金属材料层的开口图案为所述金属掩膜板的开口图案。
纳秒脉冲紫外固态激光系统相比其他的激光干涉系统相比，纳秒脉冲平均功率高、重复频率高，适合金属材料加工；紫外波段激光有利于减小光波衍射效应的影响，实现更精细、尺寸更小的微结构加工。
可选的，金属材料层为因瓦合金层，所述主激光束能量为0.2～1.0J/cm2。经过模拟得出，在对厚度较薄金属的激光穿透时能量在此范围比较合适。
进一步可选的，所述开口的尺寸小于等于10微米，所述主激光束能量为0.3、0.4或0.7J/cm2。
请继续参考图5和图6.图5为本申请的另一种金属掩膜板的制备方法流程示意图；图6为本申请的另一种金属掩膜板的制备方法示意图；
在本申请的一种可选的实施方式中，金属掩膜板的制备方法包括：
S1：基板预处理；首先对基板1进行预处理，使得基板具备活性催化中心、加速基板表面铁、镍离子的沉积；
S2：先使用激光干涉对基板进行图案化；
S3：然后在图案化的基板1上沉积金属材料形成金属材料层；
S4：脱模，得到金属掩膜板20。
按照此方法得到的金属掩膜板的开口尺寸可从纳米至微米尺度进行调整，具备制备超高分辨率掩膜板的潜力；此外，直接激光干涉图案化技术效率高、速度快，并且具备加工大尺寸掩膜板的能力。
在本申请的一些可选的实施方式中，基板的材料包括镍板或不锈钢板中的至少一种。这两种材质与所要化学镀的材质较为接近、便于电铸，且重复利用次数高。
可选的，基板预处理包括:
除油：将基板先后浸渍于丙酮、乙醇等有机溶剂中10～15min，取出后用去离子水冲洗干净；
酸洗：将基板浸渍于稀硫酸中10～15min，取出后用去离子水冲洗干净；
活化：将基板放入质量分数3％-5％的氢氟酸中30～60秒，取出之后用去离子水冲洗干净。
可选的，使用纳秒脉冲紫外固态激光系统，通过分束器将主激光光束分成至少两束子光束，所述子光束通过偏振镜引向待图案化所述基板上，并发生干涉，所述基板随即形成具有微米尺度的开口图形区域；所述基板的开口图案为所述金属掩膜板的遮挡图案。
本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (15)
1.一种金属掩膜板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
基板预处理；
沉积金属材料形成金属材料层；
使用激光干涉图案化；
脱模，得到所述金属掩膜板。
2.根据权利要求1所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
先在所述基板上沉积金属材料形成金属材料层；
然后使用激光干涉对沉积后的所述金属材料层进行图案化。
3.根据权利要求2所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
形成所述基板的材料包括玻璃、陶瓷、耐高温塑料中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
所述基板预处理包括:
除油：将所述基板先后浸渍于丙酮、乙醇等有机溶剂中5～10min，取出后用去离子水冲洗干净；
化学刻蚀：将所述基板浸渍于氢氟酸和硝酸1:1～1:3体积比的混合溶液中刻蚀1～2min，取出后用去离子水冲洗干净；
敏化：将所述基板浸渍于0.01～0.05mol/L的氯化亚锡敏化液中5～10min，敏化温度30～45℃，取出后用去离子水冲洗干净；
活化：将所述基板放入氯化钯活化剂中，活化温度为30～60℃，取出之后用去离子水冲洗干净。
5.根据权利要求1所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
所述基板的表面粗糙度为Ra，其中Ra≤0.2μm。
6.根据权利要求1所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
先使用激光干涉对所述基板进行图案化；
然后在图案化的所述基板上沉积金属材料形成金属材料层。
7.根据权利要求6所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
所述基板的材料包括镍板或不锈钢板中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
所述基板预处理包括:
除油：将基板先后浸渍于丙酮、乙醇等有机溶剂中10～15min，取出后用去离子水冲洗干净；
酸洗：将基板浸渍于稀硫酸中10～15min，取出后用去离子水冲洗干净；
活化：将基板放入质量分数3％-5％的氢氟酸中30～60秒，取出之后用去离子水冲洗干净。
9.根据权利要求1-8中任一所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
所述沉积金属材料为化学镀金属材料；
所述金属材料包括因瓦合金。
10.根据权利要求9所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
所述化学镀金属材料为化学镀因瓦合金，所述化学镀因瓦合金包括：
配置化学镀液：将5～10g/L硫酸亚铁，5～20g/L硫酸镍，10～25g/L次磷酸氢钠、30g/L柠檬酸三钠，5g/L十二烷基磺酸钠混合，用氢氧化钠溶液调节pH为12～13，调节所述化学镀液温度为40～60℃。
化学镀：将所述基板放入所述化学镀液中10-60min后取出所述基板。
11.根据权利要求10所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
所述金属掩膜板的制备方法还包括：
水洗和干燥：将化学镀后的所述基板用去离子水冲洗，用氮气吹干后在80℃的真空烘箱中干燥；
退火：将待脱模的所述基板进行退火处理。
12.根据权利要求2所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，所述激光干涉图案化包括：
使用纳秒脉冲紫外固态激光系统，通过分束器将主激光光束分成至少两束子光束，所述子光束通过偏振镜引向待图案化所述金属材料层上，并发生干涉，所述金属材料层随即形成具有微米尺度的开口图 形区域；所述金属材料层的开口图案为所述金属掩膜板的开口图案。
13.根据权利要求12所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
所述金属材料层为因瓦合金层，所述主激光束能量为0.2～1.0J/cm2。
14.根据权利要求13所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，
所述开口的尺寸小于等于10微米，所述主激光束能量为0.3、0.4或0.7J/cm2。
15.根据权利要求6所述的金属掩膜板的制备方法，其特征在于，所述激光干涉图案化包括：
使用纳秒脉冲紫外固态激光系统，通过分束器将主激光光束分成至少两束子光束，所述子光束通过偏振镜引向待图案化所述基板上，并发生干涉，所述基板随即形成具有微米尺度的开口图形区域；所述基板的开口图案为所述金属掩膜板的遮挡图案。
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