CN114433847A - 一种高洁净金属箔材制备方法以及金属掩模版条制备方法 - Google Patents

一种高洁净金属箔材制备方法以及金属掩模版条制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明所公开的一种高洁净金属箔材制备方法以及金属掩模版条制备方法，金属粉末装填至激光熔接加工设备的金属粉末分注器中；利用激光熔接加工设备中的激光平面扫描器将金属粉末层熔接成金属粗箔；初次热处理；精密压延；以常温精密冷压延方式对初次热处理加工后的金属粗箔原材轧制成所需的高洁净度薄金属箔材；二次热处理；利用高洁净度金属箔材制备方法得到的高洁净度金属箔材进行制备形成精密金属掩模版条，清洗后进行金属箔材图案加工，图案化加工完成后精密金属掩模版条裁切成型；其制程工序少，生产成本降低，金属箔材洁净度和成材率高。

Description

一种高洁净金属箔材制备方法以及金属掩模版条制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属掩模版制备技术领域，尤其是一种高洁净金属箔材制备方法以及金属掩模版条制备方法。
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轻、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，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版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。
蒸镀过程中，需要使用共通层金属掩模板（Clear Metal Mask，CMM）和精密金属掩模版，使用精密型金属掩模版（Fine Metal Mask，FMM）沉积OLED器件的发光层。目前精密型掩模版有三种制作方法：1.蚀刻法精密掩模版；2.电铸法精密掩模版；3.不需张网的混合型精密掩模版。
蚀刻法精密金属掩模版（Fine Metal Mask，FMM）目前使用最为广泛，蚀刻法金属掩模版是采用熔炼之后的金属板材，如图1所示，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20-100µm间。金属薄片经历半导体制成的黄光（photolithography）, 湿式蚀刻（wet etching），在超薄金属薄片上形成众多的微孔图案，对应于所需AMOLED（Active-matrix organic light-emittingdiode有源矩阵有机发光二极体或主动矩阵有机发光二极体）显示器中的发光子画素的OLED发光器件的设计。在熔炼及多道热压延，热处理，冷压延，热处理的制程工序里，许多的杂质及污染物会产生并含在材料中而造成在精密掩模版制造时的问题及良率损失。所以此方法受限于所使用原材料的洁净度及最终多道压延工序制成的金属箔材的品质，厚度与蚀刻精度，目前可达到解析度400～500ppi左右，其金属箔材制作需要大量的设备投资，制作工序及过程长而成本较高，但生产良率常不高，制成高平坦度的薄（≤0.1mm）金属箔的成材率低于40%。生产用的大尺寸精密金属掩模版是以条状的蚀刻后的掩模版条，精密张网对位后，焊接在网框上；由多条拼成所需要的大尺寸的精密掩模版，然后置入热蒸镀机内与要被蒸镀的驱动基板叠合，对位，固定后使用。目前最大的量产用精密金属掩模版用拼接多片蚀刻掩模版条而成，尺寸可达1500mm×925mm，是目前量产用精密金属掩模版的主要方式。
电铸法（Electroforming）精密金属掩模版，在含化学药液的电镀槽中利用金属片通电后，在金属基板（例如不锈钢薄片）表面上逐渐生长出来具有所需数十微米（µm）微孔图形结构的金属镀层的一种技术，生长成的金属镀层材质为镍钴合金为主。目前电铸法只可以制作小尺寸，然后在精密张网后，焊接框上，再以拼接的方式做成所需要的大尺寸精密金属掩模版。目前最大可达730mm ×920mm左右。此法的优点是设备投资及制作成本较低，金属箔材的厚度可以低于20µm，所以可能用于较高解析度的AMOLED子画素的制作。理论上，电铸法可做精密度达700~800ppi的掩模版供AMOLED图形化热蒸镀用。但是此方法有下列的缺点：
第一，由此法制作的金属箔材的组成受限于可用的电镀液配方中化学品的选择。
第二，对于多成分的合金组成的金属箔材，由电铸方式沉积金属箔时，组成的均匀度难以恰当控制。这在制作大面积的电铸金属箔时，尤其是挑战。所得箔材的物性（例如热膨胀系数，CTE）常较压延材料要差。
第三，由电铸法制成的超薄金属箔材料强度较弱，所以在后续的加工或使用上不如蚀刻式的精密金属掩模版。
因为以上所述的原因，此方法仍然没有被大规模量产。
混合型精密掩模版，是在玻璃基板上形成聚酰亚胺聚合物薄膜（6～20µm厚）后，再电镀上金属薄片。此掩模版可用于制作不需张网的高分辨率OLED产品。此法的优点是不需张网，且因PI层较薄，可以降低蒸镀遮蔽效应（Shadow effect）而得到较大的发光区面积，可用以制作较亮及高寿命的OLED显示器，但这技术尚在研发阶段，还未导入量产。
真空蒸镀法制造OLED 屏幕，为了制造高分辨率屏幕产品，必须导入高精密掩模板，目前蚀刻法精密掩模板只能实现400～500 PPI OLED屏幕产品，制作更高分辨率的产品（400～800ppi OLED屏幕）需要使用电铸法精密掩模版或混合型掩模版。但因电铸法精密掩模版、混合型掩模版的成熟度还不足，所以AMOLED产品还限制在500ppi以下为主。另外限制高分辨率的AMOLED显示器是因为驱动背板的设计及工艺。
精密掩模版是制作对水气及氧气敏感的器件（例如OLED，）所必须的关键材料与部件。传统的蚀刻法掩模版、电铸法掩模版、混合型掩模版使用的材质不同，使用过程中的定位要求和方法不同，导致掩模版的定位过程复杂，工作效率较低，成本高昂。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种高洁净金属箔材制备方法以及金属掩模版条制备方法，其具体方式如下。
本发明所设计的一种高洁净金属箔材制备方法，具体包括步骤如下：
S201，金属粉末装填；将洁净金属粉末经粒径筛选后装填至激光熔接加工设备的金属粉末分注器中，其中，金属粉末材质为因瓦合金，因瓦合金的质量百分比组成为Ni：35～39wt%，余量为Fe和其它微量元素；
S202，金属粗箔成型；金属粉末分注器将金属粉末均匀注入至激光熔接加工设备中的工作平台的基板上，而形成金属粉末层，再以激光熔接加工设备中的激光平面扫描器将金属粉末层熔接成金属粗箔；
S203，初次热处理；热处理装置根据预设温度及预设时间下对金属粗箔进行至少一次初次热处理加工；
S204，精密压延；以常温精密冷压延方式对初次热处理加工后的金属粗箔原材轧制成所需精密厚度且表面平整的高洁净度薄金属箔材，精密压延后制作成型的高洁净度薄金属箔材厚度为5µm~5mm；
S205，二次热处理；热处理装置根据预设温度及预设时间下对精密压延后的薄金属箔材进行至少一次热处理加工，以得到高洁净度精密薄金属箔材。
作为优选，还包括金属粉末形成步骤，其具体如下：
S199，金属熔炼；将所选的高纯度金属材料以真空熔炼方式进行熔炼，使金属材料形成熔融状态；
S200，制作金属粉末；将熔融状态的金属经雾化、冷却、凝固后形成细微的洁净金属粉末。
作为优选，在步骤S199中，选取纯度高于99%、氧含量＜2000ppm或氧含量＜200ppm的若干纯金属原料经成分及比例配比后投入真空熔炼炉内熔炼，熔炼时的温度范围为350℃~1700℃，真空度范围为0.01~104Pa或10-4~100mbar，熔融功率为200~1200KW。
作为优选，在步骤S199中，根据所需金属的洁净度或纯度进行重熔，重熔方式采用电渣重熔或真空电弧重熔。
作为优选，基于步骤S202的处理方式；在惰性氛围或还原氛围的环境下，金属粉末分注器沿X轴移动或X轴-Y轴移动，以在工作平台的基板上分注一层金属粉末，且分注的金属粉末层厚度为1~300µm，此时激光平面扫描器对金属粉末层进行平面扫描熔接，扫描时，激光能量为50~500W，激光能量密度为10~350J/mm3，扫描速度为100~5000mm/秒，促使基板上的金属粉末层与已成型的金属粗箔熔接，以形成连续式金属粗箔，此时进入步骤S203；
基于步骤S203的处理方式，在卷轴一卷绕基板及卷轴二卷绕连续式金属粗箔作用下，连续式金属粗箔与基板分离，并将熔接完成后的金属粗箔输送至初次热处理的热处理装置中进行热处理，初次热处理完成后基板与连续式金属粗箔分别成卷，此时进入步骤S204；
基于步骤S204的处理方式，对成卷的连续式金属粗箔中所释放的金属粗箔进行至少一次精密冷轧，使连续式金属粗箔得到所需的厚度且表面平整的成卷薄金属箔材，此时进入步骤S205；
基于步骤S205的处理方式，对经至少一次精密冷轧的成卷薄金属薄材进行至少一次二次热处理，以得到成卷的高洁净度薄金属箔材，此时进入步骤S206；若使用多次二次热处理，所用温度应依次递减以得到低残余应力且稳定的金属箔材。
S206，对成卷的高洁净度薄金属箔材进行裁切得到所需的尺寸后，进入步骤S207；
S207，对裁切后高洁净度薄金属箔材进行品质检测，检测完成后，制得成卷的高洁净度精密薄金属箔材。
作为优选，在步骤S203中，初次热处理选用退火、应力消除及材料稳定化时效处理，退火处理温度条件＞600℃，应力消除处理温度条件为250~400 ℃，材料稳定化时效处理温度条件为60~200 ℃，时间为2秒钟~72小时；
在步骤S205中，二次热处理选用退火、应力消除及材料稳定化时效处理中的至少一者，并且热处理氛围选用干燥的惰性氛围或还原氛围，预设温度为200±5℃~1450±25℃，时间为2秒钟~48小时。若使用多次二次热处理，所用温度应依次递减以得到低残余应力且稳定的金属箔材。
作为另一方面，一种金属掩模版条制备方法，包括采用所述的高洁净度金属箔材制备方法，利用高洁净度金属箔材制备方法得到的高洁净度金属箔材进行制备形成精密金属掩模版条，其具体方法如下：
S301，清洗；去除金属箔材表面污染物或氧化层，以将金属箔材表面清洗干净；
S302，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金属掩模版所需的图案化金属箔材；
S303，针对图案化金属箔材按照设定尺寸进行裁切形成精密金属掩模版条；
S304，检测；对精密金属掩模版条进行品质检测；
S305，包装；对精密金属掩模版条进行包装。
作为优选，在步骤S302中，图案化金属箔材成型的具体工艺包括步骤如下：
S3021，贴附光刻胶膜；将光刻胶膜贴附在清洗过后的金属箔材上；
S3022，曝光；将贴附有光刻胶膜的金属箔材放置在曝光机上，曝光机所照射的光透过光掩模版，将所要制作的图案投影在光刻胶上；或者，贴附有光刻胶膜的金属箔材利用激光直写成像方式，用激光照射将所要制作的图案直接刻写在光刻胶膜上；使金属箔材的两面同时曝光；
S3023，显影；将曝光后的光刻胶膜及金属箔材浸泡于显影液中，使已受照光反应的部分固化留存，而未经照光反应的部分被显影液溶解，所投影的图案显现在存留的光刻胶上；
S3024，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，并起化学反应而将接触到的金属蚀刻，蚀刻完成后，光刻胶上的图案刻蚀在金属箔材上；其中，湿式蚀刻可以是两面分开依序蚀刻或同时蚀刻；
S3025，去光刻胶膜；完成蚀刻后，将光刻胶膜在去膜机中取出，留下有蚀刻有图案的金属箔材，以形成图案化金属箔材。
作为优选，还包括步骤S300，其在步骤S301之前，将金属箔材裁切形成薄片状的金属箔片材，对薄片状的金属箔片材进行装框后，对装框的金属箔片材在步骤S301处理方式下进行清洗，清洗完成后进入步骤S302。
作为优选，在步骤S302中，图案化金属箔片材成型的具体工艺包括步骤如下：
S3026，激光投影微孔加工；用高能量激光透过光掩模版而投影至金属箔片材上，使金属箔片材在激光光束的投影下烧蚀形成微孔图案；
S3027，清洗，对具有微孔图案的金属箔材进行去除污染物，以得到图案化金属箔片材。
本发明与现有技术相比具备的有益效果如下：
1、激光熔制方式来制作高洁净度的薄金属箔材有下列优点：
1）制程工序较少，制造设备投资较低，整体制造流程及供应链较短；
2）受不同工序而造成的杂质及污染物较少，整体洁净度及纯度较佳，品质控制较容易。减少多道高温加工的工序，成材率高。制成高平坦度的薄（Ra< 0.1µm）金属箔的成材率一般可高于50%；
3）激光熔制的金属箔材，因为使用金属粉末，经过再次的快速熔融及凝固，可以提供特殊显微结构特征，或新的不同晶相及显微结构控制的可能性；
4）激光熔制的制作方式成型的金属箔材组成均匀，可大面积制作，同时有高洁净度及制作效率较高的优点。
2、通过上述制作方法制作获得的整张的精密掩模版（FMM），在有机发光器件蒸镀制程用的蒸镀机中与驱动背板基板（它可包含但不限于，低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS-TFT）驱动背板，或氧化物半导体薄膜晶体管（Oxide-TFT）驱动背板）在做精密对位后，将两者固定，便可依次蒸镀有机红绿蓝三原色（或其它发光颜色）材料及器件，有效率的制作出以红蓝绿（或其它颜色）发光器件为子画素设计的AMOLED显示器。另外，若制作的子像素形状及尺寸一样时，不同色的发光器件蒸镀可用同一个微型精密掩模版，制作过程中不用更换，可以提升工作效率。
除了用于OLED发光器件的制作，此精密掩模版制作方法还可用于制作对化学品、水气或氧气敏感的其他有机发光材料及器件，也可以应用于制作能够在大尺寸玻璃基板上制作大尺寸超高精密度的有机发光器件或显示器的掩模版。
制作获得的精密掩模版可制作高分辨率OLED显示器件，适用于发光器件并列型、适用于主动式阵列驱动OLED（AMOLED），被动式阵列驱动OLED（PMOLED），柔性及玻璃基板的OLED显示，电子皮肤和车载显示等设备，可以用于移动电话机、电子书、电子报纸、电视机、个人便携电脑、可折叠以及可卷曲OLED等OLED显示技术。同时，还包括大型的基板，制作出适用于制作智能手机大面积生产线的高精度掩模版。大尺寸的高精密掩模版，可以较小面积的精密掩模版（FMM）为单元，用多片小面积的单元，经由精密对位，焊接在网框上拼接而成，也可由单片大面积基板经由精密掩模版制作程序而成。
附图说明
图1是传统高洁净薄金属箔材制作流程图；
图2是本发明高纯度高洁净薄金属箔材制作流程图；
图3是本发明激光熔制薄金属箔材制程设备结构图；
图4是本发明因瓦金属粉末激光加工熔制例示意图；
图5是本发明连续激光加工制作高洁净度合金金属箔的制作流程图；
图6是高精度金属掩模版条的制作流程图（一）；
图7是卷对卷高精度金属掩模版条的制作流程图（一）；
图8是高精度金属掩模版条的制作流程图（二）；
图9是激光微孔加工金属薄材设备结构示意图；
图10是片式激光微孔加工制作精密金属掩模版条流程示意图。
图中：金属粉末分注器1、金属粉末层2、基板3、工作平台4、激光器5、X-Y平面扫面反射镜6、聚焦光学透镜组7、金属粗箔8、环境9、卷轴一11、卷轴二12、金属箔片材211、加工腔体412、环境氛围413、光学透窗414、激光器415、激光光束均化器416、透镜系统418、反射镜419、投射镜组420。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图2所示，本实施例所描述的一种高洁净金属箔材制备方法，具体包括步骤如下：
S201，金属粉末装填；将洁净金属粉末经粒径筛选后装填至激光熔接加工设备的金属粉末分注器中，其中，金属粉末材质为因瓦合金，因瓦合金的质量百分比组成为Ni：35～39wt%，余量为Fe和其它微量元素；其中筛选时选择所需粉末粒径范围内的金属粉末。
S202，金属粗箔成型；金属粉末分注器将金属粉末均匀注入至激光熔接加工设备中的工作平台上的基板上，而形成金属粉末层，再以激光熔接加工设备中的激光平面扫描器将金属粉末层熔接成金属粗箔；其中铺设的金属粉末层厚度范围为1~300µm，激光熔接单层粗薄金属箔的厚度因使用金属粉末粒径及激光能量而定，激光熔接可制作一般厚度在5µm~5mm的高洁净度金属粗箔；当激光熔接设备为单站式的，需要此制程可重复多次，以制成预定的箔材厚度。当激光熔接设备是连结多站串联的流水线自动加工系统，因此可设置多个激光熔接设备，并添加厚度及激光熔接后，得到预定厚度的箔材，同时初次热处理也可以视需要加在激光熔接站点之间。
S203，初次热处理；热处理装置根据预设温度及预设时间下对金属粗箔进行至少一次初次热处理加工；其中热处理可以是多次，也可以是仅一次。
S204，精密压延；以常温精密冷压延方式对初次热处理加工后的金属粗箔原材轧制成所需的精密厚度且表面平整的高洁净度薄金属箔材，精密压延后制作成型的高洁净度薄金属箔材厚度为5µm~5mm；由于金属粗箔内部尚有残留微孔，表面粗糙，必须以常温精密冷压延将制成的金属粗箔原材轧制成所需的精密厚度且表面平整的薄金属箔材。
S205，二次热处理；热处理装置根据预设温度及预设时间下对精密压延后的薄金属箔材进行至少一次热处理加工，以得到高洁净度精密薄金属箔材；其中为了避免箔材加工硬化，精密压延的箔材需做二次热处理以消除残余应力，或调整显微组织。
优选地，在步骤S203中，初次热处理选用退火、应力消除及材料稳定化时效处理，退火处理温度条件＞600℃，应力消除处理温度条件为250~400 ℃，材料稳定化时效处理温度条件为60~200 ℃，时间为2秒钟~72小时；在步骤S205中，二次热处理选用退火、应力消除及材料稳定化时效处理中的至少一者，并且热处理氛围选用干燥的惰性氛围或还原氛围，预设温度为200±5℃~1450±25℃，时间为2秒钟-48小时。
上述中选用因瓦合金（Fe-Ni35~39）粉末尺寸范围2~50µm的材料来制作形成因瓦合金箔材，激光能量范围50W~400W，激光扫描速度50~3000mm/秒。如图4所示，整体制作的结果可摘要如下。
区域I．不完全熔融区：当扫描速度过快，或激光能量太低时，金属粉末无法完全熔融。
区域II. 不完全熔结区：当激光能量高于区域I，部分粉末可熔融，但仍有粉末无法完全熔融，所以整个熔接的箔材因熔接不全而有许多的缺陷。
区域III. 稳定熔融区：当激光能量继续增加，或扫描速度慢些时，大部分粉末可完全熔融，连结及凝固，形成致密的薄金属箔。虽然稳定熔融加工的条件可在激光能量范围50W-400W，激光扫描速度50-3000mm/秒内得到，但是综合考虑足够大的稳定加工区以便量产的因素下，优化的加工范围可在激光能量范围200W-350W，激光扫描速度800~2000mm/秒内为佳。但是优化的激光熔接参数范围会因多个加工参数的调整影响而变动。
区域IV. 蒸发区：当激光能量太高，或扫描速度过慢，过大的能量会开始造成一些熔融金属的蒸发，而形成缺陷的增加。
区域V：不稳定熔融区：当激光能量继续增加，或扫描速度过慢，金属粉末熔融，而且大量的蒸发而造成不稳定的熔融，导致制成的金属箔有大量的孔洞及表面缺陷。
激光熔制金属箔需要在稳定熔融区内，以适合的激光能量及扫描速度来制作金属箔。对激光熔制因瓦金属粉末。一般而言，因瓦合金的合适的稳定激光熔融能量密度为45~95 J/mm3。但是优化的激光熔接参数会因多个加工参数的调整影响而变动。激光熔结制成的金属粗箔里仍会有少数的微孔，粗糙的表面，及残余应力需要后续的制程来将它改善而得到高品质的，薄的高精密，高洁净度的因瓦合金超合金金属箔材。
上述热处理需要在控制的氛围中进行。氛围可以是干燥的惰性氛围（例如氩气(Ar)），氧含量需在100ppm以下。若材料有更严格的要求，可用干燥的还原氛围，如混合氩气-氢气，氢气，或真空环境也可以使用。若使用多次二次热处理，所用温度应依次递减以得到低残余应力且稳定的金属箔材。
本实施例中，若金属粉末厚度很薄，或初始粗金属箔材厚度较大，可重复步骤S204及S205，分几次来制成目标激光熔制高洁净度薄金属箔材的厚度。在二次热处理后制成厚度范围在5µm~5mm的高洁净度精密薄金属箔材。
本制程以高纯度原材料熔炼，与传统制程（图1）比较，减少多道高温加工的工序，成材率高。制成高平坦度（Ra< 0.1µm）、高洁净度精密薄金属箔材的成材率一般可高于50%。
另外，所制得的高洁净度金属粗箔的相对密度达到所制作的金属材料标准值（例如ASTM国际标准）的92%以上；组成份的非原材所含的杂质量低，例如氮（N）<0.01wt.%, 硫（S）<0.01wt.%, 碳（C）<0.02 wt.%, 磷（P）<0.02 wt.%等。
实施例2：
如图2所示，本实施例所描述的一种高洁净金属箔材制备方法，其与实施例1的大致相同，其仅区别在于，还包括金属粉末形成步骤，其具体如下：
S199，金属熔炼；将所选的高纯度金属材料以真空熔炼方式进行熔炼，使金属材料形成熔融状态；纯金属选取时，选取纯度高于99%、氧含量＜2000ppm或氧含量＜200ppm的若干纯金属原料经成分及比例配比后投入真空熔炼炉内熔炼，熔炼时的温度范围为350℃~1700℃，真空度范围为0.01~104Pa或10-4-100mbar，熔融功率为200~1200KW。
S200，制作金属粉末；将熔融状态的金属经雾化、冷却、凝固后形成细微的洁净金属粉末；熔融状态的金属在惰性，还原性，或真空的氛围内发生雾化，且粉末的粒径大小范围为0.1~60µm。
优选地，在步骤S199中，根据所需金属的洁净度或纯度进行重熔，重熔方式采用电渣重熔或真空电弧重熔。
上述步骤位于步骤S201之前。
实施例3：
如图5所示，本实施例所描述的一种高洁净金属箔材制备方法，其与实施例1或实施例2的大致相同，其区别在于，基于步骤S202的处理方式；在惰性氛围或还原氛围的环境9下，金属粉末分注器1沿X轴移动或X轴-Y轴移动，以在工作平台的基板上分注一层金属粉末，且分注的金属粉末层厚度为1~300µm，此时激光平面扫描器对金属粉末层进行平面扫描熔接，扫描时，激光能量为50~500W，激光能量密度为10~350J/mm3，扫描速度为100~5000mm/秒，促使基板上的金属粉末层2与已成型的金属粗箔8熔接，以形成连续式金属粗箔，连续性金属箔材由一段一段在基板上熔接而成的金属粗箔相互熔接形成，此后进入步骤S203。
其中，如图3所示，工作平台4为放置基板3及铺设金属粉末层及激光熔制金属箔所用。它可做精密的（1±0.2µm）Z方向升降的调控，以便在需做多层的金属箔熔接时，可降低平台高度，重复分注铺设金属粉末层，及激光熔接的步骤，得到所要的激光熔制金属粗箔的厚度。高洁净度金属粗箔的一般厚度在5µm~ 5mm。
激光平面扫描器包括激光器5、X-Y平面扫描反射镜6和聚焦光学透镜组7。
高能量的激光器用于提供激光能量，照射金属粉末层2，将粉末层熔融凝固成为金属箔。激光能量一般在50~500W的范围。激光器可因材料而选择最合适的。例如：固态激光器，如掺镱光纤激光器(Ytterbium fiber laser), Nd: YAG激光器(Nd：YAG laser)；气态激光器，如二氧化碳激光器(CO2 laser)，准分子激光器(Excimer laser)。激光的波长包括红外光(946nm~10.6µm)，可见光(488~694nm)及紫外线(157~355nm)的激光波长范围。
X-Y平面扫描反射镜：将从激光器投射出的能量，反射到工作平台上的金属粉末层。此扫描器可在X-Y平面上做快速，精确的扫描。
聚焦光学透镜组：此光学透镜组将由扫描反射镜来的光能聚焦并投射在所要熔制的金属粉末层的区域面积上。
激光熔制金属箔：金属激光熔接过程，金属粉末被激光照射后，高温熔融，相互连结并快速凝固成为一体的激光熔制高洁净金属箔。
氛围控制环境：为降低在激光熔制金属箔内的氧化物或氮化物的形成，所以激光熔制的过程必须在氛围控制的环境中制作。氛围可为惰性氛围（例如氩气(Ar)）下制作，氧含量需在100ppm以下。若材料有更严格的要求，可用还原氛围，如混合氩气-氢气，氢气，或真空环境也可以使用。
基于步骤S203的处理方式，在卷轴一11卷绕基板及卷轴二12卷绕连续式金属粗箔作用下，连续式金属粗箔与基板分离，并将熔接完成后的金属粗箔输送至初次热处理的热处理装置中进行热处理，初次热处理完成后基板与连续式金属粗箔分别成卷，其中激光熔制的金属粗箔在热处理后仍然有许多缺陷，例如微孔，粗糙的表面及厚度的不均匀等。高洁净度金属粗箔的相对密度达到所制作的金属材料标准值（例如ASTM国际标准）的92%以上。组成份的非原材所含的杂质量低，例如氮（N）<0.01wt.%, 硫（S）<0.01wt.%, 碳（C）<0.02wt.%, 磷（P）<0.02 wt.%等；需要进一步的精密加工改善箔材的品质；此时进入步骤S204。
基于步骤S204的处理方式，对成卷的连续式金属粗箔中所释放的金属粗箔进行至少一次精密冷轧，使连续式金属粗箔得到所需的厚度且表面平整的成卷薄金属箔材，此时进入步骤S205；其消除残留微孔，致密化，平坦化，而得到外观平整，厚度均匀的金属箔材。精密冷轧一般用辊精密压延机来做；若激光熔制金属箔原材较厚，也可先用辊冷轧机压延后，热处理后，再用辊轧机做精密压延。压延率的范围在5~80%之间。压延率越高，材料的加工硬化越高使得加工不易，缺陷增多，良率下降。压延率的优选方案在25~60%之间。精密冷轧可以制造10~100微米（µm）厚的激光熔制金属箔材，为了实现所需厚度可进行重复多次压延。
基于步骤S205的处理方式，对经至少一次精密冷轧的成卷薄金属薄材进行至少一次二次热处理，以得到成卷的高洁净度薄金属箔材，此时进入步骤S206；
S206，对成卷的高洁净度薄金属箔材进行裁切得到所需的尺寸后，进入步骤S207；
S207，对裁切后高洁净度薄金属箔材进行品质检测，检测完成后，制得成卷的高洁净度精密薄金属箔材。其最终高洁净度金属箔材的相对密度达到所制作的金属材料标准值（例如ASTM国际标准）的98%以上。组成份的非原材所含的杂质量低，例如氮（N）<0.01wt.%,硫（S）<0.01wt.%, 碳（C）<0.02 wt.%, 磷（P）<0.02 wt.%等。材料清洁之后，取1000mm长，置于光学检测设备扫描缺陷（例如杂质，异物，微孔等），大于3µm的缺陷低于100颗。
本实施例新的制造方式制作激光熔制高洁净度金属箔材。它能制作形成力学强度，物理性能较佳的金属箔材，组成均匀，可大面积制作，同时有高洁净度及制作效率较高的优点。
上述制程解决了日商，例如东芝，在1985年代起采用低膨胀系数的合金，如因瓦36（Fe-Ni36），用于彩色CRT的荫罩应用上。2010年左右因瓦合金也被用在热蒸镀AMOLED的精密荫罩的应用上。到目前显示产业用的金属箔材都是以传统制造工艺制成的因瓦36。金属洁净度较低，制作成本较高的技术问题，以及电铸制作因瓦36材料的荫罩给AMOLED的精密金属掩模版（Fine Metal Mask）用，但它的组成，性能的均匀度，力学强度及大尺寸仍无法实现的技术问题。
上述制程可制作因瓦合金金属箔材，但不仅限于此，还可进行不锈钢，铁-镍（Fe-Ni）合金，镍（Ni）合金，钛（Ti）合金，铝（Al）合金，超合金（Superalloys， Fe-Ni-Co合金）等薄金属箔材的制作。上述金属的激光熔制金属粉末成为薄金属箔的稳定熔融区的激光能量密度约在10~350 J/mm3之间。例如因瓦合金的合适的稳定激光熔融能量密度约在45~95 J/mm3间，其他金属如316不锈钢的稳定激光熔融能量密度约在50~115 J/mm3间。所得的因瓦合金的物理特性与传统材料相当，但洁净度较高，成本较低，制造工期较短。
当金属粉末材质采用其它金属材质时，初次热处理选用退火、应力消除及材料稳定化时效处理中的至少一者，并且热处理氛围选用干燥的惰性氛围或还原氛围，预设温度范围为60±5℃~1050±25℃，预设时间为2秒钟-72小时；在步骤S205中，二次热处理选用退火、应力消除及材料稳定化时效处理中的至少一者，并且热处理氛围选用干燥的惰性氛围或还原氛围，预设温度范围为60±5℃~1050±25℃，预设时间为2秒钟-72小时。
实施例4：
本实施例所描述的一种金属掩模版条制备方法，其包括采用实施例1或实施例2或实施例3所述的高洁净度金属箔材制备方法，利用高洁净度金属箔材制备方法得到的高洁净度金属箔材进行制备形成精密金属掩模版条，精密金属掩模版条制作AMOLED发光器件的热蒸镀时所需使用的产品，其具体方法如下：
金属箔材选用高洁净度因瓦合金（Fe-Ni35~39%）薄金属箔材，其热膨胀系数小于2x10-6/℃(-50~100℃温度范围间)，或者亦可其它可制作的低热膨胀系数金属材料，例如，铁镍钴合金（Fe- Ni(31~39 wt. %)- Co(0.02~6 wt. %)）; 铁镍合金(Fe-Ni42~46%); 铁镍锰合金(Fe- Ni 35~37%- Mn+Si+Cr~1%); 铁镍钴合金(Fe余量-Ni(28%~33%)-Co(13~17%))，或铁钴铬合金（Co 52~54%- Cr 9~10%- Fe 余量）。
S301，清洗；去除金属箔材表面污染物或氧化层，以将金属箔材表面清洗干净；清洗时用清洗剂将金属箔材表面清洗干净。
S302，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金属掩模版所需的图案化金属箔材；
S303，针对图案化金属箔材按照设定尺寸进行裁切形成精密金属掩模版条；
S304，检测；对精密金属掩模版条进行品质检测，主要检测精密金属掩模版条是否符合出货规格；
S305，包装；对符合规定的精密金属掩模版条进行包装。
实施例5：
如图6所示，本实施例所描述的一种金属掩模版条制备方法，其大致方法与实施例4一致，但仅区别在于，在步骤S302中的图案化金属箔材成型的具体工艺，其包括步骤如下：
S3021，贴附光刻胶膜；将光刻胶膜贴附在清洗过后的金属箔材上；其若需增强贴合力，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。
S3022，曝光；将贴附有光刻胶膜的金属箔材放置在曝光机上，曝光机所照射的光透过光掩模版，将所要制作的图案投影在光刻胶上；或者
贴附有光刻胶膜的金属箔材利用激光直写成像方式，用激光照射将所要制作的图案直接刻写在光刻胶膜上；使金属箔材的两面同时曝光；其不需使用光掩模版。
S3023，显影；将曝光后的光刻胶膜及金属箔材浸泡于显影液中，使已受照光反应的部分固化留存，而未经照光反应的部分被显影液溶解，所投影的图案显现在存留的光刻胶上；
S3024，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，并起化学反应而将接触到的金属蚀刻，蚀刻完成后，光刻胶上的图案刻蚀在金属箔材上；湿式蚀刻可以是两面分开依序蚀刻或同时蚀刻。
S3025，去光刻胶膜；完成蚀刻后，将光刻胶膜在去膜机中取出，留下有蚀刻有图案的金属箔材，以形成图案化金属箔材。
上述步骤可适用于如图7所示的将成卷的连续式金属箔材进行卷对卷式制作成型精密金属掩模版。
在卷对卷制作过程中，湿式蚀刻加工所制成的微孔尺寸范围在8µm~1000µm之间。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版尺寸而定。目前智能手机用AMOLED量产的产线为G6半板，925mm x 1500mm. 所以FMM制作时，薄金属箔上的单次曝光面积会在类似的尺寸范围间。去光刻胶时，仅需留下精密金属掩模版(FMM)所需的AMOLED显示器上子画素设计图案的因瓦合金金属箔材。
上述中，除卷对卷的生产方式，但是激光熔接的薄金属箔材也可以裁切成片状，装框后，以类似的制造工序加工制造来制作精密金属掩模版（FMM）条产品。
实施例6：
如图8所示，本实施例所描述的一种金属掩模版条制备方法，其大致方法与实施例4一致，但仅区别在于，还包括步骤S300，其在步骤S301之前，将金属箔材裁切形成薄片状的金属箔片材，对薄片状的金属箔片材进行装框后，对装框的金属箔片材211在步骤S301处理方式下进行清洗，清洗完成后进入步骤S302。装框是由于金属箔片材211厚度较薄，避免在样品制程中的传送而发生损坏，便于精密金属掩模版条制备。
在步骤S302中，图案化金属箔材成型的具体工艺包括步骤如下：
S3026，激光投影微孔加工；用高能量激光透过光掩模版而投影至金属箔片材上，使金属箔片材在激光光束的投影下烧蚀形成微孔图案；其经过光学系统，将此激光光束能量投影到金属箔片材上，而因高能量激光造成局部激光烧蚀而在金属箔片材上制成如光掩模版上的微孔图案。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，准分子激光器；固态激光器，如掺镱光纤激光器, Nd: YAG激光器，光掩模版为与激光器配合而在金属箔片材形成微孔图案的一种装备。
如图9所示，具体的激光投影微孔加工采用的设备如下，并具体包括：
激光熔制金属箔材，裁切后置于框中，放置于加工腔体412中的加工平台410上。
加工平台410，激光微孔加工金属薄材设备的加工腔体412内的加工平台410，可以精确的做X-Y平面的移动，以便激光微孔加工的进行，在金属箔片材211上激光烧蚀微孔图案。
装框的金属箔片材211，固定于加工平台410上，经由平台在X-Y平面精确的移动，经由光掩模版及聚光投影的激光束可激光烧蚀所需图案于整面薄金属箔中。
加工腔体412 ，因为激光烧蚀是高能量高温制程，所以加工区及加工件需要控制氛围。控制的区域以加工腔体来界定。
环境氛围413，为降低金属的氧化及氮化，加工腔体内需氛围控制。氛围可以是惰性氛围（例如氩气(Ar)），氧含量在100ppm以下。若材料有更严格的要求，亦可用还原氛围，如混合氩气-氢气，氢气，或真空环境也可以使用。
光学透窗414，在加工腔体上，激光光束透过腔体的区域所用的高透光度的光学透窗，以便激光光束能有效透射在被加工的金属箔片材211上，完成照射区域激光烧蚀的反应。
激光器415，高能量的激光器提供所需的激光束。激光能量一般在1~500W的范围。激光器可因材料而选择最合适的。例如不同的脉冲激光器(纳秒级别，皮秒级别或飞秒级别)，激光可为固态激光器，如钛蓝宝石激光器，掺镱光纤激光器，Nd: YAG激光器；气态激光器，如二氧化碳激光器，氩激光器及准分子激光器等。激光的波长包括红外光(946nm~10.6µm)，可见光(488~694nm)及紫外线(157~355nm)的激光波长范围。
激光光束均化器416，激光光束均化器将从激光器发出来的光束能量分布从高斯曲线分布变成平面均匀分布的激光束。它可以是用多面镜光束均化器，衍射光束均化器，或微透镜阵列光束均化器。
光掩模版417，光掩模版上有透光区及不透光区组成相应于AMOLED显示器的子画素的图案分布。但是尺寸上大于所要的子画素器件尺寸（也就是在薄金属箔材上要激光烧蚀的微孔阵列尺寸）。在薄金属箔上激光烧蚀的微孔阵列图案实际尺寸依其后的光学投射系统（其包括透镜系统418、反射镜419及投射镜组420）的投射倍数而定。
透镜系统418将透过光掩模版的开孔图案聚焦并均匀的投射在其后续光路上的放射镜419及投射镜组420上；其中反射镜419改变透镜系统418投射出的激光束图案，均匀反射入投射镜组420。
投射镜组420，将入射的激光束图案聚焦，穿过光学透窗414并投射到待激光烧蚀加工的金属箔片材211上直到所需微孔阵列图案烧蚀完成。工作平台将薄金属箔移动到下一个区域，重复激光烧蚀加工。直到整面薄金属箔上需要加工的区域都加工完成为止。
上述激光投影微孔加工是以固定光学系统，而以能在X-Y平面做精确移动的工作平台的移动来变换加工区域，逐步完成整面薄金属箔上的微孔阵列加工。但也可固定工作平台及待加工的薄金属箔材，而具扫描功能的光学投影系统来做精确的激光烧蚀区域位置的变换，来完成整面金属箔的微孔阵列加工来只做精密金属掩模版（FMM）条产品。
S3027，清洗；对具有微孔图案的金属箔片材进行去除污染物，以得到图案化金属箔片材。
如图10所示，在本实施例基础上，可采用实施例3所制得的成卷的连续式因瓦合金箔材进行精密金属掩模版条制备，并且激光烧蚀加工所制成的微孔尺寸范围在2µm~300µm间。每次激光投影烧蚀加工微孔阵列区域面积一般在10~300mm2之间。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高洁净金属箔材制备方法，其特征在于，具体包括步骤如下：
S201，金属粉末装填；将洁净金属粉末经粒径筛选后装填至激光熔接加工设备的金属粉末分注器中，其中，金属粉末材质为因瓦合金，因瓦合金的质量百分比组成为Ni：35～39wt%，余量为Fe和其它微量元素；
S202，金属粗箔成型；金属粉末分注器将金属粉末均匀注入至激光熔接加工设备中的工作平台的基板上，而形成金属粉末层，再以激光熔接加工设备中的激光平面扫描器将金属粉末层熔接成金属粗箔；
S203，初次热处理；热处理装置根据预设温度及预设时间下对金属粗箔进行至少一次初次热处理加工；
S204，精密压延；以常温精密冷压延方式对初次热处理加工后的金属粗箔原材轧制成所需精密厚度且表面平整的高洁净度薄金属箔材，精密压延后制作成型的高洁净度薄金属箔材厚度为5µm-5mm；
S205，二次热处理；热处理装置根据预设温度及预设时间下对精密压延后的薄金属箔材进行至少一次热处理加工，以得到高洁净度精密薄金属箔材。
2.根据权利要求1所述的一种高洁净金属箔材制备方法，其特征在于，还包括金属粉末形成步骤，其具体如下：
S199，金属熔炼；将所选的高纯度金属材料以真空熔炼方式进行熔炼，使金属材料形成熔融状态；
S200，制作金属粉末；将熔融状态的金属经雾化、冷却、凝固后形成细微的洁净金属粉末。
3.根据权利要求2所述的一种高洁净金属箔材制备方法，其特征在于，在步骤S199中，选取纯度高于99%、氧含量＜2000ppm或氧含量＜200ppm的若干纯金属原料，经成分及比例配比后投入真空熔炼炉内熔炼，熔炼时的温度范围为350℃~1700℃，真空度范围为0.01~104Pa或10-4~100mbar，熔融功率为200~1200KW。
4.根据权利要求3所述的一种高洁净金属箔材制备方法，其特征在于，在步骤S199中，根据所需金属的洁净度或纯度进行重熔，重熔方式采用电渣重熔或真空电弧重熔。
5.根据权利要求1所述的一种高洁净金属箔材制备方法，其特征在于，基于步骤S202的处理方式；在惰性氛围或还原氛围的环境下，金属粉末分注器沿X轴移动或X轴-Y轴移动，以在工作平台的基板上分注一层金属粉末，且分注的金属粉末层厚度为1~300µm，此时激光平面扫描器对金属粉末层进行平面扫描熔接，扫描时，激光能量为50~500W，激光能量密度为10~350J/mm3，扫描速度为100~5000mm/秒，促使基板上的金属粉末层与已成型的金属粗箔熔接，以形成连续式金属粗箔，此时进入步骤S203；
基于步骤S203的处理方式，在卷轴一卷绕基板及卷轴二卷绕连续式金属粗箔作用下，连续式金属粗箔与基板分离，并将熔接完成后的金属粗箔输送至初次热处理的热处理装置中进行热处理，初次热处理完成后基板与连续式金属粗箔分别成卷，此时进入步骤S204；
基于步骤S204的处理方式，对成卷的连续式金属粗箔中所释放的金属粗箔进行至少一次精密冷轧，使连续式金属粗箔得到所需的厚度且表面平整的成卷薄金属箔材，此时进入步骤S205；
基于步骤S205的处理方式，对经至少一次精密冷轧的成卷薄金属薄材进行至少一次二次热处理，以得到成卷的高洁净度薄金属箔材，此时进入步骤S206；
S206，对成卷的高洁净度薄金属箔材进行裁切得到所需的尺寸后，进入步骤S207；
S207，对裁切后高洁净度薄金属箔材进行品质检测，检测完成后，制得成卷的高洁净度精密薄金属箔材。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种高洁净金属箔材制备方法，其特征在于，在步骤S203中，初次热处理选用退火、应力消除及材料稳定化时效处理，退火处理温度条件＞600℃，应力消除处理温度条件为250~400 ℃，材料稳定化时效处理温度条件为60~200 ℃，时间为2秒钟~72小时；
在步骤S205中，二次热处理选用退火、应力消除及材料稳定化时效处理中的至少一者，并且热处理氛围选用干燥的惰性氛围或还原氛围，预设温度为200±5℃~1450±25℃，时间为2秒钟~48小时。
7.一种金属掩模版条制备方法，其特征在于，包括采用权利要求1~6任一项所述的高洁净度金属箔材制备方法，利用高洁净度金属箔材制备方法得到的高洁净度金属箔材进行制备形成精密金属掩模版条，其具体方法如下：
S301，清洗；去除金属箔材表面污染物或氧化层，以将金属箔材表面清洗干净；
S302，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金属掩模版所需的图案化金属箔材；
S303，针对图案化金属箔材按照设定尺寸进行裁切形成精密金属掩模版条；
S304，检测；对精密金属掩模版条进行品质检测；
S305，包装；对精密金属掩模版条进行包装。
8.根据权利要求7所述的一种金属掩模版条制备方法，其特征在于，在步骤S302中，图案化金属箔材成型的具体工艺包括步骤如下：
S3021，贴附光刻胶膜；将光刻胶膜贴附在清洗过后的金属箔材上；
S3022，曝光；将贴附有光刻胶膜的金属箔材放置在曝光机上，曝光机所照射的光透过光掩模版，将所要制作的图案投影在光刻胶上；或者，贴附有光刻胶膜的金属箔材利用激光直写成像方式，用激光照射将所要制作的图案直接刻写在光刻胶膜上；使金属箔材的两面同时曝光；
S3023，显影；将曝光后的光刻胶膜及金属箔材浸泡于显影液中，使已受照光反应的部分固化留存，而未经照光反应的部分被显影液溶解，所投影的图案显现在存留的光刻胶上；
S3024，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，并起化学反应而将接触到的金属蚀刻，蚀刻完成后，光刻胶上的图案刻蚀在金属箔材上；湿式蚀刻可以是两面分开依序蚀刻或同时蚀刻；
S3025，去光刻胶膜；完成蚀刻后，将光刻胶膜在去膜机中取出，留下有蚀刻有图案的金属箔材，以形成图案化金属箔材。
9.根据权利要求7所述的一种金属掩模版条制备方法，其特征在于，还包括步骤S300，其在步骤S301之前，将金属箔材裁切形成薄片状的金属箔片材，对薄片状的金属箔片材进行装框后，对装框的金属箔片材在步骤S301处理方式下进行清洗，清洗完成后进入步骤S302。
10.根据权利要求9所述的一种金属掩模版条制备方法，其特征在于，在步骤S302中，图案化金属箔材成型的具体工艺包括步骤如下：
S3026，激光投影微孔加工；用高能量激光透过光掩模版而投影至金属箔片材上，使金属箔片材在激光光束的投影下烧蚀形成微孔图案；
S3027，清洗；对具有微孔图案的金属箔片材进行去除污染物，以得到图案化金属箔片材。
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