JP6563758B2

JP6563758B2 - メタルマスク製造方法

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Publication number: JP6563758B2
Application number: JP2015188116A
Authority: JP
Inventors: 克巳河野; 雅啓高屋
Original assignee: 新東エスプレシジョン株式会社
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: TW201712918A; CN106552993A; KR20170037504A; TWI581479B; JP2017061726A; KR101862925B1

Description

本発明は、メタルシートをマスクフレームにレーザ溶接してメタルマスクを製造するメタルマスク製造方法に関するものである。

従来、有機ＥＬフラットパネルディスプレイ等を製造する際に蒸着工程で使用されるメタルマスクの製造方法として、マスクフレームにメタルシートを乗せ、その上面から溶接することでマスクフレームの所定の固定位置にメタルシートを溶接し、メタルマスクを完成させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−００５０７０号公報

ところで、近年、有機ＥＬフラットパネルディスプレイ等が高精細化するのに伴いメタルシートの薄膜化が進んでいる。メタルシートが薄膜化した場合、メタルシートとマスクフレームの伝熱量の差が大きくなるため、マスクフレームにメタルシートを溶接させ難くなるという問題が生じる。

例えば、図１０に示すように、マスクフレーム４０に載置された薄膜メタルシート８０に溶接用のレーザ光１４０を照射したとする。この場合、薄膜メタルシート８０に比べマスクフレーム４０の伝熱量は極めて小さいため、マスクフレーム４０が融点に達する前に薄膜メタルシート８０が融点に達し、レーザ光１４０が照射された位置に穴が開いた状態となる。このため、薄膜メタルシート８０が融解するタイミングに合わせてマスクフレーム４０を融解させることができず、マスクフレーム４０に薄膜メタルシート８０を溶接させることができない。

また、マスクフレーム４０が融解する前に薄膜メタルシート８０のレーザ光１４０が照射された位置に穴が開かないように、レーザ光１４０の熱量を低下させることも考えられるが、この場合、マスクフレーム４０は更に融解しにくくなる。したがって、この場合においても、薄膜メタルシート８０が融解するタイミングに合わせてマスクフレーム４０を融解させることはできず、マスクフレーム４０に薄膜メタルシート８０を溶接させることができない。

このように、上述の方法においては、薄膜のメタルシートを的確にマスクフレームに溶接させることができず、高精細度のメタルマスクを容易に製造することができないという問題があった。

また上述の方法の他にも、メタルシートを溶接ノズルで押え付けることによりマスクフレームとメタルシートの間の隙間量を０にした状態で溶接を行う溶接方法も存在するが、メタルシートを溶接ノズルで押え付けるとメタルシートの位置がずれ、高精細度のメタルマスクを製造することが困難になる。

本発明の目的は、高精細度のメタルマスクを容易に製造することができるメタルマスク製造方法を提供することである。

本発明のメタルマスク製造方法は、薄膜メタルシートをマスクフレームにレーザ溶接してメタルマスクを製造するメタルマスク製造方法であって、前記薄膜メタルシートよりも厚さが厚く、前記マスクフレームよりも厚さが薄く、かつ前記薄膜メタルシートの厚さの５倍以下の厚さの中間メタルシートを前記マスクフレームに載置する第１載置工程と、前記マスクフレームに載置された前記中間メタルシートを前記マスクフレームにレーザ溶接する第１溶接工程と、前記マスクフレームに載置された前記中間メタルシートの上に前記薄膜メタルシートを載置する第２載置工程と、前記中間メタルシートに載置された前記薄膜メタルシートを前記中間メタルシートにレーザ溶接する第２溶接工程とを含み、前記中間メタルシートのレーザ溶接される位置の前記薄膜メタルシート側の表面には、凹部が形成されており、前記凹部の深さは、前記レーザ溶接によって前記中間メタルシートの表面に形成される溶接ナゲットの高さよりも深いことを特徴とする。

また、本発明のメタルマスク製造方法は、前記マスクフレームが、対向する二辺を構成する第１フレーム部と、前記第１フレーム部と直交する方向において対向する二辺を構成する第２フレーム部とを備え、前記中間メタルシートは、前記マスクフレームの対向する二辺の前記第１フレーム部または対向する二辺の前記第２フレーム部に載置されることを特徴とする。

また、本発明のメタルマスク製造方法は、前記中間メタルシートが、長尺状の形状を有し、長手方向が前記第１フレーム部または前記第２フレーム部の長手方向と平行になるように前記第１フレーム部または前記第２フレーム部に載置されることを特徴とする。

また、本発明のメタルマスク製造方法は、前記薄膜メタルシートが、長尺状の形状を有し、長手方向を前記中間メタルシートの長手方向と直交させ、かつ前記第１フレーム部と前記第２フレーム部によって形成された前記マスクフレームの開口部を跨いだ状態で長手方向の両端部が前記中間メタルシートに載置されることを特徴とする。

また、本発明のメタルマスク製造方法は、前記薄膜メタルシートの厚さが２０μｍ以下の厚さであり、前記中間メタルシートの厚さは、６０μｍ以上１００μｍ以下の厚さであることを特徴とする。

また、本発明のメタルマスク製造方法は、前記凹状部の深さが前記中間メタルシートの厚さの半分以下の深さであることを特徴とする。

本発明のメタルマスク製造方法によれば、高精細度のメタルマスクを容易に製造することができる。

実施の形態に係るメタルマスク製造方法により製造されたメタルマスクを上方から視た斜視図である。実施の形態に係るメタルマスク製造方法に用いるマスクフレームを上方から視た斜視図である。実施の形態に係るメタルマスク製造方法において隙間メタルシートをマスクフレームに載置した状態を示す斜視図である。実施の形態に係るメタルマスク製造方法において中間メタルシートをマスクフレームに載置した状態を示す斜視図である。実施の形態に係るメタルマスク製造方法においてマスクフレームに載置された中間メタルシートにレーザ光を照射した状態を示す断面図である。実施の形態に係るメタルマスク製造方法においてマスクフレームに載置された中間メタルシートがレーザ光によって融解した状態を示す断面図である。実施の形態に係るメタルマスク製造方法において中間メタルシートに載置された薄膜メタルシートにレーザ光を照射した状態を示す断面図である。実施の形態に係るメタルマスク製造方法において中間メタルシートに載置された薄膜メタルシートがレーザ光によって融解した状態を示す断面図である。実施の形態に係るメタルマスク製造方法において薄膜メタルシートを中間メタルシートに溶接する場合における伝熱状態を示す概念図である。従来のメタルマスク製造方法において薄膜メタルシートを直接メタルフレームに溶接する場合における伝熱状態を示す概念図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るメタルマスク製造方法について、有機ＥＬ素子の製造工程において真空蒸着を行う際に使用されるメタルマスクを製造する場合を例に説明する。図１は、実施の形態に係るメタルマスク製造方法により製造されたメタルマスクを上方から視た斜視図である。図１に示すように、メタルマスク２は、マスクフレーム４、中間メタルシート６、薄膜メタルシート８、及び隙間メタルシート１０によって構成されている。

図２に示すように、マスクフレーム４は、中央に矩形状の開口部４ｃを有する金属製フレームである。ここで、開口部４ｃは、マスクフレーム４の短手方向に延びる二本の短辺フレーム部４ａと、マスクフレーム４の長手方向に延びる二本の長辺フレーム部４ｂとによって囲まれている。また、短辺フレーム部４ａは長辺フレーム部４ｂと直交する方向に配置され、二本の短辺フレーム部４ａ、及び二本の長辺フレーム部４ｂは、それぞれ開口部４ｃを挟んで対向している。なお、マスクフレーム４は、中間メタルシート６、薄膜メタルシート８、及び隙間メタルシート１０と比較して十分な厚みを有している。

中間メタルシート６は、メタルマスク２を製造する際に、薄膜メタルシート８を溶接し易くするために用いられる長尺の金属板である。中間メタルシート６は、６０〜１００μｍの厚さを有しており、長手方向が長辺フレーム部４ｂの長手方向と平行になるように長辺フレーム部４ｂ上に載置される。また、溶接対象となる位置である溶接位置６ａ（図５参照）の薄膜メタルシート８が載置される側の面にはエッチング加工が施され、このエッチング加工によって溶接位置６ａに凹状部が形成されている。ここで、溶接位置６ａに形成された凹状部の深さは、レーザ溶接によって中間メタルシート６の表面に形成される溶接ナゲット７ｄ（図６参照）の高さよりも深く、かつ中間メタルシート６の厚さの半分以下の深さである。

薄膜メタルシート８は、厚さが２０μｍ以下の長尺の金属薄板であり、長手方向が中間メタルシート６の長手方向と直交するように中間メタルシート６に載置される。なお、メタルマスク２を製造する過程においては、薄膜メタルシート８の長手方向の両端部８ａが中間メタルシート６に溶接される。

隙間メタルシート１０は、薄膜メタルシート８と薄膜メタルシート８の隙間に配置される長尺の金属板である。なお、隙間メタルシート１０の長手方向の長さは、薄膜メタルシート８の長手方向の長さよりも短く形成されている。

次に、図面を参照して実施の形態に係るメタルマスク製造方法について説明する。まず、図３に示すように、隙間メタルシート１０がマスクフレーム４に載置される。ここで、隙間メタルシート１０は、長手方向の両端部がマスクフレーム４を構成する長辺フレーム部４ｂの位置に位置するようにマスクフレーム４の開口部４ｃを跨いでマスクフレーム４に載置される。

次に、図示しないメタルマスク製造装置に備えられた図示しない溶接用ノズルからレーザ光が射出され、各隙間メタルシート１０の両端部が長辺フレーム部４ｂに溶接される。

次に、図４に示すように、中間メタルシート６の長手方向が長辺フレーム部４ｂの長手方向と平行になるようにして、中間メタルシート６がマスクフレーム４の長辺フレーム部４ｂに載置される（第１載置工程）。なお、隙間メタルシート１０の端部は、中間メタルシート６が載置される位置よりも開口部４ｃ側に位置しているため、長辺フレーム部４ｂに中間メタルシート６を載置しても、隙間メタルシート１０の端部の位置と中間メタルシート６の位置が重複することはない。

次に、メタルマスク製造装置は、溶接用ノズルの位置を中間メタルシート６の溶接位置６ａの直上に合わせて溶接用ノズルからレーザ光を射出させ、図５に示すように、溶接位置６ａにレーザ光１４を照射する（第１溶接工程）。なお、図５は、長辺フレーム部４ｂ及び中間メタルシート６を長手方向に切断した場合の断面図である。これにより、図６に示すように、溶接位置６ａのレーザ光１４が照射された部分が融解して下方に歪み、歪んだ融解部分７の下方がマスクフレーム４と接触し、融解部分７の上方に溶接ナゲット７ｄが形成される。

融解部分７の下方がマスクフレーム４と接触すると、融解部分７の下方と接触したマスクフレーム４の接触位置４ｆが、中間メタルシート６の融解部分７から伝達された熱によって融解し、中間メタルシート６の融解部分７とマスクフレーム４の接触位置４ｆが溶接される。

なお、上述したように、溶接位置６ａに形成された凹状部の深さは、溶接ナゲット７ｄの高さよりも深くなるように形成されているため、レーザ光１４によって溶接位置６ａが融解し溶接ナゲット７ｄが形成された場合に、溶接ナゲット７ｄの高さが溶接位置６ａ以外の位置のシート表面の高さを超えることはない。したがって、例えば幅の広い薄膜メタルシート８が中間メタルシート６に載置され、薄膜メタルシート８の幅方向の端部が溶接ナゲット７ｄに形成された溶接ナゲット７ｄの部分に被さった場合であっても、中間メタルシート６に載置された薄膜メタルシート８の平面度を維持することができる。

次に、図７に示すように、マスクフレーム４の長辺フレーム部４ｂに溶接された中間メタルシート６の上に薄膜メタルシート８が載置される（第２載置工程）。ここで、薄膜メタルシート８は、長手方向の両端部８ａが中間メタルシート６の位置に位置するようにマスクフレーム４の開口部４ｃを跨いで中間メタルシート６に載置される（図１参照）。次に、メタルマスク製造装置は、溶接ノズルの位置を薄膜メタルシート８の溶接位置の直上に合わせてレーザ光１４を溶接位置に照射する（第２溶接工程）。これにより、図８に示すように、レーザ光１４が照射された部分が融解して下方に歪み、歪んだ融解部分９の下方が中間メタルシート６と接触し、融解部分９の上方に溶接ナゲット９ｄが形成される。

融解部分９の下方が中間メタルシート６と接触すると、融解部分９の下方と接触した中間メタルシート６の接触位置６ｆが、中間メタルシート６の融解部分９から伝達された熱によって融解する。これにより、薄膜メタルシート８の融解部分９と中間メタルシート６の接触位置６ｆが溶接され、図１に示すメタルマスク２が完成する。

図９は、薄膜メタルシート８を中間メタルシート６に溶接する場合における伝熱状態を示す概念図であり、図１０は、従来のように、薄膜メタルシート８０を直接マスクフレーム４０に溶接する場合における伝熱状態を示す概念図である。

ここで、レーザ光１４、１４０を薄膜メタルシート８、８０に照射した場合における被溶接部材の伝熱量Ｅは以下の数式（１）で表される。

伝熱量Ｅ（Ｗ）＝溶接される部分の面積Ａ（ｍｍ²）／被溶接部材の厚さＢ（μｍ）＊被溶接部材の熱伝導率Ｃ（Ｗ／ｍＫ）＊レーザ光の温度Ｄ（℃）・・・（１）
なお、薄膜メタルシート８を中間メタルシート６に溶接する場合、及び薄膜メタルシート８０を直接マスクフレーム４０に溶接する場合の何れの場合であっても、溶接される部分の面積Ａ（ｍｍ²）、レーザ光の温度Ｄ（℃）は変化しない。また、被溶接部材の熱伝導率Ｃ（Ｗ／ｍＫ）は、被溶接部材が中間メタルシート６であってもマスクフレーム４０であっても変化しない。従って、被溶接部材の厚さＢ（μｍ）のみが被溶接部材の伝熱量Ｅ（Ｗ）に影響を与えることになる。具体的には、被溶接部材の厚さＢ（μｍ）が厚い程被溶接部材の伝熱量Ｅ（Ｗ）が小さくなり、被溶接部材が融点に達するまでの時間が長くなる。一方、被溶接部材の厚さＢ（μｍ）が薄い程被溶接部材の伝熱量Ｅ（Ｗ）が大きくなり、被溶接部材が融点に達するまでの時間が短くなる。

このため、図９に示すように、マスクフレーム４よりも厚さの薄い中間メタルシート６を薄膜メタルシート８の被溶接部材とした場合において中間メタルシート６の接触位置６ｆが融点に達するまでの時間は、図１０に示すように、マスクフレーム４０を直接薄膜メタルシート８０の被溶接部材とした場合においてマスクフレーム４０の接触位置４０ｆが融点に達するまでの時間よりも短くなる。よって、薄膜メタルシート８とマスクフレーム４の間にマスクフレーム４よりも厚さの薄い中間メタルシート６を挟み、中間メタルシート６を薄膜メタルシート８の被溶接部材とすることにより、薄膜メタルシート８のレーザ光１４が照射された部分が融解してから中間メタルシート６の接触位置６ｆが融点に達するまでの時間の隔たりを小さくすることができる。

これにより、従来のように、被溶接部材が融解する前に薄膜メタルシートに穴が開くことがなく、薄膜メタルシート８の融解に合わせて中間メタルシート６を融解させることができ、的確なタイミングで薄膜メタルシート８を中間メタルシート６に溶接することができる。

この実施の形態に係るメタルマスク製造方法によれば、マスクフレーム４に一旦中間メタルシート６を溶接し、更に中間メタルシート６に薄膜メタルシート８を溶接することにより、的確にマスクフレーム４、中間メタルシート６、薄膜メタルシート８を溶接することができるため、高精細度のメタルマスクを容易に製造することができる。

また、上述の実施の形態において、中間メタルシート６は、薄膜メタルシート８を溶接することができれば、必ずしも長尺状でなくてもよい。

また、上述の実施の形態において、中間メタルシート６の厚さは、必ずしも６０〜１００μｍの厚さでなくてもよく、薄膜メタルシート８よりも厚さが厚く、かつ薄膜メタルシート８の厚さの５倍以下であればよい。

また、上述の実施の形態において、中間メタルシート６には、必ずしもエッチング加工が施されていなくてもよい。この場合、中間メタルシート６の厚さは、３０μｍ以上４０μｍ以下の厚さであることが好ましい。

また、上述の実施の形態においては、マスクフレーム４が二本の短辺フレーム部４ａと二本の長辺フレーム部４ｂとを備えているが、同じ長さの四本のフレームを備えていてもよい。

また、上述の実施の形態において、中間メタルシート６は、長手方向が短辺フレーム部４ａの長手方向と平行になるように短辺フレーム部４ａ上に載置してもよい。

２…メタルマスク、４…マスクフレーム、４ａ…短辺フレーム部、４ｂ…長辺フレーム部、４ｆ…接触位置、６…中間メタルシート、６ａ…溶接位置、６ｆ…接触位置、７…融解部分、７ｄ…溶接ナゲット、８…薄膜メタルシート、９…融解部分

Claims

薄膜メタルシートをマスクフレームにレーザ溶接してメタルマスクを製造するメタルマスク製造方法であって、
前記薄膜メタルシートよりも厚さが厚く、前記マスクフレームよりも厚さが薄く、かつ前記薄膜メタルシートの厚さの５倍以下の厚さの中間メタルシートを前記マスクフレームに載置する第１載置工程と、
前記マスクフレームに載置された前記中間メタルシートを前記マスクフレームにレーザ溶接する第１溶接工程と、
前記マスクフレームに載置された前記中間メタルシートの上に前記薄膜メタルシートを載置する第２載置工程と、
前記中間メタルシートに載置された前記薄膜メタルシートを前記中間メタルシートにレーザ溶接する第２溶接工程とを含み、
前記中間メタルシートのレーザ溶接される位置の前記薄膜メタルシート側の表面には、凹部が形成されており、前記凹部の深さは、前記レーザ溶接によって前記中間メタルシートの表面に形成される溶接ナゲットの高さよりも深いことを特徴とするメタルマスク製造方法。
前記マスクフレームは、対向する二辺を構成する第１フレーム部と、前記第１フレーム部と直交する方向において対向する二辺を構成する第２フレーム部とを備え、
前記中間メタルシートは、前記マスクフレームの対向する二辺の前記第１フレーム部または対向する二辺の前記第２フレーム部に載置されることを特徴とする請求項１記載のメタルマスク製造方法。
前記中間メタルシートは、長尺状の形状を有し、長手方向が前記第１フレーム部または前記第２フレーム部の長手方向と平行になるように前記第１フレーム部または前記第２フレーム部に載置されることを特徴とする請求項２記載のメタルマスク製造方法。
前記薄膜メタルシートは、長尺状の形状を有し、長手方向を前記中間メタルシートの長手方向と直交させ、かつ前記第１フレーム部と前記第２フレーム部によって形成された前記マスクフレームの開口部を跨いだ状態で長手方向の両端部が前記中間メタルシートに載置されることを特徴とする請求項２または３に記載のメタルマスク製造方法。
前記薄膜メタルシートの厚さは、２０μｍ以下の厚さであり、
前記中間メタルシートの厚さは、６０μｍ以上１００μｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のメタルマスク製造方法。
前記凹状部の深さは、前記中間メタルシートの厚さの半分以下の深さであることを特徴とする請求項５記載のメタルマスク製造方法。