近日，位于海曙高桥的寰采星科技（宁波）有限公司传来好消息，金属掩膜版（FMM）生产线已进入调试阶段，它的产出将直接打破外国公司的市场垄断，实现该材料的国产化替代。目前，寰采星一期建设基本完成。投资近亿元的首条生产线满产后每年产出即可达 3 亿元。公司共分三期建设，二期、三期工程将扩产 FMM 产线 10 条，总投资额 12 亿元，满产后年产值可达 35 亿元，生产的 FMM 将占市场份额的 40%。“FMM是OLED半导体显示的关键核心材料，2019年市场规模为60亿元，预计2022年达100亿元。”寰采星科技副总经理武斌表示，近年来，中国OLED产业发展迅速，投资额已超5000亿元，OLED显示技术广泛运用于手机、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑、汽车车载显示和电视。但是由于FMM至今仍被国外企业垄断，成为制约我国OLED显示行业发展的“卡脖子”材料。FMM是比普通智能手机面板稍宽、比纸还薄的金属片，在与手机显示屏尺寸相应的区域内，需要利用半导体制程设备蚀刻出数百万个孔。红黄蓝三原色需要通过三套不同FMM，密集、规律、均匀地蒸镀在基板上，所以这张掩膜版的质量直接决定了显示的品质。武斌说，FMM上的孔不仅细小，位置排列讲究，形状还不规则，生产难度极高。即使有最精密的半导体制程设备，如果没有长期的，数以万计、亿计的实验和参数积累，依然生产不出一张合格的FMM。他说：“我们就是致力于打破国外核心技术垄断，填补国内空白，实现国产化替代。”据悉，寰采星科技（宁波）有限公司是国内OLED半导体显示用精细金属掩膜版（FMM）产业化及工艺技术综合解决方案的高新技术企业。公司创始团队由全球半导体显示领军人物刘秉德领衔，汇集全球半导体显示行业领军级运营团队和全球领先的金属掩膜板核心技术团队。2020年4月，公司金属掩膜版工程成功申报国家发改委和工信部《2020年电子信息产业技术改造工程》，并由工信部首批推荐纳入重点行业产业链供需对接平台。制造AMOLED的精密遮罩蒸镀技术，其原理如下所示：
用于蒸镀的LTPS 玻璃基板，必须与FMM紧密贴合。否则就有混色不良产生。为了实现这一目的，蒸镀过程中采用cooling plate下压玻璃基板，采用magnet往上吸FMM，以消除两者之间的gap。另外，FMM的slot开孔必须与LTPS 玻璃基板上阳极图案准确套合，否则蒸镀材料会镀偏造成混色。因此，决定蒸镀良率的两个关键因素：FMM与玻璃基板的贴合和套合。影响贴合的主要因素有FMM平坦度，cooling plate的结构、位置和磁力大小。其中FMM平坦度涉及到MASK的设计和制作工艺，本文不展开讨论。cooling plate 目前有两种技术方案。一是Tokki采用的无冷却水方式。优势是能减轻plate 下压的重量，减少破片风险的产生。而且无冷却水，结构可以做薄，减少对磁铁的损耗。但是这会带来一个问题，随着蒸镀过程的进行，FMM和plate温度的变化造成MASK和玻璃基板的变形，不利于蒸镀套合的稳定。因此，Tokki蒸镀设备的长期稳定性，有待实践检验。cooling plate除去Tokki，其他蒸镀设备商都采用循环水冷却。好处是可以保证整个蒸镀过程中，MASK温度上升不超过5℃。能有效降低MASK和玻璃基板的变形，增加蒸镀过程的稳定性。但另一方面，cooling plate厚度的增加造成重量的过重，容易产生对玻璃的挤压而破片。而且，也会增加对磁力的损耗。如Tokki蒸镀机磁力能达到500Gs,而其他厂商最大在300 Gs。但从实践的效果来看，300 Gs的磁力并不会影响贴合的效果。为提高AMOLED屏幕的发光效率，要求RGB像素开口率越高越好。然而开口率的增加，会降低像素之间的间隙(PDL Gap)。因此在特定的工艺条件下，为避免套合偏位混色，PDL Gap最小尺寸满足如下公式：TP、CD、PPA和alignment分别表示LTPS玻璃像素精度，FMM slot开孔尺寸精度，mask张网精度和蒸镀对位精度。对于分辨率越高的显示屏，PPA和shift等参数管控要求越高。在以上所有影响套合精度的因素中，MASK PPA和蒸镀shift是影响最大的关键因子。他们决定了AMOLED生产厂商的技术能力。
为表述方便，我们引入一个概念——蒸镀PPA。它表示的是实际蒸镀位置和LTPS玻璃阳极图案之间的位置偏差。依据上述公式可得：导致蒸镀shift的主要原因是温度变化及MASK所受到的应力。蒸镀过程中，有机材料被加热到200-400℃之间，透过mask在玻璃上凝结。中间放出热量使玻璃基板和mask温度升高。在热膨胀因素的作用下，玻璃基板的阳极图案出现膨胀。而mask 像素孔出现收缩。另一方面，热量使mask frame框架膨胀。因此，温度对蒸镀PPA的影响较为复杂。需对最终结果进行分析总结相应的规律。2.1.2 应力影响会发生形变。也会造成mask PPA的变化。这种变化一般来讲没有规律，只能调节。Mask frame在cooling plate的压力作用下蒸镀设备尽可能地降低该影响。在重力作用的影响下，Mask stick 在与玻璃基板接触时也会因为应力而产生偏移。这部分应力主要有挤压应力和摩擦应力，不同stick 在该应力的作用下会出现不同的偏移情况。正因为蒸镀shift 的存在，造成蒸镀套合PPA的控制是整个蒸镀过程中最为关键的一环。目前的解决方案是总结最终mask的PPA变化规律，在张网时进行相应的补偿。即便如此，蒸镀shift也不能完全消除。而且，玻璃基板尺寸越大，该shift值也越大。这也是目前AMOLED只能做到中小尺寸的原因。从国内量产的情况来看，部分厂商能把蒸镀shift最终控制到3um以内。只有做到这个水准，蒸镀的技术才能说被基本掌握。FMM张网制作精度用PPA来表示。从表2可以看出，随着屏幕分辨率的提高，mask张网精度要求不断提升。制作全高清屏幕，一般要求mask PPA低于5um。目前通过工艺改善，国内有部分厂商能达到这一水平。FMM stick来料精度、张网过程，焊接偏移，CF加载情况等均影响到mask 精度。
图3.蒸镀套合PPA（蓝色为设计点位，棕色为实际蒸镀位置）总体来说，国内已量产企业对于AMOLED技术并未取得全面突破。都存在某些方面的技术短板。但每家公司面临的技术问题不一样。比如有的解决了贴合问题，而蒸镀套合PPA过大。而另外一些解决了套合问题，但贴合存在不良。因此，如果能综合各家经验，中国在攻克AMOLED技术的道路上会顺利很多。↓↓ 可以畅聊到天亮的行业技术群！你要不要来？↓↓
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