宁波企业建成高世代精密金属掩膜版生产线
手撕钢上的微米级“绣花”
本报记者 应磊 共享联盟·海曙 孙勇
■ 本报记者 应磊 共享联盟·海曙 孙勇
在厚度不到A4纸四分之一的“手撕钢”上进行“绣花”一般的微米级加工,能做出什么?
答案是精密金属掩膜版——被誉为“梦幻显示器”的OLED屏幕微米级像素精度的核心加工部件,它如同屏幕制造中的“模板”,精准控制着每一个像素点的形貌、位置与密度,直接决定画面是否清晰、色彩是否均匀。
长期以来,这项技术被少数外国企业掌握,中国面板厂商虽能造屏,却在关键材料上受制于人。前不久,一家来自宁波的企业发布了重磅成果:建成了国内首条G8.6代高世代精密金属掩膜版生产线。
这是全球领先的高世代精密金属掩膜版生产线,标志着我国在高世代OLED关键材料领域实现了从G6到G8代的“代际跨越”。
这套系统如何实现“手撕钢上的微米级绣花”?未来的应用边界又在哪里?带着这些问题,记者走进宁波望春工业园区,探访了背后的主角——寰采星科技(宁波)有限公司(下称“寰采星科技”)。
挑战金属加工“极限地带”
进入车间前,必须穿戴全套防护服——帽子、口罩、无尘鞋,连头发都不能外露。这是为了最大限度防止灰尘污染。在洁净环境中,技术人员穿梭于光刻机、蚀刻机与检测系统之间,正紧张调试着G8.6代产线。
在另一侧,一卷卷比头发丝更薄的超薄金属箔材正被精密“雕刻”。通过全程卷对卷连续制程,这些原本柔软易变形的材料,在微米级精度控制下,逐步形成排列整齐、极小误差的百万级微结构孔洞——每一个孔,都是未来OLED屏幕上一个发光像素的位置标记。
人类之所以能看到世界,靠的是视网膜将光信号转化为神经电信号。而OLED屏幕要“发光”,则依赖掩膜版将蒸镀材料精准引导至指定位置。一旦微孔错位或尺寸不均,就会出现亮度偏差、色彩偏移甚至“死点”(即无法正常显示而形成的黑点)等。
可问题在于:要在厚度仅相当于A4纸四分之一的金属箔材上,批量加工出千万级别的微米级结构,每个孔的位置精度、尺寸一致性必须极高。这个过程中还要解决材料应力分布不均、热胀冷缩导致形变、多层图形精准对位等一系列难题。
传统冲压或激光切割早已触及物理极限,无法满足下一代高分辨率OLED的需求。寰采星科技选择了一条全新的技术路径:将半导体图形化工艺体系移植到有色金属加工领域,构建起领先的全流程闭环制造系统,全部实现自动化、高精度控制。
就比如多层图形精准对位环节,是确保产品性能与良率的关键。这主要依靠一套集高精度对准系统、先进的测量与反馈控制、优化的掩膜版设计以及严格的工艺控制于一体的技术体系。
光刻机的“火眼金睛”看清上一层留下的标记,确保新图形精准落下。边定位边测量,发现微小偏差立刻反馈调整,形成一个智能闭环。严格控制生产环境的温度、振动等,减少一切可能让图形“跑偏”的干扰。
“我们本质上是一家有色金属压延和精密加工企业,但用的是半导体的工艺。”寰采星科技总经理武斌说,“我们在挑战金属行业最难的领域。”在他看来,微米级加工处于传统机械加工与纳米科技之间的“黄金区间”——既超出普通数控机床的能力范围,又尚未进入小分子和原子级结构操控层面。正是这个区间,为金属材料开辟了全新的应用可能。
今年寰采星科技G8.6代产线将正式量产,覆盖从4.5代到8.6代全世代显示面板需求。该产线推动OLED屏幕向更大、更清晰、更柔性的方向发展。背后是一项自主研发的全流程张力控制系统。即使面对宽度达600毫米的超薄材料,也能将加工过程中的形变率控制在5%以内——这一指标远超国际同行水平,在过去被视为几乎不可能完成的任务。
全新的技术突破,让寰采星科技在多项关键技术上创下行业纪录:全球最长的1.7米精密金属掩膜版,适配车载超长曲面屏;最大幅宽达480毫米,满足笔记本、平板等中大尺寸OLED生产需求;最薄可达18微米,进一步提升显示效果。
破解原材料“卡脖子”困局
制造精密金属掩膜版,最关键的原材料是一种名为因瓦合金的镍铁合金。它的热膨胀系数极低,在高温蒸镀过程中,保持近乎为零的热膨胀,确保像素坐标纹丝不动。
然而,这种高端材料长期被国外少数企业控制。过去,国内厂商面临“买不到、不敢囤、随时断供”的困境。一旦供应链波动,整条OLED产线都可能被迫停产。
“没有自主可控的因瓦合金,永远只能跟跑。”这是寰采星科技创立之初就定下的信念。公司在宁波海曙落地时,便确立了“两条腿走路”的战略:一方面建设先进的掩膜版生产线;另一方面,同步向上游延伸,全力实现高端因瓦合金国产化。
“要做出真正高质量的因瓦合金,必须跨越熔炼纯净度、组织均匀性、冷轧板形控制、退火织构调控等多重技术门槛。”企业研发负责人陈鼎国介绍,每一项都是材料科学与工程工艺的巨大挑战。
熔炼阶段,避免微小杂质引发后续蚀刻缺陷;热加工环节,要在严格控温条件下进行处理,获得细小均匀的结构;最关键的退火热处理,要实现超低膨胀性能与优异塑性的统一。
为突破这些壁垒,一场横跨千里的协同攻关悄然展开。寰采星科技联合一家北京的顶尖特钢企业与材料研究院,共建联合实验室,从最基础的合金成分设计开始,寻找因瓦合金的技术标准。
光一个退火环节,就让团队反复推倒重来,找到最佳的升温速率、保温时间与冷却曲线。工程师严格控制温度,以每分钟升温几十摄氏度缓慢加热。当温度达到一个精确的高点时,工程师诱导绝大多数晶粒按照最稳定的特定方向排列,如同麦田一样。这片“金属麦田”在各个方向上的热膨胀性质高度一致,是保证超低膨胀系数和极致尺寸稳定性的微观基石。最后,寻找冷却曲线控制,提升强度和硬度,让掩膜版更耐磨、更抗变形。
“调参数、比数据、验性能,我们在实验室里熬过了无数个通宵,经历了上百轮失败。”陈鼎国说。历经三年攻坚,团队终于成功研制出符合标准的国产因瓦合金,其厚度范围为20至50微米,宽度达280至530毫米,平整度、纯度和热稳定性均达到国际先进水平。
从显示产业迈向科技前沿
当前,全球OLED显示屏以可折叠、可卷曲、可拉伸等柔性形态成为创新焦点,并从概念走向商用。应用场景从小尺寸向中大尺寸扩张,从智能手机主导,向笔记本电脑、显示器、平板、车载显示等中尺寸领域快速拓展。
随着技术和材料的双重突破,中国OLED产业链的安全根基日益稳固。中国面板厂商在G8.6代线布局上积极追赶,上游材料、设备的国产替代也在加速,以保障供应链安全。在这场变革中,寰采星科技已成为推动产业链自主化的重要力量。
依托日益成熟的国产化体系,寰采星科技正加快扩产步伐。目前,企业在宁波布局了两条G6代和一条G8.6代精密金属掩膜版量产线,总产能规模及产量规模均位居全球前列。其生产的微米级精度的“像素母版”,已全面应用于国内主流面板企业的OLED产线。
“我们做的不只是一个零件。”武斌站在G8.6代主控平台前说,“更是在构建一条属于中国的高精度制造链路。”真正的考验,是能否把高端设备转化为稳定、可控、可持续的生产力。
G8.6代产线集成了来自全球顶尖供应商的光刻、蚀刻与检测系统,但它绝非一套简单的“交钥匙工程”。相反,从设备布局到工艺节拍,从张力控制逻辑到数据反馈闭环,每一个环节都经过了定制化重构与系统级再集成。“我们必须让这些‘洋设备’听懂‘中国工艺语言’。”武斌说。
对设备的深度理解、系统集成与再创新能力,才是企业真正的核心竞争力。也正是凭借这套完整的工艺体系,寰采星科技的技术能力正快速延伸至更多前沿应用场景。
当新能源汽车驶入智能座舱时代,中控屏演变成超长曲面一体化显示屏。这对掩膜版提出了前所未有的挑战:既要足够长,又要足够宽、足够薄、精度丝毫不差。
寰采星科技已能提供长尺寸掩膜版,不仅能支持单块超大屏幕的一体化制造,还可实现多区域同步蒸镀,大幅提升生产效率,为中国车企打造高端视觉体验提供有力支撑。
在掌握微米级超薄金属半导体图形化技术体系后,企业的视野也投向了更广阔的领域,进行前瞻性的生态布局,向更广阔的应用场景进行多维拓展。
“人工智能、人形机器人等新兴领域对算力的要求越来越高,也在不断挑战材料的物理极限。”武斌表示,“我们在微米级金属材料方面的积累,未来有望应用于轻量化结构件、高效散热模块等领域,助力这些前沿技术突破瓶颈,开辟新的产业赛道。”
从突破技术瓶颈,到实现产能领先;从服务新型显示产业,到赋能科技前沿——寰采星科技用六年时间,走出了一条自主创新之路。