CN105632944B - 一种多光束准同步激光封装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多光束准同步激光封装装置，其特征在于，包括：一激光光源，用于提供一激光光束；一双轴偏转微镜阵列，该双轴偏转微镜阵列包括若干绕X轴或Y轴转动的微反射镜面，该双轴偏转微镜阵列用于将该激光光束分为预设形状的多光束；一振镜，该多光束进入该振镜后形成多个封装光束至一工件表面；一控制单元，该控制单元与该双轴偏转微镜阵列和振镜连接，用于控制所述双轴偏转微镜阵列和振镜输出。

Description

一种多光束准同步激光封装装置及方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种多光束准同步激光封装装置及方法。

背景技术

近年来，OLED(OrganicLight-EmittingDiode)以其自发光，结构简单，超轻薄，响应速度宽、色彩对比度高、宽视角，低功率及可实现柔性显示等优异特性，已成为平板显示和照明领域的一个重要发展方向。OLED器件主要包括透明基板玻璃，TFT主动控制阵列，电机层、有机发光层以及封装层等。然而，目前OLED显示屏所采用的有机发光材料及电极对其周围环境中的水蒸气和氧气极度敏感，并因其相互作用使其劣化造成暗点，而严重影响其寿命。为此，需要对OLED进行极度苛刻的气密性封装：H2O<10-6g/m2/day,O2<10-4cc/m2/day/atm。激光辅助的玻璃料封装技术以其优良的封装气密性、低温选择性以及封装工艺的成熟度及适应性已成为当前OLED玻璃封装的首选封装工艺。

目前，在OLED激光封装设备专利方面，韩国的LTS在该领域拥有绝对的技术优势，其拥有的专利数量是第二名康宁(Corning)和第三名的三星的总和。纵观其在设备方面专利布局，其重点保护的设备封装方案为顺序周线扫描或掩模辅助式顺序周线扫描，这亦与其商业化的产品设计方案是一致的。顺序周线扫描的优点在于其封装轨迹灵活，能够适用任意尺寸、任意形状CELL(单元)轮廓轨迹的封装，且通过掩模辅助遮挡，可进一步提高封装轨迹一致性，精确控制热影响区范围，适应窄边设计的流行趋势。不过，顺序周线扫描的致命缺点在于其过窄的工艺窗口导致其典型封装速度仅为20mm/s,这就意味着封装时间随着封装FRIT的轮廓线周长线性增长，导致设备产率成为制约高世代(如5.5代)封装设备关键性能指标的技术瓶颈。针对此问题，LTS采用的技术方案是采用双台、双龙门24头的并行方案以提高其设备的产率，而更多的激光头意味着控制复杂度及制造成本急剧增加。另外，尽管掩模可以提高封装的一致性，控制热影响区范围，但其负面效应是增加额外的设备制造和对准成本(掩模和基板之间的对准)，且降低了周线封装方案的灵活性。

所谓准同步封装，是指利用高速扫描激光束(如振镜扫描系统，扫描速度可达5m/s)重复扫描封装Cell对应FRIT的轮廓线，使得FRIT轮廓线上的每一封装点的温度准同步梯次增加至软化点之上，兼具顺序周线扫描(N＝1)的灵活性与同步封装技术的温度均匀性之优势。针对2.5代OLED基板(370mm*470mm)，3*7＝21个4.3inch的封装Cell(16：9)布局，其单振镜(单激光束)准同步封装(V＝3m/s)产率与LTS的3激光头(20mm/s)的产率相当。不过，对于更高世代的基板，例如5.5代(实际封装尺寸受制于前道蒸镀设备尺寸的限制，一般5.5代基板一切四，即650mm*750mm)，对应12*6＝72个4.3inch的封装Cell(16：9)布局，其产量仍需保证2min/片。这就意味着，若简单采用增加振镜数目(至少4振镜拼接)的并行加工办法，其制造成本将急剧增加而失去竞争优势，且多振镜头之间的拼接方案亦需要考虑复杂的控制及拼接算法。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种可实时配置、兼具多光束并行及振镜高速扫描的灵动型多光束准同步封装装置及方法，旨在达到高速、高效、灵活、质优的封装目标。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种多光束准同步激光封装装置，其特征在于，包括：一激光光源，用于提供一激光光束；一双轴偏转微镜阵列，该双轴偏转微镜阵列包括若干绕X轴或Y轴转动的微反射镜面，该双轴偏转微镜阵列用于将该激光光束分为预设形状的多光束；一振镜，该多光束进入该振镜后形成多个封装光束至一工件表面；一控制单元，该控制单元与该双轴偏转微镜阵列和振镜连接，用于控制所述双轴偏转微镜阵列和振镜输出。

更进一步地，该激光光源和该双轴偏转微镜阵列之间还包括一扩束准直镜。

更进一步地，该双轴偏转微镜阵列和该振镜之间还包括一反射镜和一扩束准直镜。

更进一步地，该激光光束以20o角入射在双轴偏转微镜阵列表面。

更进一步地，该振镜包括X向及Y向反射镜片、扫描偏转电机以及F-theta镜。

本发明同时公开一种多光束准同步激光封装方法，包括：步骤一、根据封装单元阵列的几何信息，设置一双轴偏转微镜阵列的参数，设置一振镜的封装扫描参数；步骤二、将一激光光束用该双轴偏转微镜阵列调制后，进入该振镜后形成多个预设的封装光束至一工件表面。

更进一步地，该步骤一进一步包括：根据封装单元阵列的几何信息，对封装单元阵列进行分组，根据分组后的封装单元阵列的几何信息，设置该双轴偏转微镜阵列的参数，设置该振镜的封装扫描参数。

更进一步地，该双轴偏转微镜阵列的参数包括分光数目、光斑尺寸、光斑灰度及位置。

更进一步地，该振镜的封装扫描参数包括扫描起止位置，扫描速度、拐角功率及扫描次数。

与现有技术相比较，本发明提供了一种可灵活配置、实时调整的多光束振镜扫描系统，以用于激光封装、焊接、切割等激光应用。本发明解决了传统多激光束并行操纵时无法单独解耦，灵活调控的技术难题。本发明基于双轴DMD的实时可配置性，提出了一种多激光素在高速扫描时，能够相互配合协调，灵活定位的新方案。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是双轴偏转微反射镜结构示意图；

图2是振镜内部光路结构示意图；

图3是本发明所涉及的多光束准同步封装装置结构示意图；

图4是空间光束调制算法流程图；

图5是同轨迹Cell复制阵列结构示意图；

图6是异封装轨迹CELL拼装阵列结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

鉴于双轴偏转微反射镜阵列与振镜扫描系统是本发明的关键单元技术所在，故有必要首先对其技术原理做个简要的介绍。双轴偏转微反射镜阵列(简称DMD)，是一种基于MEMS工艺的反射式空间光调制器，其单个微镜单元结构如图1所示。该单个微镜单元包括镜片1和框架2。这种双偏转轴结构的DMD,可在空间寻址电极作用下，利用静电力驱动任一微反射镜面绕其X轴或Y轴转动。如此，通过可编程控制X轴及Y轴偏转角度改变微镜阵列中特定镜片的空间姿态，可将唯一入射光束分解成具有任一拓扑结构的多光束阵列，而近乎无能量损失。

如图2所示，振镜扫描系统是一种光、机、电、控制一体化的激光扫描控制系统，其主要由X向及Y向反射镜片22、扫描偏转电机23，F-theta镜24以及伺服驱动单元等组成。激光光束21经过反射镜片22、F-theta镜24入射至工件25上。由于反射偏转镜片的转动惯量很低，使得振镜扫描系统具有极高的响应频率(上千Hz)，如此可通过振镜X轴及Y轴偏转电机的协调转动，可实现激光束在整个工作面的高速精确扫描，其扫描速度可达到5m/s以上。

基于上述原理性介绍，下面具体阐述集成有DMD及振镜扫描系统的多光束准同步封装装置的专利技术特征及应用方法。

技术特征及应用方法。

图3为多光束准同步封装装置的结构示意图。鉴于激光封装应用对波长的选择性(由封装玻璃料的吸收频谱决定)，940nm的半导体激光器1，其输出的主激光束经扩束准直光路2以一定倾斜角度(典型值为20o)入射在双轴偏转微镜阵列3表面(图中仅以4块微镜片阐述如何形成双光束)。主控计算机13基于预设封装FRIT图案阵列8，同步协调柔性分光单元——空间光调制器DMD和振镜扫描系统：一方面通过DMD控制器10对微镜阵列3进行空间光调制，以形成指定空间分布的分光光束，并通过反射镜片4及准直光路5进入振镜6内部光路；另一方面则经由振镜扫描控制卡11，以振镜内部X轴及Y轴偏转镜片对入射光束进行高速偏转调制，并经由振镜F-theta7形成预定空间分布的双光束对玻璃基板9上的FRIT封装Cell轮廓线图案阵列8进行预设的并行高速扫描，进而完成指定CELL阵列的气密性封装。

图4为基于激光全息计算的激光束空间调制技术控制算法示意图。基于DMD的多光束振镜扫描系统最大的优势在于其实时可调整性(相对于DOE方案)及功率近乎无损失(相对于传统SLM，如液晶光阀或者单轴DMD等)。

激光束空间调制技术控制算法具体包括401预设激光束空间分布动态序列，402基于傅里叶变化的动态激光全息计算。403计算结果至双轴微镜阵列控制器。404双轴微镜阵列控制器发出控制信号对双倾斜轴双轴微镜阵列实时调制。405预设空间光束空间复现。

为此，下面将重点针对2种典型场景阐述本专利发明的另一重要特征——实时可调整性。

1、同轨迹Cell复制阵列

如图5所示，封装基板9上拟封装Cell图案属于同轨迹复制阵列，即任一封装Cell轮廓中心线的形状、尺寸完全一致，但封装玻璃料的线宽、厚度以及软化点、热膨胀系数等却有可能并不相同。例如图6中CEL801和与CELL802的轮廓中心线的形状和尺寸完全一致，但其玻璃料的线宽、厚度以及材料的软化点温度确并不相同。这就意味着无论是采用周线顺序扫描封装还是准同步封装，除了扫描轨迹、扫描速度及扫描起止位置外，其余封装工艺参数：对应分激光功率P、扫描次数N、光斑尺寸D等均需要独立设置。

针对同轨迹封装阵列，其具体工作流程如下：

(1)基于DXF文件将拟封装cell阵列的几何拓扑信息导入；

(2)选择整体封装工艺方案，定制顺序周线扫描或准同步封装方案；

(3)根据并行封装CELL阵列的数目、间距以及光斑起始位置，通过DMD设置分光数目、光斑尺寸(对应不同线宽)、光斑灰度(间接设置单光束的有效输出功率)以及位置；

(4)设置对应CELL封装扫描参数(周线扫描主要是扫描起止位置，扫描速度、拐角功率，准同步则还需要设置扫描次数N)

(5)按照上述预设封装工艺参数进行多光束并行封装。

由此可见，该并行封装场景并不需要在封装过程中对DMD空间光调制器与振镜扫描系统进行同步。

2、异封装轨迹CELL拼装阵列

尽管在大规模产线中，基板上的CELL一般是完全一致的，即均属于同源复制，但在中试线上，为了节约成本，常常需要在同一基板上集成有不同形状及尺寸CELL(如图6所示),这对于传统并行激光封装设备而言，一般是不可接受的，只能通过牺牲产率来单独封装。

针对此类封装阵列，其封装流程如下：

(1)基于DXF文件将拟封装CELL的几何拓扑信息导入；

(2)选择周线扫描或准同步封装方案；

(3)对封装CELL进行分组归并，并分别设置对应CELL的封装工艺参数；

(4)实时同步DMD(DMD的切换频率可达kHz与振镜相当)与振镜的空间调制,同步组合出对应Cell的封装轨迹及预设扫描速度；

(5)完成对应组合CELL阵列的气密性封装。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种多光束准同步激光封装装置，其特征在于，包括：

一激光光源，用于提供一激光光束；

一双轴偏转微镜阵列，所述双轴偏转微镜阵列包括若干绕X轴或Y轴转动的微反射镜面，所述双轴偏转微镜阵列用于将所述激光光束分为预设形状的多光束；

一振镜，包括X向及Y向反射镜片、扫描偏转电机以及F-theta镜，所述多光束进入所述振镜后形成多个封装光束至一工件表面；

一控制单元，所述控制单元与所述双轴偏转微镜阵列和振镜连接，用于控制所述双轴偏转微镜阵列和振镜输出。

2.如权利要求1所述的多光束准同步激光封装装置，其特征在于，所述激光光源和所述双轴偏转微镜阵列之间还包括一扩束准直镜。

3.如权利要求1所述的多光束准同步激光封装装置，其特征在于，所述双轴偏转微镜阵列和所述振镜之间还包括一反射镜和一扩束准直镜。

4.如权利要求1所述的多光束准同步激光封装装置，其特征在于，所述激光光束以20°角入射在双轴偏转微镜阵列表面。

5.一种基于权利要求1-4中任一项所述的封装装备的多光束准同步激光封装方法，其特征在于，包括：步骤一、根据封装单元阵列的几何信息，设置一双轴偏转微镜阵列的参数，设置一振镜的封装扫描参数；步骤二、将一激光光束用所述双轴偏转微镜阵列调制后，进入所述振镜后形成多个预设的封装光束至一工件表面。

6.如权利要求5所述的多光束准同步激光封装方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括：根据封装单元阵列的几何信息，对封装单元阵列进行分组，根据分组后的封装单元阵列的几何信息，设置所述双轴偏转微镜阵列的参数，设置所述振镜的封装扫描参数。

7.如权利要求5所述的多光束准同步激光封装方法，其特征在于，所述双轴偏转微镜阵列的参数包括分光数目、光斑尺寸、光斑灰度及位置。

8.如权利要求5所述的多光束准同步激光封装方法，其特征在于，所述振镜的封装扫描参数包括扫描起止位置，扫描速度、拐角功率及扫描次数。