CN105800919A - 一种激光玻璃封装装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光玻璃封装装置，其特征在于，包括：激光器，CCD，扫描振镜，玻璃基板，龙门架，龙门架导轨和工件台；所述龙门架承载所述扫描振镜沿所述龙门架导轨水平向移动；所述工件台对其上的玻璃基板进行Rz向校正；所述扫描振镜驱动激光束按照预定扫描路径对所述玻璃基板进行扫描，并具有X向、Y向以及Z向的运动自由度；经过所述扫描振镜的激光束为两种不同波长的激光：指示光和工作光；所述对准CCD测量所述指示光的实际位置与名义位置之间的偏差、所述工作光的实际位置与名义位置之间的偏差、所述指示光扫描路径与预定扫描路径的偏差，从而对所述工作光的扫描路径进行偏差校正。

Description

一种激光玻璃封装装置及校准方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种激光玻璃封装装置及校准方法。

背景技术

激光辅助玻璃粉封装，是以预烧结后的玻璃料（FRIT）为中间封装焊料，将激光从玻璃封装体上表面，即上玻璃基板的表面垂直照射到玻璃料上进行加热，以通过上玻璃基板和下玻璃基板之间玻璃料的融化使得上玻璃基板和下玻璃基板黏结，以实现玻璃封装体的激光封装。

目前的封装设备一种采用龙门架上装载激光器，按照封装路径移动龙门架带动激光器进行激光封装；对于激光器工作光与参考光两种不同波段的光所产生的色差通过光学方式（镀膜）补偿，在进行扫描封装中使用参考光进行预扫描，同时使用CCD进行量测预扫描路径与实际封装路径的偏差（平移、旋转、倍率），将此偏差补偿在工作光扫描中，确保封装精度。

另一种采用掩模辅助封装方式，即将线性激光束进行整形，并通过预先与封装FRIT图案精确对位的掩模版对暴露在其下面的FRIT进行定位、局部加热一形成精密的封装线，这种封装方式需要采用工件台运动模式以及一系列线性整形元件并且需要经常维护更换配套掩模版。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型激光玻璃封装设备以及水平向校准方法，包括色差消除方法，以节约成本提高封装精度与产率。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种激光玻璃封装装置，其特征在于，包括：包括：激光器，CCD，扫描振镜，玻璃基板，龙门架，龙门架导轨和工件台；所述龙门架承载所述扫描振镜沿所述龙门架导轨水平向移动；所述工件台对其上的玻璃基板进行Rz向校正；所述扫描振镜驱动激光束按照预定扫描路径对所述玻璃基板进行扫描，并具有X向、Y向以及Z向的运动自由度；经过所述扫描振镜的激光束为两种不同波长的激光：指示光和工作光；所述对准CCD测量所述指示光的实际位置与名义位置之间的偏差、所述工作光的实际位置与名义位置之间的偏差、所述指示光扫描路径与预定扫描路径的偏差，从而对所述工作光的扫描路径进行偏差校正。

本发明还公开了使用上述激光玻璃封装装置的激光玻璃封装校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：使用标准基板，进行基板对准，校准龙门架水平向缩放比例与水平向非正交性；

步骤二：将热敏纸贴于所述标准基板上，使用所述指示光按一定间距，打出指示光点阵列；

步骤三：使用CCD对准所述指示光点阵列，根据指示光点阵列实际位置与名义位置之间的偏差数据，通过模型拟合出指示光与CCD的偏差，生成指示光校准文件；

步骤四：将热敏纸贴于所述标准基板上，使用所述工作光按一定间距，打出工作光点阵列；

步骤五：使用CCD对准所述工作光点阵列，根据工作光点阵列实际位置与名义位置之间的偏差数据，通过模型拟合出工作光与CCD的偏差，生成工作光校准文件；

步骤六：根据所述指示光校准文件和工作光校准文件，计算出两种光之间的偏差关系；

步骤七：在线水平向自校正时，先使用指示光进行扫描，通过CCD对准计算出指示光与预定扫描路径的偏差，将此偏差作为前馈校正量，形成工作光的扫描路径。

其中，所述标准基板表面由一系列对准标记形成了“+”形图样。

其中，所述步骤一中使用最小二乘法拟合校正出龙门架移动水平向缩放比例与水平向非正交性。

其中，所述的步骤三和步骤五采用相同的高阶误差建模拟合算法，其模型为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δx}={\mathrm{dx}}_f+x_f{M}_{\mathrm{fx}}-y_f{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{fx}}+x_f^2{T}_x+x_f{y}_f{T}_y+y_f^2{W}_x-x_f{y}_f{W}_y+x_f{r}_f^2{D}_{3x}+x_f{r}_f^4{D}_{5x}+R_{\mathrm{fx}}\\ \mathrm{\Δy}=d{y}_f+y_f{M}_{\mathrm{fy}}+x_f{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{fy}}+x_f{y}_f{T}_x+y_f^2{T}_y-x_f{y}_f{W}_x+x_f^2{W}_y+y_f{r}_f^2{D}_{3y}+y_f{r}_f^4{D}_{5y}+R_{\mathrm{fy}}\end{array},$

其中，Δx、Δy为位置误差；x_f、y_f为任意一点的坐标；dx_f、dy_f为像面平移；M_fx、M_fy为倍率；φ_fx、φ_fy为像面旋转；T_x、T_y为不规则四边形畸变；W_x、W_y为楔形畸变；D₃、D₅为三阶畸变与五阶畸变；R_f为残余误差。

与现有技术相比较，本发明使用指示光针对封装路径进行预扫描，生成扫描偏差校正文件；将在线生成的扫描偏差校正文件直接应用到工作光扫描当中，达到对工作光扫描路径的前馈校正，从而保证封装精度。

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是本发明激光玻璃封装装置结构示意图；

图2是标准基板对准标记示意图；

图3是色差校正点阵列示意图。

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。

本发明激光玻璃封装装置为龙门架与扫描振镜共同完成所需位置移动，首先龙门架承载扫描振镜在各个封装场间移动，进行封装时，依靠扫描振镜完成对场内路径封装。

图1为激光玻璃封装装置结构示意图，包括：激光器1，对准CCD2，扫描振镜3，玻璃基板4，龙门架5，龙门架导轨6，承载玻璃板4的工件台（基板台）7，大理石台8，减震器9和地基10。玻璃基板4通过基板传输到工件台7，工件台7水平向只完成上片旋转角Rz校正；龙门架5承载扫描振镜3沿龙门架导轨6水平向移动，进行基板对准，对准成功后，将扫描振镜移动至各封装场中心位置后，龙门架不再移动。进行封装时，激光器1发射激光，经过扫描振镜3照射到玻璃板4上，通过扫描振镜可动镜片的偏转，按封装路径进行玻璃板的激光封装。扫描振镜有两种不同波长的激光，一种为指示光，另一种为工作光。

在进行扫描封装时，首先使用指示光进行预扫描，并在扫描阶段使用对准CCD进行对准，检测指示光光斑与扫描路径的偏差，从而对工作光扫描路径进行偏差校正。这种方法的前提要求指示光与工作光的光斑成像在基板上是处于同一点，即无色差影响。因此首先要校正指示光与工作光的色差，此过程为离线校正。

离线校正还包括指示光与工作光色差校正前的准备工作，针对该装置，就是在校正指示光与工作光色之前，先要进行装置的水平向校准，主要为校正龙门架水平向移动scaling（缩放比例）与非正交性。图2为标准基板，其表面由一系列对准标记形成了“+”形图样。这个图样被非常精确的定位在基板表面，一条在X轴方向上，而另外一条在Y轴方向上。上述两条标记带形成非常精确的90o角。标准基板上载至工件台后，进行基板对准获取对应标记的实际位置与名义位置，所述实际位置是指所述振镜驱动激光束进行水平向扫描的路径的位置，所述名义位置是指所述龙门架带动所述扫描振镜水平向移动的路径的位置，使用最小二乘法拟合校正出龙门架移动scaling与非正交。

对龙门架的水平向移动scaling（缩放比例）与非正交性校正后，校正指示光与工作光色差方法为：

首先将热敏纸贴在玻璃基板上，使用振镜发出指示光在封装场大小范围内，在热敏纸上按一定间距打出“+”形点阵列，为这些点阵列的实际位置，指示光点阵列结构如图3所示，然后使用龙门架带动CCD移动，对准这些阵列点，测量这些点阵列的名义位置，同时计算实际位置与名义位置之间的偏差，生成校准测量数据文件，并使用场内高阶套刻模型进行场内误差项拟合建模，生成校准文件表达指示光相对CCD的误差。

使用同样的方法测量工作光相对CCD的误差。首先将热敏纸贴在基板上，在一个封装场大小范围内，使用振镜发出工作光在热敏纸上按一定间距打出“+”形点阵列，为这些点阵列的实际位置，指示光点阵列与工作光点阵列结构相同，工作光点阵列结构也如图3所示，然后使用龙门架带动CCD移动，对准这些阵列点，测量这些点阵列的名义位置，同时计算实际位置与名义位置之间的偏差，生成校准测量数据文件，同样使用场内高阶套刻模型进行场内误差项拟合建模，生成校准文件表达工作光相对CCD的误差。通过这种间接的方式，将振镜指示光与工作光在基板像面聚焦成像在同一点。

上述利用CCD校准指示光与工作光的拟合算法，均采用相同场内高阶误差建模：

其中，

、：场内位置误差；

任意一点的场内坐标；

：；

、：场内像面平移；

、：场内倍率；

、：像面旋转；

、：不规则四边形畸变；

、：楔形畸变；

：三阶畸变与五阶畸变；

：场内残余误差。

通过离线校正生成校准文件后，输入至设备控制装置中，保证自身指示光与工作光在基板面成像在同一点后，进行在线进行激光封装工作。

在线进行激光封装时，首先使用指示光针对封装路径进行扫描，并同时使用对准CCD进行检测指示光光斑沿封装路径扫描时的偏差，采用基板对准通用模型：进行拟合，生成扫描偏差校正文件，这一阶段称为预扫描；将在线生成的扫描偏差校正文件直接应用到工作光扫描当中，达到对工作光扫描路径的前馈校正，从而保证封装精度。

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 (5)

1.一种激光玻璃封装装置，其特征在于，包括：激光器，CCD，扫描振镜，玻璃基板，龙门架，龙门架导轨和工件台；所述龙门架承载所述扫描振镜沿所述龙门架导轨水平向移动；所述工件台对其上的玻璃基板进行Rz向校正；所述扫描振镜驱动激光束按照预定扫描路径对所述玻璃基板进行扫描，并具有X向、Y向以及Z向的运动自由度；经过所述扫描振镜的激光束为两种不同波长的激光：指示光和工作光；所述对准CCD测量所述指示光的实际位置与名义位置之间的偏差、所述工作光的实际位置与名义位置之间的偏差、所述指示光扫描路径与预定扫描路径的偏差，从而对所述工作光的扫描路径进行偏差校正。

2.一种使用权利要求1所述的激光玻璃封装装置的激光玻璃封装校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：使用标准基板，进行基板对准，校准龙门架水平向缩放比例与水平向非正交性；

步骤二：将热敏纸贴于所述标准基板上，使用所述指示光按一定间距，打出指示光点阵列；

步骤三：使用CCD对准所述指示光点阵列，根据指示光点阵列实际位置与名义位置之间的偏差数据，通过模型拟合出指示光与CCD的偏差，生成指示光校准文件；

步骤四：将热敏纸贴于所述标准基板上，使用所述工作光按一定间距，打出工作光点阵列；

步骤五：使用CCD对准所述工作光点阵列，根据工作光点阵列实际位置与名义位置之间的偏差数据，通过模型拟合出工作光与CCD的偏差，生成工作光校准文件；

步骤六：根据所述指示光校准文件和工作光校准文件，计算出两种光之间的偏差关系；

步骤七：在线水平向自校正时，先使用指示光进行扫描，通过CCD对准计算出指示光与预定扫描路径的偏差，将此偏差作为前馈校正量，形成工作光的扫描路径。

3.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于，所述标准基板表面由一系列对准标记形成了“+”形图样。

4.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于，所述步骤一中使用最小二乘法拟合校正出龙门架移动水平向缩放比例与水平向非正交性。

5.如权利要求4所述的校准方法，其特征在于，所述的步骤三和步骤五采用相同的高阶误差建模拟合算法，其模型为：

其中，Δx、Δy为位置误差；

x_f、y_f为任意一点的坐标；

dx_f、dy_f为像面平移；

M_fx、M_fy为倍率；

φ_fx、φ_fy为像面旋转；

T_x、T_y为不规则四边形畸变；

W_x、W_y为楔形畸变；

D₃、D₅为三阶畸变与五阶畸变；

R_f为残余误差。