CN106158669B - 一种准同步封装的装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种准同步封装的装置，包括：一激光功率控制器，用于控制一激光器提供一不同功率的激光光束；一振镜单元，该振镜单元包括一X‑Y向振镜以及一角度测量传感器，该激光光束经该X‑Y向振镜反射在一待封装物体表面形成一封装光斑，该角度测量传感器用于测量该X‑Y向振镜的偏转角度；一振镜检测控制单元，该振镜检测控制单元与该振镜单元以及该激光功率控制器相连，根据该X‑Y向振镜的偏转角度控制该激光功率控制器。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种准同步封装的装置及控制方法。
背景技术
现代社会中，光电半导体器件愈来愈多的应用于各个领域，如照明、工业生产、科学实验等，其中，最近应用较为广泛的为OLED技术，相对传统的TFT技术，其具有耗电少、清晰度高、高分辨率等优点；但是OLED对水汽和氧气比较敏感，两者易造成OLED器件氧化、脱模等，致使器件提前老化甚至损坏。为保证OLED器件的有效可靠的工作，需要对OLED进行气密性封装。
实现封装的技术有多种，现阶段最受推崇，为业界常用的为激光玻璃封装，其封装原理为：激光器发出的光束，经过一个光路系统(一般有反射镜、透射镜和光纤组成)后，将光束聚焦于封装区域，对玻璃粉进行加热处理，玻璃粉吸收激光能量熔融，与上下玻璃基板形成气密性封装结构。
当前用于激光玻璃封装的技术方案有多种：顺序周线扫描封装、同步封装、掩模封装等。三种封装技术方案均可以实现激光玻璃封装，但是都具有各自的缺点：周线扫描封装由于激光束运动速度慢，加热时间长，造成非均匀热应力，影响封装质量；同步封装缺乏灵活性，且光路复杂，成本很高；掩模辅助封装的激光利用率低，且灵活性差，且成本高。
为解决以上缺陷，发明了准同步封装。所谓准同步封装，是指利用高速扫描激光束(如3m/s)重复扫描封装FRIT(封装融料)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，兼具顺序周线扫描的灵活性与同步封装技术的温度均匀性之优势。
FRIT的轮廓一般为圆角矩形，圆角直径约1-2mm，圆角处激光扫描速度的变化(方向)会造成此处吸收的热量增加，产生局部应力差，总应力的差异表现为封装良率的降低甚至破坏封装体。为解决这个问题，有两种方式：增加拐角处扫描速度(准同步已经很大了，再次增加速度易造成其它问题)和降低激光器功率。由于激光光束运动速率高，且转角路径很短，欲对激光器功率进行调节，需要在极短的时间内完成对激光器的控制。业界尚未具有一种可行有效的方法实现这种控制。通常的做法为：通过计算，设置功率-时间曲线，将该曲线下发至激光功率控制卡，按时间顺序调整激光器功率。但是该开环控制有以下几个缺点：时间精度难以维持且对功率的控制为异步控制；不允许时间计算有任何差错；当激光束运动超出误差范围时，不能及时调整；自适应性差。
发明内容
针对上述问题，本发明采用了一种位置快速反馈机制的准同步封装的装置及控制方法，使激光功率控制器可以根据光束所在位置实时调整激光器的功率或提升光斑在转角处的速度。
为了实现上述发明目的，本发明公开一种准同步封装的装置，包括：一激光功率控制器，用于控制一激光器提供一不同功率的激光光束；一振镜单元，该振镜单元包括一X-Y向振镜以及一角度测量传感器，该激光光束经该X-Y向振镜反射在一待封装物体表面形成一封装光斑，该角度测量传感器用于测量该X-Y向振镜的偏转角度；一振镜检测控制单元，该振镜检测控制单元与该振镜单元以及该激光功率控制器相连，根据该X-Y向振镜的偏转角度控制该激光功率控制器。
更进一步地，该振镜检测控制单元与该激光功率控制器提供一基准时钟，并通过一同步信号触发该激光功率控制器。
更进一步地，该封装光斑的轨迹位于该待封装物体表面的转角起点或终点，或弯曲路径起点或终点时，该激光功率控制器控制该激光器的功率变化。
更进一步地，该准同步封装的装置还包括一温度检测单元，用于检测待封装物理表面温度。
更进一步地，该准同步封装的装置还包括一轮廓单元用于控制该封装光斑的形状。
更进一步地，该角度测量传感器为21bit以上的编码尺。
本发明同时公开一种准同步封装的控制方法，包括：步骤一：在一待测物体表面形成一封装光斑；步骤二：检测该封装光斑的位置，并获得该封装光斑的坐标系位置；步骤三：当该封装光斑的坐标系位置位于该待封装物体表面的转角起点或弯曲路径起点时，降低该封装光斑的功率；当该封装光斑的坐标系位置位于该待封装物体表面的转角终点或弯曲路径终点时，增加该封装光斑的功率。
更进一步地，该步骤一包括：通过一X-Y向振镜反射在该待封装物体表面形成该封装光斑。
更进一步地，该步骤二包括：利用一角度测量传感器用于测量该X-Y向振镜的偏转角度以检测该封装光斑的位置。
更进一步地，该步骤三包括：当该封装光斑的坐标系位置位于该待封装物体表面的转角起点或弯曲路径起点时，通过一同步信号触发以降低该封装光斑的功率。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案：兼具了顺序型周线扫描的灵活性及可编程性与同步封装方案的温升同步一致性；通过快速位置反馈机制，实现对功率的实时调整和光束扫描路径的校准；封装过程中，镜头及龙门架相对于工件固定不变，仅转动振镜；热影响区优于同步封装方案；振镜的高速旋转，配以一定的功率需求，达到较高的产率；测量振镜的偏转角度而非光斑的实时位置，提升了测量的精确性，降低了测量-反馈-控制整个周期的时间。
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是本发明所涉及的激光玻璃封装系统的结构示意图；
图2是OLED封装体俯视图；
图3是封装体玻璃料区域划分示意图；
图4是位置功率曲线图；
图5是本发明所涉及的准同步封装的装置振镜系统的结构示意图；
图6是本发明所涉及的准同步封装的控制方法的流程图；
图7是本发明所涉及的同步控制信号图；
图8是本发明所涉及的同步控制时序图。
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。
针对现有技术中存在的问题，本发明采用了一种位置快速反馈机制，使激光功率控制器可以根据光束所在位置实时调整激光器的功率或提升光斑在转角处的速度。利用该方式在快速调整激光器功率的同时，还可以对光束位置进行误差校正，使得激光束照射路径保持在可控误差范围内。
图1是本发明所涉及的激光玻璃封装系统的结构示意图。如图1所示，该激光玻璃封装系统包括PC机0、振镜检测与控制器1、激光功率控制器2、高温计3、轮廓仪4、激光器5、振镜系统6和待封装体10。
其中，PC机0主要用于人机交互。用户将一些机器参数(如待封装轮廓、温度参数、速度允许的最大值等)输入PC，作为整个系统的依据。PC机可通过PCI总线21发送机器参数或命令至振镜检测与控制器1、激光功率控制器2、高温计3、轮廓仪4，以实现对各模块的控制。当需要获取信息时，可以以中断请求的方式分别从振镜检测与控制器1、激光功率控制器2、高温计3、轮廓仪4中获取位置、温度、激光束形貌与功率等信息。
其中，振镜检测与控制器1主要用于控制振镜系统6中各个电机的运动，并可通过编码尺等获取电机的运动状态信息和振镜的偏转角度等信息，以实现对振镜系统的反馈控制。
其中，激光功率控制器2主要用于对激光功率的实时控制。接收来自PC机下发的功率曲线，或其它模块的反馈信息，对激光器功率进行快速调整，以满足封装的功率和温度需求。
其中，高温计3主要用于检测封装玻璃料的温度。通过耦合方式，跟随激光光束进行扫描运动，检测光斑处玻璃料的温度，当玻璃料温度达到融会点后，发送中断请求至PC机0，通知PC机关闭激光器。
其中，轮廓仪4主要用于激光轮廓的检测与调整，此步在封装前完成。通过该模块，可以对激光光束轮廓进行调整，以达到目标光束形状(本封装一般采用M型光斑)，调整之后，封装过程中保持光束形状不变。
其中，激光器5主要用于封装过程中激光束的产生，激光束的波长为800～1000nm，产生的红外激光束投射到FRIT 13上，激光束在玻璃料13上具有特定的形貌、特定功率的光斑，一般要求光斑的宽度略大于FRIT 13宽度，以达到最佳的加热效果。
其中，振镜系统6主要用于激光光束的反射。根据待封装玻璃料轮廓，通过电机驱动反射镜进行角度旋转，以实现激光光束按照规定的轮廓进行扫描，实现对待封装体的封装。
其中，封装体10主要包括上玻璃基板11、下玻璃基板12、FRIT 13、OLED层14和电极引线15。其俯视图如图2所示。
OLED等封转过程中，为防止转角处过热现象的发生，本发明采用了一种半闭环式的“位置-功率”反馈与控制装置和方法。在转角开始处快速调整激光器功率，使激光器功率降低Pdec＝(3-5w)，而在转角结束处恢复至原始值，如图3和图4所示。转角处的直径约1～2mm，光斑运行速率在转角处保持不变(Vlaser＝(1-3m/s))。本发明可保证激光光束功率调整和光斑运动的同步误差范围保持在10％以内，即整个采样-控制过程保证在tcyc≤50μs以内完成。
本装置采用X-Y向振镜反射激光光束至待封装体上，如图5所示，X、Y向振镜各有一个角度测量传感器测量X-Y振镜的偏转角度(本次采用高精度编码尺(如21bit及以上，具有221的编码精度)实时采样X-Y向振镜的偏转角度(高精度编码尺的采样频率可达10MHz以上)；X-Y向编码尺将各自采样得到的数据(数字信号)通过光纤传输至1，通过1中计算板卡的快速计算，可以得到光斑在待封装体上的位置信息。
X-Y振镜处于待封装体的中心位置正上方，距离待封装体焦面的距离为h，X向振镜初始角度为45°，Y向振镜初始角度为0°，X-Y振镜具有机械限位，最大旋转角度为15°-20°。若为绝对角度传感器，设某时刻测量的X向角度为α，Y向角度为β，激光入射光束角度为(αin,βin),则光斑此时在待封装体上的位置为：(h×tan(α+αin-90°),h×|tan(α+αin-90°)|×tan(β+βin))；若为相对角度传感器，设某时刻测量X、Y向振镜转过角度(Δα,Δβ)，激光入射光束角度为(αin,βin)，则光斑此时在待封装体上的位置为：(h×tan(Δα+αin+45°-90°),h×|tan(Δα+αin+45°-90°)|×tan(Δβ+βin))。
采用最大采样频率fmax＝20kHz，当计算得到的光斑位置距离转角处起始点或终止点时，产生触发信号通知激光功率控制卡2，使激光功率控制卡2根据触发信息实时调整激光器功率，其控制流程如6所示。
图6是本发明所涉及的准同步封装的控制方法的流程图。601启动封装激光。602光束入射至封装轮廓。603检测X-Y振镜旋转角度。604计算光斑位置(特定坐标系)。606对光斑位置进行PID(比例-微分-积分)控制。607根据PID控制结构调整光斑位置。605判断光斑是否位于特定位置点，如果判断结果为是则触发信息，进入608调整激光器功率，如果判断结果为否则再次判断光斑是否位于特定位置点。609完成一个单元封装后关闭封装激光。
为实现激光功率控制卡2快速响应振镜检测与控制卡1的触发信息，本发明采用了一种新型的硬件触发模式：对各个转角处的起止点进行编码处理(本次只考虑转角处激光功率调整，不考虑电极区)，如State[3:0](冗余方便后续扩展)，由振镜检测与控制卡1为激光功率控制卡2提供基准时钟(时钟频率一般要求>10MHz),当振镜检测与控制卡1计算得到的数据为某个转角处起止点时(如a0)，则置同步信号Sync为高电平，同时发送0x0至激光功率控制卡2，激光功率控制卡即可进行相应的处理，其控制信号和控制时序图如图6和图7所示。
本发明所提供的第二实施方式中，与前述第一实施方式的区别在于采样频率不同。如受限于硬件或其它因素(如算法复杂，耗时长等)，采样频率无法达到fmax，采用频率f＜20kHz，计算得到采样处位置A，设转角处起始点Sn和停止点Tn,采样频率为f，判断若成立，则振镜检测与控制卡1经过时间后，启动Trigger(触发)信号，对功率控制卡2进行硬件触发，使激光器执行相应的动作。
本发明所提供的第三实施方式中，与前述第一实施方式的区别在于振镜检测与控制卡只在各个转角的起始点(如a0)进行硬件触发，通知激光功率控制卡2进行功率的调整，而在转角的结束点不进行触发；激光功率控制卡2在接收到起始点的触发信号后进行计时，等待一定时间后(等于光斑在转角处消耗的时间)，将激光功率恢复至原始值。
本发明所提供的第四实施方式中，与前述第一实施方式的区别在于保持激光器功率在整个封装过程中保持不变，将振镜检测与控制卡1计算得到的光斑位置信息，与预设转角处起止点进行比对，若在一定范围内(或到达指定点)，调整振镜的偏转的角速度，使得光斑运动速率Vlaser在转角处提升ΔV，使得待封装体转角处吸收的能量降低，使整个封装具有很好的应力均匀性。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案：兼具了顺序型周线扫描的灵活性及可编程性与同步封装方案的温升同步一致性；通过快速位置反馈机制，实现对功率的实时调整和光束扫描路径的校准；封装过程中，镜头及龙门架相对于工件固定不变，仅转动振镜；热影响区优于同步封装方案；振镜的高速旋转，配以一定的功率需求，达到较高的产率；测量振镜的偏转角度而非光斑的实时位置，提升了测量的精确性，降低了测量-反馈-控制整个周期的时间。
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)
1.一种准同步封装的装置，其特征在于，包括：
一激光功率控制器，用于控制一激光器提供一不同功率的激光光束；
一振镜单元，所述振镜单元包括一X-Y向振镜以及一角度测量传感器，所述激光光束经所述X-Y向振镜反射在一待封装物体表面形成一封装光斑，所述角度测量传感器用于测量所述X-Y向振镜的偏转角度；
一振镜检测控制单元，所述振镜检测控制单元与所述振镜单元以及所述激光功率控制器相连，根据所述X-Y向振镜的偏转角度检测所述封装光斑的坐标系位置进而控制所述激光功率控制器；
其中，当所述封装光斑的坐标系位置位于所述待封装物体表面的转角起点或弯曲路径起点时，降低所述封装光斑的功率；当所述封装光斑的坐标系位置位于所述待封装物体表面的转角终点或弯曲路径终点时，增加所述封装光斑的功率。
2.如权利要求1所述的准同步封装的装置，其特征在于，所述振镜检测控制单元与所述激光功率控制器提供一基准时钟，并通过一同步信号触发所述激光功率控制器。
3.如权利要求1所述的准同步封装的装置，其特征在于，所述封装光斑的轨迹位于所述待封装物体表面的转角起点或终点，或弯曲路径起点或终点时，所述激光功率控制器控制所述激光器的功率变化。
4.如权利要求1所述的准同步封装的装置，其特征在于，所述准同步封装的装置还包括一温度检测单元，用于检测待封装物理表面温度。
5.如权利要求1所述的准同步封装的装置，其特征在于，所述准同步封装的装置还包括一轮廓单元用于控制所述封装光斑的形状。
6.如权利要求1所述的准同步封装的装置，其特征在于，所述角度测量传感器为21bit以上的编码尺。
7.一种准同步封装的控制方法，其特征在于，包括：
步骤一：在一待封装物体表面形成一封装光斑；
步骤二：检测所述封装光斑的位置，并获得所述封装光斑的坐标系位置；
步骤三：当所述封装光斑的坐标系位置位于所述待封装物体表面的转角起点或弯曲路径起点时，降低所述封装光斑的功率；当所述封装光斑的坐标系位置位于所述待封装物体表面的转角终点或弯曲路径终点时，增加所述封装光斑的功率；
其中，所述步骤一包括：通过一X-Y向振镜反射在所述待封装物体表面形成所述封装光斑；
所述步骤二包括：利用一角度测量传感器用于测量所述X-Y向振镜的偏转角度以检测所述封装光斑的位置。
8.如权利要求7所述的准同步封装的控制方法，其特征在于，所述步骤三包括：当所述封装光斑的坐标系位置位于所述待封装物体表面的转角起点或弯曲路径起点时，通过一同步信号触发以降低所述封装光斑的功率。
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