CN106607645A

CN106607645A - 一种激光封装系统及激光封装过程中温度控制的方法

Info

Publication number: CN106607645A
Application number: CN201510681607.5A
Authority: CN
Inventors: 贾俊伟; 徐文; 王帆
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2017-05-03

Abstract

本发明提供一种激光封装系统及激光封装过程中温度控制的方法，所述激光封装系统包括：一玻璃基板，在所述玻璃基板上布置有用于密封玻璃基板的玻璃粉图案；一激光器，用于提供一激光束；一扫描振镜，控制所述激光束运动，将所述激光束投射至所述玻璃粉图案处；一工件台，用于支撑所述玻璃基板；一控制模块，检测所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度，并根据所述运动速度控制所述激光器以改变所述激光束的功率，使得投射至所述玻璃粉图案上各处的光斑的温度均匀。与现有技术相比，本发明省略了现有技术方案中的高温计，降低了激光封装的成本；且无需对现有系统中的激光束做形状、尺寸或光强分布的改变，降低系统的复杂性。

Description

一种激光封装系统及激光封装过程中温度控制的方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种激光封装系统及激光封装过程中温度控制的方法。

背景技术

21世纪以来，有机电致发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）由于具备自发光、宽视角、功耗低、超轻薄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。然而，由于目前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及氧气极度敏感，并因相互作用使其劣化造成暗点，从而严重影响其寿命。如果能够采用某种技术封装整个发光器件，隔离周围环境的氧气和湿气进入发光器件，这样就能提高发光器件的使用寿命。

目前主流的OLED封装技术有：（1）中空玻璃/金属+UV胶边缘密封+干燥剂；（2）激光辅助玻璃粉封装；（3）薄膜封装。然而，UV胶边缘密封虽然工艺简单，但需要腐蚀玻璃以形成空腔，气密性不佳，故往往需要在顶部添加剂，这就不适用于顶部发光的应用，如OLED显示；薄膜封装虽然具有成本低、器件薄、结构轻、抗冲击性强、适合大尺寸柔性基底等优势，但这一新兴封装材料并不成熟，其气密性尚不能满足OLED电视等较长使用寿命的应用需求，且其柔软性在触摸屏应用方面也略显不足；与之相对，激光辅助玻璃粉封装工艺以其优良封装气密性、低温选择性及成熟工艺已成为当前OLED玻璃封装的首选封装工艺。

文献《最新AMOLED制程与设备技术发展状况》中所公开的激光封装原理如图1a所示。其中激光器1发出激光束2，加热位于两块玻璃基板3a及3b中的玻璃粉5，玻璃粉5在玻璃基板3a、3b之间围成一个密闭结构，OLED4位于该密闭结构中。OLED封装结构的俯视图如图1b所示，在玻璃粉5形成的密闭结构的直线段，激光光斑沿着玻璃粉5以一定功率匀速扫描，温度一致。然而，在拐角处，由于光斑存在减速和加速，光斑不再做匀速运动，在每一点处，光斑驻留时间不相等，导致温度上升不一致。因此，在拐角处容易出现过烧、裂纹等现象，影响器件寿命，甚至会破坏玻璃基板3，导致良率降低。

为解决上述问题，在现有激光封装系统中集成有高温计，高温计实时检测玻璃板上光斑处温度，通过高温计的反馈值，实时改变激光器功率，以达到温度上升一致性目的。但是，该方案由于增加了高温计的集成，因此增加了系统的成本。同时，文献CN101842918中公开了一种方案，该方案使通过可变的激光束在拐角处改变激光光斑的形状、尺寸及强度分布，例如，在直线度光斑形状是椭圆形，在拐角处光斑形状是圆形等，来达到玻璃粉温度一致性的目的，但是该方案中光束定形器要求能够实时改变激光束的特征（比如激光束的形状和强度分布），因此增加了若干透镜，不仅提高了系统的成本，还使系统的设计与集成变得复杂。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可以使激光在整个相对玻璃基板密封而设置的玻璃粉图案中各处的温度上升一致的激光封装系统及激光封装过程中温度控制的方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种激光封装系统，包括：一玻璃基板，在所述玻璃基板上布置有用于密封玻璃基板的玻璃粉图案；一激光器，用于提供一激光束；一扫描振镜，控制所述激光束运动，将所述激光束投射至所述玻璃粉图案处；一工件台，用于支撑所述玻璃基板；一控制模块，检测所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度，并根据所述运动速度控制所述激光器以改变所述激光束的功率，使得投射至所述玻璃粉图案上各处的光斑的温度均匀。

更进一步地，所述激光束位置固定，所述工件台支撑所述玻璃基板相对于所述激光束运动，使得所述激光束投射所述玻璃粉图案，所述工件台的运动速度即为所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度。

更进一步地，所述玻璃基板位置固定，所述激光束相对于所述玻璃基板运动投射所述玻璃粉图案，所述激光束的运动速度即为所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度。

更进一步地，所述扫描振镜包括F-Theta透镜和两块由电机驱动的旋转反射镜，用于控制所述激光束的运动方向和速度。

更进一步地，所述根据所述运动速度改变所述激光束的功率具体为：所述玻璃粉图案包括直线段和圆角段，所述激光束在所述直线段做匀速运动，速度为，功率不变；在所述圆角段做变速运动，速度为，功率随速度变化而变化，为，其中为热扩散系数，取值范围0~1。

本发明提供一种激光封装过程中温度控制的方法，利用激光束投射相对玻璃基板布置的玻璃粉图案，对玻璃基板进行密封，包括：步骤一：检测所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度；步骤二：根据所述运动速度改变所述激光束的功率，使得投射至所述玻璃粉图案上各处的光斑的温度均匀。

更进一步地，所述步骤二中根据所述运动速度改变所述激光束的功率具体为：所述玻璃粉图案包括直线段和圆角段，所述激光束在所述直线段做匀速运动，速度为，功率不变；在所述圆角段做变速运动，速度为，功率随速度变化而变化，为，其中为热扩散系数，取值范围0~1。

更进一步地，所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度具体为：所述激光束位置固定，所述玻璃基板相对于所述激光束运动，使得所述激光束投射所述玻璃粉图案，所述玻璃基板的运动速度即为所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度。

更进一步地，所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度具体为：所述玻璃基板位置固定，所述激光束相对于所述玻璃基板运动投射所述玻璃粉图案，所述激光束的运动速度即为所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度。

与现有技术相比较，本发明通过检测激光束投射至所述玻璃粉图案处的光斑相对玻璃基板的运动速度，并根据所述运动速度适应性地改变激光功率，使投射至玻璃粉图案各处的光斑温度上升一致，避免在玻璃基板密封中出现过烧、裂纹等现象，保证了器件的使用寿命和密封性。本发明省略了现有技术方案中的高温计，降低了激光封装的成本；本发明无需对现有系统中的激光束做形状、尺寸或光强分布的改变，降低系统的复杂性。

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1a是现有技术中激光封装设备的侧视结构示意图；

图1b是现有技术中激光封装设备的俯视结构示意图；

图2是激光封装过程中温度与扫描速度的关系的示意图；

图3是激光封装过程中温度与激光功率关系的示意图；

图4a是本发明激光封装仿真模型的侧视结构示意图；

图4b是本发明激光封装仿真模型的俯视结构示意图（上玻璃基板未显示）；

图5是平顶高斯光束径向场强分布的热源模型图；

图6是本发明所提供的温度控制方法的路径示意图；

图7是本发明所提供的温度控制方法的流程图；

图8a是功率补偿前的温度分布仿真图；

图8b是功率补偿后的温度分布仿真图；

图9是功率补偿前与补偿后温度曲线图；

图10是本发明所涉及的激光封装系统的第一实施方式的结构示意图；

图11是本发明所涉及的激光封装系统的第一实施方式中扫描振镜单元的内部结构图；

图12是本发明所涉及的激光封装系统的第二实施方式的结构示意图；

图13是本发明所涉及的激光封装系统的第二实施方式中工件台运动示意图。

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。

本发明的目的在于提供一种可以使激光在相对玻璃基板密封而设置的玻璃粉图案中各处的温度上升一致的激光封装过程中温度控制的方法。

首先简述本发明的原理，封装时，激光把热能传给玻璃粉图案是通过一定作用面积进行的，这个面积称为聚焦光斑。玻璃粉图案中某点处的温度与激光功率和聚焦光斑的扫描速度有关，关系式如下：

，

上述算式中各参数意义如下：

若FRIT材料确定，则L、α、ε参数确定；K为调节因子，取值范围2.6~2.7；在聚焦光斑的直径D和激光功率P不变的情况下，温度T反比于扫描速度V。如图2所示，激光功率P一定，改变聚焦光斑的扫描速度V，V越快，温度T越低。如图3所示，聚焦光斑的扫描速度V一定，改变激光功率P，P越大，温度T越高。因此，通过检测聚焦光斑在玻璃粉图案中某点的扫描速度V，以此改变激光功率P，可以使整个激光封装过程中玻璃粉图案各处的温度上升一致。

下面通过激光封装仿真模型来运用本发明方法实现激光封装，如图4a、4b所示，在仿真模型中做如下假设：

1.激光封装初始温度为室温20ºC；

2.激光光束垂直入射，激光光束采用平顶高斯能量分布，平顶高斯光束径向场强分布的热源模型如图5所示；

3.聚焦光斑形状为圆形，且能量均匀分布，聚焦光斑上的热流密度分布如下式所示：，式中为聚焦光斑的半径；

3.玻璃粉图案12所用的玻璃粉是各向同性的，材料特性参数为定值；

4.不考虑封装对象OLED与上玻璃基板11、下玻璃基板13之间的热传导；

5.上玻璃基板11、下玻璃基板13和玻璃粉图案12的尺寸如表1所示，材料特性如表2所示。

表 1 玻璃基板和玻璃粉图案的尺寸

表2 玻璃基板和玻璃粉图案的材料特性

如图6所示，设定玻璃粉图案13为一圆角矩形，即聚焦光斑在玻璃基板上运动轨迹为一圆角矩形，其中L1、L2、L3、L4、L5是运动时的直线段，C1、C2、C3、C4是运动的圆角段，聚焦光斑按照L1-C1-L2-C2-L3-C3-L4-C4-L5的轨迹进行扫描，且在直线段为匀速，圆角段为变速。如图7所示，采用本发明温度控制的方法进行激光封装的过程为：S1、以直线段L1的中间为起始点开始激光封装，根据温度、速度及功率三者之间的关系，此时的温度为封装所需的温度，即，其中为起始速度，为激光光束的起始功率；S2、之后聚焦光斑沿着L1直线段匀速运动，速度、功率及温度均不变；S3、在C1拐角处，聚焦光斑速度为变速，欲使此处的温度恒定不变，且与直线段L1的温度一致，需要改变激光光束在C1段的功率，改变依据如下：

;

步骤S4至S10、之后聚焦光斑继续按照运动轨迹激光封装，直到回到L1段中间起始点，扫描结束，扫描过程中激光光束的功率随着聚焦光斑的速度变化而变化，保持整个运动轨迹中玻璃粉图案12各处的温度一致，功率的计算方法与上述类似，在此不再赘述。以上激光封装仿真模型的仿真结果如图8a、8b、9所示，功率补偿前（图8a），在四个圆角段玻璃粉的温度明显升高50℃左右，而在补偿后（图8b），四个圆角段的温度基本与直线段上升一致，温度在405℃左右，温度起伏度小于5℃。

以下给出两种实施本发明方法的激光封装系统。

实施例一

如图10、11所示，第一种实施本发明方法的激光封装系统包括：

已布置玻璃粉图案并预烧结好的待封装的玻璃基板100；

工件台40，用以支撑待封装的玻璃基板100，在激光封装过程中，工件台40固定不动；

可实时调节功率的激光器10，提供激光光束101，可选半导体激光器，波长为红外波段（800nm~1000nm）；

扫描振镜单元20，接受激光器10射出的激光光束101，经内部反射聚焦后，将激光光束201投射到玻璃基板100的玻璃粉图案处，如图11所示扫描振镜单元20包括两块由电机（图中未画出）驱动的可旋转的反射镜2001、2002以及F-Theta透镜（图中未画出），用于控制激光光束201的运动方向和速度；

以及扫描控制卡30，通过信号线301控制反射镜2001、2002的旋转方向和速度，将激光光束201投射至玻璃粉图案处，并实时检测反射镜2001、2002的旋转速度，根据扫描振镜内部结构的扫描原理，计算出激光光束201在扫描振镜单元20的焦面处的扫描速度，即为投射至玻璃粉图案处的聚焦光斑的扫描速度，扫描控制卡30同时根据聚焦光斑的扫描速度通过信号线302，改变激光器10的功率。

实施例二

如图12、13所示，与实施例一不同的是，本实施例激光封装系统中扫描振镜单元20不旋转光束，只反射聚焦激光光束101，也就是说激光光束201投射至玻璃粉图案处的聚焦光斑位置固定不动；扫描控制卡30通过信号线303与工件台40连接，设置工件台40的运动参数（包括最大移动位移、加速度、速度以及运动台移动位置目标），控制工件台40运动，工件台运动轨迹与玻璃粉图案一致，运动中扫描控制卡30检测运动台X向和Y向运动速度，并根据运动学原理计算出工件台运动轨迹圆角段的合成速度，将该合成速度作为聚焦光斑在圆角段的扫描速度，并根据合成速度通过信号线302改变激光器10在圆角段的功率。

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

1.一种激光封装系统，其特征在于，包括：

一玻璃基板，在所述玻璃基板上布置有用于密封玻璃基板的玻璃粉图案；

一激光器，用于提供一激光束；

一扫描振镜，控制所述激光束运动，将所述激光束投射至所述玻璃粉图案处；

一工件台，用于支撑所述玻璃基板；

一控制模块，检测所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度，并根据所述运动速度控制所述激光器以改变所述激光束的功率，使得投射至所述玻璃粉图案上各处的光斑的温度均匀。

2.如权利要求1所述的激光封装系统，其特征在于，所述激光束位置固定，所述工件台支撑所述玻璃基板相对于所述激光束运动，使得所述激光束投射所述玻璃粉图案，所述工件台的运动速度即为所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度。

3.如权利要求1所述的激光封装系统，其特征在于，所述玻璃基板位置固定，所述激光束相对于所述玻璃基板运动投射所述玻璃粉图案，所述激光束的运动速度即为所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度。

4.如权利要求3所述的激光封装系统，其特征在于，所述扫描振镜包括F-Theta透镜和两块由电机驱动的旋转反射镜，用于控制所述激光束的运动方向和速度。

5.如权利要求1所述的激光封装系统，其特征在于，所述根据所述运动速度改变所述激光束的功率具体为：所述玻璃粉图案包括直线段和圆角段，所述激光束在所述直线段做匀速运动，速度为，功率不变；在所述圆角段做变速运动，速度为，功率随速度变化而变化，为，其中为热扩散系数，取值范围0~1。

6.一种激光封装过程中温度控制的方法，利用激光束投射相对玻璃基板布置的玻璃粉图案，对玻璃基板进行密封，其特征在于，包括：步骤一：检测所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度；步骤二：根据所述运动速度改变所述激光束的功率，使得投射至所述玻璃粉图案上各处的光斑的温度均匀。

7.如权利要求6所述的温度控制的方法，其特征在于，所述步骤二中根据所述运动速度改变所述激光束的功率具体为：所述玻璃粉图案包括直线段和圆角段，所述激光束在所述直线段做匀速运动，速度为，功率不变；在所述圆角段做变速运动，速度为，功率随速度变化而变化，为，其中为热扩散系数，取值范围0~1。

8.如权利要求6所述的温度控制的方法，其特征在于，所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度具体为：所述激光束位置固定，所述玻璃基板相对于所述激光束运动，使得所述激光束投射所述玻璃粉图案，所述玻璃基板的运动速度即为所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度。

9.如权利要求6所述的温度控制的方法，其特征在于，所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度具体为：所述玻璃基板位置固定，所述激光束相对于所述玻璃基板运动投射所述玻璃粉图案，所述激光束的运动速度即为所述激光束相对所述玻璃基板的运动速度。