CN107665826A - 激光封装方法及激光封装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光封装方法及激光封装装置，通过调整光斑的轮廓分布和/或光斑能量分布以减少光斑沿非扫描向中心的积分剂量，使封装料沿非扫描向的温度分布满足均匀性要求；更重要的是，针对封装线中的特征区域，能够增大光斑尺寸以适应特征区的不同散热条件，使之适应各特征区的温度场条件需求。本发明提供的激光封装方法及激光封装装置，可以有效改善激光封装时在非扫描向温度分布不均匀的问题，甚至实现温度的均一化，增大了工艺窗口，从而提高激光封装的封装质量。

Description

激光封装方法及激光封装装置
技术领域
本发明涉及边框封装技术，特别涉及一种激光封装方法及激光封装装置。
背景技术
代线(generation)，世代的意思，指玻璃基板的尺寸。代线越大，面板的面积越大，就可以切出小液晶面板的数量越多。高世代生产线主要生产32英寸以上的大尺寸液晶面板，一般界定为六代线以上，简称高代线、高世代线。随着高世代封装需求量的提升，封装元件变得越来越大，同时窄边框(指从有源区边缘向外到封装料最外侧的距离，目前要实现0.6mm边框)的需求给激光封装带来了更严格的要求。
目前通常所用的技术，是使用激光光斑多为圆形平顶能量分布光斑，由于这种能量分布并不均匀，在激光封装过程中，会造成封装封装料在非扫描向温度分布不均匀，具体表现在封装料中心部分温度最高，越往边缘则温度越低。这种温度差将在封装过程中引入热应力，限制了工艺窗口，使得实际操作中更容易出现因封装料中心温度过高导致的过烧等缺陷，或是因封装料边缘温度过低导致的键合比不达标缺陷。此外，由于圆形平顶光斑的几何结构特殊性，需要两倍于封装线宽的光斑才能保证非扫描向积分光强不至于过度失衡，而光斑大小在高世代窄边框封装中，对有源区温度影响越来越大，因此常规的两倍于封装线宽的光斑尺寸的平顶光斑激光封装将很难应用在高世代窄边框封装中。更重要的是，单元在封装过程中具有各种特征区域，如电极有无，材料差异，线宽差异等，这些特征区的封装料散热条件不同。而常规光斑轮廓经过设计就已经固定，封装中无法变更，无法实现单元包括特征区的所有区域温度均一。
为了解决上述的问题，现在一般采用三种方法，但这三种方法都存在着一定的问题。一种是常规的通过掩膜遮挡的方法，但此方法在高世代封装中具有很高的成本；另一类方法是使用特殊的扫描模式，例如TWIST扫描法，但这种方法是以产率的牺牲为代价来获取相对均匀的封装温度场，此外对于扫描速度较快的准同步/动态准同步扫描封装，由于设备无法采用更高的频率进行圆周运动，这种方法只能适应部分封装参数低速的情况下；还有一种方法是使用特定能量分布的光斑，例如M型分布光斑。虽然M型分布光斑可改变光斑大小以控制有源区温度，但是常见的M型分布是以非扫描向剂量均匀性为目的调制而成，多用于加热线宽远大于光斑大小情况的激光焊接应用。在激光封装中，加热线宽小于等于光斑大小，由于热传导的边界效应，即使是非扫描向上剂量达到一致，封装料边界温度也低于中心区域温度，温度均匀性也无法达成一致，只能做到部分改善。并且，常规的M型分布光斑不能随着特征区域不同而变化，这使得M型分布光斑对单元特征区不具备适应性。
从以上的描述中可知，现有技术方法在提高封装质量的同时仍存在各种各样的问题，因此有必要发明一种新方法，在减少负面因素影响的前提下提高激光封装的封装质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光封装方法及激光封装装置，能够有效改善封装质量，扩大工艺窗口，可缩小光斑尺寸，降低对热影响区的不利影响，降低成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种激光封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、针对封装料材料及封装参数设置初始的光斑轮廓分布及光斑能量分布，建立激光封装的传热模型；
步骤2、采用所述传热模型进行封装仿真，得到所述封装料沿非扫描向的温度分布；
步骤3、判断所述封装料沿非扫描向的温度分布是否满足均匀性要求，是则执行步骤5，否则执行步骤4；
步骤4、调整所述光斑的轮廓分布和/或以自定义函数调制所述光斑能量分布以减少光斑沿非扫描向中心的积分剂量，之后根据调制后的光斑轮廓分布和光斑能量分布建立激光封装的传热模型，返回步骤2；
步骤5、在实际激光封装时，以当前的光斑轮廓分布及光斑能量分布适应性地调制所述激光。
可选的，在所述激光封装方法中，步骤4包括，调整所述光斑的几何形状使光斑沿非扫描向的积分剂量中间低、两边高。
可选的，在所述激光封装方法中，步骤4包括，对于所述封装线中非特征区域，以第一自定义函数调制所述光斑能量分布，对于所述封装线中的特征区域，先以第一自定义函数调制所述光斑能量分布，再增大所述光斑尺寸，并以第二自定义函数调制尺寸变化区间的光斑能量分布以适应所述特征区域。
可选的，在所述激光封装方法中，所述第二自定义函数调制尺寸变化区间的光斑能量分布具体包括：将光斑的尺寸变化区间以一定的间隔划分为多个区域，每个区域以不同的函数调制相应区域内的光斑能量分布。
可选的，在所述激光封装方法中，所述自定义函数需满足使调制后的光斑能量分布小于调制前的光斑能量分布的要求。
可选的，在所述激光封装方法中，所述初始的光斑能量分布I(r)可选为其中P为激光功率，R为光斑半径，(x,y)为光斑坐标系中的某一点的坐标值。
本发明还提供了一种激光封装装置，包括承载封装片的工件台、激光发射模块、激光扫描模块及横跨于所述工件台上方承载所述激光扫描模块的龙门架，其特征在于，所述激光封装装置还包括激光调制模块和激光控制器，所述激光控制器针对所述封装片的封装料材料及封装参数设计满足光斑沿非扫描向的积分剂量中心低、两边高的光斑轮廓分布和/或光斑能量分布，并根据所述光斑轮廓分布和/或光斑能量分布控制所述激光调制模块调制所述激光发射模块发射的激光。
可选的，在所述激光封装装置中，所述激光调制模块包括几何分布调制器，根据所述光斑轮廓分布调制所述光斑的几何形状。
可选的，在所述激光封装装置中，所述激光调制模块包括能量分布调制器，根据所述光斑能量分布调制所述光斑的能量分布。
可选的，在所述激光封装装置中，所述激光调制模块包括尺寸调制器，根据所述光斑轮廓分布改变所述光斑的尺寸。
可选的，在所述激光封装装置中，所述几何分布调制器可选为光阑。
可选的，在所述激光封装装置中，所述能量分布调制器可选为衍射光学元件或折射光学元件。
本发明提供的激光封装方法和激光封装装置，适用于各类封装料材料和封装模式。利用调整光斑的轮廓分布和/或光斑能量分布以减少光斑沿非扫描向中心的积分剂量使封装料沿非扫描向的温度分布满足均匀性要求，提升工艺灵活性，提高激光封装的封装质量；更重要的是，针对封装线中的特征区域，增大光斑尺寸以适应特征区的不同散热条件，使之适应各特征区的温度场条件需求。
附图说明
图1是本发明提供的激光封装方法的流程示意图。
图2是本发明提供的激光封装装置示意图；
图3是激光调制模块的结构示意图；
其中，附图2～3中的附图标记说明如下：
1-激光控制器；2-激光发射模块；3-激光调制模块；4-激光扫描模块；5-工件台；6-龙门架；7-基座；30-能量分布调制器；31-几何分布调制器；32-尺寸调节器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出激光封装装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种激光封装方法，流程示意图如图1所示，所示激光封装方法包括如下步骤：
步骤S11中，针对封装料材料及封装参数设置初始的光斑轮廓分布及光斑能量分布，建立激光封装的传热模型；
步骤S12中，采用所述传热模型进行封装仿真，得到所述封装料沿非扫描向的温度分布；
步骤S13中，判断所述封装料沿非扫描向的温度分布是否满足均匀性要求，是则执行步骤S15，否则执行步骤S14；
步骤S14中，调整所述光斑的轮廓分布和/或以自定义函数调制所述光斑能量分布以减少光斑沿非扫描向中心的积分剂量，之后根据调制后的光斑轮廓分布和光斑能量分布建立激光封装的传热模型，返回步骤S12；
步骤S15中，在实际激光封装时，以当前的光斑轮廓分布及光斑能量分布适应性地调制所述激光。
较佳的，步骤S14包括，调整所述光斑的几何形状使光斑沿非扫描向的积分剂量中间低、两边高。
较佳的，步骤S14还包括，对于所述封装线中非特征区域，以第一自定义函数调制所述光斑能量分布，对于所述封装线中的特征区域，先以第一自定义函数调制所述光斑能量分布，再增大所述光斑尺寸，并以第二自定义函数调制尺寸变化区间的光斑能量分布以适应所述特征区域。
较佳的，以第二自定义函数调制尺寸变化区间的光斑能量分布具体包括：将光斑的尺寸变化区间以一定的间隔划分为多个区域，每个区域以不同的函数调制相应区域内的光斑能量分布。
较佳的，所述自定义函数需满足使调制后的光斑能量分布小于调制前的光斑能量分布的要求。
较佳的，所述初始的光斑能量分布I(r)可选为其中P为激光功率，R为光斑半径，(x,y)为光斑坐标系中的某一点的坐标值。
具体的，本实施例针对特定的材料与封装参数，使用能量分布调制，以衍射光学元件调制能量分布，几何形状不调制，为圆形光斑，考虑无特征区情况，所述获得所需光斑轮廓的方法包括如下步骤：
(1)建立起激光封装的传热模型，以自定义函数f(r)调制光斑的能量分布，本实施例自定义函数f(r)选用矩形波函数，具体表达式为：
(2)对所述传热模型进行仿真，仿真计算结束后，得到封装料沿非扫描向的温度分布；
(3)以所述非扫描向的温度分布为准，若温度场满足均匀性要求，则可确定光斑轮廓；若不满足，则调整k值；
(4)重复步骤(2)。
本实施例通过调整自定义函数的k值，以逐渐逼近法，最终得到所需要的非扫描向温度分布结果，将满足需要的光斑的能量分布用于实际激光封装。
实施例二
本实施例针对特定的材料与封装参数，并考虑有特征区情况，使用能量分布调制，以衍射光学元件调制能量分布，使用光斑尺寸调制，以光阑调制光斑大小，所述获得所需光斑轮廓的方法包括如下步骤：
(1)建立起激光封装的传热模型，对于整个封装线，均以第一自定义函数调制光斑能量分布，其中，第一自定义函数f1(r)选用多项式函数，具体表达式为：f1(r)＝a1+a2x+a3x2+...+amxm-1 r≤R；对于特征区域，增大光斑尺寸，将光斑尺寸变化区间划分为不同区域，并以不同的自定义函数调制相应区间的光斑能量分布，具体如下：
f2(r)＝b1+b2x+b3x2+...+bmxm-1 R2≥r＞R
f3(r)＝c1+c2x+c3x2+...+cmxm-1 R3≥r＞R2
……
k1＝R2-R，k2＝R3-R2…
其中，ai，bi，ci(i＝1,2,3...,m-1)为函数参数，多项式的阶数越高，仿真得到的光斑能量分布越能实现温度均一，但需要的运算资源也越大。R2、R3为光斑半径，k1，k2，ki-1...为光斑尺寸调节量；
(2)对传热模型进行仿真，仿真计算结束后，得到一般区域和不同特征区封装料沿非扫描向的温度分布；
(3)以所述一般区域封装料沿非扫描向的温度分布，若温度场满足均匀性要求，则可确定光斑轮廓，若不满足，则调整函数参数ai；
(4)重复步骤(2)；
(5)根据步骤(4)的结果继续调整参数；
(6)重复步骤(4)～(5)，以逐渐逼近法，最终得到所需要的非扫描向温度分布结果，从而确定f1(r)表达式；
(7)步骤(2)得到的所述特征区封装料沿非扫描向的温度分布为准，若温度场满足均匀性要求，则可确定光斑轮廓，若不满足，则调整函数参数bi与定义域R2(光阑调整幅度)；
(8)重复步骤(4)～(5)，以逐渐逼近法，最终得到所需要的非扫描向温度分布结果，从而确定f2(r)表达式；
(9)重复步骤(7)～(8)，以逐渐逼近法，最终得到所需要的非扫描向温度分布结果，从而确定光斑几何形状和f(r)表达式。
实施例三
图2是本发明提供的实施以上封装方法的激光封装装置示意图，请参阅图2，所述激光封装装置包括承载封装片的工件台5、激光发射模块2、激光扫描模块4及横跨于所述工件台5上方承载所述激光扫描模块4的龙门架6，其特征在于，所述激光封装装置还包括激光控制器1和激光调制模块3，所述激光控制器1针对所述封装片的封装料材料及封装参数设计满足光斑沿非扫描向的积分剂量中心低、两边高的光斑轮廓分布和/或光斑能量分布，并根据所述光斑轮廓分布和/或光斑能量分布控制所述激光调制模块3调制所述激光发射模块2发射的激光。
具体的，请参阅图3，所述激光调制器3包括能量分布调制器30、几何分布调制器31和尺寸调制器32，所述能量分布调制器30可选为衍射光学元件或折射光学元件，根据所述光斑能量分布调制所述光斑的能量分布；所述几何分布调制器31可选为光阑，根据所述光斑轮廓分布调制所述光斑的几何形状；所述尺寸调制器32根据所述光斑轮廓分布改变所述光斑的尺寸。
在本申请实施例中，所述激光封装装置还包括基座7，较佳的，所述激光调制器3自身有第一方向自由度，在所述龙门架6上有第二方向自由度，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述工件台5在所述基座7上有第三方向自由度和旋转向自由度。更进一步的，在所述边框封装装置中可以同时设置多个激光调制器3，以此既能够实现多个封装同时进行提升产率，又满足对超大尺寸封装件的封装要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种激光封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、针对封装料材料及封装参数设置初始的光斑轮廓分布及光斑能量分布，建立激光封装的传热模型；
步骤2、对所述传热模型进行封装仿真，得到所述封装料沿非扫描向的温度分布；
步骤3、判断所述封装料沿非扫描向的温度分布是否满足均匀性要求，是则执行步骤5，否则执行步骤4；
步骤4、调整所述光斑的轮廓分布和/或以自定义函数调制所述光斑能量分布以减少光斑沿非扫描向中心的积分剂量，之后根据调制后的光斑轮廓分布和光斑能量分布建立激光封装的传热模型，返回步骤2；
步骤5、在实际激光封装时，以当前的光斑轮廓分布及光斑能量分布适应性地调制所述激光。
2.如权利要求1所述的激光封装方法，其特征在于，所述步骤4包括，调整所述光斑的几何形状使光斑沿非扫描向的积分剂量中间低、两边高。
3.如权利要求1或2所述的激光封装方法，其特征在于，所述步骤4还包括，对于所述封装线中非特征区域，以第一自定义函数调制所述光斑能量分布，对于所述封装线中的特征区域，先以第一自定义函数调制所述光斑能量分布，再增大所述光斑尺寸，并以第二自定义函数调制尺寸变化区间的光斑能量分布以适应所述特征区域。
4.如权利要求3所述的激光封装方法，其特征在于，所述第二自定义函数调制尺寸变化区间的光斑能量分布具体包括：将光斑的尺寸变化区间以一定的间隔划分为多个区域，每个区域以不同的函数调制相应区域内的光斑能量分布。
5.如权利要求1所述的激光封装方法，其特征在于，所述自定义函数需满足使调制后的光斑能量分布小于调制前的光斑能量分布的要求。
6.如权利要求1所述的激光封装方法，其特征在于，所述初始的光斑能量分布I(r)可选为其中P为激光功率，R为光斑半径，(x,y)为光斑坐标系中的某一点的坐标值。
7.一种激光封装装置，包括承载封装片的工件台、激光发射模块、激光扫描模块及横跨于所述工件台上方承载所述激光扫描模块的龙门架，其特征在于，所述激光封装装置还包括激光调制模块和激光控制器，所述激光控制器针对所述封装片的封装料材料及封装参数设计满足光斑沿非扫描向的积分剂量中心低、两边高的光斑轮廓分布和/或光斑能量分布，并根据所述光斑轮廓分布和/或光斑能量分布控制所述激光调制模块调制所述激光发射模块发射的激光。
8.如权利要求7所述的激光封装装置，其特征在于，所述激光调制模块包括几何分布调制器，根据所述光斑轮廓分布调制所述光斑的几何形状。
9.如权利要求7或8所述的激光封装装置，其特征在于，所述激光调制模块包括能量分布调制器，根据所述光斑能量分布调制所述光斑的能量分布。
10.如权利要求7或9所述的激光封装装置，其特征在于，所述激光调制模块包括尺寸调制器，根据所述光斑轮廓分布改变所述光斑的尺寸。
11.如权利要求8所述的激光封装装置，其特征在于，所述几何分布调制器可选为光阑。
12.如权利要求9所述的激光封装装置，其特征在于，所述能量分布调制器可选为衍射光学元件或折射光学元件。
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