CN110422993A - 激光焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光焊接方法及装置，激光焊接方法包括：清洗第一玻璃基板和第二玻璃基板，其中，第一玻璃基板上涂覆有有机发光层；烘干第一玻璃基板和第二玻璃基板；夹紧第一玻璃基板和第二玻璃基板，其中，有机发光层位于第一玻璃基板和第二玻璃基板之间；利用超快激光器按照预设路径对第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面进行焊接，从而密封有机发光层，其中，超快激光器的焊接路径位于有机发光层的外围。上述效果使得第一玻璃基板和第二玻璃基板之间无需填充玻璃料，可直接进行焊接，从而使整个封装过程简单、方便，成本低；而且可以提高焊接的密封性。

Description

激光焊接方法及装置

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光焊接方法及装置。

背景技术

OLED(Organic Light Emitting Display)，即有机发光二极管。OLED目前已被业内外公认为是继CRT、LCD和PDP后第三代显示技术的代表，OLED的特性是主动发光，不像LCD需要背光。OLED具有响应速度快、画质清晰、轻薄、宽视角、节能环保等特点，被视为21世纪最具前途的产品之一。OLED包括玻璃基板、ITO阳极、导电层、发射层、金属阴极。在ITO阳极和金属阴极加载电压后，通过载流子注入和空穴复合产生光源。

OLED的封装工艺有环氧树脂封装、薄膜封装、激光封装。其中传统的环氧树脂封装对水、氧的阻隔性能差，薄膜封装中会不可避免地产生针孔、裂纹等缺陷，而激光扫描封装是目前行业内应用于显示器的主要封装手段。

由于玻璃基板对红外激光的吸收率较低，因此，在焊接的过程中需要在玻璃基板之间添加玻璃料，通过激光使玻璃料熔融，从而实现OLED的封装。该封装工艺需要进行玻璃料丝印、预烧结、假封装等前序处理。在前序处理过程中，各个环节都必须严格把控，否则会影响最终的焊接效果；而且这种基于玻璃料的半导体激光焊接封装OLED技术，对玻璃料的成分和性能要求极高，其热膨胀系数和玻璃基板的热膨胀系数必须接近，否则会出现焊接不上或者焊接缺陷的问题，导致整个封装工艺极其复杂、成本高。由于被封装的玻璃基板和玻璃料的物理化学性能存在差异，会导致激光封装焊缝质量因成分不同而下降，影响封装的密封性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种激光焊接方法及装置，旨在解决现有技术中需要添加玻璃料而导致工艺复杂、成本高、密封性较差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种激光焊接方法，包括：

清洗第一玻璃基板和第二玻璃基板，其中，第一玻璃基板上涂覆有有机发光层；

烘干第一玻璃基板和第二玻璃基板；

夹紧第一玻璃基板和第二玻璃基板，其中，有机发光层位于第一玻璃基板和第二玻璃基板之间；

利用超快激光器按照预设路径对第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面进行焊接，从而密封有机发光层，其中，超快激光器的焊接路径位于有机发光层的外围。

其中，所述预设路径为间距排列的多条直线，并且所述多条直线共同形成一矩形，其中，所述超快激光器产生的光斑直径不小于相邻直线的间距。

其中，所述相邻直线的间距为0.01mm-0.02mm，所述超快激光器产生的光斑直径为0.02mm。

其中，所述预设路径为从内至外间距排列的多个矩形。

其中，所述相邻矩形的间距为0.01mm-0.02mm。

其中，所述超快激光器为飞秒激光器或者皮秒激光器。

其中，所述超快激光器的输出功率为10W-100W、扫描速度为200～300mm/s、重复频率为1000kHz。

其中，所述夹紧第一玻璃基板会和第二玻璃基板包括：

将第一玻璃基板和第二玻璃基板置入夹具中；

在第二玻璃基板上施加预设压力；

将夹具固定到工作台上。

一种采用上述激光焊接方法的激光焊接装置，包括超快激光器、光纤、准直镜、扩倍镜、振镜头、平场镜头、工作台以及工控机，所述飞秒激光器、光纤、准直镜、扩倍镜、振镜头以及平场镜头位于同一光路上，所述工控机分别与超快激光器和振镜头信号连接，所述工控机用于分别控制超快激光器和振镜头工作；

工作时，所述工控机控制超快激光器射出激光，激光依次经过光纤、准直镜、扩倍镜、振镜头、平场镜头，最终聚焦在位于工作台上的第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面上，所述工控机控制振镜头工作，从而完成对第一玻璃基板和第二玻璃基板的扫描焊接。

一种采用上述激光焊接方法的激光焊接装置，包括超快激光器、光纤、准直镜、扩倍镜、反射镜、物镜、工作台以及工控机，所述超快激光器、光纤、准直镜、扩倍镜、反射镜以及物镜位于同一光路上，所述工控机分别与超快激光器和工作台信号连接，所述工控机用于分别控制超快激光器和工作台工作；

工作时，所述工控机控制超快激光器射出激光，激光依次经过光纤、准直镜、扩倍镜、反射镜、物镜，最终聚焦在位于工作台上的第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面上，所述工控机控制工作台工作，从而完成对第一玻璃基板和第二玻璃基板的扫描焊接。

上述激光焊接方法及装置，利用具有激光峰值功率密度高和超强光等特性的超快激光器，焊接第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面，使得接合面产生非线性吸收效应并在焦点处熔融，从而获得固定的损伤阈值，因而可以在第一玻璃基板和第二玻璃基板之间实现选择性微焊接。超快激光器作用在接合面上，因多光子吸收的阈值效应和激光光束的高斯特性，使得超快激光器加工的尺寸可以突破光学衍射极限，实现小于激光波长的精密焊接。上述效果使得第一玻璃基板和第二玻璃基板之间无需填充玻璃料，可直接进行焊接，从而使整个封装过程简单、方便，成本低。由于超快激光器作用在接合面上的时间极短，消除了脆性玻璃材料在长脉冲加工过程出现明显的因热扩散和热积累效果而导致的热损伤问题，有效避免了脆性玻璃材料因不同热膨胀系数的热应力而产生的裂纹和溅射物问题，使得焊接区域边缘平滑，从而提高了焊接的密封性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明的一个实施例的激光焊接装置的示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的激光焊接装置的示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的激光焊接方法的流程示意图。

图4是根据本发明的一个实施例的预设路径的示意图。

图5是根据本发明的一个实施例的预设路径的焊接效果示意图。

图6是根据本发明的一个实施例的预设路径的示意图。

具体实施例

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是根据本发明的一个实施例的激光焊接装置的示意图。

从图中可以看出，该激光焊接装置10可以具有超快激光器1、光纤2、准直镜3、扩倍镜4、振镜头4、平场镜头5、工作台(图未示出)以及工控机(图未示出)，超快激光器1、光纤2、准直镜3、扩倍镜4、振镜头4以及平场镜头5位于同一光路上，工控机分别与超快激光器1和振镜头4信号连接，工控机用于分别控制超快激光器1和振镜头4工作。

在本实施例中，超快激光器1为飞秒激光器，飞秒激光器的输出功率为10W、扫描速度为300mm/s、重复频率为1MHz、波长1070nm、脉宽为400fs。可以了解，在可选的实施例中，超快激光器1也可以为皮秒激光器，皮秒激光器的输出功率、扫描速度、重复频率、波长、脉宽可根据实际需求而定。

工作时，工控机控制超快激光器1射出激光，激光依次经过光纤2、准直镜3、扩倍镜4、振镜头4、平场镜头5，最终聚焦在位于工作台上的第一玻璃基板71和第二玻璃基板72的接合面上，接着，工控机控制振镜头4工作，从而完成对第一玻璃基板71和第二玻璃基板72的扫描焊接。

在本实施例中，工作台处于静止状态，工控机控制振镜头4内的电机转动，电机驱动镜片移动，从而使平场镜头5射出的激光沿预设路径对接合面进行扫描焊接，直至完全焊接为止。

在本实施例中，通过工控机控制振镜头4内的电机转动，能够精确控制激光射出的角度，从而提高了焊接的精确性，进而提高了焊接质量。

图2是根据本发明的一个实施例的激光焊接装置的示意图。

从图中可以看出，该激光焊接装置10可以具有超快激光器1、光纤2、准直镜3、扩倍镜4、物镜5、物镜6、工作台(图未示出)以及工控机(图未示出)，超快激光器1、光纤2、准直镜3、扩倍镜4、反射镜5以及物镜6位于同一光路上，工控机分别与超快激光器1和工作台信号连接，工控机用于分别控制超快激光器1和工作台工作。

工作时，工控机控制超快激光器1射出激光，激光依次经过光纤2、准直镜3、扩倍镜4、反射镜5、物镜6，最终聚焦在位于工作台上的第一玻璃基板71和第二玻璃基板72的接合面上，工控机控制工作台工作，从而完成对第一玻璃基板71和第二玻璃基板72的扫描焊接。

在本实施例中，激光沿某一固定路线射出，工控机控制工作台沿X、Y、Z轴移动，工作台带动位于其上的第一玻璃基板71和第二玻璃基板72移动，从而使射出的激光沿预设路径对接合面进行扫描焊接，直至完全焊接为止。

在本实施例中，通过工控机控制工作台移动，能够精确控制第一玻璃基板71和第二玻璃基板72的移动轨迹，从而提高了焊接的精确性，进而提高了焊接质量。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种激光焊接方法。该激光焊接方法的具体流程可以如下：

S102，清洗第一玻璃基板和第二玻璃基板，其中，第一玻璃基板上涂覆有有机发光层。

其中，第一玻璃基板和第二玻璃基板为OLED屏幕的部件，OLED屏幕通过有机发光层实现自发光特性。

具体地，通过超声波对第一玻璃基板和第二玻璃基板进行清洗，从而清除第一玻璃基板和第二玻璃基板上的水汽和粉尘。超声波具有清洁度高，清洗速度快等优点，从而保证了OLED屏幕的质量。

S104，烘干第一玻璃基板和第二玻璃基板。

具体地，通过对第一玻璃基板和第二玻璃基板进行烘干处理，进一步清除了第一玻璃基板和第二玻璃基板上的水汽，从而保证有机发光层始终处于干燥的环境下，进而保证OLED屏幕的寿命。

S106，夹紧第一玻璃基板和第二玻璃基板，其中，有机发光层位于第一玻璃基板和第二玻璃基板之间。

具体地，将第一玻璃基板和第二玻璃基板置入专门的夹具内，从而对第一玻璃基板和第二玻璃基板进行固定，防止第一玻璃基板和第二玻璃基板在焊接的过程中发生移动，从而影响焊接质量。如果移动的距离较大，将导致第一玻璃基板和第二玻璃基板直接报废。

在一个实施例中，S106具体包括以下内容：将第一玻璃基板和第二玻璃基板置入夹具中；在第二玻璃基板上施加预设压力；将夹具固定到工作台上。

具体地，在第二玻璃基板上施加预设压力，使得第一玻璃基板和第二玻璃基板在焊接的过程中始终紧密贴合，从而提高了焊接的可靠性。

S108，利用超快激光器按照预设路径对第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面进行焊接，从而密封有机发光层，其中，超快激光器的焊接路径位于有机发光层的外围。

其中，超快激光器可以为飞秒激光器或者皮秒激光器。

具体地，在无氧的环境下，工控机控制超快激光器发射激光，射出的激光依次经过光纤、准直镜，并且在振镜头的作用下，沿预设路径对第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面进行扫描焊接，从而密封有机发光层。

发明人发现，现有的激光焊接都是采用单一的扫描路径对第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面进行焊接，比如矩形，由于激光器产生的光斑较小，导致单一路径扫描的焊缝容易出现虚焊的问题。外部的水汽和粉尘容易通过虚焊的位置进入内部，从而和有机发光层发生化学反应，因此，降低了OLED屏幕的寿命。

如图4所示，在一个实施例中，预设路径为间距排列的多条直线，并且多条直线共同形成一矩形，其中，超快激光器产生的光斑直径不小于相邻直线的间距。

具体地，工控机控制振镜头内的电机转动，电机带动振镜头内的镜片移动，使得镜片射出的激光沿矩形路径间断焊接，从而在接合面上形成间距排列的多条直线，并且最终形成一个矩形。

图5为本实施例的焊接效果示意图。在本实施例中，由于超快激光器产生的光斑直径不小于相邻直线的间距，因此，相邻直线可以无缝对接或者重叠，可以防止外部水汽和粉尘通过相邻直线的缝隙进入的内部，使得有机发光层始终处于无反应的环境下，从而保证了OLED屏幕的寿命。

在本实施例中，相邻直线的间距为0.02mm，超快激光器产生的光斑直径为0.02。可以了解，在可选的实施例中，相邻直线的间距可以根据实际的需求而定，只需满足超快激光器产生的光斑直径不小于相邻直线的间距即可。

在本实施例中，矩形的四角为圆弧结构，可以防止应力过于集中而出现裂纹的问题，从而提高了焊接的可靠性。

如图6所示，在一个实施例中，预设路径为从内至外间距排列的多个矩形。

具体地，工控机控制振镜头内的电机转动，电机带动振镜头内的镜片移动，使得镜片射出的激光沿矩形焊接，当最内或者最外的矩形焊接完成时，工控机控制镜头向外或者向内移动，从而在接合面上形成从内至外间距排列的多个矩形。

在本实施例中，由于在接合面上形成有从内至外间距排列的多个矩形，多个矩形能够对外部的水汽和粉尘进行层层防护，使得有机发光层始终处于无反应的环境下，从而保证了OLED屏幕的寿命。

在本实施例中，相邻矩形的间距为0.02mm。可以了解，在可选的实施例中，相邻矩形的间距可以根据实际的需求而定。

在本实施例中，矩形的数量为5个。可以了解，在可选的实施例中，矩形的数量并局限于5个，具体可以根据实际的需求而定。

在本实施例中，矩形的四角为圆弧结构，可以防止应力过于集中而出现裂纹的问题，从而提高了焊接的可靠性。

上述激光焊接方法及装置，利用具有激光峰值功率密度高和超强光等特性的超快激光器，焊接第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面，使得接合面产生非线性吸收效应并在焦点处熔融，从而获得固定的损伤阈值，因而可以在第一玻璃基板和第二玻璃基板之间实现选择性微焊接。超快激光器作用在接合面上，因多光子吸收的阈值效应和激光光束的高斯特性，使得超快激光器加工的尺寸可以突破光学衍射极限，实现小于激光波长的精密焊接。上述效果使得第一玻璃基板和第二玻璃基板之间无需填充玻璃料，可直接进行焊接，从而使整个封装过程简单、方便，成本低。由于超快激光器作用在接合面上的时间极短，消除了脆性玻璃材料在长脉冲加工过程出现明显的因热扩散和热积累效果而导致的热损伤问题，有效避免了脆性玻璃材料因不同热膨胀系数的热应力而产生的裂纹和溅射物问题，使得焊接区域边缘平滑，从而提高了焊接的密封性。

以上为对本发明所提供的一种激光焊接方法及装置的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施例及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种激光焊接方法，其特征在于，包括：

清洗第一玻璃基板和第二玻璃基板，其中，第一玻璃基板上涂覆有有机发光层；

烘干第一玻璃基板和第二玻璃基板；

夹紧第一玻璃基板和第二玻璃基板，其中，有机发光层位于第一玻璃基板和第二玻璃基板之间；

利用超快激光器按照预设路径对第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面进行焊接，从而密封有机发光层，其中，超快激光器的焊接路径位于有机发光层的外围。

2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述预设路径为间距排列的多条直线，并且所述多条直线共同形成一矩形，其中，所述超快激光器产生的光斑直径不小于相邻直线的间距。

3.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述相邻直线的间距为0.01mm-0.02mm，所述超快激光器产生的光斑直径为0.02mm。

4.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述预设路径为从内至外间距排列的多个矩形。

5.根据权利要求4所述的激光焊接方法，其特征在于，所述相邻矩形的间距为0.01mm-0.02mm。

6.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述超快激光器为飞秒激光器或者皮秒激光器。

7.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述超快激光器的输出功率为10W-100W、扫描速度为200～300mm/s、重复频率为1000kHz。

8.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述夹紧第一玻璃基板会和第二玻璃基板包括：

将第一玻璃基板和第二玻璃基板置入夹具中；

在第二玻璃基板上施加预设压力；

将夹具固定到工作台上。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述的激光焊接方法的激光焊接装置，其特征在于，包括超快激光器、光纤、准直镜、扩倍镜、振镜头、平场镜头、工作台以及工控机，所述飞秒激光器、光纤、准直镜、扩倍镜、振镜头以及平场镜头位于同一光路上，所述工控机分别与超快激光器和振镜头信号连接，所述工控机用于分别控制超快激光器和振镜头工作；

工作时，所述工控机控制超快激光器射出激光，激光依次经过光纤、准直镜、扩倍镜、振镜头、平场镜头，最终聚焦在位于工作台上的第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面上，所述工控机控制振镜头工作，从而完成对第一玻璃基板和第二玻璃基板的扫描焊接。

10.一种采用权利要求1-8任一项所述的激光焊接方法的激光焊接装置，其特征在于，包括超快激光器、光纤、准直镜、扩倍镜、反射镜、物镜、工作台以及工控机，所述超快激光器、光纤、准直镜、扩倍镜、反射镜以及物镜位于同一光路上，所述工控机分别与超快激光器和工作台信号连接，所述工控机用于分别控制超快激光器和工作台工作；

工作时，所述工控机控制超快激光器射出激光，激光依次经过光纤、准直镜、扩倍镜、反射镜、物镜，最终聚焦在位于工作台上的第一玻璃基板和第二玻璃基板的接合面上，所述工控机控制工作台工作，从而完成对第一玻璃基板和第二玻璃基板的扫描焊接。