TWI614960B - 雷射封裝方法及雷射封裝裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種雷射封裝方法及雷射封裝裝置，通過調整光斑的輪廓分佈和/或光斑能量分佈以減少光斑沿非掃描向中心的積分劑量，使封裝料沿非掃描向的溫度分佈滿足均勻性要求；更重要的是，針對封裝線中的特徵區域，能夠增大光斑尺寸以適應特徵區的不同散熱條件，使之適應各特徵區的溫度場條件需求。本發明提供的雷射封裝方法及雷射封裝裝置，可以有效改善雷射封裝時在非掃描向溫度分佈不均勻的問題，甚至實現溫度的均一化，增大了技術窗口，從而提高雷射封裝的封裝品質。

Description

雷射封裝方法及雷射封裝裝置
本發明有關於邊框封裝技術，特別有關於一種雷射封裝方法及雷射封裝裝置。
代線(generation)，世代的意思，指玻璃基板的尺寸。代線越大，面板的面積越大，就可以切出小液晶面板的數量越多。高世代生產線主要生產32英寸以上的大尺寸液晶面板，一般界定為六代線以上，簡稱高代線、高世代線。隨著高世代封裝需求量的提升，封裝元件變得越來越大，同時窄邊框(指從有源區邊緣向外到封裝料最外側的距離，目前要實現0.6mm邊框)的需求給雷射封裝帶來了更嚴格的要求。
目前通常所用的技術，是使用雷射光斑多為圓形平頂能量分佈光斑，由於這種能量分佈並不均勻，在雷射封裝過程中，會造成用於封裝的封裝料在非掃描向溫度分佈不均勻，具體表現在封裝料中心部分溫度最高，越往邊緣則溫度越低。這種溫度差將在封裝過程中引入熱應力，限制了技術窗口，使得實際操作中更容易出現因封裝料中心溫度過高導致的過燒等缺陷，或是因封裝料邊緣溫度過低導致的鍵合比不達標缺陷。此外，由於圓形平頂光斑的幾何結構特殊性，需要兩倍于封裝線寬的光斑才能保證非掃描向積分光強不至於過度失衡，而光斑大小在高世代窄邊框封裝中，對有源區溫度影響越來越大，因此常規的兩倍于封裝線寬的光斑尺寸的平頂光斑雷射封裝將很難應用在高世代窄邊框封裝中。更重要的是，單元在封裝過程中具有各種特徵區域，如電極有 無，材料差異，線寬差異等，這些特徵區的封裝料散熱條件不同。而常規光斑輪廓經過設計就已經固定，封裝中無法變更，無法實現單元包括特徵區的所有區域溫度均一。
為了解決上述的問題，現在一般採用三種方法，但這三種方法都存在著一定的問題。一種是常規的通過掩膜遮擋的方法，但此方法在高世代封裝中具有很高的成本；另一類方法是使用特殊的掃描模式，例如TWIST掃描法，但這種方法是以產率的犧牲為代價來獲取相對均勻的封裝溫度場，此外對於掃描速度較快的准同步/動態准同步掃描封裝，由於設備無法採用更高的頻率進行圓周運動，這種方法只能適應部分封裝參數為低速的情況下；還有一種方法是使用特定能量分佈的光斑，例如M型分佈光斑。雖然M型分佈光斑可改變光斑大小以控制有源區溫度，但是常見的M型分佈是以非掃描向劑量均勻性為目的調製而成，多用於加熱線寬遠大於光斑大小情況的雷射焊接應用。在雷射封裝中，加熱線寬小於等於光斑大小，由於熱傳導的邊界效應，即使是非掃描向上劑量達到一致，封裝料邊界溫度也低於中心區域溫度，溫度均勻性也無法達成一致，只能做到部分改善。並且，常規的M型分佈光斑不能隨著特徵區域不同而變化，這使得M型分佈光斑對單元特徵區不具備適應性。
從以上的描述中可知，現有技術方法在提高封裝品質的同時仍存在各種各樣的問題，因此有必要發明一種新方法，在減少負面因素影響的前提下提高雷射封裝的封裝品質。
本發明的目的在於提供一種雷射封裝方法及雷射封裝裝置，能夠有效改善封裝品質，擴大技術窗口，可縮小光斑尺寸，降低對熱影響區的不利影響，降低成本。
為實現上述目的，本發明提供了一種雷射封裝方法，包括如下步驟：步驟1、根據封裝料的材料及封裝參數，為雷射設置初始的光斑輪廓分佈及光斑能量分佈，建立雷射封裝的傳熱模型；步驟2、對所述傳熱模型進行封裝模擬，得到所述封裝料沿非掃描向的溫度分佈；步驟3、判斷所述封裝料沿非掃描向的溫度分佈是否滿足均勻性要求，是則執行步驟5，否則執行步驟4；步驟4、調整所述光斑輪廓分佈和/或以自定義函數調製所述光斑能量分佈以減少光斑沿非掃描向中心的積分劑量，之後根據調整後的光斑輪廓分佈和/或調製後的光斑能量分佈重新建立雷射封裝的傳熱模型，返回步驟2；步驟5、在實際雷射封裝時，以當前的光斑輪廓分佈及光斑能量分佈控制所述雷射。
較佳地，在所述雷射封裝方法中，步驟4包括，調整光斑的幾何形狀使光斑沿非掃描向的積分劑量中間低、兩邊高。
較佳地，在雷射封裝方法中，步驟4還包括，對於雷射封裝掃描路徑中的非特徵區域，以第一自定義函數調製所述光斑能量分佈，對於雷射封裝掃描路徑中的特徵區域，先以所述第一自定義函數調製所述光斑能量分佈， 再增大所述光斑尺寸，並以第二自定義函數對光斑尺寸的變化區間所對應的光斑能量分佈進行調製以適應所述特徵區域。
較佳地，在雷射封裝方法中，所述以第二自定義函數進行調製包括：將光斑尺寸的變化區間以一定的間隔劃分為多個子區間，且以不同的自定義函數調製每個子區間所對應的光斑能量分佈。
較佳地，在所述雷射封裝方法中，所述自定義函數需滿足使調製後的光斑能量分佈小於調製前的光斑能量分佈的要求。
較佳地，在所述雷射封裝方法中，所述初始的光斑能量分佈I(r)可選為
Figure TWI614960BD00001
，其中P為雷射功率，R為光斑半徑，
Figure TWI614960BD00002
，(x,y)為光斑坐標系中的某一點座標值。
本發明還提供了一種雷射封裝裝置，包括承載封裝片的工件台、雷射發射模組、雷射掃描模組及橫跨於所述工件台上方且用於承載所述雷射掃描模組的龍門架，其特徵在於，所述雷射封裝裝置還包括雷射調製模組和雷射控制器，所述雷射控制器根據所述封裝片的封裝料的材料及封裝參數設計滿足雷射光斑沿非掃描向的積分劑量中心低、兩邊高的光斑輪廓分佈和/或光斑能量分佈，並根據所述光斑輪廓分佈和/或光斑能量分佈控制所述雷射調製模組調製所述雷射發射模組發射的雷射。
較佳地，在所述雷射封裝裝置中，所述雷射調製模組包括幾何分佈調製器，用於根據所述光斑輪廓分佈調製所述光斑的幾何形狀。
較佳地，在所述雷射封裝裝置中，所述雷射調製模組包括能量分佈調製器，用於根據所述光斑能量分佈調製所述光斑的能量分佈。
較佳地，在所述雷射封裝裝置中，所述雷射調製模組包括尺寸調製器，用於根據所述光斑輪廓分佈改變所述光斑的尺寸。
較佳地，在所述雷射封裝裝置中，所述幾何分佈調製器可選為光闌。
較佳地，在所述雷射封裝裝置中，所述能量分佈調製器可選為衍射光學元件或折射光學元件。
本發明提供的雷射封裝方法和雷射封裝裝置，適用于各類封裝料材料和封裝模式。利用調整光斑的輪廓分佈和/或光斑能量分佈以減少光斑沿非掃描向中心的積分劑量使封裝料沿非掃描向的溫度分佈滿足均勻性要求，提升技術靈活性，提高雷射封裝的封裝質量；更重要的是，針對封裝線中的特徵區域，增大光斑尺寸以適應特徵區的不同散熱條件，使之適應各特徵區的溫度場條件需求。
1‧‧‧雷射控制器
2‧‧‧雷射發射模組
3‧‧‧雷射調製模組
30‧‧‧能量分佈調製器
31‧‧‧幾何分佈調製器
32‧‧‧尺寸調節器
4‧‧‧雷射掃描模組
5‧‧‧工件台
6‧‧‧龍門架
7‧‧‧基座
S11至S15‧‧‧步驟
第1圖是本發明提供的雷射封裝方法的流程示意圖。
第2圖是本發明提供的雷射封裝裝置示意圖。
第3圖是雷射調製模組的結構示意圖。
以下結合圖式和實施例對本發明提出雷射封裝裝置及方法作進一步詳細說明。根據下面說明和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
實施例一
本發明提供了一種雷射封裝方法，流程示意圖如第1圖所示，所示雷射封裝方法包括如下步驟：步驟S11中，根據封裝料的材料及封裝參數為雷射設置初始的光斑輪廓分佈及光斑能量分佈，建立雷射封裝的傳熱模型；步驟S12中，採用所述傳熱模型進行封裝模擬，得到所述封裝料沿非掃描向的溫度分佈；通常，預先為待封裝的封裝片設計一封裝線，並將封裝料沿封裝線鋪設在封裝片上，實際封裝時，使雷射沿著預設的所述封裝線進行掃描從而加熱封裝料並使之融化，實現封裝料兩側的封裝片之間的粘合。在雷射封裝過程中，雷射的掃描行進方向稱為掃描向，非掃描向通常是指與掃描向相垂直的方向。
步驟S13中，判斷所述封裝料沿非掃描向的溫度分佈是否滿足均勻性要求，是則執行步驟S15，否則執行步驟S14；步驟S14中，調整所述光斑輪廓分佈和/或以自定義函數調製所述光斑能量分佈以減少光斑沿非掃描向中心的積分劑量，之後根據調整後的光斑輪廓分佈和/或調製後的光斑能量分佈重新建立雷射封裝的傳熱模型，返回步驟S12；步驟S15中，在實際雷射封裝時，以當前的光斑輪廓分佈及光斑能量分佈適應性地調製所述雷射。
較佳的，步驟S14包括，調整所述光斑的幾何形狀使光斑沿非掃描向的積分劑量中間低、兩邊高。
較佳的，步驟S14還包括，對於所述封裝線中的非特徵區域，以第一自定義函數調製所述光斑能量分佈，對於所述封裝線中的特徵區域，先以第一自定義函數調製所述光斑能量分佈，再增大所述光斑尺寸，並以第二自定義函數對光斑尺寸的變化區間所對應的光斑能量分佈進行調製以適應所述特徵區域。如背景技術中所述，本文中的特徵區域，是指封裝線上對相應位置處的封裝料的沿非掃描向的溫度分佈有特殊要求的區域，例如，封裝線上的鄰近電極或者鄰近具有特殊材料、特殊線寬的元件的區域，這些特徵區域處的封裝料具有不同的散熱要求，為此，針對這些特徵區域，在以第一自定義函數調製光斑能量分佈的基礎上，再通過改變光斑尺寸，並以第二自定義函數來進一步調製光斑能量分佈來適應相應的要求。
較佳的，以第二自定義函數調製光斑尺寸變化區間的所對應光斑能量分佈具體包括：將光斑尺寸的變化區間以一定的間隔劃分為多個子區間，每個子區間以不同的自定義函數來調製相應子區間內的光斑能量分佈。
較佳的，所述自定義函數需滿足使調製後的光斑能量分佈小於調製前的光斑能量分佈的要求。
較佳的，所述初始的光斑能量分佈I(r)可選為
Figure TWI614960BD00003
，其中P為雷射功率，R為雷射光斑的半徑，
Figure TWI614960BD00004
，(x,y)為光斑坐標系中的某一點的坐標值。
具體的，本實施例針對特定的材料與封裝參數，使用能量分佈調製，以衍射光學元件調製能量分佈，光斑幾何形狀不調製，為圓形光斑，考慮無特徵區情況，所述獲得所需光斑輪廓的方法包括如下步驟： (1)建立起雷射封裝的傳熱模型，以自定義函數f(r)調製光斑的能量分佈，本實施例自定義函數f(r)選用矩形波函數，具體表達式為：
Figure TWI614960BD00005
(2)對所述傳熱模型進行模擬，模擬計算結束後，得到封裝料沿非掃描向的溫度分佈；(3)以所述非掃描向的溫度分佈為准，若溫度場滿足均勻性要求，則可確定光斑輪廓；若不滿足，則調整k值並重複步驟(2)。
本實施例通過調整自定義函數的k值，以逐漸逼近法，最終得到所需要的非掃描向溫度分佈結果，將滿足需要的光斑的能量分佈用於實際雷射封裝。
實施例二
本實施例針對特定的材料與封裝參數，並考慮有特徵區情況，使用能量分佈調製，以衍射光學元件調製能量分佈，使用光斑尺寸調製，以光闌調製光斑大小，所述獲得所需光斑輪廓的方法包括如下步驟：(1)建立起雷射封裝的傳熱模型，對於整個封裝線(包括非特徵區域和特徵區域)，均以第一自定義函數調製光斑能量分佈，其中，第一自定義函數f1(r)選用多項式函數，具體表達式為：f1(r)=a1+a2x+a3x2+...+amxm-1 r
Figure TWI614960BD00006
R；對於特徵區域，還包括增大光斑尺寸，將光斑尺寸的變化區間劃分為不同子區間，並以不同的自定義函數調製相應子區間所對應的光斑能量分佈，具體如下：f2(r)=b1+b2x+b3x2+...+bmxm-1 R2
Figure TWI614960BD00007
r>R
f3(r)=c1+c2x+c3x2+...+cmxm-1 R3
Figure TWI614960BD00008
r>R2
......
k1=R2-R，k2=R3-R2...
其中，ai,bi,ci(i=1,2,3...,m)為函數參數，多項式的階數越高，模擬得到的光斑能量分佈越能實現溫度均一，但需要的運算資源也越大。R2、R3為尺寸變化後的光斑半徑，k1,k2,ki-1...為光斑尺寸調節量，通過R2、R3...定義出子區間，例如，R2
Figure TWI614960BD00009
r>R為第一子區間，該第一子區間所對應的光斑能量分佈通過自定義函數f2(r)來調製；R3
Figure TWI614960BD00010
r>R2為第二子區間，該第二子區間所對應的光斑能量分佈通過自定義函數f3(r)來調製；(2)對傳熱模型進行模擬，模擬計算結束後，得到一般區域(即非特徵區域)和不同的特徵區域處的封裝料沿非掃描向的溫度分佈；(3)對於所述一般區域及光斑尺寸調節前(r
Figure TWI614960BD00011
R)的特徵區域的封裝料沿非掃描向的溫度分佈，若溫度場滿足均勻性要求，則可確定相應的光斑輪廓，並且確定f1(r)表達式，進入步驟(4)；若不滿足，則調整函數參數ai並重複步驟(2)，以逐漸逼近法，最終得到所需要的非掃描向溫度分佈結果；(4)調節光斑尺寸，並通過模擬獲得光斑變化的各個子區間內的所述特徵區域的封裝料沿非掃描向的溫度分佈，若各個子區間的溫度場都滿足均勻性要求，則可確定相應的光斑輪廓，並且確定f2(r)、f3(r)...表達式；若存在不滿足均勻性要求的子區間，則調整相應的函數參數bi或ci...與半徑R2或R3...(通過光闌調整幅度)並重複步驟(4)，以逐漸逼近法，最終得到所需要的非掃描向溫度分佈結果。
實施例三
第2圖是本發明提供的實施以上封裝方法的雷射封裝裝置示意圖，請參閱第2圖，所述雷射封裝裝置包括承載封裝片的工件台5、雷射發射模組2、雷射掃描模組4及橫跨於所述工件台5上方承載所述雷射掃描模組4的龍門架6，其中，所述雷射封裝裝置還包括雷射控制器1和雷射調製模組3，所述雷射控制器1根據所述封裝片的封裝料材料及封裝參數設計滿足光斑沿非掃描向的積分劑量中心低、兩邊高的光斑輪廓分佈和/或光斑能量分佈，並根據所述光斑輪廓分佈和/或光斑能量分佈控制所述雷射調製模組3調製所述雷射發射模組2發射的雷射。
具體的，請參閱第3圖，所述雷射調製器3包括能量分佈調製器30、幾何分佈調製器31和尺寸調製器32，所述能量分佈調製器30可選為衍射光學元件或折射光學元件，根據所述光斑能量分佈調製所述光斑的能量分佈；所述幾何分佈調製器31可選為光闌，根據所述光斑輪廓分佈調製所述光斑的幾何形狀；所述尺寸調製器32根據所述光斑輪廓分佈改變所述光斑的尺寸。
在本申請實施例中，所述雷射封裝裝置還包括基座7，較佳的，所述雷射調製器3自身有第一方向自由度，所述龍門架6能夠提供第二方向自由度，所述第一方向與所述第二方向垂直，所述工件台5在所述基座7上有第三方向自由度和旋轉向自由度。更進一步的，在所述雷射封裝裝置中可以同時設置多個雷射調製器3，以此既能夠實現多個封裝同時進行提升產率，又滿足對超大尺寸封裝件的封裝要求。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即 可。對於實施例公開的系統而言，由於與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的具通常知識者根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬申請專利範圍的保護範圍。
1‧‧‧雷射控制器
2‧‧‧雷射發射模組
3‧‧‧雷射調製模組
30‧‧‧能量分佈調製器
31‧‧‧幾何分佈調製器
32‧‧‧尺寸調節器
4‧‧‧雷射掃描模組
5‧‧‧工件台
6‧‧‧龍門架
7‧‧‧基座

Claims (12)

  1. 一種雷射封裝方法，其包括如下步驟：步驟1、根據封裝料的材料及封裝參數，為雷射設置初始的光斑輪廓分佈及光斑能量分佈，建立雷射封裝的傳熱模型；步驟2、對該傳熱模型進行封裝模擬，得到該封裝料沿非掃描向的溫度分佈；步驟3、判斷該封裝料沿非掃描向的溫度分佈是否滿足均勻性要求，是則執行步驟5，否則執行步驟4；步驟4、調整該光斑輪廓分佈或以自定義函數調製該光斑能量分佈以減少光斑沿非掃描向中心的積分劑量，之後根據調整後的光斑輪廓分佈或調製後的光斑能量分佈重新建立雷射封裝的傳熱模型，返回步驟2；步驟5、在實際雷射封裝時，以當前的光斑輪廓分佈及光斑能量分佈控制該雷射。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射封裝方法，其中步驟4包括，調整該光斑的幾何形狀使光斑沿非掃描向的積分劑量中間低、兩邊高。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射封裝方法，其中步驟4更包括，對於雷射封裝掃描路徑中的非特徵區域，以第一自定義函數調製該光斑能量分佈，對於雷射封裝掃描路徑中的特徵區域，先以該第一自定義函數調製該光斑能量分佈，再增大該光斑尺寸，並以第二自定義函數對該光斑尺寸的變化區間所對應的該光斑能量分佈進行調製以適應該特徵區域。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射封裝方法，其中以該第二自定義函數進行調製包括：將該光斑尺寸的變化區間以一定的間隔劃分為多個子區間，且以不同的自定義函數調製每個子區間所對應的該光斑能量分佈。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雷射封裝方法，其中該自定義函數需滿足使調製後的光斑能量分佈小於調製前的光斑能量分佈的要求。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之雷射封裝方法，其中初始的光斑能量分佈I(r)為
    Figure TWI614960BC00001
    ，其中P為雷射功率，R為光 斑半徑，
    Figure TWI614960BC00002
    ，(x,y)為光斑坐標系中的某一點的坐標值。
  7. 一種雷射封裝裝置，包括承載封裝片的工件台、雷射發射模組、雷射掃描模組及橫跨於該工件台上方且用於承載該雷射掃描模組的龍門架，其中該雷射封裝裝置更包括雷射調製模組和雷射控制器，該雷射控制器根據該封裝片的封裝料的材料及封裝參數設計滿足雷射光斑沿非掃描向的積分劑量中心低、兩邊高的光斑輪廓分佈或光斑能量分佈，並根據該光斑輪廓分佈或該光斑能量分佈控制該雷射調製模組調製該雷射發射模組發射的雷射。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之雷射封裝裝置，其中該雷射調製模組包括幾何分佈調製器，用於根據該光斑輪廓分佈調製該光斑的幾何形狀。
  9. 如申請專利範圍第7或8項所述之雷射封裝裝置，其中該雷射調製模組包括能量分佈調製器，用於根據該光斑能量分佈調製該光斑的能量分佈。
  10. 如申請專利範圍第7或8項所述之雷射封裝裝置，其中該雷射調製模組包括尺寸調製器，用於根據該光斑輪廓分佈改變該光斑的尺寸。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之雷射封裝裝置，其中該幾何分佈調製器為光闌。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之雷射封裝裝置，其中該能量分佈調製器為衍射光學元件或折射光學元件。
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