一种双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种双光束耦合的激光辅助玻 璃料封装系统和方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，0LED具有自发光、结构简单、超轻薄、响应速度快、色彩对比度高、宽视角、 低功耗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。 国际主流显示屏制造商，如韩国的三星移动显示（SamsungMobileDisplay,SMD)及LG显 示均以投资建成4. 5代0LED大规模量产线，目前SMD的A2线（5. 5代）P1、P2已顺利开工， 预计其将在2013年开始投资A3生产线的P1、P2、P3以及VI线（8. 5代)，而在2014年则开 始A4及V2线的投资。国内多个厂家亦开始投资或试制4. 5代0LED生产线。
[0003] 0LED器件主要包括透明基板玻璃、TFT主动控制阵列、电极层、有机发光层以及封 装层等。然而，由于目前0LED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，而严重影响其寿命，为此需要对0LED 进行极度苛刻的气密性封装：H20〈10_6g/m2/day，02〈10_4CC/m2/day/atm。另外，0LED气密性 封装还要求：（1)气密性封装的尺寸应尽可能的小（〈2mm)，避免对0LED显示器的有效尺 寸产生不良影响；（2)封装过程中的温度不应破坏0LED显示器中热敏材料（〈100°C)，如电 极和发光有机层；（3)封装过程中释放的气体不应对0LED显示器中的物质产生污染；（4) 气密性封装应能保证电连接引线，如IT0电极引线进入0LED器件内部；（5)封装过程应尽 可能保证温度的均一性及冷却速度的适中，避免因温度不均匀、不同材料热膨胀系数存在 较大差异以及加热及冷却速度太快而造成的其内部热应力集中，影响0LED的平整度甚至 导致对应玻璃基板爆裂。
[0004] 根据封装材料的不同，迄今0LED封装技术大致可分为以下3种：（1)中空玻璃/ 金属+UV胶边缘密封+干燥剂；（2)激光玻璃料封装；（3)薄膜封装。上述3种封装技术的 技术特征及其优缺点比较如表1所示。对比可知：UV胶边缘密封法虽然工艺简单，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0LED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0LED电视等较长使用寿 命的应用需求，其柔软性在触摸屏应用方面也略显不足；与之相对，激光辅助的玻璃料封装 工艺以其优良的封装气密性、低温选择性及工艺成熟性已成为当前0LED玻璃封装的首选 封装工艺。
[0005] 激光玻璃料封装属于低温激光热传导焊的一种，主要利用特定波长(如 808nm/810nm)高能（30~70W)激光束对预烧结固化在上玻璃盖板下表面，对上述光波长具 有高吸收性的玻璃料材料进行选择性的加热软化以形成气密性玻璃料封装。玻璃料料通常 为1_宽，约6~100Mm厚。研究表明，封装过程中玻璃料软化键合温度T控制方程如下： (1) 其中， 尤：封装材料玻璃料的热导率，在电极引线区其对应热导率与玻璃料不一致； 产：激光入射有效功率，为可调整量； a:光斑直径，为可调整量，可通过光束整形或离焦等进行调整；r:光斑扫描速度，为次可调整量，因为其会影响产率； j:热扩散系数，由材料属性决定； e:材料热吸收系数； Z:玻璃料高度，由OLED的工艺要求决定。
[0006] 由方程（1)可知，玻璃料软化键合温度r与入射激光器功率/^成正比，而与光斑直 径平方（a2)及光斑扫描速度根（v1/2)成反比，三种密切相关。为此，为保证玻璃料的软化键 合温度(一般约为350°C)均一稳定，故在封装过程中需要对激光功率P与光斑扫描速度V 进行同步控制。研究表明，在光斑直径a-定(约1.8mm)的情况下，若光斑扫描速度为2mm/ s，封装所需激光功率仅为10W左右；但若光斑扫描速度提高至20mm/s，则对应激光功率升 约 33W。
[0007] 若仅从产率角度而言，在激光器输出功率（Coherent公司的生产的HightLight? FAP系列二极管激光器可提供100W左右的810nm激光束）和激光头最大扫描速度(约<lm/ s)允许的情况下，尽量提高封装过程中的光斑扫描速度r可以提高设备的产率。不过，令人 遗憾的是其激光扫描速度不仅受激光器功率及运动台性能的约束，还受到瞬时及残余热应 力的影响，而后者已成为制约其广率进一步提_的关键技术瓶颈。
[0008] 这是因为，根据热应力学原理，
【主权项】
1. 一种双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统，其特征在于，包括：一激光光源，用于 产生一激光光束；一分光元件，用于将所述激光光束分为第一激光光束和第二激光光 束；一第一光学元件，用于使所述第一激光光束以一倾角入射所述玻璃料并形成一加热光 斑；一第二光学元件，用于使所述第二激光光束以一倾角入射所述玻璃料并形成一辅热光 斑；所述加热光斑与所述辅热光斑共焦且同步与所述玻璃料做相对扫描运动。
2. 如权利要求1所述的双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统，其特征在于，所述分 光兀件为一分光棱镜。
3. 如权利要求1所述的双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统，其特征在于，所述第 一光学元件包括一可变狭缝和一聚焦透镜。
4. 如权利要求1所述的双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统，其特征在于，所述第 二光学元件包括一可变狭缝和一聚焦透镜。
5. 如权利要求1所述的双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统，其特征在于，所述辅 热光斑的宽度是所述加热光斑的5倍。
6. 如权利要求1所述的双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统，其特征在于，所述激 光光源为810nm光纤激光器。
7. 如权利要求1所述的双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统，其特征在于，所述封 装系统还包括一温度探测单元，所述温度探测单元用于根据所述玻璃料表面的反射光信号 探测所述玻璃料表面的实际温度。
8. 如权利要求7所述的双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统，其特征在于，所述温 度探测单元包括一高温计。
9. 一种双光束耦合的激光辅助玻璃料封装方法，其特征在于，包括：利用一分光元件 将一激光光束分为一第一激光光束和一第二激光光束，使所述第一激光以一倾角入射所述 玻璃料并形成一加热光斑；使所述第二激光光束以一倾角入射所述玻璃料并形成一辅热光 斑；所述加热光斑与所述辅热光斑共焦且同步与所述玻璃料做相对扫描运动。
【专利摘要】本发明公开一种双光束耦合的激光辅助玻璃料封装系统，其特征在于，包括：一激光光源，用于产生一激光光束；一分光元件，用于将该激光光束分为第一激光光束和第二激光光束；一第一光学元件，用于使该第一激光光束以一倾角入射该玻璃料并形成一加热光斑；一第二光学元件，用于使该第二激光光束以一倾角入射该玻璃料并形成一辅热光斑；该加热光斑与该辅热光斑共焦且同步与该玻璃料做相对扫描运动。
【IPC分类】C03B23-24
【公开号】CN104761132
【申请号】CN201410000280
【发明人】朱树存, 张建华
【申请人】上海微电子装备有限公司, 上海大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年1月2日