激光封装方法及设备的制作方法
【专利摘要】一种激光封装方法，包括：产生点状激光束；将点状激光束整形为线状激光束；在封装材料上设置掩膜板，在掩膜板上开设与封装材料形状匹配的透光区，并对准透光区与封装材料；线状激光束沿所述掩膜板扫描。上述激光封装方法，在掩膜板与密封图案对准后，沿掩膜板扫描照射，即可实现对整个密封图案的照射和热融化，提高封装效率，同时掩膜板对准后激光即可准确照射在封装区域内，降低了激光束对准精度的要求。
【专利说明】激光封装方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光加工技术，特别是涉及激光封装方法及设备。
【背景技术】
[0002]传统工业中采用的激光密封方法为玻璃料扫描方法，该方法是通过密封料将上下基板封装在一起，激光束照射到密封料上，并沿着密封图案的轮廓逐点移动从而完成封装。然而该方法的扫描时间是根据玻璃料图案的大小和具体轮廓来决定，封装效率低，且对激光对准的精度需求高，在大尺寸的封装中问题尤为突出。
【发明内容】
[0003]基于此，有必要针对封装效率低的问题，提供一种激光封装方法。
[0004]一种激光封装方法，包括:产生点状激光束；将所述点状激光束整形为线状激光束；在封装材料上设置掩膜板，在所述掩膜板上开设与所述封装材料形状匹配的透光区，并对准所述透光区与所述封装材料；所述线状激光束沿所述掩膜板扫描。
[0005]在其中一个实施例中，所述将所述点状激光束整形为线状激光束的步骤包括:将所述点状激光束转化成发散激光束；将所述发散激光束转化成线状激光束。
[0006]在其中一个实施例中，所述将所述发散激光束转化成线状激光束的步骤具体为:所述发散激光束依次通过柱面透镜及鲍威尔透镜转化成所述线状激光束。
[0007]在其中一个实施例 中，所述将所述发散激光束转化成线状激光束步骤前还包括:使所述发散激光束能量平顶化。
[0008]在其中一个实施例中，所述线状激光束沿所述掩膜板扫描的步骤前还包括:获取封装材料形状的最大边长；调节所述线状激光束的长度，使所述线状激光束长度大于或等于所述封装材料形状最大边长。
[0009]还提出一种激光封装设备，包括:激光发生器，产生点状激光；光束整形装置，将所述点状激光束整形为线状激光束；掩膜板，设有与封装材料形状相匹配的透光区；对准装置，控制所述掩膜板对准所述封装材料；驱动装置，控制所述线状激光束沿所述掩膜板扫描。
[0010]在其中一个实施例中，所述光束整形装置包括光纤耦合系统及透镜组，所述光纤耦合系统将所述点状激光束转化成发散激光束，所述透镜组将所述发散激光束转化成线状激光束。
[0011]在其中一个实施例中，所述透镜组包括正凸透镜、柱面透镜及鲍威尔透镜，所述发散激光依次通过所述正凸透镜、所述柱面透镜及所述鲍威尔透镜。
[0012]在其中一个实施例中，所述光束整形装置还包括平顶光束整形器，所述平顶光束整形器使所述发散激光束能量平顶化。
[0013]在其中一个实施例中，还包括:图像采集装置，获取所述封装材料形状的最大边长；所述驱动装置根据所述最大边长调节所述线状激光束长度，使所述线状激光长度大于或等于所述封装材料形状最大边长。
[0014]上述激光封装方法和系统，在掩膜板与密封图案对准后，沿掩膜板扫描照射，即可实现对整个密封图案的照射和热融化，提高封装效率，同时掩膜板对准后激光即可准确照射在封装区域内，降低了激光束对准精度的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的激光封装方法流程图；
[0016]图2为图1中激光扫描示意图；
[0017]图3为图1中光束整形过程示意图；
[0018]图4为图1中光束整形方法流程图；
[0019]图5为一个实施例中掩膜板与玻璃基板对准方法流程图；
[0020]图6为图5中对准步骤的玻璃基板标记点示意图；
[0021]图7为图5中对准过程掩膜板与玻璃基板示意图；
[0022]图8为另一个实施例中激光封装方法流程图；
[0023]图9为本发明的激光封装设备结构图；
[0024]图10为图9中的光束整形装置结构图；
[0025]图11为图9中的对准装置结构图；
[0026]图12为另一种实施例中激光封装设备结构图。
【具体实施方式】
[0027]本发明提出一种激光封装方法，参考图1~图7，本方法包括以下步骤:
[0028]步骤S20，产生点状激光束。
[0029]具体地，点状激光束即照射区域为一小点或一块光斑的激光束。
[0030]步骤S40，将点状激光束整形为线状激光束。
[0031]具体地，线状激光束为照射区域为一条直线的激光束，可以是使点状激光束通过透镜组、或者利用光栅衍射的方法获得。
[0032]步骤S60，在封装材料上设置掩膜板，在掩膜板上开设与封装材料形状相匹配的透光区，并对准透光区和封装材料。
[0033]具体地，封装材料设置在玻璃基板上。掩膜板上面开设有透光区，即激光可以通过的区域；掩膜板其余部分为非透光区，该区域可阻挡激光通过。掩膜板覆盖在玻璃基板上，透光区对准封装材料图案，玻璃基板其余部分覆盖在掩膜板非透光区下。
[0034]步骤S80，利用整形后的线状激光束沿着掩膜板扫描。
[0035]具体地，如图2所示，线状激光束从玻璃基板边缘开始沿着掩膜板横向移动照射，直至整个封装材料扫描完成。扫描可以是一次扫描，也可以是往返式地扫描。
[0036]本方法先将点状激光束整形为线状激光束，对准掩膜板后直接在掩膜板上扫描，对封装材料图案进行加热封装。与传统激光逐点扫描方法相比，本方法提高了工艺效率；且在加热时非封装区域被掩膜板覆盖，激光只能照射至封装图案上，只需掩膜板和封装材料图案对准即可，操作简便且达到精度要求。
[0037]在一个实施例中，如图3~图4所示，步骤S40具体包括:[0038]步骤S402，将点状激光束转化成发散激光束。
[0039]具体地，转化方法是将点状激光束通过光纤耦合系统。点状激光束依次通过光纤率禹合器与光纤后，形成发散激光束。
[0040]步骤S404，将发散激光束转化成线状激光束。
[0041]具体地，发散激光束的照射区域为一块圆斑，还需将发散激光束转化成线性激光束，即照射区域为直线的激光束。转化方法可以是组合不同种类的透镜形成透镜组，使发散激光束通过透镜组转化成线状激光束；也可以是利用光栅衍射原理，发散激光束透过光栅产生多条线状的衍射条纹，直接截取中间最亮的衍射条纹。
[0042]将点状激光束整形为线状激光束，由单个照射点变为线段的照射点，提高了工艺效率。
[0043]此外，还可以直接利用上述的发散激光束进行激光封装。
[0044]进一步地，该实施例中，步骤S402具体方法是:将发散激光束先后通过正凸透镜、柱面透镜以及鲍威尔透镜。
[0045]正凸透镜可以使得发散光束汇聚；柱面透镜或鲍威尔棱镜均可对激光束在一个方向上进行扩展而形成线状光束，其中柱面透镜所形成的线状光束具有中间能量分布较高，边缘能量分布较低的特点，鲍威尔棱镜则相反，其形成的线状光束的能量分布具有中间弱，边缘强。两种透镜组合使用，可以保持出射激光束能量与入射激光束能量分布保持一致。
[0046]在一个实施例中，步骤S404前还包括:
[0047]步骤S403，使发散激光束能量平顶化。
[0048]发散激光束能量平顶 化后，可以使得后续转化得到的光束也具有强度均匀的特点。
[0049]可以理解，该步骤还可以是:在步骤S402之前，使点状激光束能量平顶化。
[0050]由于一般激光器产生的点状激光束能量符合高斯分布，即中间能量高，外围能量低，经过光束形状变换后能量分布仍有该特点，直接利用该种能量分布的激光束封装可能会导致封装材料变形不均匀，达不到理想的加工效果。将光束能量平顶化可以防止该问题出现。
[0051]在一个实施例中，参考图5~7，步骤S60中，对准透光区与封装材料形状方法是:
[0052]步骤S61，在掩膜板与玻璃基板四周开设标记点。
[0053]本实施例中，掩膜板和玻璃基板的相同位置均设置了点标记，其中掩膜板上点标记为镂空形成的可让光线穿过的图形；玻璃基板上点标记为中空图形，该图形中间为自由透光区，四周带有可遮挡激光的颜色或者是非透光区。优选的，该颜色为黑色，形状为方向。掩膜板和玻璃基板的形状相同。
[0054]例如，在形状均为方形，大小一致的掩膜板和玻璃基板中，将分别两个点标记设置于掩膜板中一条边的顶角上，相应的，玻璃基板中也将两个点标记设置于一条边的顶角上，其中，玻璃基板中点标记所在的边和掩膜板中点标记所在的边是相同的；另外，掩膜板中点标记也可呈对角分布，玻璃基板中点标记则是根据掩膜板的点标记对应设置的。
[0055]在优选的实施例中，点标记在掩膜板和玻璃基板沿一对角线呈对角分布，并使得掩膜板和下玻璃基板贴合时，位于掩膜板的点标记与位于玻璃基板的点标记相重叠，以通过对角分布于掩膜板和玻璃基板的若干个点标记进一步提高对位的精确度。[0056]步骤S62，放置掩膜板于玻璃基板上方，调节掩膜板位置。
[0057]本实施例中，玻璃基板吸附固定在操作平台上，通过机械手等装置真空吸附掩膜板，将掩膜板移动至被吸附固定的玻璃基板上方某一初步的位置。
[0058]步骤S63，接收依次透过玻璃基板的点标记和掩膜板的激光。
[0059]点标记形状可以是透明的圆形、方形或者十字图形等，掩膜板的点标记对应的尺寸将是与玻璃基板的点标记对应的尺寸相似的，在优选的实施例中，掩膜板的点标记对应的尺寸将小于或等于玻璃基板的点标记对应的尺寸。具体的，掩膜板的点标记可以是直径为3毫米的圆形，玻璃基板的点标记可以是直径为4毫米的圆形。
[0060]玻璃基板中每一点标记均有对应的激光发生器，以通过激光发生器向点标记发射激光，以使得发射的激光依次透过玻璃基板中的点标记和掩膜板，此时，将通过对应设置的光敏传感器接收透过掩膜板的激光。
[0061]步骤S64，判断激光形成的图形是否与上玻璃基板的点标记相一致，若是，则将掩膜板垂直移动至玻璃基板上；若否，则返回步骤S62。
[0062]本实施例中，在接收到依次透过玻璃基板的点标记和掩膜板的激光之后，对激光形成的图形进行图像处理，以判断激光形成的图形与掩膜板的点标记是否一致，若是，则说明该激光透过了掩膜板中的点标记，掩膜板中的点标记是与玻璃基板的点标记正对设置的，此时，直接将掩膜板垂直移动至玻璃基板上即可完成掩膜板和玻璃基板的对位。
[0063]若判断到激光形成的图形与掩膜板的点标记并不一致，则透过玻璃基板的点标记的激光并没有透过掩膜板的点标记，说明掩膜板当前所在的位置并不是正对于玻璃基板的位置，因此需要对掩膜板进行位置调整，并通过不断的接收激光来确认是否将掩膜板调整至玻璃基板正上方的位置。
[0064]在另一个实施例中，上 述掩膜板与玻璃基板对位方法中，在上述步骤S63之前，还包括对吸附固定的玻璃基板进行位置调整，以使得与玻璃基板中点标记对应设置的激光发生器发射的激光透过点标记。
[0065]以上对位方法，只需要设置于掩膜板和玻璃基板的点标记相对应，向点标记发射激光的激光发生器即可实现，大大的降低了成本，实现了快速对位，大大提高了对位效率。
[0066]在一个实施例中，如图8所示,步骤S40后还包括:
[0067]步骤S51，获取封装材料形状的最大边长。
[0068]具体地，例如封装材料图案为一矩形，则获取该矩形的最大边长度；封装材料图案为圆形，则获取该圆形的直径长度。
[0069]步骤S52，调节线状激光束的长度，使得该长度大于或等于封装材料形状的最大边长。
[0070]在该实施例中，调节线状激光束长度的方法是通过调节柱面透镜及鲍威尔透镜之间的距离。当柱面透镜与鲍威尔透镜间距离缩小时，得到的线状激光束长度增长；当柱面透镜与鲍威尔透镜间距离增大时，得到的线状激光束长度减少。调节距离可以是通过人工手动控制，也可以是通过机械自动控制。
[0071]调节线状激光束长度大于封装材料最大边长后，利用激光束横向扫描一次，即可完成对整个封装材料形状的封装，提高工艺效率。
[0072]本发明还提出一种激光封装设备，如图9所示，包括:[0073]激光发生器100，用于产生点状激光。
[0074]具体地，激光发生器100产生的点状激光束为照射区域为一小点或一块光斑的激光束。
[0075]光束整形装置200，用于将点状激光束整形为线状激光束。
[0076]具体地，线状激光束为照射区域为一条直线的激光束，光束整形装置200可以是透镜组或者光栅，点状激光束通过透镜组改变形状、或者利用光栅衍射获得线状激光束。
[0077]掩膜板300，上面开设有与封装材料形状相匹配的透光区。
[0078]具体地，封装材料设置在玻璃基板上。掩膜板300上面开设有透光区，即激光可以通过的区域；掩膜板其余部分为非透光区，该区域可阻挡激光通过。
[0079]对准装置400控制掩膜板的透光区对准封装材料形状。
[0080]具体地，对准位置400使得从透光区透过的激光刚好照射在封装材料上，其他不需要激光加热的区域则在掩膜板非透光区域下。
[0081]驱动装置500，控制线状激光束沿掩膜板扫描。
[0082]具体地，驱动装置500调节线状激光束开始扫描的位置，控制线状激光束从玻璃基板边缘开始沿着掩膜板横向移动照射，直至整个封装材料形状扫描完成。扫描可以是一次扫描，也可以是往返式地扫描。
[0083]本设备先将点状激光束整形为线状激光束，对准装置400对准掩膜板后，驱动装置500控制线状激光束直接在掩膜板300上扫描，对封装材料图案进行加热封装。与传统逐点扫描的激光设备相比，本 设备提高了工艺效率；且在加热时非封装区域被掩膜板覆盖，激光只能照射至封装图案上，只需掩膜板300和封装材料图案对准即可，操作简便且达到精度要求。
[0084]在一个实施例中，如图10所示，光束整形装置200包括:
[0085]光纤稱合系统210,用于将点状激光束转化成发散激光束。光纤稱合系统210包括光纤稱合器与光纤，点状激光束依次通过光纤稱合器与光纤后，形成发散激光束。
[0086]透镜组220，用于将发散激光束转化成线状激光束。发散激光束的照射区域为一块圆斑，还需将发散激光束转化成线性激光束，即照射区域为直线的激光束。转化方法可以是组合不同种类的透镜形成透镜组，使发散激光束通过透镜组转化成线状激光束。
[0087]此外，透镜组220也可以替换为光栅。利用光栅衍射原理，发散激光束透过光栅产生多条线状的衍射条纹，直接截取中间最亮的衍射条纹。
[0088]此外，还可以直接利用上述的发散激光束进行激光封装。
[0089]将点状激光束整形为线状激光束，由单个照射点变为线段的照射点，提高了工艺效率。
[0090]进一步地，该实施例中，透镜组220具体包括:正凸透镜221、柱面透镜222以及鲍威尔透镜223。
[0091]发散光束先后通过正凸透镜221、柱面透镜222以及鲍威尔透镜223。正凸透镜221使通过的发散激光束汇聚，柱面透镜或鲍威尔棱镜均可对激光束在一个方向上进行扩展而形成线状光束，其中柱面透镜所形成的线状激光束具有中间能量分布较高，边缘能量分布较低的特点，鲍威尔棱镜则相反，其形成的线状光束的能量分布具有中间弱，边缘强。两种透镜组合使用，可以保持出射激光束能量与入射激光束能量分布保持一致。[0092]在一个实施例中，光束整形装置200还包括:平顶光束整形器230。
[0093]平顶光束整形器230可以使通过的发散激光束能量符合平顶化分布，即均匀化。发散激光束能量平顶化后，可以使得后续转化得到的光束也具有强度均匀的特点。
[0094]可以理解，该装置还可以是用于使点状激光束能量平顶化。
[0095]由于激光器产生的点状激光束能量符合高斯分布，即中间能量高，外围能量低，经过光束形状变换后能量分布仍有该特点，直接利用该种能量分布的激光束封装可能会导致封装材料变形不均匀，达不到理想的加工效果。将光束能量平顶化可以防止该问题出现。
[0096]在一个实施例中，如图11所示，对准装置400包括:
[0097]激光接收装置410，用于接收依次透过玻璃基板的点标记和掩膜板300的激光。
[0098]本实施例中，掩膜板300和玻璃基板的相同位置均设置了点标记，掩膜板300和玻璃基板的形状相同。例如，在形状均为方形，大小一致的掩膜板300和玻璃基板中，将分别两个点标记设置于掩膜板中一条边的顶角上，相应的，玻璃基板中也将两个点标记设置于一条边的顶角上，其中，玻璃基板中点标记所在的边和掩膜板300中点标记所在的边是相同的；另外，掩膜板300中点标记也可呈对角分布，玻璃基板中点标记则是根据掩膜板300的点标记对应设置的。
[0099]在优选的实施例中，点标记在掩膜板300和玻璃基板沿一对角线呈对角分布，并使得掩膜板和玻璃基板贴合时，位于掩膜板300的点标记与位于玻璃基板的点标记相重叠，以通过对角分布于掩膜板300和玻璃基板的若干个点标记进一步提高对位的精确度。
[0100]点标记形状可以是透明的圆形、方形或者十字图形等，掩膜板300的点标记对应的尺寸将是与玻璃基板的点标记对应的尺寸相似的，在优选的实施例中，掩膜板300的点标记对应的尺寸将小于或等于玻璃基板的点标记对应的尺寸。具体的,掩膜板300的点标记可以是直径为3毫米的圆形，玻璃基板的点标记可以是直径为4毫米的圆形。
[0101]玻璃基板中每一点标记均有对应的激光发生器，以通过激光发生器向点标记发射激光，以使得发射的激光依次透过玻璃基板中的点标记和掩膜板300，此时，将通过对应设置的光敏传感器接收透过掩膜板300的激光。
[0102]比对装置420，用于判断激光形成的图形是否与掩膜板300的点标记相一致，若是，则将掩膜板300垂直移动至玻璃基板上，若否，则调节掩膜板300位置。
[0103]本实施例中，在接收到依次透过玻璃基板的点标记和掩膜板300的激光之后，比对装置420对激光形成的图形进行图像处理，以判断激光形成的图形与掩膜板300的点标记是否一致，若是，则说明该激光透过了掩膜板300中的点标记，掩膜板300中的点标记是与玻璃基板的点标记正对设置的，此时，直接将掩膜板300垂直移动至玻璃基板上即可完成掩膜板300和玻璃基板的对位。
[0104]若比对装置420判断到激光形成的图形与掩膜板300的点标记并不一致，则透过玻璃基板的点标记的激光并没有透过掩膜板300的点标记，说明掩膜板300当前所在的位置并不是正对于玻璃基板的位置， 因此需要对掩膜板300进行位置调整，并通过不断的接收激光来确认是否将掩膜板调整至玻璃基板正上方的位置。
[0105]另一个实施例中，上述对准装置400中，还可对吸附固定的玻璃基板进行位置调整，以使得与玻璃基板中点标记对应设置的激光发生器发射的激光透过点标记。
[0106]本实施例中，开启玻璃基板中点标记对应的激光发生器以发射激光，相应的，点标记对应的激光接收装置410将接收到透过玻璃基板的激光，判断该激光所形成的图形是否与玻璃基板中的点标记相一致，若是，则说明该激光穿过了点标记，此时，可将掩膜板300置于玻璃基板的上方进行对位，若否，则需要对玻璃基板进行位置调整。
[0107]以上对准装置400，只需要设置于掩膜板300和玻璃基板的点标记相对应，向点标记发射激光的激光发生器即可实现，大大的降低了成本，实现了快速对位，大大提高了对位效率。
[0108]在一个实施例中，如图12所示，激光封装设备还包括:
[0109]图像采集装置600，用于获取封装材料形状的最大边长。
[0110]本实施例中，图像采集装置600采用是CCD视觉采集系统，采集封装材料形状轮廓信息，并分析得出最大边长。例如封装材料图案为一矩形，则分析获取该矩形的最大边长度；封装材料图案为圆形，则分析获取该圆形的直径长度。
[0111]驱动装置500根据图像采集装置600获得的封装材料形状最大边长信息，调节最后生成的线状激光束的长度。具体地，驱动装置500可以调节柱面透镜222及鲍威尔透镜223之间的距离。当柱面透镜222与鲍威尔透镜223间距离缩小时，得到的线状激光束长度增长；当柱面透镜222与鲍威尔透镜223间距离增大时，得到的线状激光束长度减少 。
[0112]调节线状激光束长度大于封装材料最大边长后，利用线状激光束横向扫描一次，即可完成对整个封装材料形状的封装，提高工艺效率。
[0113]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种激光封装方法，包括: 产生点状激光束； 将所述点状激光束整形为线状激光束； 在封装材料上设置掩膜板，在所述掩膜板上开设与所述封装材料形状匹配的透光区，并对准所述透光区与所述封装材料； 所述线状激光束沿所述掩膜板扫描。
2.根据权利要求1所述的激光封装方法，其特征在于，所述将所述点状激光束整形为线状激光束的步骤包括: 将所述点状激光束转化成发散激光束； 将所述发散激光束转化成线状激光束。
3.根据权利要求2所述的激光封装方法，其特征在于，所述将所述发散激光束转化成线状激光束的步骤具体为: 所述发散激光束依次通过柱面透镜及鲍威尔透镜转化成所述线状激光束。
4.根据权利要求2所述的激光封装方法，其特征在于，所述将所述发散激光束转化成线状激光束步骤前还包括:使所述发散激光束能量平顶化。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的激光封装方法，其特征在于，所述将所述点状激光束整形为线状激光束后还包 括: 获取封装材料形状的最大边长； 调节所述线状激光束的长度，使所述线状激光束长度大于或等于所述封装材料形状最大边长。
6.一种激光封装设备，其特征在于，包括: 激光发生器，产生点状激光； 光束整形装置，将所述点状激光束整形为线状激光束； 掩膜板，设有与封装材料形状相匹配的透光区； 对准装置，控制所述掩膜板对准所述封装材料； 驱动装置，控制所述线状激光束沿所述掩膜板扫描。
7.根据权利要求6所述的激光封装设备，其特征在于，所述光束整形装置包括光纤耦合系统及透镜组，所述光纤耦合系统将所述点状激光束转化成发散激光束，所述透镜组将所述发散激光束转化成线状激光束。
8.根据权利要求7所述的激光封装设备，其特征在于，所述透镜组包括正凸透镜、柱面透镜及鲍威尔透镜，所述发散激光依次通过所述正凸透镜、所述柱面透镜及所述鲍威尔透镜。
9.根据权利要求7所述的激光封装设备，其特征在于，所述光束整形装置还包括平顶光束整形器，所述平顶光束整形器使所述发散激光束能量平顶化。
10.根据权利要求6至9任意一项所述的激光封装设备，其特征在于，还包括: 图像采集装置，获取所述封装材料形状的最大边长； 所述驱动装置根据所述最大边长调节所述线状激光束长度，使所述线状激光长度大于或等于所述封装材料形状最大边长。
【文档编号】C03B23/24GK103466922SQ201310464410
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】付奎, 张建华, 葛军锋 申请人:上海大学