專利名稱：光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制系統和方法。
背景技術：
OLED (有機發光二級管)顯示技術由于其優良的發光性能及其廣泛的應用前景而得到重視。OLED具有高亮度、良好的色彩對比度、寬視角、刷新速度快和低能耗等優點。然而，OLED器件中的有機發光層和電極均對周圍環境中的氧和水分十分敏感，會與其相互作用而發生劣化，從而大大影響OLED器件的使用壽命。將OLED器件中的有機發光層和電極與周圍環境通過氣密式密封的方式分隔開可顯著的延長該器件的壽命。
在激光鍵合時不均勻的溫度場對OLED器件的封裝質量有很大的影響,而激光功率、激光掃描速度是激光封裝溫度場的重要影響因素。封裝器件在激光封裝過程中所達到的最高溫度隨激光功率的增大而增大，隨激光掃描速度的增大而降低。目前，激光鍵合技術在國內外研究廣泛，該技術作為一種先進的封裝技術，具有局部非接觸加熱，熱影響區域小，速度快，效率高等優點，已在微機電系統(MEMS)的高氣密性封裝中得到較為廣泛的研究。至于溫度場在激光鍵合時對OLED器件的封裝質量影響情況已經有很多數據模擬，采用的是ANSYS進行仿真實驗，而真實的實驗中缺乏溫度的采集與控制模塊。發明內容
本發明的目的在于解決已有技術存在的問題，提供一種光電器件封裝激光鍵合溫度采集與控制系統和方法，以控制鍵合過程中玻璃料的最高溫度在偏差允許范圍內波動。
為達到上述目的，本發明的構思是為了解決上述的問題，使數據模擬仿真實驗與真實的實驗數據相匹配，設計了一個溫度控制系統。這個溫度控制系統采用PID控制，它的控制原理是根據設定的溫度值與實際采集的溫度值構成控制偏差，對偏差進行比例(P)、積分(I)、微分(D)計算后通過線性組合構成控制量，作用于被控對象。其中的比例環節成比例的反映控制系統的偏差信號，一旦產生偏差，控制器就產生控制作用，來減少偏差。積分環節主要用于消除靜態誤差，提高系統的無差度。積分作用的強弱取決于時間常數Ti ,Ti越小，積分作用越強。微分環節反映偏差信號的變化趨勢，在系統中引入一個有效的提前修正信號，來加快系統的動作速度，縮短調節時間。
根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案一種光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制系統，包括K型熱電偶，模擬轉換開關⑶4051，溫度轉換芯片AD595，單片機MSP430F149，上位機，激光器以及運動平臺，其特征在于所述K型熱電偶經模擬轉換開關⑶4051通過溫度轉換芯片AD595聯接單片機 MSP430F149 ;所述單片機MSP430F149聯接而反饋控制模擬轉換開關CD4051，并且與上位機聯接，所述上位機通過連接而由其控制程序控制激光器與運動平臺來控制鍵合溫度。
—種光電器件、激光鍵合溫度采集與控制方法，采用上述系統進行操作，其特征在于操作步驟如下1)待封裝的OLED器件的對位和固定；2)上位機發送命令，運行激光器和運動平臺使激光頭按指定的路線對OLED器件進行激光封裝；3)上位機與下位機進行數據的傳輸與通信，將控制命令從上位機發送到單片機 MSP430F149中，然后單片機MSP430F149執行命令控制多路通道選擇開關對8路熱電偶溫度信號依次采集；4)將采集的溫度模擬信號通過AD595進行信號的放大、調理之后傳輸到單片機 MSP430F149中進行模數轉換再將數據傳到上位機；5)在上位機上將此刻采集的溫度信號與上一時刻的溫度信號進行比較，如果存在偏差就對偏差信號進行PID處理，其中的比例環節(P)成比例的反映控制系統的偏差信號，一旦產生偏差，控制器就產生控制作用，來減少偏差。積分環節主要用于消除靜態誤差，提高系統的無差度。微分環節反映偏差信號的變化趨勢，在系統中引入一個有效的提前修正信號， 來加快系統的動作速度，縮短調節時間；6)進行PID處理之后的數據傳輸到激光器與運動平臺之中分別控制激光的功率與激光頭掃描的速度來調整加熱的溫度； 7)再不斷循環執行上述步驟2)到步驟6)直至對OLED激光封裝結束；8)OLED器件封裝完畢，對溫度值的所有數據進行儲存，關閉軟件取出OLED器件。
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著技術進I K少本發明采用K型熱電偶采集溫度后，通過多路選擇通道開關選擇、AD轉換、由單片機處理后傳輸到上位機去控制激光器與運動平臺，從而控制鍵合過程中玻璃料的最高溫度在偏差允許范圍內波動。
本實施例的溫度控制系統，包括系統硬件與軟件程序控制。
系統硬件包括參見圖2 圖4，K型熱電偶(1)，用于采集給定點的玻璃料鍵合時的溫度；溫度測量回路包括模擬轉換開關(2)、溫度轉換芯片AD595 (3)，其中的模擬轉換開關(2)用于處理輸入信號以避免信號直接輸入到溫度轉換芯片的末端而帶來費用的增加、裝置體積的過于龐大以及調試的困難，而溫度轉換芯片AD595 (3)用于對采集的溫度模擬信號進行放大和K型熱電偶的冷端進行補償處理；單片機MSP430F149 (4)包含一個16位的RISC CPU、靈活的時鐘系統、12位的模數轉換器以及串口，用于對溫度測量回路輸入的模擬信號進行模數轉換、數據的處理以及與上位機的雙向通信；上位機擁有溫度控制界面，用于系統的總體調試與控制，與下位機進行信號的傳輸，另外上位機還用于編制溫度控制程序；激光器，用于控制激光的功率來調整OLED器件封裝時玻璃料上加熱的溫度；運動平臺，激光頭安置于其上，用于控制激光頭的運動軌跡以及激光頭的掃描的速度從而達到調整OLED器件封裝時加熱溫度的目的。
軟件控制程序，實現發送溫度采集命令、轉換溫度數據、顯示溫度曲線、獲取溫度最大值以及存儲所有溫度數據的功能。
本實施例中，溫度傳感器選用的是K型熱電偶(1)，它具有響應快、可測量的溫度高、結構簡單、費用低的特點，由兩種不同的導體構成。兩種導體末端溫度的差異會產生一個電壓，電壓的大小與溫度的差異成正比。熱電偶的工作端在溫度采集裝置中處于玻璃料的正下方，而自由端與測量回路相連。
本實施例中，選用了 AD595 (3)溫度轉換芯片用于溫度米集信號的放大、K型熱電偶(I)冷端的補償以及信號的調理。另外在AD595 (3)中使用了低能耗設計，減少了芯片本身發熱帶來的測量誤差。
本實施例中，選用了 CD4051芯片作為模擬轉換開關用于選擇采集的8路熱電偶溫度信號以簡化溫度采集電路模塊。8路熱電偶的一端接地，全部與CD4051的 I反端相連，另一端分別與⑶4051上的端口 Xtl到X7相連，通過單片機MSP430F149 (4)發送的命令來選擇輸入哪路熱電偶的信號。
本實施例中，熱電偶溫度采集模塊采用的控制程序是一個循環回路。首先單片機 MSP430F149 (4)發送信號采集與Xtl相連的熱電偶溫度，然后依次分別采集與X1至X7相連的熱電偶溫度，采集完畢之后馬上返回采集與Xtl相連的熱電偶溫度。
本實施例中，總體的控制是一個反饋回路，通過將此刻采集的溫度值與上一時刻的溫度值進行比較，然后進行PID運算之后輸入一個補償值到激光器與運動控制平臺從而對溫度值進行調整。
圖I是本發明一個實施例的系統原理圖。
圖2是8路熱電偶溫度信號采集硬件回路。圖3是下位機溫度采集程序流程圖。
圖4是上位機溫度采集控制程序流程圖。
具體實施方式
本發明的優選實施例結合附圖詳述如下實施例一參見圖1，本光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制系統，包括K型熱電偶(1)，模擬轉換開關CD4051 (2)，溫度轉換芯片AD595 (3)，單片機MSP430F149 (4)，上位機(5)，激光器以及運動平臺(6)，其特征在于所述K型熱電偶(I)經模擬轉換開關⑶4051 (2)通過溫度轉換芯片AD595 (3)聯接單片機MSP430F149 (4);所述單片機MSP430F149 (4)聯接而反饋控制模擬轉換開關⑶4051 (2),并且與上位機(5)聯接，所述上位機(5)通過連接而由其控制程序控制激光器與運動平臺(6)來控制鍵合溫度。
實施例二參見圖I，本光電器件封裝、激光鍵合溫度采集控制系統，包括8路K型熱電偶(I )，多路通道選擇開關(2)，AD595芯片(3)，單片機MSP430F149 (4)，上位機(5)，激光器與運動平臺(6)。
實施例三本光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制方法，采用上述系統進行操作，操作步驟
1.將待封裝的OLED器件放在夾具平臺上進行對位和固定；
2.上位機(5)發送命令，運行激光器和運動平臺(6)使激光頭按指定的路線對OLED器件進行激光封裝；
3.上位機與下位機進行數據的傳輸與通信，將控制命令從上位機發送到單片機MSP430F149 (4)中，然后單片機MSP430F149 (4)執行命令控制多路通道選擇開關(2)對8路熱電偶溫度信號依次采集；
4.將采集的溫度模擬信號通過AD595(3)進行信號的放大、調理之后傳輸到單片機MSP430F149 (4)中進行模數轉換再將數據傳到上位機；
5.在上位機上將此刻采集的溫度信號與上一時刻的溫度信號進行比較，如果存在偏差就對偏差信號進行PID處理，其中的比例環節(P)成比例的反映控制系統的偏差信號，一旦產生偏差，控制器就產生控制作用，來減少偏差。積分環節主要用于消除靜態誤差，提高系統的無差度。微分環節反映偏差信號的變化趨勢，在系統中引入一個有 效的提前修正信號，來加快系統的動作速度，縮短調節時間；
6.進行PID處理之后的數據傳輸到激光器與運動平臺之中分別控制激光的功率與激光頭掃描的速度來調整加熱的溫度；
7.再不斷循環執行上述2到7的步驟直至對OLED激光封裝結束；
8.OLED器件封裝完畢，對溫度值的所有數據進行儲存，關閉軟件取出 OLED器件。
實施例四本實施例與實施例三基本相同，特別之處如下I.溫度傳感器采用K型熱電偶(I)具有響應快、可測量的溫度高、結構簡單、費用低的特點，由兩種不同的導體構成；兩種導體末端溫度的差異會產生一個電壓，電壓的大小與溫度的差異成正比；熱電偶的工作端在溫度采集裝置中處于玻璃料的正下方，而自由端與測量回路相連。
2.使用模擬轉換開關CD4051 (2)來對溫度采集信號進行選取，選取控制命令由單片機MSP430F149 (4)發送至模擬轉換開關CD4051 (2)。
3.總的系統是基于PID控制的，其中的比例環節(P)成比例的反映控制系統的偏差信號，一旦產生偏差，控制器就產生控制作用，來減少偏差；積分環節(I)主要用于消除靜態誤差，提高系統的無差度；積分作用的強弱取決于時間常數Ti , Ti越小，積分作用越強；微分環節(D)反映偏差信號的變化趨勢，在系統中引入一個有效的提前修正信號，來加快系統的動作速度，縮短調節時間。
4.光學器件激光封裝是按指定的路線執行，然后按封裝路線的先后順序對溫度依次進行采集，如果封裝玻璃料后一點采集的溫度與前一點上采集的溫度存在偏差，偏差信號進行PID處理后生成反饋控制信號，上位機將此信號發送至激光器與運動控制平臺分別控制激光的功率與激光頭的掃描速度從而達到控制溫度的目的。
5.采用芯片AD595 (3)對信號進行放大與熱電偶的冷端補償處理。
權利要求
1.一種光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制系統，包括K型熱電偶(1)，模擬轉換開關CD4051 (2)，溫度轉換芯片AD595 (3)，單片機MSP430F149 (4)，上位機(5)，激光器以及運動平臺(6)，其特征在于所述K型熱電偶(I)經模擬轉換開關⑶4051 (2)通過溫度轉換芯片AD595 (3)聯接單片機MSP430F149 (4);所述單片機MSP430F149 (4)聯接而反饋控制模擬轉換開關⑶4051 (2),并且與上位機(5)聯接，所述上位機(5)通過連接而由其控制程序控制激光器與運動平臺(6)來控制鍵合溫度。
2.一種光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制方法，采用根據權利要求I所述的光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制系統進行操作，其特征在于操作如下步驟1)待封裝的OLED器件的對位和固定；2)上位機(5)發送命令，運行激光器和運動平臺(6)使激光頭按指定的路線對OLED器件進行激光封裝；3)上位機(5)與下位機進行數據的傳輸與通信，將控制命令從上位機發送到單片機 MSP430F149 (4)中，然后單片機MSP430F149 (4)執行命令控制多路通道選擇開關(2)對8 路熱電偶溫度信號依次采集；4)將采集的溫度模擬信號通過AD595(3)進行信號的放大、調理之后傳輸到單片機 MSP430F149 (4)中進行模數轉換再將數據傳到上位機(5)；5)在上位機上將此刻采集的溫度信號與上一時刻的溫度信號進行比較，如果存在偏差就對偏差信號進行PID處理，其中的比例環節(P)成比例的反映控制系統的偏差信號，一旦產生偏差，控制器就產生控制作用，來減少偏差；積分環節主要用于消除靜態誤差，提高系統的無差度；微分環節反映偏差信號的變化趨勢，在系統中引入一個有效的提前修正信號， 來加快系統的動作速度，縮短調節時間；6)進行PID處理之后的數據傳輸到激光器與運動平臺之中分別控制激光的功率與激光頭掃描的速度來調整加熱的溫度；7)再不斷循環執行上述步驟2)到步驟6)直至對OLED激光封裝結束；8)OLED器件封裝完畢，對溫度值的所有數據進行儲存，關閉軟件取出OLED器件。
3.根據權利要求2所述的光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制方法，其特征是溫度傳感器采用K型熱電偶(I)具有響應快、可測量的溫度高、結構簡單、費用低的特點，由兩種不同的導體構成；兩種導體末端溫度的差異會產生一個電壓，電壓的大小與溫度的差異成正比；熱電偶的工作端在溫度采集裝置中處于玻璃料的正下方，而自由端與測量回路相連。
4.根據權利要求2所述的光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制方法，其特征是使用模擬轉換開關CD4051 (2)來對溫度采集信號進行選取，選取控制命令由單片機 MSP430F149 (4)發送至模擬轉換開關CD4051 (2)。
5.根據權利要求2所述的光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制方法，其特征是總的系統是基于PID控制的，其中的比例環節(P)成比例的反映控制系統的偏差信號，一旦產生偏差，控制器就產生控制作用，來減少偏差；積分環節(I)主要用于消除靜態誤差，提高系統的無差度；積分作用的強弱取決于時間常數Ti ,Ti越小，積分作用越強；微分環節(D) 反映偏差信號的變化趨勢，在系統中引入一個有效的提前修正信號，來加快系統的動作速度，縮短調節時間。
6.根據權利要求2所述的光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制方法，其特征是光學器件激光封裝是按指定的路線執行，然后按封裝路線的先后順序對溫度依次進行采集， 如果封裝玻璃料后一點采集的溫度與前一點上采集的溫度存在偏差，偏差信號進行PID處理后生成反饋控制信號，上位機將此信號發送至激光器與運動控制平臺分別控制激光的功率與激光頭的掃描速度從而達到控制溫度的目的。
7.根據權利要求2所述的光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制方法，其特征是采用芯片AD595 (3)對信號進行放大與熱電偶的冷端補償處理。
全文摘要
本發明涉及一種光電器件封裝、激光鍵合溫度采集與控制系統和方法。本激光鍵合封裝采用K型熱電偶來進行溫度的采集。采集的溫度信號通過多路通道選擇開關進行選擇再進行AD轉換，把轉換的信號導入單片機MSP430F149處理，處理完的數據傳輸到上位機進行通訊與控制，自動調節激光的功率或者激光頭的掃描速度使得在對玻璃料進行激光鍵合時的溫度穩定在一定的范圍內。這種控制系統主要應用于有機發光二極管(OLED)顯示器以及MEMES等使用玻璃封裝體的光學器件中，以OLED器件為例進行闡述。
文檔編號G05D23/22GK102945054SQ20121038463
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月12日 優先權日2012年10月12日
發明者賴禹能, 葛軍鋒, 張建華, 黃元昊, 陳遵淼 申請人:上海大學