CN102848695A - 真空室的真空度控制机构、包括该机构的接合装置、真空室及接合装置的真空度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能以简易的结构提高真空压力控制精度的真空室的真空度控制机构、包括该真空室的真空度控制机构的接合装置、真空室的真空度控制方法、以及接合装置的真空度控制方法。用于控制真空室（D）的真空压力值的真空室的真空度控制机构包括：用于对真空室（D）抽真空的真空路径；将气体导入真空室（D）的流量调节阀（30）；以及对流量调节阀（30）的开闭率进行控制的控制部（32），控制部（32）根据真空室（D）的真空压力值对流量调节阀（30）的开闭率进行控制，将真空室（D）的真空压力值调整为目标真空压力值。

Description

真空室的真空度控制机构、包括该机构的接合装置、真空室及接合装置的真空度控制方法
技术领域
本发明涉及例如利用热压接将板状或箔状的贴合用基材进行接合时所使用的真空室的真空度控制机构、包括该真空室的真空度控制机构的接合装置、真空室的真空度控制方法、以及接合装置的真空度控制方法。 
背景技术
以往，已提出有涉及即使简易、低成本，也能在保护真空泵的情况下以节电的方式对真空室内的真空度进行控制的控制机构和控制方法的技术。 
该控制机构是对实施层叠成形的真空室内的真空度进行控制的控制机构，该控制机构包括控制装置，该控制装置根据对测量真空室内的真空度的真空传感器的检测值所设定的规定幅值的滞后，使与真空室相连接的真空泵起动、停止，从而对真空室内的真空度进行控制（参照专利文献1）。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本专利特开2009―298007号公报 
发明内容
然而，上述控制机构是通过开启/关闭对真空泵、气体供给装置进行控制的阀来进行动作的类型，因而，在开启/关闭阀时真空压力发生较大的变动，因此，存在真空压力控制的精度较差的问题。 
为此，本发明的目的在于提供能以简易的结构提高真空压力控制精度的真空室的真空度控制机构、包括该真空室的真空度控制机构的接合装置、 真空室的真空度控制方法、以及接合装置的真空度控制方法。 
第一发明是用于控制真空室的真空压力值的真空室的真空度控制机构，其特征在于，包括：用于对所述真空室抽真空的真空路径；将气体导入所述真空室的流量调节阀；以及对所述流量调节阀的开闭率进行控制的控制部，所述控制部根据所述真空室的真空压力值对所述流量调节阀的开闭率进行控制，将所述真空室的真空压力值调整为目标真空压力值。 
在此情况下，优选所述流量调节阀将惰性气体导入所述真空室。 
在此情况下，优选所述流量调节阀是质量流量控制器，所述控制部是PID控制器。 
第二发明是接合装置，该接合装置具有加压机构、以及被所述加压机构施加加压力的热盘部，所述热盘部在所述加压力的作用方向上配置有多个，使在所述加压力的作用方向上相邻的所述热盘部彼此相互层叠，从而在所述热盘部之间形成真空室，在所述真空室内将贴合用基材彼此热压接以使其进行接合，所述接合装置的特征在于，包括：用于对所述真空室抽真空的真空路径；将气体导入所述真空室的流量调节阀；以及对所述流量调节阀的开闭率进行控制的控制部，所述控制部根据所述真空室的真空压力值对所述流量调节阀的开闭率进行控制，将所述真空室的真空压力值调整为目标真空压力值。 
在此情况下，优选所述流量调节阀将惰性气体导入所述真空室。 
在此情况下，优选形成有多个所述真空室，形成有将所述真空室彼此之间进行连通的连通路，多个所述真空室同时抽真空。 
在此情况下，优选所述流量调节阀是质量流量控制器，所述控制部是PID控制器。 
第三发明是用于控制真空室的真空压力值的真空室的真空度控制方法，使用真空路径及流量调节阀，所述真空路径用于对所述真空室抽真空，所述流量调节阀将气体导入所述真空室，在对所述真空室抽真空的状态下，通过增大所述流量调节阀的开闭率，使导入所述真空室的气体流量增加，或通过减小所述流量调节阀的开闭率，使导入所述真空室的气体流量减少， 通过改变所述流量调节阀的开闭率来控制真空室的真空压力值。 
在此情况下，优选所述流量调节阀将惰性气体导入所述真空室。 
第四发明是接合装置的真空度控制方法，所述接合装置具有加压机构、以及被所述加压机构施加加压力的热盘部，所述热盘部在所述加压力的作用方向上配置有多个，使在所述加压力的作用方向上相邻的所述热盘部彼此相互层叠，从而在所述热盘部之间形成真空室，在所述真空室内将贴合用基材彼此热压接以使其进行接合，所述接合装置的真空度控制方法的特征在于，使用真空路径、流量调节阀、及控制部，所述真空路径用于对所述真空室抽真空，所述流量调节阀将气体导入所述真空室，所述控制部对所述流量调节阀的开闭率进行控制，所述控制部根据所述真空室的真空压力值对所述流量调节阀的开闭率进行控制，将所述真空室的真空压力值调整为目标真空压力值。 
在此情况下，优选所述流量调节阀将惰性气体导入所述真空室。 
根据本发明，能以简易的结构提高真空室的真空压力控制的精度。 
附图说明
图1是包括本发明一实施方式所涉及的真空室的真空度控制机构的接合装置在热盘部重叠的状态下的结构图。 
图2是包括本发明一实施方式所涉及的真空室的真空度控制机构的接合装置在热盘部没有重叠的状态下的结构图。 
图3是表示本发明一实施方式所涉及的真空室的周边部的结构的说明图。 
图4是表示包括本发明一实施方式所涉及的真空室的真空度控制机构的接合装置的真空度控制的曲线图。 
图5是表示包括本发明一实施方式所涉及的真空室的真空度控制机构的接合装置的真空度控制范围的曲线图。 
图6是比较对象的真空室的真空度控制机构的结构图。 
图7是将比较对象的真空室的真空度控制机构进行的真空度的控制结 果与控制设备的动作状况一起进行表示的曲线图。 
图8是表示包括比较对象的真空室的真空度控制机构的多级层叠贴合装置的开启/关闭控制的曲线图。 
具体实施方式
参照附图对本发明一实施方式所涉及的真空室的真空度控制机构、包括该真空室的真空度控制机构的接合装置、真空室的真空度控制方法、以及接合装置的真空度控制方法进行说明。 
本实施方式中，将真空室的真空度控制机构应用于接合装置的结构作为一个示例进行说明。另外，真空室的真空度控制结构并不限于应用于接合装置的结构，能广泛适用于需要真空室的真空度控制的装置。 
（接合装置） 
首先，对接合装置进行说明。接合装置是利用热压接使贴合用基材彼此进行接合的装置。另外，贴合用基材是贴合之前的基板，除了晶片、集合基板以外，还包含进行了单片化的子基板。利用本实施方式的接合装置将多个贴合用基板进行贴合，从而制作复合基板。用于制作复合基板的贴合用基板可以是不同种类，也可以是相同种类。制作出的复合基板用作电子设备的元器件。 
图1是表示将真空室的真空度控制机构应用于接合装置的状态的结构图。图1的实线表示作为真空路径的配管的连接状态，粗虚线表示电连接状态。 
如图1所示，接合装置10包括壳体12。在壳体12的底部配置有加压机构14。作为一个示例，加压机构14使用在上下方向上可以伸缩的液压式活塞杆16。另外，加压机构14由未图示的控制部进行驱动和控制。 
加压机构14的活塞杆16的前端部与下侧台座部18相连接。因此，若作为加压机构14的一部分的活塞杆16在上下方向上进行伸缩，则下侧台座部18在上下方向上进行移动。 
此外，在壳体12的上部固定有上侧台座部20。另外，成为以规定的 加压力将上下方向层叠的多个热盘部24夹持在下侧台座部18和上侧台座部20之间的结构。 
在壳体12的内部，沿上下方向排列配置有多个热盘部24。本实施方式的接合装置10中，多个热盘部24设置在壳体12的内部，起到多级层叠贴合装置的作用。 
当沿上下方向相邻的热盘部24彼此以规定的加压力对贴合用基材C进行压接时，由上方的热盘部和下方的热盘部围住的区域被框体22密闭而形成真空室D。这样，在包括多个热盘部24的接合装置10中，形成有多个真空室D，成为多个热盘部24将所有贴合用基材C进行压接的状态，从而在各真空室D内实施贴合用基材C的接合处理。 
如图3所示，在热盘部主体24A的下表面形成有筒状空间。当各热盘部24相互重叠而被加压时，能对放入热盘部主体24A的筒状空间与热盘部主体24A的上表面之间的贴合用基材C（参照图1）进行压接。该筒状空间构成真空室D的一部分。在热盘部主体24A的侧面配置有能滑动的框体22。在框体22与热盘部主体24A之间配置有压缩弹簧29。框体22被该压缩弹簧29朝下侧施力，对处于下方的热盘部24上的O型环31进行按压，从而与处于热盘部主体24A的侧面的O型环33一起形成密闭状态。 
此外，对各热盘部24形成有由通孔构成的连通路25。因此，成为由各热盘部24分别划分形成的多个真空室D经由连通路25而相互连通的结构。由此，所有的真空室D整体构成一个真空空间。 
连通路25通过真空路径39与切换阀27和真空泵26相连接，通过切换阀27的动作对各真空室D抽真空。在后述的真空度控制时，真空室D内始终成为抽真空的状态。另外，切换阀27由未图示的控制部驱动。 
（真空室的真空度控制机构） 
此处，对真空室的真空度控制机构进行说明。 
如图1所示，真空室的真空度控制机构由对真空室D内部的真空度进行测量的真空计28、将气体导入真空室D内的流量调节阀30、对流量调节阀30的开闭率进行控制的控制部32所构成。 
流量调节阀30将空气、其他气体类（例如包含氮的惰性气体）导入真空室D的内部。例如，在利用真空泵26始终对真空室D抽真空的状态下，较大地打开流量调节阀30，当大量空气、气体被导入真空室D的内部时，真空室D内部的真空度下降。另一方面，在利用真空泵26始终对真空室D抽真空的状态下，关小流量调节阀30，只将少量空气、气体导入真空室D的内部，或完全不导入空气、气体时，真空室D内部的真空度上升。 
真空计28对真空室D的真空压力值进行测量。此处所测量的真空压力值是所有的真空室由连通路25连通的状态下的真空压力值。真空计28将测量结果即真空压力值作为数据信号输出到控制部32。 
控制部32根据表示真空室D的真空压力值的真空计28的测量结果对流量调节阀30的开闭率进行控制，从而调整来自流量调节阀30的气体导入量。然后，将真空室D的真空压力值调整至目标真空压力值。 
具体而言，控制部32将从真空计28得到的真空室D的真空压力值作为换算后的电压值进行接收。控制部32具有ROM等存储单元。而且，在ROM内存储有表示真空压力值与电压值之间的关系的数据表。此外，在ROM中，存储有用于实现真空室D的目标真空压力值的电压值。此外，在ROM中，存储有表示流量调节阀30的开闭率与电压值之间的关系的数据表。 
控制部32具有CPU。CPU将由从真空计28得到的真空压力值换算得到的电压值与目标真空压力值的电压值进行比较，计算出电压值之差（电压差）。CPU进一步根据表示流量调节阀30的开闭率与电压值之间的关系的数据表、以及上述电压差，生成用于操作流量调节阀30的电压值的信号（阀控制信号）。然后，控制部32将阀控制信号输出到流量调节阀30。由此，根据来自控制部32的阀控制信号来控制流量调节阀30的开闭率。 
作为控制部32的一个示例，使用PID控制器（比例积分微分操作装置）。 
基于来自控制部32的阀控制信号对流量调节阀30的开闭率进行控制。其结果是，对流量调节阀30的开闭率进行调整，以使真空室D的真空压力值成为目标真空压力值。 
作为导入的流体，优选仅将包含氮、氩的惰性气体导入真空室D的内部。由此，能防止通过热压接贴合用基材而制作出的复合基板发生氧化。 
作为流量调节阀30的一个示例，使用质量流量控制器。质量流量控制器通过测量流体的质量流量来对流量进行控制，不需要根据环境温度、使用压力等的变化进行修正，是能高精度、稳定地进行流体测量、控制的设备。 
另外，作为变形例，存储有表示流量调节阀30的开闭率与电压值之间关系的数据表的ROM可以不安装在控制部32内，而是安装在流量调节阀30内。由此，控制部32只要将表示上述电压差的信号输出到流量调节阀30即可，由流量调节阀30来控制、调整开闭率。 
（加热、加压处理） 
接下来，利用各热盘部24执行加热处理。各热盘部24内置有加热器，因此，由控制部驱动加热器来进行加热处理。 
与此同时，在上下方向上相邻的热盘部24相互层叠。由此，利用规定的加压力对贴合用基材彼此进行压接。此外，贴合用基材的压接处理是在真空室D的内部执行的，因此，能在没有垃圾、粉尘进入的清洁环境下执行。其结果是，能将利用贴合用基材制作出的复合基板的电气特性维持在高品质。 
另外，对于贴合用基材彼此的压接处理，是在各真空室D内进行的。由于利用单一的真空泵26使各真空室D内连通来抽真空，因此，各真空室D中的真空度是一定（均匀）的。其结果是，能使各真空室D内的压接处理稳定，因此，能降低复合基板的电气特性的偏差。 
（解除真空） 
接下来，为了解除真空室D的真空状态而导入大气，使所有的真空室D同时向大气开放。 
（下降下侧台座部） 
当上述各工序结束后，使下侧台座部18以一定速度下降，从而成为如图2那样的未对热盘部24进行层叠的状态。 
接下来，对应用了本发明的真空室的真空度控制机构的接合装置的作用进行说明。 
（本实施方式的效果的目标） 
如现有技术那样，在相邻的热盘部之间形成真空室、在真空室内对贴合用基材彼此进行热压接以使其接合的接合装置中，最终所达到的真空室的真空度是取决于真空泵的能力、真空室的大小、及作为真空路径的配管部的泄漏量等因素，因此，难以控制为所需的真空度。 
在此情况下，虽然也会受到真空泵本身的真空到达能力等的影响，但可以设想真空室D的真空度稳定在数10～100Pa之间。 
为此，本实施方式中，如上所述，将真空室的真空度控制机构应用于需要高精度的真空度控制的接合装置。 
根据应用了本发明的真空室的真空度控制机构的接合装置10，利用开闭率受到控制部控制的流量调节阀30，对导入真空室D的气体（空气、其他惰性气体等）的流量进行调整，能实现高精度的真空度控制。能将真空室D的真空压力值调整至目标真空压力值。 
图4是表示包括本发明一实施方式所涉及的真空室的真空度控制机构的接合装置的真空度控制的曲线图，纵轴为真空度（Pa），横轴为时间（秒）。如图4所示，能将真空室D的真空度以平均值±2%以下的精度进行控制。此外，通过使用PID控制器，不会出现过调和欠调，使真空室D的真空度成为一定的调整时间也会缩短为40秒以下。 
此外，图5是表示包括本发明一实施方式所涉及的真空室的真空度控制机构的接合装置的真空度控制范围的曲线图，纵轴为测量真空度（Pa），横轴为设定真空度（Pa）。如图5所示，作为可进行真空控制的真空度的范围，能在数10Pa～2000Pa的较宽范围内进行控制。此外，在测量值相对于设定真空度的关系方面，直线性也得到确保，可以说本发明是稳定且可靠性高的控制方法。 
此外，不必频繁开启/关闭阀，能延长配管部件的寿命。此外，不会像以往那样产生开闭阀时的噪声。 
而且，与以往相比配管结构简易，因此能降低装置价格。 
（比较例） 
接下来，与将专利文献1记载的真空室的真空度控制机构应用于接合装置的情况进行比较分析。 
图6是专利文献1记载的控制室的真空度控制机构。100是使真空室向大气开放（清洗）用的阀，102是真空度控制用的阀，104是防止真空泵的油倒流用的阀。图6的各阀中，与真空度控制有关的阀仅有阀102。通过开闭阀102，能控制真空室106的真空度。作为控制方式，是开启/关闭控制。 
图7是将专利文献1记载的真空室的真空度控制机构进行的真空度的控制结果与控制设备的动作状况一起进行表示的曲线图。根据专利文献1记载的真空室的真空度控制机构，能将真空度调整在图7的HL和HH之间。 
图8是将专利文献1记载的真空室的真空度控制机构应用于多级层叠贴合装置的结果。如图8所示，在将真空室的真空度控制在600～700Pa的情况下，存在真空室的真空度发生振动的问题。此外，存在随机地过调至400Pa左右，无法实现良好控制的问题。而且，若要使HL和HH之间的宽度变窄，则阀开闭速度上升，存在产生噪声、阀的寿命下降等问题。 
与之不同的是，图4示出了将本发明的真空室的真空度控制机构应用于多级层叠贴合装置的情况。在本发明的情况下，真空室的真空度不会发生振动，处于稳定的状态。其结果是，在将本发明的真空室的真空度控制机构应用于多级层叠贴合装置的情况下，能将真空室的真空度调整为目标真空压力值，且能稳定地维持目标真空压力值。 
标号说明 
10  接合装置 
14  加压机构 
22  框体 
24  热盘部 
26  真空泵（真空源） 
28  真空计 
30  流量调节阀 
32  控制部 
39  真空路径 
C   贴合用基材 
D   真空室 

Claims (11)

1.一种真空室的真空度控制机构，所述真空室的真空度控制机构用于控制真空室的真空压力值，其特征在于，包括：
用于对所述真空室抽真空的真空路径；
将气体导入所述真空室的流量调节阀；以及
对所述流量调节阀的开闭率进行控制的控制部，
所述控制部根据所述真空室的真空压力值对所述流量调节阀的开闭率进行控制，将所述真空室的真空压力值调整为目标真空压力值。
2.如权利要求1所述的真空室的真空度控制机构，其特征在于，所述流量调节阀将惰性气体导入所述真空室。
3.如权利要求1或2所述的真空室的真空度控制机构，其特征在于，所述流量调节阀是质量流量控制器，
所述控制部是PID控制器。
4.一种接合装置，具有加压机构、以及被所述加压机构施加加压力的热盘部，
所述热盘部在所述加压力的作用方向上配置有多个，
使在所述加压力的作用方向上相邻的所述热盘部彼此相互层叠，从而在所述热盘部之间形成真空室，在所述真空室内对贴合用基材彼此进行热压接以使其接合，所述接合装置的特征在于，包括：
用于对所述真空室抽真空的真空路径；
将气体导入所述真空室的流量调节阀；以及
对所述流量调节阀的开闭率进行控制的控制部，
所述控制部根据所述真空室的真空压力值对所述流量调节阀的开闭率进行控制，将所述真空室的真空压力值调整为目标真空压力值。
5.如权利要求4所述的接合装置，其特征在于，所述流量调节阀将惰性气体导入所述真空室。
6.如权利要求4或5所述的接合装置，其特征在于，形成有多个所述真空室，
形成有将所述真空室彼此之间进行连通的连通路，
多个所述真空室同时抽真空。
7.如权利要求4至6的任一项所述的接合装置，其特征在于，所述流量调节阀是质量流量控制器，
所述控制部是PID控制器。
8.一种真空室的真空度控制方法，所述真空室的真空度控制方法用于控制真空室的真空压力值，其特征在于，
使用真空路径以及流量调节阀，所述真空路径用于对所述真空室抽真空，所述流量调整阀将气体导入所述真空室，
在对所述真空室抽真空的状态下，通过增大所述流量调节阀的开闭率，使导入所述真空室的气体流量增加，或通过减小所述流量调节阀的开闭率，使导入所述真空室的气体流量减少，通过改变所述流量调节阀的开闭率来控制真空室的真空压力值。
9.如权利要求8所述的真空室的真空度控制方法，其特征在于，所述流量调节阀将惰性气体导入所述真空室。
10.一种接合装置的真空度控制方法，所述接合装置具有加压机构、以及被所述加压机构施加加压力的热盘部，
所述热盘部在所述加压力的作用方向上配置有多个，
使在所述加压力的作用方向上相邻的所述热盘部彼此相互层叠，从而在所述热盘部之间形成真空室，在所述真空室内将贴合用基材彼此进行热压接以使其接合，所述接合装置的真空度控制方法的特征在于，
使用真空路径、流量调节阀、及控制部，所述真空路径用于对所述真空室抽真空，所述流量调节阀将气体导入所述真空室，所述控制部对所述流量调节阀的开闭率进行控制，
所述控制部根据所述真空室的真空压力值对所述流量调节阀的开闭率进行控制，将所述真空室的真空压力值调整为目标真空压力值。
11.如权利要求10所述的接合装置的真空度控制方法，其特征在于，所述流量调节阀将惰性气体导入所述真空室。
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