CN103029300B - 冲压机构及接合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能将热盘表面的加压力的分布限制在一定范围内、并且能缩短加热、冷却所需时间的冲压机构及接合装置。在热盘部(40)形成有多个孔部(52)，所述孔部(52)包含为了引导加热单元(44)而使用的加热用孔部(48)、以及为了引导冷却单元(46)而使用的冷却用孔部(50)，将构成多个孔部(52)的所有的孔部(52)在沿热盘部(40)的厚度方向的相同的位置、且与热盘部(40)的厚度方向正交的方向上进行排列设置，将所述热盘部沿厚度方向剖切时的孔部(52)的截面积全部为相同的面积，且在与热盘部(40)的厚度方向正交的方向上相邻的孔部彼此的中心之间距离为相同的距离。

Description

冲压机构及接合装置

技术领域

本发明涉及例如用于将贴合用基材彼此之间进行热压接的冲压机构、以及包括该冲压机构的接合装置。

背景技术

已知有一种热压机的热盘的加热冷却方法，其是在热盘之间对被成形物进行加热、加压的热压机的热盘的加热冷却方法，其特征在于，利用直接对热盘进行加热的加热单元对热盘进行加热，然后利用加热单元以外的作为冷却单元的热管对热盘进行冷却(参照下述专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2005-152913号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在上述现有技术中，为了使加压均匀，热盘的厚度较厚。因此，热盘的热容量较大，为了进行加热和冷却需要花费较多时间。此外，由于能用于加热、冷却的孔的数量较少，因此，为了进行加热、冷却，需要花费较多时间。

为此，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能将热盘表面的加压力的分布限制在一定范围内、并且能缩短加热、冷却所需时间的冲压机构、以及包括该冲压机构的接合装置。

解决问题所采用的技术方案

本发明的冲压机构具有：底座部，该底座部受到加压机构施加的规定的载荷；以及热盘部，该热盘部包括加热单元及冷却单元，施加于所述底座部的载荷作为加压力作用于该热盘部，所述冲压机构的特征在于，在所述热盘部形成有多个孔部，所述孔部包含为了引导所述加热单元而使用的加热用孔部、以及为了引导所述冷却单元而使用的冷却用孔部，将构成所述多个孔部的所有的所述孔部在沿所述热盘部的厚度方向的相同的位置、且与所述热盘部的厚度方向正交的方向上进行排列设置，将所述热盘部沿厚度方向剖切时的所述孔部的截面积全部为相同的面积，且在与所述热盘部的厚度方向正交的方向上相邻的所述孔部彼此的中心之间距离为相同的距离。

在此情况下，优选多个孔部除了加热用孔部及冷却用孔部以外，还具有成为虚设孔部(dummy)的空洞的孔部。

在此情况下，所述多个孔部全部为圆孔，在将与所述热盘部的厚度方向正交的方向上相邻的所述孔部彼此的中心之间距离设为X，将所述热盘部的厚度设为T，将所述多个孔部的直径设为D的情况下，优选满足以下关系：

(T-2×D)≥X……(式1)。

在此情况下，优选所述加热单元是加热器，所述冷却单元是冷却水，所述加热用孔部是用于供所述加热器穿过的孔部，所述冷却用孔部是用于供所述冷却水流过的孔部。

本发明的接合装置的特征在于，包括所述冲压机构中的任意一个，利用所述冲压机构进行的热压接，将贴合用基材彼此之间进行接合。

发明的效果

根据本发明，能将热盘表面的加压力的分布限制在一定范围内、并且能缩短加热、冷却所需的时间。

附图说明

图1是本发明的各实施方式所涉及的接合装置的各热盘部处于初始状态(非重合状态)时的结构图。

图2是本发明的各实施方式所涉及的接合装置的各热盘部重合时的结构图。

图3是本发明的实施方式1所涉及的接合装置的各热盘部的主视图。

图4是表示作用于本发明的实施方式1所涉及的接合装置的各热盘部的加压力的传递机理的说明图。

图5是本发明的实施方式2所涉及的接合装置的各热盘部的主视图。

图6是表示作用于本发明的实施方式3所涉及的接合装置的各热盘部的加压力的传递机理的说明图。

图7是表示比较例1的应力状态的说明图。

图8是表示比较例2的应力状态的说明图。

图9是表示本发明的一实施例的应力状态的说明图。

图10是表示比较例1、比较例2及本发明的一实施例的应力状态的曲线图。

具体实施方式

首先，参照附图对本发明的实施方式1的冲压机构、及包括该冲压机构的接合装置进行说明。在以下的实施方式中，以包括本发明的冲压机构的接合装置来进行说明。

本实施方式的接合装置是利用热压接，将贴合用基材彼此之间进行接合的装置，使用了本发明的冲压机构。另外，贴合用基材是贴合前的基板，除了晶片或集成基板以外，还包含单片化的子基板。利用本实施方式的接合装置，将多个贴合用基材进行贴合，从而制作复合基板。用于制作复合基板的贴合用基材既可以是不同种类也可以是相同种类。制作的复合基板用作电子设备的元器件。

如图1及图2所示，接合装置20包括壳体22。在壳体22的内部，沿着上下方向排列配置有多个热盘部40。在各热盘部40之间配置有作为接合对象物的多个贴合用基材。在壳体22的底部配置有加压机构24。作为加压机构24的一个示例，可以使用能在上下方向进行伸缩的油压式活塞杆24A。另外，加压机构24由未图示的控制部驱动控制。

下侧底座部26与加压机构24相连接。在下侧底座部26的上表面设有多个支承部28。因此，若作为加压机构24的活塞杆24A在上下方向进行伸缩，则下侧底座部26及多个支承部28在上下方向进行移动。

此外，在壳体22的上部固定有上侧底座部30。在上侧底座部30的下表面设有多个支承部32。另外，成为在下侧底座部26的支承部28与上侧底座部30的支承部32之间，以规定的加压力夹持沿上下方向层叠的多个(例如5级)热盘部40A、40B、40C、40D、40E的结构。以下，将热盘部40A、40B、40C、40D、40E统称为热盘部40。

在壳体22的内部，沿着上下方向排列配置有多个热盘部40。本实施方式的接合装置10中，在壳体22的内部设有5个热盘部40，起到多级层叠贴合装置的作用。

如图2所示，本实施方式的接合装置20中，5级热盘部40全部处于压接的状态，从而形成4个真空室62A、62B、62C、62D，在各真空室62A、62B、62C、62D中，执行贴合用基材的接合处理。另外，将真空室62A、62B、62C、62D统称为真空室62。

如图3所示，在热盘部40B中设有热源部44和冷却部46。由此，能利用热源部44对热盘部40B进行加热，或利用冷却部46对热盘部40B进行冷却。

作为热源部44，例如可以使用加热器。此外，作为冷却部46，可以使用流过冷却水路径的冷却水。

在热盘部40B中设有多个孔部52，该孔部52包含为了引导热源部44而使用的多个加热用孔部48、以及为了引导冷却部46而使用的冷却用孔部50。

加热用孔部48及冷却用孔部50埋设在整个热盘部40内。

作为加热用孔部48的是用于供加热器穿过的呈圆形截面的孔部52(圆孔)。此外，作为冷却用孔部50的是用于供冷却水流过的呈圆形截面的孔部52(圆孔)。

将构成多个孔部52的所有的孔部52在沿着热盘部40的厚度方向(图3中定义为箭头Y方向)的相同位置、且在与热盘部40的厚度方向正交的方向(图3中定位为箭头X方向)上进行排列设置。

另外，“沿着热盘部40的厚度方向的相同位置”是指，例如所有的孔部52相当于热盘部40的壁厚方向的中心部。

此外，将构成多个孔部的所有的孔部在热盘部40的厚度方向进行剖切得到的截面积全部设定为相同的面积，且将在与热盘部40的厚度方向正交的方向上相邻的孔部彼此的中心之间距离(定义为间距)设定为相同的距离。不必在热盘部40的整个区域将孔部彼此的中心之间距离设定为相同距离，只要是将加压力作用于贴合用基材的区域即可。

多个孔部全部为圆孔的情况下，所有的圆孔的直径为相同尺寸。

另外，实施方式1是将设于热盘部40的多个孔部全部用作加热用孔部或冷却用孔部的结构。由此，能增加热盘部40的加热能力及冷却能力。

接下来，对本实施方式的接合装置20的动作进行说明。

(各热盘部的重合)

如图1及图2所示，加压机构24由控制部驱动控制，从而活塞杆24A朝上方伸长。由此，下侧底座部26和设于下侧底座部26的多个支承部28被活塞杆24A推动而向上移动。

若活塞杆24A仅向上伸长规定距离，则设于下侧底座部26的支承部28的前端部与第一级热盘部40A相接触，第一级热盘部40A被多个支承部28向上推动，从而向上移动。

若第一级热盘部40A与下侧底座部26及支承部28一起向上移动，第一级热盘部40A接近第二级热盘部40B。

而且，若下侧底座部26及支承部28进一步向上移动，第一级热盘部40A及第二级热盘部40B成为一体并向上移动，不久，第二级热盘部40B接近第三级热盘部40C。

若下侧底座部26及支承部28进一步向上移动，第一级热盘部40A、第二级热盘部40B、及第三级热盘部40C成为一体并向上移动，不久，第三级热盘部40C接近第四级热盘部40D。

若下侧底座部26及支承部28进一步向上移动，第一级热盘部40A、第二级热盘部40B、第三级热盘部40C、及第四级热盘部40D成为一体并向上移动，不久，第四级热盘部40D接近第五级热盘部40E。

若下侧底座部26及支承部28进一步向上移动，第一级热盘部40A、第二级热盘部40B、第三级热盘部40C、第四级热盘部40D、及第五级热盘部40E成为一体并向上移动，不久，第五级热盘部40E接近设于上侧底座部30的多个支承部32的前端部。由此，从第五级热盘部40E施加于支承部32的加压力被传递到上侧底座部30。

如上所述，5级热盘部40在上下方向在规定的加压力下进行层叠，成为5级热盘部40被夹持在上侧底座部30的多个支承部32和下侧底座部26的多个支承部28之间的结构。

此处，如图2所示，若以规定的加压力将在上下方向相邻的热盘部彼此进行压接，则热盘部彼此之间形成真空室62。即，在第一级热盘部40A与第二级热盘部40B之间，形成第一真空室62A。此外，在第二级热盘部40B与第三级热盘部40C之间，形成第二真空室62B。在第三级热盘部40C与第四级热盘部40D之间，形成第三真空室62C。在第四级热盘部40D与第五级热盘部40E之间，形成第四真空室62D。

另外，在层叠处理结束阶段，真空室62只是成为密闭空间，并没有抽真空。因此，真空室62并未成为真空状态。

(抽真空)

接下来，利用控制部驱动控制真空泵，使各真空室62成为真空状态。由此，对所有的真空室62进行抽真空。

(加热、加压处理)

接下来，利用各热盘部40执行加热处理。由于在各热盘部40内置有加热器等热源部44，因此，通过控制部驱动热源部44，从而可进行加热处理。热盘部40的加热处理基本同时进行。另外，利用温度调节器，将热盘部26的温度设定在280℃～300℃。

同时，由于在上下方向相邻的热盘部40受到加压力，从而利用规定的加压力，将配置于热盘部40之间的贴合用基材彼此进行压接。此外，由于在真空室内部执行贴合用基材的压接处理，因此，能在没有垃圾和粉尘侵入的清洁的环境下执行。其结果是，能将利用贴合用基材制作出的复合基板的电特性维持为高品质。

另外，贴合用基材的接合处理在4个真空室62中基本同时进行。

由此，在4个真空室62中，基本同时进行贴合用基材的接合处理。

(真空室的冷却)

在贴合用基材彼此之间的压接结束之后，对贴合用基材进行冷却。此时，在将真空室62的真空度维持在规定值的状态下进行冷却。通过使冷却水流过配置于各热盘部40的内部的冷却部46即冷却水路径，对贴合用基材进行冷却。

(解除真空)

接下来，为了解除真空室62的真空状态，将所有的真空室62对大气开放，使大气进入。

(各热盘部的下降)

接下来，使各热盘部40进行下降。在该下降处理中，由控制部控制的加压机构向下移动。由此，由于第一级热盘部40A向下移动，因此，其他热盘部40B、40C、40D、40E也向下移动。

具体而言，首先，从第一级到第五级热盘部40一体向下移动。之后，若到达第五级热盘部40E的保持位置，则第五级热盘部40E在该保持位置处停止。接下来，从第一级到第四级热盘部40A、40B、40C、40D一体向下移动。之后，若到达第四级热盘部40D的保持位置，则第四级热盘部40D在该保持位置处停止。接下来，从第一级到第三级热盘部40A、40B、40C一体向下移动。之后，若到达第三级热盘部40C的保持位置，则第三级热盘部40C在该保持位置处停止。接下来，第一级和第二级热盘部40A、40B一体向下移动。之后，若到达第二级热盘部40B的保持位置，则第二级热盘部40B在该保持位置处停止。最后，第一级热盘部40A向下移动。之后，若到达第一级热盘部40A的保持位置，则第一级热盘部40A在该保持位置处停止。另外，加压机构24的活塞杆24A返回到初始位置。

根据实施方式1的接合装置20，例如，在各热盘部40的层叠处理等处理中，各热盘部40从其他热盘部40受到规定的加压力。如图3所示，在本实施方式的热盘部40中，构成多个孔部的所有的孔部52的截面积全部为相同的面积，且在与热盘部40的厚度方向正交的方向上相邻的孔部彼此的中心之间距离为相同的距离。即，将所有的孔部52的直径设定为相同的尺寸，将相邻的孔部彼此之间的间距全部设定为相同的距离。

因此，当加压力作用于热盘部40时，该加压力在热盘部40的厚度方向进行传递而到达热盘部表面。到达热盘部表面的合力贯穿与热盘部40的厚度方向正交的方向被限制在规定的范围内。换言之，到达热盘部表面的合力贯穿与热盘部40的厚度方向正交的方向不会产生较大的偏差。由此，热盘部表面上的加压力分布被限制在一定的范围内。其结果是，由于热盘部表面上的加压力分布的偏差被限制在一定的范围内，因此，不必特意加厚热盘部40的厚度，能防止热盘部40的加热、冷却所需时间的增加。

图4是表示作用于实施方式1所涉及的接合装置的各热盘部的加压力的传递机理的说明图。如图4所示，从热盘部40的下侧表面作用有规定的加压力F的情况下，该加压力经由热盘部40的内部向上传递。若加压力F经由热盘部40的内部向上侧传递，一部分加压力F遇到孔部52。

由于孔部52为中空，因此，加压力F避开孔部52而在孔部52周围迂回来传过热盘部40的盘壁部分。此时，若加压力F遇到一个孔部52，大致而言被分解为分力F1、F2。这些分力F1、F2在孔部52的周围迂回，不久后成为1个合力F3。然后，到达热盘部40的上侧表面。此外，未遇到孔部52的加压力F不会成为分力，而是作为原样的加压力F到达热盘部40的上侧表面。这些加压力F3、F作用于位于上方的热盘部40。此后，重复这样的加压力的传递。

在实施方式1中，加压力F成为分力而在各孔部52的周围迂回，然后成为合力，但这些加压力F及合力F3(＜F)的偏差在与热盘部40的厚度方向正交的方向上被限制在一定的范围内。即，热盘部40的上侧表面上的合力分布(换言之，加压力分布)被限制在一定的范围内。由此，在实施方式1中，能带来上述作用效果。

另外，在作用于热盘部40的上侧表面的加压力经由热盘部40的内部朝下侧传递而排出到热盘部40的下侧表面的情况下，也能得到同样的作用效果，下侧表面上的合力分布被限制在一定的范围内。

接下来，参照附图对本发明的实施方式2的冲压机构、及包括该冲压机构的接合装置进行说明。在实施方式2中，对与实施方式1的结构重复的结构标注相同的标号，并适当省略其说明。

如图5所示，实施方式2的形态中，设于热盘部40的多个孔部52中，混杂有不被用于加热用孔部48及冷却用孔部50中的任一用途的虚设孔部54。虚设孔部54仅仅是空洞的孔部。

如实施方式2所示，如果使孔部52彼此之间的间距变窄，则能使用于加热、冷却用途的孔增加，因此，能缩短热盘部40的加热时间及冷却时间。然而，在不要求快速的加热能力或冷却能力的环境下，将所有的孔部用作加热用孔部48或冷却用孔部50反而会使电费等成本上升。此外，对于冷却，一般将孔彼此之间用管相连而汇集成几个路径，但对狭窄的间距有时难以实施。

为此，通过将多个孔部中的至少一部分做成上述虚设孔部54，从而具有所需最小限度的加热器、冷却路径，且能将热盘部40的上侧表面及下侧表面上的加压力分布的偏差限制在一定的范围内，因此，不必加厚热盘部40的厚度。其结果是，能减小热盘部40的热容量，即使是混在有虚设孔部54的结构中，也能缩短热盘部40的加热、冷却所需的时间。

接下来，参照附图对本发明的实施方式3的冲压机构、及包括该冲压机构的接合装置进行说明。在实施方式3中，对与实施方式1的结构重复的结构标注相同的标号，并适当省略其说明。

如图6所示，实施方式3是将设于热盘部40的孔部52的间距设定得比实施方式1的孔部52的间距要窄的结构。

具体而言，在将与热盘部40的厚度方向正交的方向上相邻的孔部彼此的中心之间距离(间距)设为X，将热盘部40的厚度设为T，将多个孔部的直径设为D的情况下，将上述参数设定为满足式(1)。

(T-2×D)≥X……(式1)

如图6所示，根据实施方式3，由于是将设于热盘部40的孔部52的间距设定为狭窄的结构，因此，能使热盘部40的上侧表面及下侧表面上的加压力分布均匀。由此，能使热盘部40的厚度进一步减薄，并且能对其他热盘部40作用均等的加压力。

(实验例)

接下来，说明用于成为上述各实施方式的作用效果的根据的实验例。

在本实验中，对2个比较例、及本发明的一实施例这三个形态进行了比较讨论。作为比较例1，准备了具有在热盘部40上完全未形成有孔部的结构的热盘部。作为比较例2，准备了虽然形成有孔部(直径10mm)、但相邻的孔部的间距为30mm这样的间距较宽的热盘部。作为本发明的一实施例，准备了虽然形成有孔部(直径10mm)、但相邻的孔部的间距为15mm这样的间距狭窄的热盘部。

例如，比较例2与本发明的实施方式1相对应。此外，本发明的一实施例与本发明的实施方式3相对应。

首先，根据比较例1，如图7所示，在从位于下侧的热盘部40A(参照图3)起依次朝上方抬起、多个热盘部40B、40C、40D、40E一个接一个进行层叠的结构中，具有下侧的热盘部40A的应力最高的趋势。

另外，图7的斜线部分表示最高的应力。

接下来，根据比较例2，相邻的孔部的间距为30mm这样的较宽的间距，如图8所示，孔部52与孔部52之间的部位的应力最高。而且，由于相邻的孔部的间距较宽，因此，热盘部40的上侧表面上的加压力分布的偏差较大。具体而言，位于孔部与孔部之间的加压力较大，位于孔部的中心上的加压力较小。另外，图8的斜线部分表示最高的应力。

接下来，根据本发明的一实施例，与比较例2相比，热盘部40的上侧表面上的加压力分布的偏差较小，且大致均等。另外，图9的斜线部分表示最高的应力。

在图10中，将图7至图9的应力分布状况用曲线图进行表示。如图10所示，在比较例1中，尽管加压力的偏差较小，但由于在热盘部不存在加热单元及冷却单元，因此，存在无法对热盘部进行加热、冷却的缺点。

如图10所示，在比较例2中，由于热盘表面的应力偏差较大，因此，如果维持该孔的配置，则需要增加热盘的厚度来谋求应力的均等化。

如图10所示，在本发明的一实施例中，由于加压力的偏差变得均等，因此，能进一步减薄热盘部40的厚度。由此，热盘部40的热容量变小。其结果是，能大幅缩短热盘部40的加热时间及冷却时间。

标号说明

10冲压机构

12底座部

14支承部

16热盘部

20接合装置

24加压机构

26下侧底座部(底座部)

28支承部

30上侧底座部(底座部)

32支承部

40A第一级热盘部(热盘部)

40B第二级热盘部(热盘部)

40C第三级热盘部(热盘部)

40D第四级热盘部(热盘部)

40E第五级热盘部(热盘部)

44热源部

46冷却部

48加热用孔部(孔部)

50冷却用孔部(孔部)

52孔部

54虚设孔部(孔部)

62A真空室

62B真空室

62C真空室

62D真空室

Claims (4)

1.一种冲压机构，具有：

底座部，该底座部受到加压机构施加的规定的载荷；以及

热盘部，该热盘部包括加热单元及冷却单元，施加于所述底座部的载荷作为加压力作用于该热盘部，

所述冲压机构的特征在于，

在所述热盘部形成有多个孔部，所述孔部包含为了引导所述加热单元而使用的加热用孔部、以及为了引导所述冷却单元而使用的冷却用孔部，

将构成所述多个孔部的所有的所述孔部在沿所述热盘部的厚度方向的相同的位置、且与所述热盘部的厚度方向正交的方向上进行排列设置，

将所述热盘部沿厚度方向剖切时的所述孔部的截面积全部为相同的面积，且在与所述热盘部的厚度方向正交的方向上相邻的所述孔部彼此的中心之间距离为相同的距离,

所述多个孔部全部是圆孔，

将与所述热盘部的厚度方向正交的方向上相邻的所述孔部彼此的中心之间距离设为X，将所述热盘部的厚度设为T，将所述多个孔部的直径设为D的情况下，满足：

(T－2×D)≥X······(式1)。

2.如权利要求1所述的冲压机构，其特征在于，多个孔部除了所述加热用孔部及所述冷却用孔部以外，还具有成为虚设孔部的空洞的孔部。

3.如权利要求1所述的冲压机构，其特征在于，

所述加热单元为加热器，

所述冷却单元为冷却水，

所述加热用孔部是用于供所述加热器穿过的孔部，

所述冷却用孔部是用于供所述冷却水流过的孔部。

4.一种接合装置，其特征在于，包括权利要求1至3中任一项所述的冲压机构，

通过所述冲压机构进行的热压接，将贴合用基材彼此之间进行接合。