JP2006092862A - 基板封着装置および基板封着方法 - Google Patents

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Masaaki Furuya
正明 古矢
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株式会社東芝
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Abstract

【課題】2枚の基板相互のギャップを容易、かつ正確に設定し、平行度の精度を上げて高品質化を得られる基板封着装置および基板封着方法を提供する。
【解決手段】前面基板2と背面基板4とを適正ギャップを存して平行に対向するとともに、互いに封着材(インジウム)を介して封着する基板封着装置において、前面基板を固定保持する静電チャック21と、背面基板を支持し、背面基板を前面基板に押付け加圧する加圧機構24と、この加圧機構と背面基板との間に介設され、加圧機構による加圧と加熱溶融にともなうインジウムの薄肉化が継続する状態で、静電チャックもしくは前面基板を基準面として前面基板に対する背面基板とのギャップが適正値になったとき、それ以上の加圧を規制するギャップ設定機構26とを具備する。
【選択図】 図4

Description

本発明は、たとえば対向配置された基板相互間に複数の表示素子を有する真空外囲器である平板型画像表示装置を製造するにあたって、基板相互を封着する基板封着装置および基板封着方法に関する。
近年、画像表示装置として、効率的な空間利用あるいはデザイン的な要素から、平面型の画像表示装置が注目されている。中でも、フィールド・エミッション・デバイス(以下、FEDと称する)のような電子放出型の画像表示装置は、高輝度、高分解能、低消費電力等のメリットから優れたディスプレイであると期待されている。
また、前記FEDの一種として、たとえば[特許文献1]に開示されているように、表面伝導型の電子放出素子を備えた画像表示装置(以下、SEDと称する)の開発が進められている。
上記SEDは、所定ギャップ(隙間)をおいて対向配置される2枚のガラス基板を備えている。これらガラス基板は、周縁部相互が互いに封着材を介して封着され、真空外囲器を構成している。
具体的には、2枚のガラス基板である前面基板と背面基板は、ガラス材からなる矩形枠状の側壁で周縁部同士が接合されるとともに、ガラス材からなる複数の細長い板状のスペーサを介して内部同士が接合され、内部が真空の扁平な平面パネル構造をなす。上記側壁とスペーサは接合部材として機能し、たとえば低融点ガラス、低融点金属等の封着材により前面基板と背面基板間に封着され、これら基板同士を接合している。
特開平9−82245号公報
ところで、上述の画像表示装置は、いわゆるCRT型の画像表示装置と比較して、大なる表示面積を有する反面、極めて薄型をなしている。たとえば、前面基板と背面基板はそれぞれの板厚が2.8mmであり、これら基板相互間を真空状態とするためのギャップは、たとえば1.6mm程度であって、真空外囲器としての板厚が合計7.2mmでしかない。
このような画像表示装置を製造するにあたって、背面基板と前面基板の周縁部に溶融した封着材を充填する工程がある。上記封着材は、たとえばインジウム等の金属封着材が用いられる。金属封着材を充填したあと、真空雰囲気中で金属封着材を加熱して溶融させ、背面基板と前面基板とをギャップを存して封着する封着工程が行われる。
このとき、いずれか一方の基板を固定保持し、他方の基板を対向させて押付け、金属封着材を加熱する。上述したように、これら基板は薄板であるうえに面積が大であり、基板相互のギャップを一定に保持して封着しなければならない。すなわち、互いの基板において平行度にズレが出る場合があり、ズレ度が所定値を越えると不良品扱いとなる。
従来は、平行度ズレの低減を図るために、固定保持された基板に対して他方の基板を加圧機構に支持し、かつ平行に向ける。そして、加圧機構を駆動して支持した基板が固定保持された基板に接触する直前の位置で停止する。この状態で、複数部位において互いの基板間のギャップを計測具を用いて測定する。ギャップ値に相違があれば加圧機構の位置を調整して均一化をなし、そのうえで加圧機構を再度駆動し、かつ加熱制御をなす。
したがって、加圧機構が実際に基板を加圧して封着する以前に、加圧機構の模擬作動を行ってギャップ計測しておき、測定ギャップ値を用いて加圧機構を再調整して駆動する必要から、手間がかかるとともに、実際の封着動作において正確に均一なギャップが実現できているかを確認しての作業ができない状況にあった。
本発明は、以上の点に鑑なされたものであり、その目的とするところは、2枚の基板相互のギャップを容易、かつ正確に設定し、平行度の精度を上げて高品質化を得られる基板封着装置および基板封着方法を提供しようとするものである。
上記目的を達成するため本発明は、第1の基板と第2の基板とを適正ギャップを存して平行に対向するとともに互いの周縁部を封着材を介して封着する基板封着装置において、第1の基板を固定保持する基板保持手段と、第2の基板を支持し第2の基板を第1の基板に押付け加圧する加圧手段と、加圧手段と第2の基板との間に介設され、加圧手段による加圧と加熱溶融にともなう上記封着材の薄肉化が継続する状態で基板保持手段もしくは第1の基板を基準面として第1の基板に対する第2の基板とのギャップが適正値になったときそれ以上の加圧を規制するギャップ設定手段とを具備する。
上記目的を達成するため本発明は、第1の基板と第2の基板とを適正ギャップを存して平行に対向するとともに互いの周縁部を封着材を介して封着する基板封着方法において、固定保持された第1の基板に対して第2の基板を対向移動し少なくともいずれか一方に充填される封着材を介して第1の基板と第2の基板とを接触させる封着材接触工程と、封着材接触工程のあと第1の基板に対して第2の基板を加圧し固定保持面もしくは第1の基板を基準面とし所定距離になった状態で予備加圧を停止する予備加圧工程と、予備加圧工程による所定距離が設定された状態で封着材を加熱し溶融させる加熱工程と、加熱工程にともなう封着材の薄肉化に応じて第2の基板を第1の基板に弾性的に押付け第1の基板に対する第2の基板とのギャップが適正値になった状態でそれ以上の弾性的な押付けを規制するギャップ設定工程と、適正ギャップ設定工程により適正ギャップ値が設定された状態で第2の基板を介して第1の基板を本加圧する本加圧工程とを具備する。
本発明によれば、2枚の基板相互のギャップを容易、かつ正確に設定する手段を備えて、互いに基板における平行度の精度を上げ、高品質化を得られる等の効果を奏する。
以下図面を参照しながら、本発明に係る、たとえば平面型画像表示装置を製造する過程での、一処理工程に適用した実施形態について詳細に説明する。
はじめに、図1ないし図3を参照し、平面型画像表示装置の一例として、SED(Surface-conduction Electron-emitter Display)について説明する。
図1は、前面基板2を部分的に切り欠いた状態のSEDの真空外囲器(以下、表示パネルと称する)10を示す斜視図であり、図2は、図1の表示パネル10を線分II-IIで切断した断面図であり、図3は、図2の断面を部分的に拡大した部分拡大断面図である。
図1ないし図3に示すように、表示パネル10は、それぞれ矩形のガラス板からなる第1の基板である前面基板2および第2の基板である背面基板4を備え、これらの基板は約1.0〜2.0mmの隙間をおいて互いに平行に対向配置されている。背面基板4は、前面基板2より1回り大きいサイズを有する。また、前面基板2および背面基板4は、ガラスからなる矩形枠状の側壁6を介して周縁部同士が接合され、内部が真空の扁平な平面パネル構造の真空外囲器を構成している。
前面基板2の内面には画像表示面として機能する蛍光体スクリーン12が形成されている。この蛍光体スクリーン12は、赤、青、緑の蛍光体層R、G、B、および遮光層11を並べて構成され、これらの蛍光体層はストライプ状あるいはドット状に形成されている。また、蛍光体スクリーン12上には、アルミニウム等からなるメタルバック14が形成されている。
背面基板4の内面には、蛍光体スクリーン12の蛍光体層R、G、Bを励起発光させるための電子を放出する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の表面伝導型の電子放出素子16が設けられている。これらの電子放出素子16は、画素毎、すなわち蛍光体層R、G、B毎に対応して複数列および複数行に配列されている。
各電子放出素子16は、図示しない電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の素子電極等で構成されている。また、背面基板4の内面上には、各電子放出素子16に駆動電圧を与えるための多数本の配線18がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器としての表示パネル10の外部に引き出されている。
接合部材として機能する側壁6は、後述するように、低融点ガラス、低融点金属等の封着材20により、前面基板2の周縁部および背面基板4の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。本実施の形態では、背面基板4と側壁6とをフリットガラス20aを用いて接合し、前面基板2と側壁6とをインジウム20bを用いて接合した。なお、配線18のある背面基板4と側壁6を低融点金属で封着する場合は、配線18と封着材20の電気ショートを避けるため、中間層として絶縁層を設ける必要がある。
表示パネル10は、前面基板2と背面基板4の周縁部を除く内部相互間に、ガラスからなる複数の細長い板状のスペーサ8を備えている。本実施の形態において、スペーサ8は、複数の細長いガラス板としたが、矩形板状の金属板からなるグリッド(図示せず)と、グリッドの両面に一体的に立設された多数の柱状のスペーサ(図示せず)と、で構成しても良い。
各スペーサ8は、上述したメタルバック14、および蛍光体スクリーン12の遮光層11を介して前面基板2の内面に当接する上端8a、および背面基板4の内面上に設けられた配線18上に当接する下端8bを有する。しかして、これら複数のスペーサ8は、前面基板2および背面基板4の外側から作用する大気圧荷重を支持し、基板間の間隔を所定値に維持している。
上記SEDは、前面基板2のメタルバック14と背面基板4との間にアノード電圧を印加する図示しない電圧供給部を備えている。電圧供給部は、例えば、背面基板4の電位を0Vに設定し、メタルバック14の電位を10kV程度にするよう、両者の間にアノード電圧を印加する。
上記SEDにおいて画像を表示する場合、配線18に接続した図示しない駆動回路を介して電子放出素子16の素子電極間に電圧を与え、任意の電子放出素子16の電子放出部から電子ビームを放出するとともに、メタルバック14にアノード電圧を印加する。電子放出部から放出された電子ビームは、アノード電圧により加速され、蛍光体スクリーン12に衝突する。これにより、蛍光体スクリーン12の蛍光体層R、G、Bが励起されて発光し、カラー画像を表示する。
上記構造の表示パネル10を製造する場合、予め、蛍光体スクリーン12およびメタルバック14の設けられた前面基板2を用意し、電子放出素子16および配線18が設けられているとともに、側壁6およびスペーサ8が接合された背面基板4を用意しておく。後述するように、真空雰囲気中で前面基板2と背面基板4とを側壁6およびスペーサ8を介して接合する。これにより、側壁6と複数のスペーサ8を備えた真空外囲器である表示パネル10が製造される。
このようにして得られた表示パネル10を製造するのに、前面基板2と背面基板4表面の吸着ガスを放出するベーキング処理をそれぞれなしたあと、基板封着装置Kにおいて前面基板2と背面基板4を封着することにより完成する。
図4(A)は、上記基板封着装置Kの概略構成を示す図である。
基板封着装置Kの上部側には、前面基板2に静電気を付与して、前面基板を静電的に固定保持する静電チャック(基板保持手段)21が配置されている。この静電チャック21により固定保持される前面基板2の下面である封着面の周縁部に沿って、金属封着材である、たとえばインジウム20bが充填されている。静電チャック21において、前面基板2を取付け固定する部位以外の一部は、後述するように基準面Sとして形成される。
上記静電チャック21に固定保持される前面基板2に対向して、作用機構22に支持される背面基板4が対向する。この背面基板4は、上面である封着面aの周縁部に沿って、図示しない、たとえばフリットガラスである低融点ガラス材を用いて側壁6が取付けられ、この側壁の上面に金属封着材である、たとえばインジウム20bが充填されている。当然、背面基板4に取付けられる側壁6と前面基板2のインジウム20b充填位置とは、互いに正対するように前面基板2と背面基板4の位置が定められている。
上記作用機構22は、垂直方向に向けられた押付け用支柱23を備え、この押付け用支柱を垂直方向に押上げて加圧する加圧機構(加圧手段)24と、この加圧機構によって加圧される押付け用支柱23を昇降ガイドするガイド体25および、押付け用支柱23の上端部に設けられ、直接、背面基板4を受けるとともに、前面基板2に対する背面基板4とのギャップ(隙間)を適正値に設定するギャップ設定機構(ギャップ設定手段)26および、図示しない加熱手段とから構成される。
上記加圧機構24として、垂直方向に沿って設けられるボールねじ28に一対のボス部29が螺合され、これらボス部相互間には加圧板30の一端部が挟持される。加圧板30にはボールねじ28が挿通する図示しない孔部が設けられていて、ボールねじ28に対して移動自在である。
上記ボールねじ28の一端部には図示しない駆動源が連結されていて、ボールねじを正転もしくは逆転方向に回転駆動することでボス部29は同時に上昇もしくは降下駆動され、それにともない加圧板30は上昇もしくは下降変位させられるようになっている。
上記加圧板30の所定部位上にはロードセル32が載設されている。このロードセル32は、上記押付け用支柱23の下端部に一体に設けられる支柱基板23aを支持していて、加圧板30を介して押付け用支柱23に対する荷重負荷を検知できる。加圧板30の他端部は圧縮ばねである支持ばね31によって受けられ、ロードセル32が支柱基板23aと加圧板30間に一定の与圧を持って保持されるように弾性的に支持される。
上記支柱基板23aは、上記ガイド体25に掛合される。ガイド体25は、いわゆるリニアガイドであって、加圧機構24によって加圧付勢される押付け用支柱23とともに、支柱基板23aを垂直方向に沿ってガイドする。これらのガイド体25、ボールネジ28、ロードセル32および加圧板30、支持バネ31、支持基板23aによる加圧機構24は大気中に配置されている。
押付け用支柱23は真空中にあり、大気にある加圧機構24とは封着機構Kを設置している真空チャンバ壁34と真空ベローズ33により圧力分離されている。この真空ベローズ33は、支柱基板23aの上方部位に固定的に設けられる真空チャンバ壁34によって受けられる。換言すれば、真空ベローズ33は、真空チャンバ壁34に取付けられる一端部が固定端であり、押付け用支柱23の支持基台23aに取付けられる他端部が自由端となっている。
上記ギャップ設定機構26は、押上げ用支柱23の最上端部に設けられるバネストッパ部材35およびストッパガイド機構36とから構成される。
上記バネストッパ部材35は、押上げ用支柱23の上端部に一体に取付け固定されるフランジ部37と、この押上げ用支柱23の最上端部上面に加圧ばね38を介して弾性的に支持される作動子39とを備えている。作動子39の側面部には、略L字状のストッパ片部39aが突設される一方で、押上げ用支柱23上部に設けられる上記フランジ部37の側面部には略逆L字状のストッパ受け部37aが突設される。
ストッパ片部39aとストッパ受け部37aは、互いに水平片部が対向し、通常の状態では互いに重なり合う。また、上記フランジ部37の下面には第1の接点部42が設けられる。加圧バネ38により作動子39に付与されるバネ圧をストッパ片部39aによって押し上げ用支柱23に固定されたストッパ受け部37aに当接させて位置決めしている。
上記押上げ用支柱23の最上端部には連結板部材50が設けられていて、この連結部材は水平方向に延出される。連結部材50の上面部には、先に説明したバネストッパ部材35と同一機能のバネストッパ部材35Aが設けられる。すなわち、作動子39Aが加圧ばね38に弾性的に支持された状態で、連結部材50に対して圧縮動作自在に設けられる。
上記バネストッパ部材35Aの詳細を、図4(B)に示す。上記作動子39は所定厚さの駒状部材であり、この上面には半球状の受け部bが一体に設けられる。受け部bとは反対側の作動子39下面には補助ピン40が設けられていて、この補助ピンが連結部材23Aの最上端部に設けられる孔部cに挿通される。連結部材23Aの少なくとも上端部は中空状に形成されていて、上端面は孔部cを備えた閉塞板dによって閉塞される。
上記補助ピン40は、下端部が上記閉塞板dの下面側へ突出していて、上記孔部c直径よりも大きな直径の止め部41が設けられる。上記加圧ばね38は、圧縮ばねであって作動子39と連結部材23A上端面に介在されることにより、作動子39と止め部41を上方へ弾性的に押上げている。
そして、加圧ばね38には所定の与圧がかかっていて、その圧力値に至るまでの圧力では何らの変化もないが、所定の圧力値を越えた荷重がかかることで圧縮変形するようになっている。作動子39Aの位置は、先に説明した押上げ用支柱23に設置されたバネストッパ部材35の作動子39先端と同一高さで基板4に当接するように部材41を用いて高さ調節されている。
図5に示すように、連結部材50上に複数配置されたバネストッパ部材35Aの先端高さは四隅のバネストッパ部材35の先端と高さを合わせて平面を形成するように高さ調整されている。
上記ストッパガイド機構36は、押上げ用支柱23の略中間部に取付け固定されるばね受け板43と、このばね受け板上に補助加圧ばね44を介して弾性的に支持されるストッパガイド45とから構成される。上記補助加圧ばね44は圧縮ばねであって、押上げ用支柱23に巻装され、ストッパガイド45を上方へ弾性的に押上げ付勢している。
上記ストッパガイド45は、押上げ用支柱23に対して移動自在に嵌め込まれていて、上面部には第2の接点部46が設けられている。ストッパガイド45が補助加圧ばね44の弾性力を受けて上方へ押上げ付勢されることにより、上記第2の接点部46は押上げ用支柱23に設けられるフランジ部37の第1の接点部42に接触して、互いに導電状態となる。
上記第2の接点部46は、上述した加圧機構24を構成する駆動源を動作させるための信号と電気的に接続されている。したがって、第1の接点部42に対して第2の接点部46が接触することで上記駆動源に通電され、駆動源はボールねじ28を所定方向へ回転駆動し、第1の接点部42から第2の接点部46が離間することで駆動源の駆動が停止するようになっている。なお、駆動源には図示しない制御部が電気的に接続され、上述の接点部42,46の接点動作とは別に所定の制御信号を送れるようになっている。
上記ストッパガイド45は、フランジ部37に設けられるストッパ受け部37aと同様、略逆L字状に形成されるストッパ部45aを一体に備えている。ストッパ部45aは、上記バネストッパ部材35の側方部位に立設され、最上端部は背面基板4よりもある程度上方へ突出する位置にある。
このようにして構成される作用機構22は、図5に模式的に示すように、背面基板4の四隅に対向する部位に設けられる。背面基板4の四辺に対向する部位には上述した連結板部材50が設けられ、この連結板部材に所定間隔を存して上記作動子39Aを備えたバネストッパ部材35Aが設けられる。
すなわち、背面基板4における4つの隅部は作用機構22が直接支持し、背面基板4の4つの辺部は連結板部材50に設けられる複数のバネストッパ部材35Aが支持することとなる。もしくは、背面基板4の辺部内側、すなわち背面基板内部においても複数のバネストッパ部材35で少なくとも3点支持、あるいは、所定間隔を存してマトリックス状に支持する構成にしてもよい。
つぎに、基板封着装置の作用を図6ないし図15にもとづいて説明する。
図6は、押上げ工程を示している。
静電チャック21に保持される前面基板2に対して、作用機構22に支持される背面基板4を対向位置させたうえで、加圧機構24を作動させ背面基板4を押上げる。背面基板4の四隅は作用機構22の押上げ用支柱23上端部に設けられるバネストッパ部材35の作動子39が支持し、背面基板4の四辺は連結板部材50に設けられるバネストッパ部材35Aの作動子39Aが支持することは上述した通りである。(以下、作用機構22のバネストッパ部材35についてのみ説明し、バネストッパ部材35Aについては作用的に同一であるので説明を省略する)
なお、バネストッパ部材35において、作動子39を受ける加圧ばね38には背面基板4の重量分しか荷重がかかっていない。上述したように、加圧ばね38には予め与圧(たとえば、600g)が与えられていて、押上げ工程のように、与圧以下の負荷であれば通常のばね長を形成する。
当然、前面基板2に充填されるインジウム20bと、背面基板4の側壁6に充填されるインジウム20bとは、互いに間隙を存して正対するようセットされるとともに、背面基板4に取付けられるスペーサ8は前面基板2と間隙を存して対向する。ただし、この状態では背面基板4と前面基板2とは平行度がラフなギャップを存して対向していることは勿論である。
また、ストッパガイド45のストッパ部45a上端面は静電チャック21の基準面Sに対して間隙を存している。その一方で、作動子39のストッパ片部39aと、フランジ部37のストッパ受け部37aとは互いに掛合状態にある。
押上げ用支柱23と一体のフランジ部37における第1の接点部42に、ストッパガイド45に設けられる第2の接点部46が接触していて、加圧機構24の駆動源に対し導電状態となっている。すなわち、加圧機構24が作用して駆動源がボールねじ28を回転駆動し、加圧板30が上昇を開始する。
図7は、インジウム(封着材)接触工程を示している。
前面基板2に充填されるインジウム20bに対して、背面基板4の側壁6に充填されるインジウム20bを接触させる。このとき、第1の接点部42と第2の接点部46とが接触し、ストッパ片部39aとストッパ受け部37aとが掛合したまま駆動源が駆動されることで、加圧板30を介して押上げ用支柱23を上昇させる。
押上げ用支柱23はロードセル32を介して上昇し、作動子39を含むバネストッパ部材35とストッパガイド機構36は背面基板4を支持した状態のまま押し上げられる。そして、ついには背面基板4に充填されるインジウム20bは上面基板2に充填されるインジウム20bに接触する。この状態では、依然として、ストッパガイド45のストッパ部45a上端面は静電チャック21の基準面Sに当接せず、背面基板4と前面基板2とは平行度がラフであることには変りがない。
図8は、予備加圧工程を示している。
加圧機構24は作動を継続して押上げ用支柱23および背面基板4を上昇させ、既に互いに接触しているインジウム20b相互が加圧される。そして、ストッパガイド45のストッパ部45a上端面が静電チャック21の基準面Sに接触する。しかしながら、第1の接点42に第2の接点46が接触していることには変化がなく、駆動源による押上げ用支柱23の上昇駆動が継続する。
すなわち、ストッパガイド45の上昇が規制された状態で押上げ用支柱23の上昇が継続し、押上げ用支柱23に設けられるばね受け43が押上げ用支柱23とともに上昇して補助加圧ばね44を圧縮変形させる一方で、押上げ用支柱23に設けられるフランジ部37が上昇し、ストッパ受け部37aが作動子39に設けられるストッパ片部39aから離間する。
背面基板4と前面基板2のインジウム20b相互が密接状態にあり、背面基板4の上昇が規制されているため、押上げ用支柱23上端面と作動子39との間に介在される加圧ばね38に所定値(与圧)以上の圧力がかかる。加圧ばね38は圧縮変形して背面基板4を押上げ、インジウム20b相互を予備加圧する。この状態では、背面基板4のスペーサ8と静電チャック21に保持される前面基板2とはギャップを存している。
図9は、予備加圧工程の停止時の状態を示している。
押上げ用支柱23の上昇がなお継続していて、加圧ばね38をさらに圧縮変形させる。作動子39と背面基板4を介してインジウム20b相互にかかる圧力が増大するとともに、押上げ用支柱23に設けられるフランジ部37がストッパガイド45から離間する。したがって、第2の接点46に対して第1の接点45が離間し、加圧機構24の駆動源は断電状態となる。ボールねじ28の回転が停止し、押上げ用支柱23はその位置で上昇を停止する。
このような予備加圧工程を行うことで、静電チャック21の基準面Sを基準とする背面基板4までの所定距離を設定して、前面基板2と背面基板4の板厚の誤差や、インジウム20bの充填厚さの相違などを、ある程度は吸収できる。
図10は、加熱工程を示している。
図示しない加熱手段の加熱源を作動してインジウム20b相互を加熱溶融させ、前面基板2に対して背面基板4を封着する。この工程の開始時において、各構成部品の位置および形態は図9に示すものと全く同一であるので、同図を適用して新たな説明は省略する。
図11は、ギャップ設定工程を示している。
時間の経過とともにインジウム20b相互は加熱溶融し、互いに一体化して合計の充填厚さが薄くなる。押上げ用支柱23の位置が変らないので、インジウム20bが薄肉化した分、加圧ばね38に弾性復元力が作用して伸張化し、作動子39を押上げる。
作動子39の上昇とともに、ストッパ片部39aがストッパ受け部37aに接近する。すなわち、第2のストッパ片部37aを備えたフランジ部37は押上げ用支柱23に一体に設けられ、この押上げ用支柱23は固定状態にあるので各ストッパ片部39a,37aが互いに接近し、ついには掛合する。
なお説明すると、各ストッパ片部39a,37a相互が掛合してもなお、上記加熱源の加熱作用が継続しているので、インジウム20bの溶融が継続して薄肉化する。それまでは、インジウム20bが薄肉化した分、加圧ばね38に弾性反発力が作用して伸長化し作動子39を押上げているが、固定の第2のストッパ片部37aに対して移動してきた第1のストッパ片部39aが掛合接触することで、作動子39の上昇が規制される。
この状態で、基準面Sから背面基板4の作動子39支持部までの距離Xが、どの部位の作用機構22においても一定に設定される。上記距離Xは、すなわち、前面基板2に対する背面基板4との適正ギャップ値であり、したがってギャップ設定工程と呼べる。
上記背面基板4の四隅を支持する作用機構22のうちで、たとえばインジウム20bの充填厚さが他の部分よりも厚い場合があっても、加熱工程にともなうインジウム20bの薄肉化にともなってバネストッパ部材35の加圧ばね38が、その弾性復元力で自動的(自然的)に背面基板4を前面基板2に対して押付け、結局は前面基板2に対する背面基板4との適正ギャップ値を得られる。実際に、前面基板2とスペーサ8との間のギャップは、0.2〜0.3mmである。
図12は、本加圧工程を示している。
上記制御部は、所定のタイミングをもって加圧機構24の駆動源に駆動信号を送る。再びボールねじ28は回転駆動され、加圧板30とともに押上げ用支柱23を押上げる。加圧ばね38は押上げ力を受けて圧縮変形し、加圧ばね38には弾性復元力が作用して作動子39を上昇変位させる。したがって、前面基板2に対して背面基板4を押圧する本加圧の状態となる。
先に説明した図11の状態では、前面基板2に対して背面基板4に設けられるスペーサ8は極く僅少なギャップを存しているから、本加圧工程ではそのギャップ分だけ背面基板4が移動したうえで、さらに強固に加圧される。このとき、インジウム20bは溶融状態にあって、上記ギャップ分以上の薄肉状になるのに何らの支障もない。そればかりか、インジウム20b溶融部分が加圧されることで、より確実に、かつ強固な状態になったインジウム20bを介して前面基板2に対して背面基板4が封着される。
加圧板30と支持基台23aとの間に介在される上記ロードセル32は、加圧機構24による背面基板4に対する加圧力を検知して、加圧機構24による加圧のし過ぎを規制する。
本加圧工程をなすことで、これまで存在していた前面基板2に対するスペーサ8とのギャップが無くなるうえに、全ての作動子39は全く同一の圧力をもって背面基板4を前面基板2に押付け、全面的に均一な状態で封着をなすことができる。
図13は、冷却工程を示している。
所定時間だけ本加圧工程をなしたあと、加圧機構24の駆動源に対する通電と、インジウム20bに対する加熱源への通電を切る。押上げ用支柱23の上昇が停止し、作動子39を介して背面基板4への加圧が停止し、かつ溶融していたインジウム20bが冷却されて徐々に固形化する。
したがって、この冷却工程では、各構成部品の位置および形態が先に説明した図12と全く変化がなく、同図を適用して新たな説明は省略する。また、インジウム20bが冷却固形化することで、先の本加圧工程時よりもさらに、ある程度は薄肉化することは考えられる。
しかしながら、バネストッパ部材35とストッパガイド機構36からなるギャップ設定機構26を備えたことで、背面基板4を基準として、この四隅部は当然、同一寸法量の薄肉化が図られ、四辺部およびその他の部位においても完全に同一量の薄肉化をなし、依然として前面基板2と背面基板4の平行度に変化はない。
図14は、開放工程を示す。
冷却工程を所定時間継続したあと、静電チャック21における静電吸着作用を停止し、かつプッシャ60で静電チャック21を押圧付勢する。すると、静電チャック21と前面基板2との間に隙間が形成される。
このとき、背面基板4と前面基板2はスペーサ8を介して一体に封着処理された表示パネル10となっているから、静電チャック21と前面基板2との間に隙間を形成することで、表示パネル10は静電チャック21から取外しされる。
図15は、取出し工程を示している。
加圧機構24の駆動源を逆方向に駆動して、加圧板30とともに押上げ用支柱23を下降変位させる。表示パネル10は作動子39に載った状態で下降し、静電チャック21との間に充分な隙間を形成することで表示パネル10を作用機構22から取出し可能となる。
以上で、基板封着装置における一連の封着作業が終了する。ついで、再び図6に示す状態に戻り、別の前面基板2を静電チャック21に取付け保持し、別の背面基板4を作用機構22に保持するセット工程に戻り、上述の作用を繰り返すこととなる。
このような基板封着装置であるから、前面基板2と背面基板4における板厚の誤差があっても、あるいはそれぞれの基板において平面度が相違するようなことがあっても、あるいはインジウム20bの充填厚さが異なっていても、ギャップ設定機構26を構成するバネストッパ部材35およびストッパガイド機構36の作用によって、前面基板2に対する背面基板4とのギャップを適正値に確実に設定できる。
すなわち、ストッパガイド機構36は前面基板2を保持する静電チャック21の基準面Sに当接し、基準面Sを基準として背面基板4の位置出しを行い、バネストッパ部材35は前面基板2に対する背面基板4とのギャップを適正値に設定する。そのあとで本加圧工程をなし、インジウム20bが確実に前面基板2と背面基板4とを封着固定する。
前面基板2と背面基板4は適正ギャップを保持した状態から封着されるので、互いの平行度を正確に出すことができる。その結果、前面基板2と背面基板4とは全く平行度ズレのない高精度化が得られ、封着仕上げが極めて良好となる。
なお、上記実施の形態においては、前面基板2と背面基板4のそれぞれに封着材であるインジウム20bを充填するようにしたが、これに限定されるものではなく、少なくともいずれか一方の基板に封着材を充填すればよい。
さらに、ストッパガイド45のストッパ部45a上端面を、前面基板2を保持する静電チャック21の基準面Sに当接して、静電チャック21を基準面としたがこれに限定されるものではなく、ストッパガイド45のストッパ部45a上端面を前面基板2に直接、当接して、前面基板自体を基準面に設定するようにしてもよい。
また、本発明においては、表示パネルPとして表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置である表面伝導型電子放出ディスプレイ(SED)を対象として説明したが、これに限定されるものではなく、電解放出型電子放出素子を用いた表示装置(FED)であってもよく、また、プラズマ表示パネル(PDP)、エレクトロルミネッセンス(EL)等の他の画像表示装置を対象としても可能である。
本発明の一実施形態に係る、画像表示パネルの一部を切欠した斜視図。 同実施の形態に係る、図1のII‐II線に沿って断面にした断面斜視図。 同実施の形態に係る、図2の断面を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。 同実施の形態に係る、基板封着装置における作用機構の概略の構成図と、バネストッパ部材の一部断面図。 同実施の形態に係る、基板封着装置の概略の構成図。 同実施の形態に係る、基板封着方法における押上げ工程の図。 同実施の形態に係る、基板封着方法における封着材接触工程の図。 同実施の形態に係る、基板封着方法における予備加圧工程の図。 同実施の形態に係る、基板封着方法における予備加圧工程停止の図。 同実施の形態に係る、基板封着方法における加熱工程の図。 同実施の形態に係る、基板封着方法におけるギャップ設定工程の図。 同実施の形態に係る、基板封着方法における本加圧工程の図。 同実施の形態に係る、基板封着方法における冷却工程の図。 同実施の形態に係る、基板封着方法における開放工程の図。 同実施の形態に係る、基板封着方法における取出し工程の図。
符号の説明
2…前面基板(第1の基板)、4…背面基板(第2の基板)、20b…インジウム(金属封着材)、21…静電チャック(基板保持手段)、24…加圧機構(加圧手段)、26…ギャップ設定機構(ギャップ設定手段)、36…ストッパガイド機構、35…バネストッパ部材、43…ばね受け板、44…補助加圧ばね、46…(第2の)接点部、45…ストッパガイド、37a…ストッパ受け部、37…フランジ部、38…加圧ばね、39a…ストッパ片部、39…作動子。

Claims (8)

  1. 第1の基板と第2の基板とを適正ギャップを存して平行に対向するとともに、互いの周縁部を封着材を介して封着する基板封着装置において、
    上記第1の基板を固定保持する基板保持手段と、
    上記第2の基板を支持し、第2の基板を第1の基板に押付け加圧する加圧手段と、
    この加圧手段と第2の基板との間に介設され、加圧手段による加圧と加熱溶融にともなう上記封着材の薄肉化が継続する状態で、上記基板保持手段もしくは第1の基板を基準面として第1の基板に対する第2の基板とのギャップが適正値になったとき、それ以上の加圧を規制するギャップ設定手段と
    を具備することを特徴とする基板封着装置。
  2. 上記加圧手段は、上記ギャップ設定手段によって第1の基板に対する第2の基板とのギャップが適正値になった状態から、第2の基板を介して第1の基板を加圧することを特徴とする請求項1記載の基板封着装置。
  3. 上記ギャップ設定手段は、
    上記加圧手段に弾性的に支持され、上記基板保持手段もしくは第1の基板に当接した状態で、加圧手段による加圧を規制するストッパガイド機構と、
    上記加圧手段に弾性的に支持され、加熱された封着材が溶融し薄肉化するのにともなって第2の基板を第1の基板に弾性的に押付け、第1の基板に対する第2の基板とのギャップが適正値になった状態で、それ以上の弾性的な押付けを規制するバネストッパ部材と
    を具備することを特徴とする請求項1記載の基板封着装置。
  4. 上記ストッパガイド機構は、
    上記加圧手段に設けられるばね受けと、
    このばね受けに支持される補助加圧ばねと、
    この補助加圧ばねに支持され、上記基板保持手段の基準面もしくは第1の基板に当接することで加圧手段の加圧を停止させる接点部を備えたストッパガイドと
    を具備することを特徴とする請求項3記載の基板封着装置。
  5. 上記バネストッパ部材は、
    上記加圧手段に設けられ、ストッパ受け部を備えたフランジ部と、
    このフランジ部に支持され、所定圧力以上を受けたときに変形するよう、与圧がかけられた加圧ばねと、
    この加圧ばねに支持され、上記フランジ部のストッパ受け部に接離自在なストッパ片部を備えた作動子とを具備し、
    上記封着材の加熱溶融にともない、上記加圧ばねの弾性復元力により上記作動子を介して第2の基板を第1の基板に弾性的に押付け、作動子のストッパ片部がフランジ部のストッパ受け部に当接したとき、加圧ばねの弾性復元力による押付けを規制するとともに、第1の基板に対する第2の基板とのギャップを適正値に設定することを特徴とする請求項3記載の基板封着装置。
  6. 上記ギャップ設定手段は、上記第2の基板の少なくとも四隅に対して設けられることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の基板封着装置。
  7. 上記ギャップ設定手段は、上記第2の基板を第1の基板に対し平行に維持するように基板外周部に、少なくとも3点設けられることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の基板封着装置。
  8. 第1の基板と第2の基板とを適正ギャップを存して平行に対向するとともに、互いの周縁部を封着材を介して封着する基板封着方法において、
    固定保持された第1の基板に対して第2の基板を対向移動し、少なくともいずれか一方に充填される封着材を介して第1の基板と第2の基板とを接触させる封着材接触工程と、
    この封着材接触工程のあと、第1の基板に対して第2の基板を加圧し、固定保持面もしくは第1の基板を基準面とし所定距離になった状態で、予備加圧を停止する予備加圧工程と、
    この予備加圧工程による所定距離が設定された状態で、上記封着材を加熱し溶融させる加熱工程と、
    この加熱工程にともなう封着材の薄肉化に応じて第2の基板を第1の基板に弾性的に押付け、第1の基板に対する第2の基板とのギャップが適正値になった状態で、それ以上の弾性的な押付けを規制するギャップ設定工程と、
    この適正ギャップ設定工程により適正ギャップが設定された状態で、第2の基板を介して第1の基板を本加圧する本加圧工程と
    を具備することを特徴とする基板封着方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102601252A (zh) * 2012-03-09 2012-07-25 重庆大学 一种用于板料热冲压成形的定位支撑装置

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