TW201412507A - 退火方法、退火冶具及退火裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之退火方法係一種將成形步驟中自成形材料成形之成形體(1)進行退火之退火方法，且包括：應力釋放步驟，其係藉由加熱成形體(1)而釋放成形體(1)之應力；及翹曲矯正步驟，其係藉由對成形體(1)一面施加荷重一面進行加熱，而矯正成形體(1)之翹曲。藉此，實現可獲得無殘留應力及變形之成形體之退火方法。

Description

退火方法、退火冶具及退火裝置
本發明係關於一種將自成形材料成形之成形體退火之退火方法、退火冶具及退火裝置。
於藉由射出成形或壓縮成形等方法而將成形材料成形所得之成形體中，一般而言，產生有熱膨脹、收縮或硬化收縮(成形材料為硬化性材料之情形時)所導致之殘留應力、變形。以該種殘留應力之釋放、及變形之消除為目的，而於成形體之成形步驟後，導入將成形體再加熱之退火步驟(例如，專利文獻1~3)。
於專利文獻1中揭示有以下之構成：如圖13所示，於對成形體之碟片基板101進行退火時，為避免碟片基板101之毛刺，而使用支撐碟片基板101之一主面之除了外周端部105與內周端部106以外之整面之基板支撐構件120，支撐碟片基板101。
於專利文獻2中揭示有以下之構成：如圖14所示，於板狀熱塑性樹脂之成形體205之退火時，為防止成形體205之翹曲，而自成形體205之正背面方向及1對之兩側面方向之計4個方向，設置鋁等固定板201~204。
於專利文獻3中，揭示有以下之構成：於晶圓狀成形體之退火裝置中，單獨地配備含有加熱板之加熱部與含有冷卻板之冷卻部，且藉 由可進行成形體之加熱、冷卻之連續處理，而消除成形品之變形。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本公開專利公報「特開2001-38816號公報(2001年2月13日公開)」
[專利文獻2]日本公開專利公報「特開2005-47126號公報(2005年2月24日公開)」
[專利文獻3]日本公開專利公報「特開平11-123770號公報(1999年5月11日公開)」
於專利文獻1之構成中，儘管可藉由重物125而壓住內周端部106，但碟片基板101之上表面並未被整面地壓住。因此，存在碟片基板101之未被押住之部分隆起，從而產生撓曲之虞。
於專利文獻2之構成中，由於成形體205之1對側面未被固定，因此，於釋放成形體205之應力之情形時，材料分子僅在朝向該未被固定之1對側面之方向上移動。如此般，材料分子之移動方向受到限制，因此，無法充分釋放應力，又，成形體205之變形僅產生於特定方向，故存在成形體205之形狀之對稱性破壞之虞。
於專利文獻3之構成中，於朝向冷卻部之搬送過程中及冷卻部中使成形體驟冷，從而存在因冷卻不均而產生翹曲之虞。
本發明係為了解決上述問題點而成者，其目的在於實現一種可獲得無殘留應力及變形之成形體之退火方法、退火冶具及退火裝置。
為解決上述問題，本發明之一態樣之退火方法之特徵在於：其係將成形步驟中自成形材料成形之成形體退火之退火方法，且包括： 第1步驟，其係藉由加熱上述成形體，而釋放上述成形體之應力；及第2步驟，其係藉由對上述成形體一面施加荷重一面進行加熱，而矯正上述成形體之翹曲。
本發明之一態樣之退火冶具之特徵在於：其係於將自成形材料成形且藉由受到加熱而將應力釋放之平板狀之成形體再次加熱時，用於對上述成形體施加荷重之退火冶具，且包括夾持上述成形體之上下表面之2件1組之退火冶具。
如上所述，本發明之一態樣之退火方法係將成形步驟中自成形材料成形之成形體進行退火之退火方法，且包括：第1步驟，其係藉由加熱上述成形體，而釋放上述成形體之應力；及第2步驟，其係藉由對上述成形體一面施加荷重一面進行加熱，而矯正上述成形體之翹曲；因此，起到可充分釋放應力，獲得無殘留應力及變形之成形體的效果。
1‧‧‧成形體
2‧‧‧支撐台
3‧‧‧加熱爐
4‧‧‧退火冶具
5‧‧‧隔熱構件
10‧‧‧退火裝置
11‧‧‧成形體
11a‧‧‧透鏡部
14‧‧‧退火冶具
14a‧‧‧凹陷
15‧‧‧加熱冷卻機(溫度控制構件)
16‧‧‧支撐桿
17‧‧‧伺服馬達
18‧‧‧荷重元
101‧‧‧碟片基板
105‧‧‧外周端部
106‧‧‧內周端部
120‧‧‧基板支撐構件
125‧‧‧重物
201‧‧‧固定板
202‧‧‧固定板
203‧‧‧固定板
204‧‧‧固定板
205‧‧‧成形體
CL‧‧‧熱容量
CU‧‧‧熱容量
d‧‧‧厚度
qI‧‧‧熱流
qL‧‧‧熱流
qU‧‧‧熱流
r‧‧‧曲率半徑
RI‧‧‧熱阻
RL‧‧‧熱阻
RU‧‧‧熱阻
TL‧‧‧溫度
TU‧‧‧溫度
X‧‧‧成形體之尺寸
△Z‧‧‧翹曲量
圖1係用於說明應力釋放步驟之概略圖，(a)表示正在對成形體進行加熱之狀態，(b)表示加熱後於成形體產生有翹曲之狀態。
圖2係用於說明翹曲矯正步驟之概略圖，(a)表示對成形體一面施加荷重一面進行加熱之狀態，(b)表示成形體之翹曲已矯正之狀態。
圖3係表示於成形體之下表面側之退火冶具與支撐台之間，形成有空氣流路之形態之圖。
圖4(a)係本發明之實施例1之成形體的俯視圖，(b)係該成形體之A-A'剖面圖。
圖5(a)係本發明之實施例1之退火冶具的俯視圖，(b)係該退火冶具之B-B'剖面圖。
圖6係表示藉由圖5所示之退火冶具而將圖4所示之成形體夾入之 狀態的剖面圖。
圖7係用於說明透鏡位置誤差之圖。
圖8(a)係表示藉由本發明之實施例之退火方法而獲得的成形體之透鏡位置誤差之俯視圖，(b)係表示藉由先前之退火方法而獲得的成形體之透鏡位置誤差之俯視圖。
圖9係用於說明成形體之上下表面之溫度差與成形體之翹曲之關係的圖。
圖10係表示空氣對流烘箱中之冷卻時之等效熱迴路的圖。
圖11係表示本發明之實施例2之退火裝置的剖面圖，且表示投入成形體之前之狀態。
圖12係表示本發明之實施例2之退火裝置的剖面圖，且表示已投入成形體之狀態。
圖13係表示先前之退火方法之圖。
圖14係表示先前之另一退火方法之圖。
〔本發明之概要〕
本發明係將自成形材料使成形體成形之後所進行之成形體之退火步驟分割為應力釋放步驟(第1步驟)及翹曲矯正步驟(第2步驟)之兩步驟而進行。
圖1係用於說明應力釋放步驟之概略圖。如圖1(a)所示，藉由將成形體1載置於支撐台2，並於加熱爐(烘箱)3內進行加熱，而釋放成形體1之應力。再者，亦可將成形體1載置於加熱爐3之底板面。此時，為不阻礙伴隨應力釋放之成形材料分子之移動，而不將成形體1固定。因此，如圖1(b)所示，於自加熱爐3取出之成形體1中將產生翹曲。
圖2係用於說明翹曲矯正步驟之概略圖。如圖2(a)所示，為矯正 殘存於成形體1中之翹曲，而以兩個退火冶具4夾持著成形體1之兩面，加熱成形體1。藉此，於高溫下成形體1軟化，如圖2(b)所示，藉由退火冶具4之荷重而將成形體1之翹曲矯正。
此處，於專利文獻2之構成中，由於成形體之材料分子之移動受到限制，因此，存在無法充分釋放應力之類的問題。另一方面，於本發明中，成形體1之材料分子之移動係於應力釋放步驟中已大部分完成，於以退火冶具4固定成形體1之翹曲矯正步驟中，材料分子之移動量較小。因此，於翹曲矯正步驟中，可充分釋放應力，獲得無變形、翹曲之成形體1。
再者，如圖3所示，較佳為，於下側之退火冶具4與支撐台2之間，例如插入隔熱構件5，於下側之退火冶具4與支撐台2之面之間，形成空氣流路。於將下側之退火冶具4載置於加熱爐3之底板面之情形時，較佳為，於下側之退火冶具4與加熱爐3之底板面之間，形成空氣流路。藉此，不僅可藉由輻射及傳導，而且可藉由空氣對流來冷卻成形體1。因此，可使上側之退火冶具4之熱容量與下側之退火冶具4之熱容量一致，並且減小上側之退火冶具4之熱阻與下側之退火冶具4之熱阻之差。
[實施例1]
以下，參照圖4~圖6，對第1實施例進行說明。
〔成形體及裝置之構成〕
圖4(a)係本實施例之成形體11之俯視圖，圖4(b)係成形體11之A-A'剖面圖。成形體11係圓盤狀之晶圓級透鏡，且將硬化後之玻璃轉移點Tg(Glass Transition point)：約140℃、成形溫度：150℃之聚矽氧系熱硬化樹脂作為成形材料。成形體11之尺寸係直徑：100mm、厚度：0.74mm。如圖4(b)所示，於成形體11之兩面，規則地形成有複數個透鏡部(突出元件部)11a。
圖5(a)係本實施例之退火冶具14之俯視圖，圖5(b)係退火冶具14之B-B'剖面圖。退火冶具14係1邊之長度：100mm、厚度：10mm之正方形之鋁製平板。退火冶具14之質量為270g。
如圖6所示，退火冶具14係包括2件1組，且於翹曲矯正步驟中，藉由2件退火冶具14而將成形體11夾入。於退火冶具14之一面，深度為3mm之凹陷14a形成於與成形體11之透鏡部11a對應之位置。藉此，可避免退火冶具14與透鏡部11a之干涉。於本實施例中，縱5×橫5=25個之凹陷14a以3.44mm之間距排列。
再者，亦可形成貫通退火冶具14之上下表面之貫通孔而代替凹陷14a。藉此，由於變得易於使退火冶具14及成形體11升溫，因此可縮短加熱步驟之時間。
又，於本實施例中，將空氣對流烘箱用作退火裝置。
〔應力釋放步驟〕
於以上之構成中，對本實施例之應力釋放步驟進行說明。應力釋放步驟係以使成形體11之硬化反應結束(使成形材料之折射率穩定)、及釋放伴隨成形之殘留應力為目的，且以目標溫度：180℃、加熱時間：30分鐘加熱成形體11。具體而言，進行以下(1)~(3)之步驟。
(1)成形體之毛刺、殘餘物之去除
於自成形材料成形之成形體11殘存有某種程度之韌度之期間，將成形體11之周圍之毛刺去除。首先，以剪刀去除毛刺，此時，注意避免在形成成形體11之晶圓內部產生破裂。繼而，於使去靜電噴氣碰到成形體11，將靜電去除後，以送風機吹走殘餘物。將殘留之殘餘物使用鑷子等去除。此後，確認於成形體11之正背面，均無可目視之殘餘物。
(2)對退火裝置之投入
確認退火裝置之溫度顯示達到180℃後，將成形體11平置於鋁箔上，投入至退火裝置中。由於在投入時退火裝置之內部溫度下降，因此，恢復至目標溫度-10K(170℃)為止後，再對加熱時間進行計數。再者，若成形體11彼此重疊，則存在熔融之虞。
(3)成形體之取出
自退火裝置之內部溫度達到170℃以上起30分鐘之後，與鋁箔一起取出成形體11。該加熱時間充分多於成形體11之升溫時間常數之實測值200秒，從而成形體11之溫度大致達到目標溫度。取出後，將成形體11自然空氣冷卻。
如此般，藉由以高於玻璃轉移點(140℃)之溫度加熱成形體11，而以短時間將應力釋放。再者，於加熱溫度低於玻璃轉移點之情形時，應力釋放所需之時間變得極長(數小時或數日程度)。
另一方面，若加熱溫度過高則存在成形體之形狀崩塌之虞，若加熱時間過長則存在成形體之形狀崩塌，或者產生黃變等劣化之虞。又，若加熱時間過短則存在折射率不穩定之虞。
〔翹曲矯正步驟〕
繼而，對本實施例之翹曲矯正步驟進行說明。翹曲矯正步驟係以矯正應力釋放步驟中產生之成形體11之翹曲為目的。以目標溫度：180℃、加熱時間：60分鐘再次加熱成形體11。具體而言，進行以下(4)~(10)之步驟。
(4)成形體之殘餘物之去除
為了能以退火冶具14完全平坦地壓住成形體11，而去除附著於成形體11之殘餘物。首先，於使去靜電噴氣碰觸成形體11，將靜電去除之後，使用送風機吹走殘餘物。殘留之殘餘物用鑷子等去除。此後，確認於成形體11之正背面均無可目視之殘餘物。
(5)退火冶具之清掃
於退火冶具14之與成形體11抵接之面上附著有污垢之情形時，以滲入有異丙醇之無塵擦拭紙(Bemcot)進行擦拭。繼而，用送風機吹走殘餘物。
(6)朝向退火冶具之夾入(荷重步驟)
於成形體11之透鏡部11a自平面部突出之情形時，一面注意避免透鏡部11a碰到退火冶具14，一面如圖6所示，將成形體11夾入至退火冶具14。在該狀態下，以Kapton膠帶(Kapton tape)將兩個部位固定。再者，由於存在因熱膨脹等成形體11變厚之情形，因此，使Kapton膠帶稍微彎曲地貼附。又，並非以Kapton膠帶之張力對成形體11施加荷重，而是以退火冶具14之重量對成形體11施加荷重。
再者，矯正圓盤狀之成形體11之翹曲δ所需之荷重(中心集中荷重)P係由下述式求得。
E：退火溫度下之成形材料之楊氏模數
h：成形體之厚度
R：成形體之半徑
關於成形體11，若δ=10mm、E=200MPa、h=1mm、且R=50mm，則成為P=1.6N。與此相對，本實施例之退火冶具14之質量為270g，故可施加充分之荷重。
(7)對退火裝置之投入、加熱(加熱步驟)
確認退火裝置之溫度顯示達到180℃後，一面注意避免退火冶具14與成形體11之位置關係偏移，一面將包括退火冶具14與成形體11之 冶具設備投入至退火裝置中。此時，對於退火裝置之內部之擱板，可以軟木等隔熱構件使冶具設備懸空放置。由於在投入時內部溫度下降，因此，自恢復至目標溫度-10K(170℃)為止後，再對加熱時間進行計數。
(8)緩冷(冷卻步驟)
自內部溫度達到170℃以上起60分後，停止加熱。估算該加熱時間為退火冶具14之升溫時間常數之實測值900秒的4倍，且成形體11之溫度達到177℃。繼而，為抑制因冷卻中之成形體11之上下表面之溫度差產生之翹曲而進行緩冷。在內部溫度為玻璃轉移點Tg+10~Tg-50K(150~90℃)之範圍內，將冷卻速率設為1K/分鐘以下，藉此，翹曲成為10μm左右之程度。
(9)成形體之取出
自退火裝置之內部溫度達到Tg-50K(90℃)起經過5分鐘以上後，將冶具設備取出進行自然空氣冷卻。
(10)成形體回收
自然空氣冷卻5分鐘以上後，打開冶具設備，回收成形體。
〔驗證實驗〕
於驗證實驗中，經由上述應力釋放步驟及翹曲矯正步驟，回收成形體後，藉由Nikon公司製之圖像測定系統Nexiv(註冊商標)，測定各透鏡部之成形體之面內之位置(XY)座標。
具體而言，如圖7所示，求出單透鏡位置(各透鏡部之座標)之與對應於該單透鏡位置之理想網格點相距之距離即透鏡位置誤差、及透鏡位置偏差。所謂理想網格點係指以透鏡位置誤差之平方和達到最小之方式，決定間距、偏移量及旋轉量之正交網格(理想網格)之網格點。透鏡位置偏差係透鏡位置誤差之均方根。
進而，亦對藉由先前之退火方法而獲得之成形體，測定透鏡位 置誤差及透鏡位置偏差。再者，藉由本實施例之退火方法及先前之退火方法，分別將10個成形體退火。
〔測定結果〕
於圖8中表示測定結果。圖8(a)係表示作為藉由本實施例之退火方法而獲得之成形體之樣本A之透鏡位置誤差的俯視圖，圖8(b)係表示作為藉由先前之退火方法而獲得之成形體之樣本B之透鏡位置誤差的俯視圖。再者，透鏡位置誤差係相對於網格點之間之距離擴大至200倍進行顯示。
表1係表示樣本A及樣本B之平均收縮率及位置偏差。再者，平均收縮率係指理想網格之間距相對於退火冶具之凹陷之間距(3.44mm)之收縮率。
自該表1可知：樣本A之位置偏差與樣本B之位置偏差相比極小。藉此，藉由本實施例之退火方法，可確認成形體之變形降低效果。
其次，對於翹曲矯正之冷卻步驟中產生於成形體中之翹曲進行說明。
由於如以下所說明，於冷卻步驟中，若可抑制成形體之上下表面之溫度差，則可抑制成形體11之翹曲，因此，降溫速率並無直接性制約。但實際上，由於空氣與退火冶具之間之熱阻於成形體之上表面側與於下表面側不同，因此，較理想為對降溫速率設置限制。
〔成形體之上下表面之溫度差與翹曲〕
如圖9所示，於成形體之上下表面存在△TW之溫度差時，因熱膨脹差，以下之關係成立。
d：成形體之厚度
α：成形材料之熱膨脹係數
△TW：成形體之上下表面之溫度差
r：成形體中產生之翹曲之曲率半徑
此處，若將成形體之尺寸(於成形體為圓形之情形時，記為直徑)設為X，則成形體之翹曲量△Z由以下之式求得。
如此，因成形體之上下表面之熱膨脹差而產生翹曲。再者，退火中藉由退火冶具而使該翹曲變平，但相應地積蓄內部應力，因此，隨後產生翹曲。
〔空氣對流烘箱中之冷卻時之降溫速率與冶具、成形體之上下表面溫 度差〕
估算環境溫度以降溫速率a冷卻，且上表面側退火冶具及下表面側退火冶具亦共同地以相同降溫速率冷卻之情形時之上下退火冶具之溫度差△TI(=上表面側退火冶具之溫度TL-下表面側退火冶具之溫度TU)。忽視退火冶具內部之熱阻及成形體之熱容量，使烘箱中之冷卻時之等效熱迴路近似於圖10所示者。若設定上表面側退火冶具與環境之間之熱阻、熱流為RU、qU，上表面側退火冶具與下表面側退火冶具之間之熱阻、熱流為RI、qI，下表面側退火冶具與環境之間之熱阻、熱流為RL、qL，則根據溫度差與熱流之關係，成為TU-TA=qURU
TL-TA=qLRL
TL-TU=qIRI。
又，若將上表面側退火冶具之熱容量設為CU，下表面側退火冶具之熱容量設為CL，則根據降溫速率與熱流之關係，成為qU-qI=aCU
qL+qI=aCL，若根據該等之式，消去qU、qI、qL及TA求出△TI，則成為
再者，若將成形體之熱阻設為RW，退火冶具與成形體之間之接觸熱阻設為RC，則RI=2RC+RW，因此，成形體之上下表面之溫度差△TW成為
〔溫度差及降溫速率之數值估算〕
若以嚴格之條件估算較理想之溫度差△TW及降溫速率a之範圍，則成為如下所述。於成形體之厚度d=0.5mm、成形材料之熱膨脹係數α=1×10-4/K、成形體之尺寸X=100mm、成形體之翹曲量△Z<50μm時，成為△TW<0.2K。
又，若將成形體設為直徑X之圓板形，且將導熱係數設為0.2W/K．m，成形體與退火冶具之間之接觸熱傳係數為1000W/K．m2，則成為成形體之熱阻RW=0.32K/W，上表面側退火冶具與下表面側退火冶具之間之熱阻RI=0.57K/W，且上下退火冶具之溫度差△TI<0.36K。
又，若退火冶具為鋁製，且將退火冶具之尺寸設為縱100mm×橫100mm×厚度10mm，則成為上表面側退火冶具之熱容量CU=下表面側退火冶具之熱容量CL=240J/K。進而，若將上表面側退火冶具、下表面側退火冶具之表面之平均熱傳係數分別設為20W/K．m2、15W/K．m2(≒空氣對流烘箱中之實測值≒風速2m/s下之計算值)，則成為上表面側退火冶具與環境之間之熱阻RU=3.6K/W，下表面側退火冶具與環境之間之熱阻RL=4.8K/W。因此，設為a<1.2K/min即可。
進而考慮到裕度，較理想為將上表面側之退火冶具與下表面側之退火冶具之溫度差設為0.3K以下，且將環境溫度之平均降溫速率設為1K/分鐘以下。
又，於環境溫度之平均降溫速率為1K/分鐘左右之情形時，環境與成形體之間之溫度差成為10~30K。因此，於空氣對流烘箱內之環境溫度為成形材料之應力釋放步驟之後之玻璃轉移點Tg+10~Tg-50K之範圍內之期間，較理想為將上表面側之退火冶具與下表面側之退火冶具之溫度差設為0.3K以下，且將環境溫度之平均降溫速率設為1K/分鐘以下。
〔冶具溫度差之減少〕
再者，作為減少上下退火冶具之溫度差之方法，存在將下表面側退火冶具形成為薄於上表面側退火冶具之方法、及將退火冶具塗黑之方法。
下表面側退火冶具與環境之間之熱阻RL大於上表面側退火冶具與環境之間之熱阻RU，但可藉由將下表面側退火冶具形成為薄於上表面側退火冶具，而使下表面側退火冶具之熱容量CL變小，並且使CLRL-CURU接近於0。藉此，可減少上下退火冶具之溫度差△TI。
於對退火冶具不實施提高熱發射率之處理(後述)，而僅藉由空氣對流進行退火冶具之散熱之情形時，下表面側退火冶具之熱傳係數成為上表面側退火冶具之3/4左右(RL≒4RU/3)。因此，將下表面側退火冶具之厚度設為上表面側退火冶具之3/4左右即可。但，退火冶具之最佳厚度因上表面側退火冶具及下表面側退火冶具之熱發射率之比率等而變化。故而，例如可藉由將下表面側退火冶具之厚度設為上表面側退火冶具之厚度之1/2~1倍，更理想為設為5/8~7/8倍，而易於減少上下之退火冶具之溫度差△TI。
又，可藉由對退火冶具實施提高熱發射率之處理，而使RU及RL降低。藉此，可減少上下退火冶具之溫度差△TI。作為提高退火冶具之熱發射率之處理，可列舉如下之處理：
．黑體塗裝
．黑體膠帶之貼附
．黑色耐酸鋁(black alumite)處理
．以熱發射率較高之絕緣體覆蓋退火冶具。
再者，發射率之提高所致之熱阻之降低係以
表示，且△TI之改善係以
表示。其中，設為CL=CU=C。
若將上表面側退火冶具及下表面側退火冶具之各表面之平均對流熱傳係數分別設為20W/K．m2及15W/K．m2，且將輻射熱傳係數自0W/K．m2提高至9W/K．m2，則△TI降低至大致2/3。藉此，可將翹曲降低至2/3，或將降溫速度之上限擴大至1.5倍。
[實施例2]
以下，參照圖11及圖12，對第2實施例進行說明。於本實施例 中，經退火之成形體11係除了環氧系熱硬化樹脂之方面、及厚度為0.5mm之方面以外，與實施例1之成形體11相同，應力釋放步驟之內容亦與實施例1相同。
〔退火裝置之構成〕
圖11係表示本實施例之退火裝置10之剖面圖。退火裝置10具有由隔熱壁包圍之內部空間，且於該內部空間，分別各設置有兩個退火冶具14及加熱冷卻機(溫度控制板、溫度控制構件)15。加熱冷卻機15亦可為非板狀。
加熱冷卻機15係於鋁基材中含有電熱線與冷卻水管而構成。退火冶具14之未形成凹陷14a之另一面係安裝於加熱冷卻機15。一加熱冷卻機15係載置於退火裝置10之內部之底板面，另一加熱冷卻機15係由支撐桿16支撐。藉此，兩個退火冶具14之形成有凹陷14a之面彼此對向。
支撐桿16藉由伺服馬達17而可向下方(加壓方向)移動。藉此，上表面側之退火冶具14可相對於下表面側之退火冶具14進行相對移動。
又，於上表面側之退火冶具14與支撐桿16之連接點設置有荷重元18。荷重元18係檢測對成形體11之加壓荷重，並將檢測結果反饋至伺服馬達17。再者，設置荷重元18之位置為下表面側之退火冶具14之下側等可檢測加壓荷重之位置即可，並無特別限定。又，為避免來自加熱冷卻機15之熱之影響，而可於加熱冷卻機15與荷重元18之間介置隔熱板。
〔翹曲矯正步驟〕
如上所述，本實施例之應力釋放步驟係與實施例1相同。於本實施例之翹曲矯正步驟中，以目標溫度：180℃、加熱時間：5分鐘再次加熱應力已釋放之成形體11。即，本實施例之翹曲矯正步驟係加熱時間與實施例1之翹曲矯正步驟不同。
首先，與實施例1相同地進行(4)成形體之殘餘物之去除、及(5)退火冶具之清掃之各步驟。繼而，進行以下(6')~(9')之步驟。
(6')朝向退火冶具之夾入
於成形體11之透鏡部11a自平面部突出之情形時，一面注意避免透鏡部11a碰到退火冶具14，一面如圖12所示，將成形體11夾入至退火冶具14中。
(7')荷重值之設定(荷重步驟)
繼而，將對成形體11之荷重值設定為藉由實施例1中說明之式(A)而求出之荷重P以上。以荷重值固定為設定值之方式，將荷重元18之檢測值反饋至伺服馬達17。
(8')溫度控制程式
繼而，如以下方式，控制加熱冷卻機15之溫度。
待機溫度：80℃
加熱(加熱步驟)：20K/分鐘→180℃、保持5分鐘
冷卻(冷卻步驟)：5K/分鐘→80℃
即，以5分鐘加熱至180℃，且經過5分鐘後，以20分鐘冷卻至80℃。
(9')成形體之取出
完成冷卻且經過5分鐘以上之後，將冶具設備取出，進行自然空氣冷卻。
如上所述，於本實施例中，加熱時間及冷卻時間與實施例1不同。再者，參照圖9說明之成形體之上下表面之溫度差與成形體之翹曲之關係於實施例2中亦相符。
〔附記事項〕
本發明並非限定於上述之各實施例者，於技術方案所示之範圍中可進行各種變更，且將不同實施例中分別揭示之技術手段適當組合 而獲得之形態亦包含於本發明之技術範圍。
〔綜述〕
如上所述，本發明之一態樣之退火方法之特徵在於：其係將成形步驟中自成形材料成形之成形體退火之退火方法，且包括：第1步驟，其係藉由加熱上述成形體而釋放上述成形體之應力；及第2步驟，其係藉由對上述成形體一面施加荷重一面進行加熱而矯正上述成形體之翹曲。
根據上述構成，於第1步驟中，藉由將成形體不固定地進行加熱，而將成形體之應力釋放，並且於成形體中產生翹曲。因此，於第2步驟中，對成形體一面施加荷重一面進行加熱。藉此，於高溫下成形體軟化，且藉由荷重而將成形體之翹曲矯正。此處，由於成形體之材料分子之移動於第1步驟中已大部分完成，因此，於第2步驟中，可在材料分子之移動極小之狀態下進行加熱。因此，於第2步驟中，可充分釋放應力，獲得無殘留應力及變形之成形體。
本發明之一態樣之退火方法係較佳為於上述第2步驟中，於上述成形體之溫度為比上述成形材料之上述第1步驟之後之玻璃轉移點低20K之溫度至比該玻璃轉移點高20K之溫度之期間，將上述成形體之上表面與上述成形體之下表面之溫度差抑制為0.2K以下。
根據上述構成，可減少成形體之熱應力所致之翹曲。
於本發明之一態樣之退火方法中，若將上述荷重設定為P，上述成形體之最大翹曲量設定為δ，上述成形體之成形材料之退火溫度下的楊氏模數設定為E，上述成形體之厚度設定為h，上述成形體之直徑、一邊之長度或短邊方向之長度設定為L，重力加速度設定為g，則較佳為[數1]
成立。
根據上述構成，可對成形體施加足以矯正翹曲之荷重。
本發明之一態樣之退火方法係較佳為於上述第1步驟中，將上述成形體加熱至比上述成形步驟中之最高溫度高之溫度。
根據上述構成，可完成成形步驟後之成形體之未反應部分之硬化反應。
本發明之一態樣之退火方法係較佳為於上述第1步驟中，將上述成形體加熱至比上述成形材料成形後之玻璃轉移點高之溫度。
本發明之一態樣之退火方法係較佳為於上述第2步驟中，將上述成形體加熱至比上述成形材料之上述第1步驟之後的玻璃轉移點高之溫度。
根據上述構成，可以短時間釋放成形步驟後之成形體之殘留應力。
本發明之一態樣之退火方法係較佳為上述第2步驟包括：荷重步驟，其係藉由以2件1組之退火冶具夾持上述成形體之上下表面，而對上述成形體施加荷重；加熱步驟，其係藉由空氣對流烘箱，而將被施加荷重之上述成形體加熱；及冷卻步驟，其係將已加熱之上述成形體冷卻。
本發明之一態樣之退火方法係較佳為於上述冷卻步驟中，於上述空氣對流烘箱內之環境溫度為比上述成形材料之上述第1步驟之後之玻璃轉移點低50K之溫度至比玻璃轉移點高10K之溫度之範圍內之期間，將上述成形體之上表面側之上述退火冶具與上述成形體之下表面側之上述退火冶具之溫度差抑制為0.3K以下。
本發明之一態樣之退火方法係較佳為於上述冷卻步驟中，於上述空氣對流烘箱內之環境溫度為比上述成形材料之上述第1步驟之後之玻璃轉移點低50K之溫度至比玻璃轉移點高10K之溫度之範圍內之期間，將上述環境溫度之平均降溫速率設為1K/分鐘以下。
根據上述構成，可使成形體之翹曲變得極小。
本發明之一態樣之退火方法係較佳為於上述成形體之下表面側之上述退火冶具與支撐該下表面側之上述退火冶具之面之間，形成有空氣流路。
根據上述構成，不僅可藉由輻射及傳導，亦可藉由空氣對流來冷卻成形體。因此，可使上表面側之退火冶具之熱容量與下表面側之退火冶具之熱容量一致，並且減少上表面側之退火冶具之熱阻與下表面側之退火冶具之熱阻之差。
本發明之一態樣之退火方法係較佳為包括：荷重步驟，其係藉由以可利用溫度控制構件進行溫度控制之2件1組之退火冶具夾持上述成形體之上下表面，而對上述成形體施加荷重；加熱步驟，其係藉由上述溫度控制構件，而將被施加荷重之上述成形體加熱；及冷卻步驟，其係藉由上述溫度控制構件，而將已加熱之上述成形體冷卻。
根據上述構成，由於藉由熱傳導而將成形體加熱、冷卻，故可縮短步驟時間。
本發明之一態樣之退火冶具之特徵在於：其係於對自成形材料成形且藉由受到加熱而釋放應力之平板狀之成形體再次加熱時，用於對上述成形體施加荷重之退火冶具，且包括夾持上述成形體之上下表面之2件1組之退火冶具。
根據上述構成，可藉由利用2件退火冶具夾持成形體之上下表面，而對成形體施加荷重。可藉由在該狀態下加熱成形體，而矯正成形體之翹曲。
本發明之一態樣之退火冶具係較佳為上述成形體之下表面側之上述退火冶具薄於上述成形體之上表面側之上述退火冶具。
本發明之退火冶具係較佳為上述下表面側之上述退火冶具之厚度為上述上表面側之上述退火冶具之厚度之1/2~1倍。
本發明之一態樣之退火冶具係較佳為上述下表面側之上述退火冶具之厚度為上述上表面側之上述退火冶具之厚度之5/8~7/8倍。
本發明之一態樣之退火冶具係較佳為對上述退火冶具實施提高熱發射率之處理。
根據上述構成，由於退火冶具之表面成為熱輻射面，因此可易於減少2件退火冶具之溫度差。
本發明之一態樣之退火冶具係較佳為若將上述成形體之上表面側之上述退火冶具之質量設為m，上述成形體之最大翹曲量設為δ，上述成形體之成形材料之退火溫度下的楊氏模數設為E，成形體之厚度設為h，成形體之直徑、一邊之長度或短邊方向之長度設為L，重力加速度設為g，則
成立。
根據上述構成，可對成形體施加足以矯正翹曲之荷重。
本發明之一態樣之退火冶具係較佳為於與上述成形體之抵接面形成有凹陷。
根據上述構成，即使於成形體形成有突出元件部之情形，亦可藉由使凹陷對應於突出元件部，而避免退火冶具與突出元件部之干 涉。
本發明之一態樣之退火冶具係較佳為於與上述成形體之抵接面形成有貫通孔。
根據上述構成，由於可避免退火冶具與突出元件部之干涉，並且使退火冶具及成形體易於升溫，因此可縮短加熱步驟之時間。
本發明之一態樣之退火冶具係較佳為規則地形成有複數個上述凹陷。
本發明之一態樣之退火冶具係較佳為規則地形成有複數個上述貫通孔。
根據上述構成，可對應於包括複數個規則地形成之光學元件之成形體之退火。
本發明之一態樣之退火裝置之特徵在於包括：上述任一項之退火冶具、及控制上述退火冶具之溫度之溫度控制構件。
根據上述構成，由於藉由熱傳導而將成形體加熱、冷卻，因此可縮短步驟時間。
本發明之一態樣之退火裝置係較佳為上述溫度控制構件於冷卻上述退火冶具之期間，將上述成形體之上表面側之上述退火冶具與上述成形體之下表面側之上述退火冶具之溫度差抑制為0..3K以下。
根據上述構成，可減少成形體之熱應力所致之翹曲。
本發明之一態樣之退火裝置係較佳為若將上述溫度控制構件可對上述成形體施加之最大荷重設為P，上述成形體之最大翹曲量設為δ，上述成形體之成形材料之退火溫度下的楊氏模數設為E，上述成形體之厚度設為h，上述成形體之直徑、一邊之長度或短邊方向之長度設為L，重力加速度設為g，則[數1]
成立。
根據上述構成，可對成形體施加足以矯正翹曲之荷重。
[產業上之可利用性]
本發明對於自成形材料成形之成形體之退火較佳。
1‧‧‧成形體
2‧‧‧支撐台
3‧‧‧加熱爐
4‧‧‧退火冶具

Claims (24)

  1. 一種退火方法，其特徵在於：其係將成形步驟中自成形材料成形之成形體進行退火之退火方法，且包括：第1步驟，其係藉由加熱上述成形體而釋放上述成形體之應力；及第2步驟，其係藉由對上述成形體一面施加荷重一面進行加熱，而矯正上述成形體之翹曲。
  2. 如請求項1之退火方法，其中於上述第2步驟中，在上述成形體之溫度為比上述成形材料之上述第1步驟後之玻璃轉移點低20K之溫度至比該玻璃轉移點高20K之溫度為止之期間，將上述成形體之上表面與上述成形體之下表面之溫度差抑制為0.2K以下。
  3. 如請求項1或2之退火方法，其中若將上述荷重設為P，上述成形體之最大翹曲量設為δ，上述成形體之成形材料之退火溫度中的楊氏模數設為E，上述成形體之厚度設為h，上述成形體之直徑、一邊之長度或短邊方向之長度設為L，重力加速度設為g，則 成立。
  4. 如請求項1或2之退火方法，其中於上述第1步驟中，將上述成形體加熱至比上述成形步驟中之最高溫度高之溫 度。
  5. 如請求項1或2之退火方法，其中於上述第1步驟中，將上述成形體加熱至比上述成形材料成形後之玻璃轉移點高之溫度。
  6. 如請求項1或2之退火方法，其中於上述第2步驟中，將上述成形體加熱至比上述成形材料之上述第1步驟之後的玻璃轉移點高之溫度。
  7. 如請求項1或2之退火方法，其中上述第2步驟包括：荷重步驟，其係藉由以2件1組之退火冶具夾持上述成形體之上下表面，而對上述成形體施加荷重；加熱步驟，其係藉由空氣對流烘箱來對被施加荷重之上述成形體進行加熱；及冷卻步驟，其係將經加熱之上述成形體冷卻。
  8. 如請求項7之退火方法，其中於上述冷卻步驟中，在上述空氣對流烘箱內之環境溫度為比上述成形材料之上述第1步驟後之玻璃轉移點低50K之溫度至比玻璃轉移點高10K之溫度之範圍內之期間，將上述成形體之上表面側之上述退火冶具與上述成形體之下表面側之上述退火冶具之溫度差抑制為0.3K以下。
  9. 如請求項7之退火方法，其中於上述冷卻步驟中，在上述空氣對流烘箱內之環境溫度為比上述成形材料之上述第1步驟後之玻璃轉移點低50K之溫度至比玻璃轉移點高10K之溫度之範圍內之期間，將上述環境溫度之平均降溫速率設為1K/分鐘以下。
  10. 如請求項7之退火方法，其中於上述成形體之下表面側之上述退火冶具與支撐該下表面側之上述退火冶具之面之間，形成有空 氣流路。
  11. 如請求項1或2之退火方法，其包括：荷重步驟，其係藉由以可利用溫度控制構件進行溫度控制之2件1組之退火冶具夾持上述成形體之上下表面，而對上述成形體施加荷重；加熱步驟，其係藉由上述溫度控制構件，對被施加荷重之上述成形體進行加熱；及冷卻步驟，其係藉由上述溫度控制構件，而將經加熱之上述成形體冷卻。
  12. 一種退火冶具，其特徵在於：其係於對自成形材料成形且藉由受到加熱而釋放應力之平板狀之成形體再次加熱時，用於對上述成形體施加荷重之退火冶具，且包括夾持上述成形體之上下表面之2件1組之退火冶具。
  13. 如請求項12之退火冶具，其中上述成形體之下表面側之上述退火冶具薄於上述成形體之上表面側之上述退火冶具。
  14. 如請求項13之退火冶具，其中上述下表面側之上述退火冶具之厚度為上述上表面側之上述退火冶具之厚度的1/2~1倍。
  15. 如請求項13之退火冶具，其中上述下表面側之上述退火冶具之厚度為上述上表面側之上述退火冶具之厚度的5/8~7/8倍。
  16. 如請求項12至15中任一項之退火冶具，其中對上述退火冶具實施使熱發射率提昇之處理。
  17. 如請求項12至15中任一項之退火冶具，其中若將上述成形體之上表面側之上述退火冶具的質量設為m，上述成形體之最大翹曲量設為δ，上述成形體之成形材料之退火溫度下的楊氏模數設為E，成形體之厚度設為h，成形體之直徑、一邊之長度或短邊方 向之長度設為L，重力加速度設為g，則 成立。
  18. 如請求項12至15中任一項之退火冶具，其中於與上述成形體之抵接面，形成有凹陷。
  19. 如請求項12至15中任一項之退火冶具，其中於與上述成形體之抵接面，形成有貫通孔。
  20. 如請求項18之退火冶具，其中規則地形成有複數個上述凹陷。
  21. 如請求項19之退火冶具，其中規則地形成有複數個上述貫通孔。
  22. 如請求項12至15中任一項之退火冶具，其含有控制上述退火冶具之溫度之溫度控制構件。
  23. 如請求項22之退火裝置，其中上述溫度控制構件係於將上述退火冶具冷卻之期間，將上述成形體之上表面側之上述退火冶具與上述成形體之下表面側之上述退火冶具之溫度差抑制為0.3K以下。
  24. 如請求項22之退火裝置，其中若將上述溫度控制構件可施加於上述成形體之最大荷重設為P，上述成形體之最大翹曲量設為δ，上述成形體之成形材料之退火溫度下的楊氏模數設為E，上述成形體之厚度設為h，上述成形體之直徑、一邊之長度或短邊方向之長度設為L，重力加速度設為g，則[數1] 成立。
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