用于在热压接工艺中控制加热元件的温度的装置和方法

用于在热压接工艺中控制加热元件的温度的装置和方法
【专利摘要】公开了一种用于在热压接工艺中控制热压接合机中的加热元件的温度的装置和方法。应用输入温度曲线以将热量施加到热压接合机中的加热元件。所述热压接合机的控制器可以被配置为接收对应于所述加热元件的温度的加热元件温度信号。可以在所述控制器中基于所述加热元件温度信号和对应于所述输入温度曲线的输入温度信号来产生温度补偿曲线。可以在所述控制器中基于所述温度补偿曲线来控制到所述加热元件的功率输入。
【专利说明】用于在热压接工艺中控制加热元件的温度的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热压接合中间薄膜层来连接不同材料的领域。本发明尤其涉及用于在接合基板的热压接工艺中控制加热元件的温度的装置和方法。
【背景技术】
[0002]热压接合机和热压接工艺通常用于制造电子消费品，包括手机、笔记本、触摸板(touchpad)、电子工具、显示模块、触摸屏(touch panel)、液晶显示器(LCD)面板等。
[0003]常规的热压接合机具有加热元件(常称为热电极)，用于施加热量和压力以固化两个基板中间的接合层，从而接合基板以形成基板组件。基板可包括偏振膜材料、膜材料、印刷电路板材料、玻璃材料或适合于满足热压接工艺的要求的任何材料。在热压接合中使用的接合层材料可包括焊料、各向异性导电膜(ACF)或适合于互连基板的任何胶膜层。
[0004]为了在基板之间实现和获得最佳接合，一般推荐的是，用于固化接合层的温度曲线(temperature profile)(常称为“接合线温度曲线”)基于接合材料供应商指定的目标接合线温度曲线。然而，因为热压接工艺中存在热损失，所以这在实践中往往很难实现。这样的热损失可能是由于，例如，接合层或/和待接合基板的热阻以及热压接合机的各部分中的热损失。接合工艺中的热损失导致接合层可能无法以指定的接合线温度曲线固化，并且这可能会导致诸如接合空隙、或接合的粘合强度不足等缺陷。
[0005]目前，在使用具有接合线温度曲线的接合层材料的新产品(诸如柔性玻璃载基板组件)上线生产之前，有必要确定用于加热热压接合机中的热电极的输入温度曲线。
[0006]为确定输入温度曲线，用户常常需要测量待接合基板组件的接合线的实际温度(“接合线温度”)。
[0007]为了补偿上述热损失，操作人员必须调整待施加到热电极的输入温度曲线。然而，因为依赖于操作人员的经验，所以难以确定应当对输入温度曲线调整多少。图1示出用于由操作人员确定输入温度曲线的方法21。参照图1，在用于确定热电极温度的第一次试验接合中，将热电偶固定在接合线中，如步骤22，并且用基于待在基板组件的生产中使用的接合层的指定接合线温度曲线(“目标温度曲线”)的输入温度曲线来加热热电极，如步骤23。通常，在第一次试验接合中，如步骤24在接合线中测量到的接合线温度曲线由于上述热损失而低于指定接合线温度曲线。这样，在步骤25中，如果测量到的接合线温度曲线不等于目标温度曲线，则用户必须在步骤26中调整输入温度曲线并且在步骤23中施加调整后的输入温度曲线。为了实现目标接合线温度曲线，在接合线处进行温度测量并且对输入温度曲线进行调整直到在接合线处实现目标温度曲线。
[0008]取决于操作人员的经验，在可以于步骤27中确定生产中使用的热电极温度曲线之前，一般操作人员通常必须实施一系列试验接合。
[0009]然而，上述方法21的缺点是严重依赖用户的注意力和用户的决策。用户的决策可能受到很多因素的影响，诸如用户培训、经验和产品知识。另外，与这些方法相关联的很大程度的用户依赖性通常显著增加时间成本。在大批量的生产制造环境中，时间成本严重影 响产品产量。

【发明内容】

[0010]根据本发明的第一方案，提供了一种控制热压接合机中的加热元件的温度以补偿热压接工艺中的热损失的方法，所述热压接工艺包括将输入温度曲线应用到加热元件以将热量施加到待接合的基板组件，所述方法包括:
[0011]a)在控制器中接收对应于所述加热元件的温度的加热元件温度信号；
[0012]b)在所述控制器中基于所述加热元件温度信号和对应于所述输入温度曲线的输入温度信号来产生温度补偿曲线；以及
[0013]c)基于所述温度补偿曲线控制到所述加热元件的功率输入；
[0014]其中所述输入温度曲线基于所述基板组件中的接合线的目标温度曲线。
[0015]所述产生温度补偿曲线的步骤可以包括:
[0016]对于一系列时间点，在所述控制器中应用第一系列接合线温度差值；
[0017]在一系列时间点处，由对应于所述加热元件的温度数据的一系列加热元件温度值和对应于所述输入温度曲线的一系列输入温度值来计算一系列加热元件温度差值；
[0018]在一系列时间点处，基于所述一系列加热元件温度差值和所述第一系列接合线温度差值推导出一系列温度补偿值。
[0019]所述控制所述功率输入的步骤可以包括:比较所述温度补偿曲线和用于将热量施加到所述加热元件的预定的一系列功率设定值；基于来自所述预定的一系列功率设定值的一功率设定值产生温度补偿功率信号。
[0020]根据本发明的第二方案，提供了一种程序，编码在计算机可读记录介质中，使得计算机执行所述方法。
[0021]根据本发明的第三方案，提供了一种计算机可读记录介质，其中以计算机可读形式记录使得计算机执行所述方法的程序。
[0022]所述应用第一系列接合线温度差值的步骤可以包括:
[0023]a)在一系列时间点处，在所述热压接合机中测量对应于所述基板组件的接合线中的温度的一系列接合线温度值；
[0024]b)在一系列时间点处，由所述一系列接合线温度值和所述一系列输入温度值计算一系列接合线温度差值，以在所述热压接合机的所述控制器中产生接合线温度差曲线；
[0025]c)将所述接合线温度差曲线存储在存储器设备中。
[0026]所述存储器设备可以是所述控制器中的存储器。
[0027]所述方法还可以包括:在所述控制器中接收对应于所述接合线的接合线温度的接合线温度信号；在所述控制器中比较所述接合线温度信号与所述输入温度信号；基于在所述控制器中所述接合线温度信号与所述输入温度信号的比较，补偿所述第一系列接合线温度差值；以及在所述控制器中推导出第二系列经补偿的接合线温度差值。
[0028]所述补偿所述第一系列接合线温度差值的步骤可以包括:将乘法增益应用到所述第一系列接合线温度差值。
[0029]根据本发明的第四方案，提供了一种热压接合机，用于补偿热压接工艺中的热损失，包括将输入温度曲线应用到加热元件以将热量施加到待接合的基板组件，接合机包括:
[0030]第一输入接口，用于接收所述加热元件的加热元件温度曲线；
[0031]第二输入接口，用于接收待接合的所述基板组件的接合线温度曲线；
[0032]控制器，被配置为:
[0033]a)接收对应于所述加热元件的所述加热元件温度曲线的加热元件温度信号；
[0034]b)基于所述发加热元件温度信号和对应于所述输入温度曲线的输入温度信号来产生温度补偿曲线；以及
[0035]c)基于所述温度补偿曲线控制到所述加热元件的功率输入。
[0036]所述存储器可以是所述控制器中的存储器。
[0037]所述接合机还可以包括:适于使所述控制器能够在记录介质上记录所述温度差曲线的输入接口
[0038]所述接合机还可以包括:第一放大器，连接到第一模数转换器，用于将所述加热元件温度曲线和接合线温度曲线之一转换成数字信号；以及
[0039]第二放大器，连接至第二模数转换器，用于将加热元件温度曲线和接合线温度曲线之一转换成数字信号。
[0040]根据本发明的第五方案，提供了一种装置，用于控制热压接合机中的加热元件的温度，以补偿热压接工艺中的热损失，包括将输入温度曲线应用到热电极以将热量施加到具有接合线的基板组件，所述装置具有:
[0041]处理器；以及
[0042]存储器；所述装置被配置为，在所述处理器的控制下，执行存储在所述存储器中的指令，对于一系列时间点:
[0043]a)在控制器中接收对应于所述加热元件的温度的加热元件温度信号；
[0044]b)在所述控制器中基于所述加热元件温度信号和对应于所述输入温度曲线的输入温度信号来产生温度补偿曲线；以及
[0045]c)基于所述温度补偿曲线控制到所述加热元件的功率输入。
[0046]所述装置可以被配置为存储对应于一系列时间点处的所述加热元件的温度的一系列输入温度值。
[0047]所述装置可以被配置为:
[0048]a)对于一系列时间点，在所述控制器中接收第一系列接合线温度差值；
[0049]b)在一系列时间点处，由对应于所述加热元件的温度数据的一系列加热元件温度值和对应于所述输入温度曲线的一系列输入温度值来计算一系列加热元件温度差值；
[0050]c)在一系列时间点处，基于所述一系列加热元件温度差值和所述第一系列接合线温度差值推导出一系列温度补偿值。
[0051 ] 所述装置可以被配置为:
[0052]a)接收对应于所述接合线的接合线温度的接合线温度信号；
[0053]b)比较所述接合线温度信号与所述输入温度信号；
[0054]c)基于所述接合线温度信号与所述输入温度信号的比较，补偿所述第一系列接合线温度差值；以及
[0055]d)推导出第二系列经补偿的接合线温度差值。[0056]所述装置可以被配置为:将乘法增益应用到所述第一系列接合线温度差值，以获得所述第二系列经补偿的接合线温度差值。
[0057]所述装置可以被配置为:
[0058]比较所述温度补偿曲线和用于将热量施加到所述加热元件的预定的一系列功率设定值；以及
[0059]基于来自所述预定的一系列功率设定值的一功率设定值产生温度补偿功率信号。
[0060]在控制器中产生温度补偿曲线的一个优点在于，在热压接工艺中，可以在热压接合机中对温度控制进行同步。
[0061]基于温度补偿曲线控制功率输入的一个优点在于，用于补偿热损失的方法可以是自动的并且较少依赖操作人员关于如何调整待施加到加热元件的输入温度的知识。
[0062]控制功率输入的另一个优点在于，可以基于温度补偿功率信号来控制和补偿加热元件的温度。
【专利附图】

【附图说明】
[0063]现在将通过举例的方式并参照附图描述本发明的各种实施例，附图中:
[0064]图1是用于确定待施加到热压接合机中的加热元件的输入温度曲线的已知方法的流程图；
[0065]图2是根据实施例的热压接合机的等角投影图(isometric view)；
[0066]图3是热压接合机中部件的示意性框图；
[0067]图4是热压接合机的控制器的示意性框图；
[0068]图5是热压接合机设置的示意性框图；
[0069]图6是用于热压接工艺的热压接合机设置的示意性框图；
[0070]图7是用于确定温度差曲线的方法的流程图；
[0071]图8是用于控制加热元件的温度以补偿热压接工艺中的热损失的方法的流程图；
[0072]图9是用于控制加热元件的温度以补偿热压接工艺中的热损失的方法的流程图；
[0073]图1OA是根据实施例用于确定经补偿的接合线温度差曲线的方法的流程图；
[0074]图1OB是用于确定经补偿的接合线温度差曲线的方法的流程图；以及
[0075]图11是用于基于温度补偿曲线来控制到加热元件的功率输入的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0076]图2是可以在热压接工艺中用于制造诸如触摸屏显示器、玻璃组件载柔性电路、或由不同的基板材料构成的组件等产品的热压接合机30的等角投影图。在图2中，在组装用于施加接合基板组件的热量的加热元件33 (通常称为热电极)之前，热压接合机30具有热电极组件31。热压接合机30具有用于在接合工艺中支撑基板组件的平台14。接合机30还包括用于接收输入温度曲线的输入单元32。输入单元32可以是例如触摸屏显示器或者可以包括用于从操作人员接收输入的指点设备(pointing device)。热压接合机30可具有用于接收对应于接合线温度测量的第一温度输入的第一输入接口以及用于接收对应于热电极温度测量的第二温度输入的第二输入接口。基于热电极温度测量，热压接合机具有控制器35，控制器35可以实施温度补偿并基于温度补偿控制到加热元件33的功率输入，从而在基板组件的接合线中获得目标接合线温度。将在图3和图4中详细描述加热元件33和控制器35。
[0077]热压接合机30的第一和第二输入接口可以是或可以包括插座插头、温度读卡连接器等，其被配置为使得控制器35能够通过诸如连接到温度测量仪的热电偶等温度测量设备来接收温度测量值。在一实施例中，热压接合机还可以被配置为包括能够从诸如闪存设备、硬盘驱动器、光盘驱动器等的存储介质检测和接收程序的第三输入接口。此外，控制器35可以通过可以连接到执行程序的外部计算机的数据线来读取程序。第一和第二输入接口可以是适合于接收热电偶输入等的连接器。
[0078]图3是热压接合机30中与加热元件33的温度控制相关的部件的示意性框图。控制器35被配置为通过输入设备32从用户或操作人员接收输入温度曲线45。控制器35通过发送信号41以与诸如烧制机构的烧制单元(firing unit) 34通信，来控制加热元件33的工作状态和/或控制加热元件33的温度。可以理解的是，可以将诸如伺服马达的一系列驱动部件可操作地连接在控制器35和加热元件33之间，以便于移动或定位加热元件33。
[0079]另外，热压接合机30可包括连接到第一模数转换器50 (ADC50)的第一放大器49(AMP49)和连接到第二模数转换器52 (ADC52)的第二放大器51 (AMP51)。AMP49可以放大通过第一输入接口接收到的第一温度输入43，并且ADC50可以将经放大的温度输入43转换为数字信号53,数字信号53经由输入端40传送到控制器35。例如，如果第一温度输入43是一系列时间点处的一系列接合线温度测量值，则每个温度值可以被转换成信号53，信号53可以被视为接合线温度曲线。类似地，第二温度输入44可以是在一系列时间点处在加热元件33上测量到的一系列温度测量值。AMP51可以放大第二温度输入44，以获得经放大的温度输入44，将经放大的温度输入44传送到第二模数转换器52(ADC52)。第二 ADC52将经放大的温度输入44转换成数字信号54，数字信号54经由输入端39可被传送到控制器35。数字信号54可以被视为加热元件温度曲线。控制器35可以被配置为处理数字信号53和54来控制或调节到烧制单元34的功率输入信号41。基于来自控制器35的功率输入信号41，烧制单元34施加烧制信号42以加热热电极33，从而在接合线中获得所需要的温度。
[0080]参照图4，控制器35可以包括处理器55，处理器55被配置为处理对应于接合线温度曲线和加热兀件温度曲线的信号。对于一系列时间点，处理器55可以被配置为:存储对应于在此系列时间点处加热元件的温度的一系列输入温度值；存储对应于在此系列时间点处在接合线处感测到的温度的相应系列的感测温度值；计算所述一系列输入温度值和所述一系列感测温度值之间的一系列温度差值；以及从所述一系列温度差值推导出经补偿的温度曲线。
[0081]控制器35可以具有存储器58，用于存储可以由控制器35运行的程序。处理器55也可以在存储器58中存储信号56或从存储器58获取对应于所存储数据的信号57。可替代地，控制器35可以具有适于从诸如闪存卡的记录介质读取程序的读卡器接口电路(图4中未示出)。作为一个示例，控制器35可以是印刷电路板(PCB)组件。虽然在图4中，从处理器55发送一个信号41用于执行功能，但是应理解的是，处理器55可以根据由控制器运行的所需功能来发送多个信号。
[0082]图5是基于图2中热压机30的热压接合机设置60的示意性框图。在开始在热压接工艺中生产基板组件之前，设置60用于确定待接合基板组件66的接合线温度差曲线。基板组件66可以由中间接合层、柔性电路基板67和玻璃基板68构成。可替代地，基板组件66可以由柔性电路基板67和印刷电路板基板68构成。在设置60中，不包括中间接合层。基于接合层的指定接合线温度曲线(“目标温度曲线”)的输入温度曲线可以被施加到加热元件33。输入温度曲线61由操作人员提供，并且可以被编程或存储在控制器35的存储器中。
[0083]热电偶64固定在基板组件66的接合线65中，以在一系列的时间点处测量接合线65中的一系列接合线温度值，从而获得测量到的接合线温度曲线。测量到的接合线温度曲线被放大并由ADC转换成数字信号，以便经由输入接口 39被控制器35接收。控制器35根据等式(等式I)通过输入温度曲线61和接合线温度曲线计算出一系列温度差值。
[0084]D (X) =Ttbl - Tmbl(等式 I)
[0085]其中，D (X)是一系列时间点处对应于一系列温度差值的温度差曲线，Tm是一系列时间点处的一系列目标接合线温度值，且Tm是一系列时间点处的一系列测量到的接合线温度值。所述一系列目标接合线 温度值可形成目标接合线温度曲线，并且输入温度曲线61可以基于目标接合线温度。在下表中，表1示出从设置60获得的一系列温度差值的示例。
[0086]表1[0087]
【权利要求】
1.一种控制热压接合机中的加热元件的温度的方法，用以补偿热压接工艺中的热损失，所述热压接工艺包括将输入温度曲线应用到所述加热元件以将热量施加到待接合的基板组件，所述方法包括: a)在控制器中接收对应于所述加热元件的温度的加热元件温度信号； b)在所述控制器中基于所述加热元件温度信号和对应于所述输入温度曲线的输入温度信号来产生温度补偿曲线；以及 c)基于所述温度补偿曲线来控制对所述加热元件的功率输入； 其中所述输入温度曲线是基于所述基板组件中的接合线的目标温度曲线的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述温度补偿曲线包括: 对于一系列时间点，在所述控制器中应用第一系列接合线温度差值； 在一系列时间点处，由对应于所述加热兀件的温度数据的一系列加热兀件温度值和对应于所述输入温度曲线的一系列输入温度值来计算一系列加热元件温度差值； 在一系列时间点处，基于所述一系列加热元件温度差值和所述第一系列接合线温度差值推导出一系列温度补偿值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中控制所述功率输入包括: 比较所述温度补偿曲线和用于将热量施加到所述加热元件的预定的一系列功率设定值；` 基于来自所述预定的一系列功率设定值的一功率设定值产生温度补偿功率信号。
4.一种程序，编码在计算机可读记录介质中，使得计算机执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法。
5.一种计算机可读记录介质，其中以计算机可读形式记录使得计算机执行根据权利要求I至4中任一项所述的方法的程序。
6.根据权利要求2所述的方法，其中应用所述第一系列接合线温度差值包括: a)在一系列时间点处，在所述热压接合机中测量对应于所述基板组件的接合线中的温度的一系列接合线温度值； b)在一系列时间点处，由所述一系列接合线温度值和所述一系列输入温度值计算一系列接合线温度差值，以在所述热压接合机的所述控制器中产生接合线温度差曲线； c)将所述接合线温度差曲线存储在存储器设备中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述存储器设备是所述控制器中的存储器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括: 在所述控制器中接收对应于所述接合线的接合线温度的接合线温度信号； 在所述控制器中比较所述接合线温度信号与所述输入温度信号； 基于在所述控制器中所述接合线温度信号与所述输入温度信号的比较，补偿所述第一系列接合线温度差值；以及 在所述控制器中推导出第二系列经补偿的接合线温度差值。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中补偿所述第一系列接合线温度差值包括: 将乘法增益应用到所述第一系列接合线温度差值。
10.一种热压接工艺，用于将玻璃基板接合到柔性电路基板，包括根据前述权利要求中任一项所述的方法的步骤。
11.一种热压接合机，用于补偿热压接工艺中的热损失，所述热压接工艺包括将输入温度曲线应用到加热元件以将热量施加到待接合的基板组件，所述接合机包括: 第一输入接口，用于接收所述加热元件的加热元件温度曲线； 第二输入接口，用于接收待接合的所述基板组件的接合线温度曲线； 控制器，被配置为: d)接收对应于所述加热元件的所述加热元件温度曲线的加热元件温度信号； e)基于所述发加热元件温度信号和对应于所述输入温度曲线的输入温度信号来产生温度补偿曲线；以及 f)基于所述温度补偿曲线来控制对所述加热元件的功率输入。
12.根据权利要求11所述的接合机，还包括: 第一放大器，连接至第一模数转换器，用于将所述加热元件温度曲线和接合线温度曲线之一转换成数字信号；以及 第二放大器，连接至第二模数转换器，用于将所述加热元件温度曲线和接合线温度曲线之一转换成数字信号。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的接合机，其中所述控制器被配置为: 基于所述接合线温度曲线`和所述加热元件温度曲线之一和所述输入温度曲线计算一系列温度差值，以获得温度差曲线； 基于所述一系列温度差值计算温度补偿曲线；以及 基于所述温度补偿曲线来控制对所述加热元件的功率输入。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的接合机，其中所述控制器具有存储器，用于存储以下之一:所述输入温度曲线、所述加热元件温度曲线或所述接合线温度曲线。
15.根据权利要求13所述的接合机，还包括输入接口，适于使所述控制器能够在记录介质上记录所述温度差曲线。
16.一种装置，用于控制热压接合机中的加热元件的温度，以补偿热压接工艺中的热损失，所述热压接工艺包括将输入温度曲线应用到热电极以将热量施加到具有接合线的基板组件，所述装置具有: 处理器；以及 存储器； 所述装置被配置为在所述处理器的控制下，执行存储在所述存储器中的指令，对于一系列时间点: d)在控制器中接收对应于所述加热元件的温度的加热元件温度信号； e)在所述控制器中基于所述加热元件温度信号和对应于所述输入温度曲线的输入温度信号来产生温度补偿曲线；以及 f)基于所述温度补偿曲线来控制对所述加热元件的功率输入。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述装置被配置为存储对应于所述一系列时间点处的所述加热元件的温度的一系列输入温度值。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其中所述装置被配置为:a)对于一系列时间点，在所述控制器中接收第一系列接合线温度差值； b)在一系列时间点处，由对应于所述加热兀件的温度数据的一系列加热兀件温度值和对应于所述输入温度曲线的一系列输入温度值来计算一系列加热元件温度差值； c)在一系列时间点处，基于所述一系列加热元件温度差值和所述第一系列接合线温度差值推导出一系列温度补偿值。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述装置被配置为: a)接收对应于所述接合线的接合线温度的接合线温度信号； b)比较所述接合线温度信号与所述输入温度信号； c)基于所述接合线温度信号与所述输入温度信号的比较，补偿所述第一系列接合线温度差值；以及 d)推导出第二系列经补偿的接合线温度差值。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述装置被配置为: 将乘法增益应用到所述第一系列接合线温度差值，以获得所述第二系列经补偿的接合线温度差值。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的装置，其中所述装置被配置为: 比较所述温度补偿曲线和用于将热量施加到所述加热元件的预定的一系列功率设定值；以及 基于来自所述预定的一系列功率设`定值的一功率设定值产生温度补偿功率信号。
【文档编号】H01L21/60GK103782378SQ201280043984
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2011年9月9日
【发明者】佃明陞, 谢育政 申请人:信力科技（私人）有限公司