CN101587808A - 真空器件的封接装置以及封接方法 - Google Patents
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Abstract
一种真空器件的封接装置，其包括：一真空室；一前容置室与一后容置室分别通过第一闸门与第二闸门与该真空室两端相连通；一抽真空系统分别与该前容置室、后容置室以及真空室相连通；至少一运输装置，可于前容置室、真空室以及后容置室之间运动；其中，该真空器件的封接装置进一步包括：一装有多个密封件的外置容器设置于所述真空室上方，该外置容器通过一输入管道与真空室相连通，所述输入管道上设有控制部件；一第一加热装置设置于输入管道与第二闸门之间的真空室内壁上。
Description
技术领域
本发明涉及真空技术领域，尤其涉及一种真空器件的封接装置以及采用该封接装置封接真空器件的方法。
背景技术
真空技术在真空电子器件的制造中起着重要的作用，真空问题越来越引起人们的关注(请参见，Vacuum problems of miniaturization of vacuumelectronic component：a new generation of compact photomultipliers，VacuumV64，P15-31(2002))。真空器件的封接质量对器件的使用寿命具有重要的影响。
请参阅图1，现有技术提供了一种真空器件的封接装置20以及采用该真空器件的封接装置20对真空器件进行封接的方法。该真空器件的封接装置20包括一真空室202；一前容置室204与后容置室206分别通过第一闸门208与第二闸门210与该真空室202两端相连通；一抽真空系统214分别与该前容置室204与后容置室206以及真空室202相连通；至少一运输装置212设置于该真空室202内，该运输装置212可以在前容置室204与后容置室206以及真空室202之间运动；一聚光封口装置216设置于该真空室202外，该聚光封口装置216可以通过透光孔218对真空室202内的预封接器件220的排气管222进行加热封接。
采用上述真空器件的封接装置20对预封接器件220进行封接的方法具体包括以下步骤：提供至少一预封接器件220，该预封接器件220包括一排气管222；将该至少一预封接器件220置于前容置室204内的运输装置212上，对前容置室204抽真空，使前容置室204与真空室202的真空度相同；打开第一闸门208使载有预封接器件220的运输装置212进入真空室202后关闭第一闸门208；对真空室202抽真空一段时间后，使预封接器件220逐个从聚光封口装置216下方通过，通过聚光封口装置216照射排气管222，对预封接器件220进行逐个封接；对后容置室206抽真空，使后容置室206与真空室202的真空度相同；打开第二闸门210，使封接后的预封接器件220进入后容置室206后关闭第二闸门210；将封接后的预封接器件220从后容置室206取出。重复上述步骤，可以实现对多个预封接器件220的连续封接。
然而，采用上述装置及方法对真空器件进行封接具有以下不足：第一，需要在预封接器件220上预先设置一排气管222，并将该排气管222与预封接器件220封接，所以工艺较为复杂，成本也较高。第二，采用排气管222排气封接，在封装好的真空器件上就会留下一突起的尾巴状排气管，这对真空器件的安全性和稳定性带来威胁。第三，排气管222在加热时放出的气体会进入预封接器件220内，从而影响真空器件的真空度。另外，上述真空器件的封接装置需要专门的聚光封口装置，提高了制备成本。
有鉴于此，确有必要提供一种真空器件的封接装置以及封接方法，该封接装置无需专门的聚光封口装置，且该封接方法可以降低制备成本，获得高真空度，且没有安全隐患的真空器件。
发明内容
一种真空器件的封接装置，其包括：一真空室；一前容置室与一后容置室分别通过第一闸门与第二闸门与该真空室两端相连通；一抽真空系统分别与该前容置室、后容置室以及真空室相连通；至少一运输装置，可于前容置室、真空室以及后容置室之间运动；其中，该真空器件的封接装置进一步包括：一装有多个密封件的外置容器设置于所述真空室上方，该外置容器通过一输入管道与真空室相连通，所述输入管道上设有控制部件；一第一加热装置设置于输入管道与第二闸门之间的真空室内壁上。
一种采用上述封接装置对真空器件进行封接的方法，其包括以下步骤：提供至少一预封接器件，所述预封接器件包括一壳体以及一排气孔；将该至少一预封接器件置于前容置室内的运输装置上，并通过该抽真空系统对前容置室进行抽真空；使载有预封接器件的运输装置进入真空室，通过输入管道的下方，在每个预封接器件的排气孔上设置一密封件，并加热使该密封件熔化，从而对预封接器件的排气孔进行逐个封接，而后凝固；对后容置室进行抽真空，并使该封接好的真空器件进入后容置室，且通过后容置室将该封接好的真空器件取出。
与现有技术相比较，本技术方案提供的真空器件的封接装置及封接方法具有以下优点：第一，无需在预封接器件上预先设置一排气管，后续也无需一将该排气管与预封接器件封接的步骤，简化了制备工艺。第二，制备得到的真空器件没有突起的尾巴状排气管，提高了真空器件的安全性和稳定性。第三，无需排气管，避免了加热软化排气管时放出的气体进入预封接器件内，提高了真空器件的真空度。第四，该真空器件的封接装置无需专门的聚光封口装置，降低了制备成本。
附图说明
图1为现有技术的真空器件的封接装置的结构示意图。
图2为本技术方案的真空器件的封接装置的结构示意图。
图3为采用本技术方案的真空器件的封接装置封接真空器件的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本技术方案的真空器件的封接装置以及真空器件的封接方法。
请参阅图2，本技术方案实施例提供了一种真空器件的封接装置30。该真空器件的封接装置30包括：一真空室302；一前容置室304与后容置室306分别通过第一闸门312与第二闸门314与该真空室302两端相连通；一抽真空系统308分别与该前容置室304、后容置室306以及真空室302相连通；至少一运输装置310，可于前容置室304、真空室302以及后容置室306之间运动；一可控温的第一加热装置336设置于真空室302内；一外置容器316设置于真空室302上方，且通过一输入管道334与真空室302相连通。
所述真空室302与前容置室304以及后容置室306的容积不限，可以根据实际情况设计。其中，真空室302用来对预封接器件330进行烘烤、排气和封接。前容置室304用来对预封接器件330进行预抽真空，以保证真空室302内具有较高真空度。后容置室306用来对预封接器件330进行降温。且，通过后容置室306可以将封接好的电子器件取出，而不会影响真空室302内的正常工作。
所述抽真空系统308可以为一机械泵配合一分子泵，或为一机械泵配合一冷凝泵。其中，机械泵用来抽低真空，分子泵或冷凝泵用来抽高真空。
所述运输装置310可以为一托架或其它运输装置。该运输装置310可以连续地运输多个预封接器件330，且每次可以运输多个预封接器件330。
所述外置容器316设置于真空室302上方，用来装载密封件322。该外置容器316与上述抽真空系统308相连通。该外置容器316在装满密封件322后可以进行抽真空密封。该外置容器316的底部通过一输入管道334与真空室302相连通，且该管道334延伸至真空室302内部。其中，所述密封件322为低熔点玻璃球，且密封件322的直径大于排气孔338的直径。可以理解，该密封件322也可以采用板状、锥状或其它形状。
在输入管道334位于真空室302外部的部分设有一控制部件，该控制部件可以为一第一真空传动杆318与一第二真空传动杆320。通过该第一真空传动杆318与第二真空传动杆320，可以控制外置容器316内的密封件322逐个进入真空室302内。具体实现过程为：首先，打开第一真空传动杆318，使一密封件322进入第一真空传动杆318与第二真空传动杆320之间；其次，关闭第一真空传动杆318；然后，打开第二真空传动杆320，该密封件322进入真空室302内。
所述可控温的第一加热装置336设置于真空室302的内壁，且位于输入管道334与第二闸门314之间的位置。通过该可控温的第一加热装置336可以对落在排气孔338上的密封件322进行加热，使密封件322软化并将排气孔338封接。进一步，本实施例中，还可以在第一闸门312与输入管道334之间设置一可控温的第二加热装置340，用来对预封接器件330进行烘烤排气。所述第一加热装置336与第二加热装置340可以为电热丝、红外照射器或激光照射器等。
可以理解，通过所述可控温的第一加热装置336与第二加热装置340可以使真空室302在使用时，从第一闸门312到第二闸门314之间分别形成第一温度梯度空间324、第二温度梯度空间326和第三温度梯度空间328。其中，第二加热装置340对应于位于第一闸门312与输入管道334之间的第一温度梯度空间324，第一加热装置336对应于位于输入管道334与第二闸门314之间的第二温度梯度空间326，第三温度梯度空间328位于第二温度梯度空间326与第二闸门314之间。
本实施例中，温度梯度空间的划分以图2中虚线为准。所述第一温度梯度空间324为中温区，用来对预封接器件330进行烘烤排气。第二温度梯度空间326为高温区，用来对排气孔338上的密封件322进行加热软化。第三温度梯度空间328为低温区，使软化的密封件322凝固，将预封接器件330的排气孔338封接。其中，第二温度梯度空间326的温度应偏高于密封件322的软化温度。
所述第一温度梯度空间324，第二温度梯度空间326以及第三温度梯度空间328的温度范围与所选低熔点玻璃粉的软化温度有关。本实施例中，采用软化温度为300℃的低熔点玻璃粉制备密封件322。所述第一温度梯度空间324的温度范围为200～300℃，第二温度梯度空间326的温度范围为300～350℃，第三温度梯度空间328的温度范围为50～200℃。
本实施例提供的真空器件的封接装置30，通过真空室302内的温度梯度分布实现对预封接器件330的烘烤排气和封接，无需专门的聚光封口装置，降低了制备成本。
请参阅图2及图3，本技术方案实施例进一步提供了一种采用上述真空器件的封接装置30封接真空器件的方法，其具体包括以下步骤：
步骤一，提供至少一预封接器件330，所述预封接器件330包括一壳体332以及一排气孔338。
所述预封接器件330包括一壳体332的材料可以为玻璃，金属等任何可以通过低熔点玻璃粉封接的材料。所述预封接器件330的大小根据实际情况选择。所述排气孔338的孔径不限，可以尽量开大，但是要根据预封接器件330的大小选择。
本实施例中的预封接器件330为一真空电子器件。壳体332为玻璃，壳体332上开有一排气孔338。该预封接器件330还进一步包括了置于该壳体332内的其他电子元件(图中未显示)。该排气孔338的孔径优选为2～10毫米。可以理解，排气孔338的孔径不宜太小或太大。孔径太小不利于快速排气，但孔径太大会影响封接后的稳固性。
可以理解，所述预封接器件330不限于真空电子器件，任何需进行永久性封装的器件均可。
步骤二，将该至少一预封接器件330置于前容置室304内的运输装置310上，并对前容置室304进行抽真空。
首先，将预封接器件330按照预定顺序排列在运输装置310上，且要确保预封接器件330的排气孔338向上。
然后，关闭前容置室304，并对前容置室304进行抽真空。
可以理解，本实施例中，可以仅用机械泵对前容置室304抽低真空，也可以先用机械泵对前容置室304抽低真空，再用分子泵或冷凝泵对前容置室304抽高真空，使前容置室304与真空室302的真空度相同。
步骤三，使该至少一预封接器件330进入真空室302，并对该至少一预封接器件330进行逐个封接。
首先，打开第一闸门312，使装有预封接器件330的运输装置310进入真空室302后，关闭第一闸门312。
可以理解，在预封接器件330进入真空室302后，需要进一步对真空室302进行抽高真空，以确保预封接器件330可以有较高的真空度。尤其是在步骤二中没有对前容置室304抽高真空的情况下，该进一步对真空室302进行抽高真空的步骤更为必要。
其次，使装有预封接器件330的运输装置310通过第一温度梯度空间324。
在此过程中完成对预封接器件330的烘烤排气，并在排气结束后使预封接器件330在运输装置310的带动下逐个通过输入管道334的下方。提前打开第一真空传动杆318，使一密封件322进入第一真空传动杆318与一第二真空传动杆320之间，然后关闭第一真空传动杆318。当预封接器件330的排气孔338到达输入管道334的下方时，打开第二真空传动杆320，使一个密封件322通过该输入管道334由外置容器316进入真空室302内的预封接器件330的排气孔338处。由于密封件322的直径大于排气孔338的直径，使得该密封件322卡在排气孔338口，而不落入预封接器件330的内部。
本实施例中，所述密封件322的直径为2～10毫米，材料为低熔点玻璃粉。所述第一温度梯度空间324，第二温度梯度空间326以及第三温度梯度空间328的温度范围与所选低熔点玻璃粉的软化温度有关。本实施例中，采用软化温度为300℃的低熔点玻璃粉制备密封件322。所述第一温度梯度空间324的温度范围为200～300℃，第二温度梯度空间326的温度范围为300～350℃，第三温度梯度空间328的温度范围为50～200℃。
进一步，该低熔点玻璃粉在制备成密封件322之前先在真空环境下熔炼约30～60分钟。采用真空熔炼后的低熔点玻璃粉制作的密封件322在后续加热软化封接的过程中，就不会有气体排出，从而避免了有气体进入预封接器件300内，使得封接的真空器件可以具有较高的真空度。
再次，使装有预封接器件330的运输装置310通过第二温度梯度空间326。
在此过程中，由于第二温度梯度空间326的温度偏高于密封件322的软化温度。所以，位于排气孔338上的密封件322开始软化，并将排气孔338封住。
最后，使装有预封接器件330的运输装置310通过第三温度梯度空间328。
在此过程中，由于第三温度梯度空间328为低温区，所以位于排气孔338上软化的密封件322开始凝固，并将排气孔338封接。
步骤四，对后容置室306进行抽真空，并使该至少一预封接器件330进入后容置室306，且通过后容置室306将该预封接器件330取出。
对后容置室306进行抽真空的过程与对前容置室304进行抽真空的步骤相同。当后容置室306的真空度与真空室302内的真空度相同时，打开第二闸门314。使装有预封接器件330的运输装置310进入后容置室306后，关闭第二闸门314。然后，向后容置室306通入气体，当气体的压强达到大气压强后，将封接好的真空器件取出。
进一步，本实施例在将封接好的真空器件取出前，还包括一对封接好的真空器件进行冷却的步骤。冷却可以是自然冷却，也可以是水冷或风冷。
与现有技术相比较，本技术方案提供的真空器件的封接方法具有以下优点：第一，无需在预封接器件上预先设置一排气管，后续也无需一将该排气管与预封接器件封接的步骤，简化了制备工艺。第二，制备得到的真空器件没有突起的尾巴状排气管，提高了真空器件的安全性和稳定性。第三，无需排气管，避免了加热软化排气管时放出的气体进入预封接器件内，提高了真空器件的真空度。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (16)
1.一种真空器件的封接装置，其包括：
一真空室；
一前容置室与一后容置室，且该前容置室与后容置室分别通过一第一闸门与一第二闸门与该真空室两端相连通；
一抽真空系统分别与该前容置室、后容置室以及真空室相连通；
至少一运输装置，可于前容置室、真空室以及后容置室之间运动；
其特征在于，该真空器件的封接装置进一步包括：
一装有多个密封件的外置容器设置于所述真空室上方，该外置容器通过一输入管道与真空室相连通，所述输入管道上设有控制部件；
一第一加热装置设置于输入管道与第二闸门之间的真空室内壁上。
2.如权利要求1所述的真空器件的封接装置，其特征在于，进一步包括一第二加热装置设置于第一闸门与输入管道之间的真空室内壁上。
3.如权利要求2所述的真空器件的封接装置，其特征在于，所述第一加热装置与第二加热装置于第一闸门到第二闸门之间定义了一第一温度梯度空间、一第二温度梯度空间和一第三温度梯度空间，其中，第二加热装置对应于位于第一闸门与输入管道之间的第一温度梯度空间，第一加热装置对应于位于输入管道与第二闸门之间的第二温度梯度空间，第三温度梯度空间位于第二温度梯度空间与第二闸门之间。
4.如权利要求3所述的真空器件的封接装置，其特征在于，所述第一加热装置与第二加热装置为电热丝、红外照射器或激光照射器。
5.如权利要求4所述的真空器件的封接装置，其特征在于，所述密封件为低熔点玻璃球。
6.如权利要求5所述的真空器件的封接装置，其特征在于，所述控制部件为一第一真空传动杆与一第二真空传动杆。
7.一种采用如权利要求1所述的真空器件的封接装置封接真空器件的方法，其包括以下步骤：
提供至少一预封接器件，所述预封接器件包括一壳体以及一排气孔；
将该至少一预封接器件置于前容置室内的运输装置上，并通过该抽真空系统对前容置室进行抽真空；
使载有预封接器件的运输装置进入真空室，通过输入管道的下方，在每个预封接器件的排气孔上设置一密封件，并加热使该密封件熔化，从而对预封接器件的排气孔进行逐个封接，而后凝固；以及
对后容置室进行抽真空，并使该封接好的真空器件进入后容置室，而后向该后容置室通入气体，且通过后容置室将该封接好的真空器件取出。
8.如权利要求7所述的真空器件的封接方法，其特征在于，所述预封接器件的材料为玻璃或金属。
9.如权利要求7所述的真空器件的封接方法，其特征在于，所述预封接器件的排气孔的孔径为2～10毫米。
10.如权利要求7所述的真空器件的封接方法，其特征在于，所述真空室在工作时，从第一闸门到第二闸门之间分别形成一第一温度梯度空间、一第二温度梯度空间和一第三温度梯度空间，其中第一温度梯度空间为中温区，第二温度梯度空间为高温区，第三温度梯度空间为低温区。
11.如权利要求10所述的真空器件的封接方法，其特征在于，第二温度梯度空间的温度应高于密封件的软化温度。
12.如权利要求11所述的真空器件的封接方法，其特征在于，所述第一温度梯度空间的温度范围为200～300℃，第二温度梯度空间的温度范围为300～350℃，第三温度梯度空间的温度范围为50～200℃。
13.如权利要求12所述的真空器件的封接方法，其特征在于，使该至少一预封接器件进入真空室后，依次通过第一温度梯度空间、第二温度梯度空间和第三温度梯度空间，且将所述密封件设置于该预封接器件的排气孔上的步骤在预封接器件进入第二温度梯度空间前进行。
14.如权利要求13所述的真空器件的封接方法，其特征在于，使该预封接器件通过第一温度梯度空间时，通过第二加热装置对预封接器件进行烘烤排气。
15.如权利要求7所述的真空器件的封接方法，其特征在于，所述的密封件的材料为低熔点玻璃粉，且该低熔点玻璃粉在制备成密封件之前先在真空环境下熔炼约30～60分钟。
16.如权利要求7所述的真空器件的封接方法，其特征在于，使该预封接器件进入后容置室之后，进一步通过自然冷却、水冷或风冷对封接好的真空器件进行冷却。
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