JP2011256287A - Substrate with joint membrane, joining method, and joined assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合膜付き基材、接合方法および接合体に関するものである。 The present invention relates to a substrate with a bonding film, a bonding method, and a bonded body.
２つの部材（基材）同士を接合（接着）する際には、従来、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤等の接着剤を用いて行う方法が多く用いられている。
接着剤は、部材の材質によらず、接着性を示すことができる。このため、種々の材料で構成された部材同士を、様々な組み合わせで接着することができる。
例えば、インクジェットプリンタが備える液滴吐出ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）は、樹脂材料、金属材料、シリコン系材料等の異種材料で構成された部品同士を、接着剤を用いて接着することにより組み立てられている。
このように接着剤を用いて部材同士を接着する際には、液状またはペースト状の接着剤を接着面に塗布し、塗布された接着剤を介して部材同士を貼り合わせる。その後、熱または光の作用により接着剤を硬化させることにより、部材同士を接着する。
When joining (adhering) two members (base materials), conventionally, a method of using an adhesive such as an epoxy adhesive, a urethane adhesive, or a silicone adhesive is often used.
The adhesive can exhibit adhesiveness regardless of the material of the member. For this reason, members composed of various materials can be bonded in various combinations.
For example, a droplet discharge head (inkjet recording head) provided in an inkjet printer is assembled by bonding parts made of different materials such as a resin material, a metal material, and a silicon material using an adhesive. ing.
When the members are bonded together using the adhesive as described above, a liquid or paste adhesive is applied to the bonding surface, and the members are bonded together via the applied adhesive. Thereafter, the adhesive is cured by the action of heat or light to bond the members together.
ところが、このような接着剤では、以下のような問題がある。
・接着強度が低い
・寸法精度が低い
・硬化時間が長いため、接着に長時間を要する
また、多くの場合、接着強度を高めるためにプライマーを用いる必要があり、そのためのコストと手間が接着工程の高コスト化・複雑化を招いている。
However, such an adhesive has the following problems.
・ Low bonding strength ・ Low dimensional accuracy ・ Long curing time, so it takes a long time to bond In addition, in many cases, it is necessary to use a primer to increase the bonding strength. Cost and complexity.
一方、接着剤を用いない接合方法として、固体接合による方法がある。
固体接合は、接着剤等の中間層が介在することなく、部材同士を直接接合する方法である（例えば、特許文献１参照）。
このような固体接合によれば、接着剤のような中間層を用いないので、寸法精度の高い接合体を得ることができる。
On the other hand, there is a solid bonding method as a bonding method that does not use an adhesive.
Solid bonding is a method of directly bonding members without an intermediate layer such as an adhesive (see, for example, Patent Document 1).
According to such solid bonding, since an intermediate layer such as an adhesive is not used, a bonded body with high dimensional accuracy can be obtained.
しかしながら、固体接合には、以下のような問題がある。
・接合される部材の材質に制約がある
・接合プロセスにおいて高温（例えば、７００〜８００℃程度）での熱処理を伴う
・接合プロセスにおける雰囲気が減圧雰囲気に限られる
このような問題を受け、接合に供される部材の材質によらず、部材同士を、高い寸法精度で、かつ低温下で効率よく接合する方法として、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合し、有機基からなる脱離基とを含む、プラズマ重合により形成された接合膜を用いて部材同士を接合する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
However, solid bonding has the following problems.
-There are restrictions on the material of the members to be joined-In the joining process, heat treatment is performed at a high temperature (for example, about 700 to 800 ° C)-The atmosphere in the joining process is limited to a reduced pressure atmosphere. Regardless of the material of the member to be provided, as a method of joining members with high dimensional accuracy and efficiently at a low temperature, a Si skeleton having an atomic structure containing a siloxane (Si-O) bond, and this Si skeleton A method has been proposed in which members are bonded to each other using a bonding film formed by plasma polymerization that includes a leaving group that is bonded to the organic group and includes a leaving group composed of an organic group (see, for example, Patent Document 2).
かかる接合膜は、その表面にエネルギーが付与されることにより、その表面付近に存在する脱離基が脱離し、その結果、その表面が活性化することで接着性が発現するものであり、この表面付近に発現した接着性をもって部材同士を接合するものである。
このような接合膜を介した部材同士の接合では、その接合強度は、接合膜の表面付近から脱離した脱離基の量に依存する、すなわち、接合膜の表面の活性化の程度に依存するが、部材同士を強固に接合するための活性化の程度については十分に検討されていない。
In such a bonding film, energy is imparted to the surface, whereby a leaving group existing in the vicinity of the surface is released, and as a result, the surface is activated to exhibit adhesiveness. The members are bonded to each other with the adhesiveness developed in the vicinity of the surface.
In the joining of members through such a bonding film, the bonding strength depends on the amount of leaving groups desorbed from the vicinity of the surface of the bonding film, that is, depends on the degree of activation of the surface of the bonding film. However, the degree of activation for firmly joining the members has not been sufficiently studied.
本発明の目的は、被着体に対して、低温下において高い寸法精度で効率よく接合することができるとともに、強固に接合することができる接合膜を備えた接合膜付き基材、かかる接合膜付き基材と被着体とを低温下で効率よく、かつ強固に接合する接合方法、および、前記接合膜付き基材と被着体とが強固にかつ高い寸法精度で接合してなる信頼性の高い接合体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate with a bonding film provided with a bonding film that can be bonded to an adherend efficiently and with high dimensional accuracy at low temperatures, and the bonding film. A bonding method for efficiently and firmly bonding a substrate with a substrate and an adherend at a low temperature, and reliability obtained by bonding the substrate with a bonding film and the substrate firmly and with high dimensional accuracy The object is to provide a highly bonded product.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の接合膜付き基材は、基材と、
該基材上に設けられ、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合し、有機基からなる脱離基とを含む、プラズマ重合により形成された接合膜とを有し、
前記接合膜の少なくとも一部の領域をプラズマに曝し、前記接合膜の少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより、前記接合膜の表面の前記領域に、他の被着体との接着性が発現するものであり、
前記プラズマに曝した後の前記接合膜を赤外吸収スペクトル法で測定し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が０．１２以上、０．１７以下であることを特徴とする。
これにより、本発明の接合膜付き基材が備える基材を、被着体に対して、低温下において高い寸法精度で効率よく接合することができるとともに、強固に接合することができるようになる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The substrate with a bonding film of the present invention comprises a substrate and
A junction formed by plasma polymerization, which is provided on the base material and includes an Si skeleton having an atomic structure including a siloxane (Si-O) bond and a leaving group bonded to the Si skeleton and including an organic group. And having a membrane
At least a part of the bonding film is exposed to plasma, and the leaving group existing at least near the surface of the bonding film is desorbed from the Si skeleton. Adhesiveness with the adherend is expressed,
The bonding film after being exposed to the plasma is measured by an infrared absorption spectrum method, and when the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond is 1, the peak intensity attributed to the methyl group is 0.12 or more, It is 0.17 or less.
As a result, the substrate provided in the substrate with the bonding film of the present invention can be bonded to the adherend efficiently with high dimensional accuracy at a low temperature and can be bonded firmly. .
本発明の接合膜付き基材では、前記接合膜は、ポリオルガノシロキサンを主材料として構成されていることが好ましい。
このようなポリオルガノシロキサンで構成された接合膜は、それ自体が優れた機械的特性を有している。また、多くの材料に対して特に優れた接着性を示すものである。したがって、ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜は、基材に対して特に強固に被着するとともに、他の被着体に対しても特に強い被着力を示し、その結果として、基材と他の被着体とを強固に接合することができる。
In the base material with a bonding film of the present invention, the bonding film is preferably composed of polyorganosiloxane as a main material.
A bonding film made of such a polyorganosiloxane itself has excellent mechanical properties. In addition, it exhibits particularly excellent adhesion to many materials. Therefore, the bonding film made of polyorganosiloxane adheres particularly firmly to the base material, and also exhibits a particularly strong adherence to other adherends. Can be firmly bonded to the adherend.
本発明の接合膜付き基材では、前記ポリオルガノシロキサンは、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものであることが好ましい。
オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とする接合膜は、接着性に特に優れるものである。また、オクタメチルトリシロキサンを主成分とする原料は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取り扱いが容易であるという利点もある。
In the base material with a bonding film of the present invention, it is preferable that the polyorganosiloxane is mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane.
The bonding film mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane is particularly excellent in adhesiveness. Moreover, since the raw material which has octamethyltrisiloxane as a main component is liquid at normal temperature and has an appropriate viscosity, there is also an advantage that it is easy to handle.
本発明の接合膜付き基材では、前記プラズマ重合法において、プラズマを発生させる際の高周波電力の出力は、１００Ｗ以上、４００Ｗ以下であることが好ましい。
前記出力をかかる範囲内とすることにより、高周波の出力が高過ぎて原料ガスに必要以上のプラズマエネルギーが付加されるのを防止しつつ、原材料の重合反応を進行させて、適切な範囲内でＳｉ骨格の網目構造が形成された主骨格とすることができ、適度な結晶化度を有する接合膜を形成することができる。
In the base material with a bonding film of the present invention, in the plasma polymerization method, the output of high-frequency power when generating plasma is preferably 100 W or more and 400 W or less.
By making the output within such a range, the polymerization reaction of the raw material is allowed to proceed while preventing high-frequency output from being excessively high and plasma energy more than necessary being added to the raw material gas. A main skeleton in which a network structure of an Si skeleton is formed can be formed, and a bonding film having an appropriate degree of crystallinity can be formed.
本発明の接合膜付き基材では、前記接合膜は、このものを構成する全原子からＨ原子を除いた原子のうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０原子％以上、９０原子％以下のものであることが好ましい。
Ｓｉ原子とＯ原子とが、前記範囲の含有率で含まれていれば、接合膜はＳｉ原子とＯ原子とが強固なネットワークを形成し、接合膜自体が強固なものとなる。また、かかる接合膜は、赤外吸収スペクトル法で測定した際のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度と、メチル基に帰属するピーク強度とが上記の関係を満足するように、このものをプラズマに曝したときに、他の被着体に対して特に高い接合強度を示すものとなる。
In the substrate with a bonding film of the present invention, the bonding film has a total content of Si atoms and O atoms of 10 atoms% of atoms obtained by removing H atoms from all atoms constituting the bonding film. As mentioned above, it is preferable that it is 90 atomic% or less.
If Si atoms and O atoms are contained in the above range, the bonding film forms a strong network of Si atoms and O atoms, and the bonding film itself becomes strong. The bonding film is formed so that the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond measured by the infrared absorption spectrum method and the peak intensity attributed to the methyl group satisfy the above relationship. When exposed to plasma, it exhibits a particularly high bonding strength to other adherends.
本発明の接合膜付き基材では、前記接合膜中のＳｉ原子とＯ原子の存在比は、３：７以上、７：３以下であることが好ましい。
Ｓｉ原子とＯ原子の存在比を前記範囲内になるよう設定することにより、接合膜の安定性が高くなり、他の被着体に対してより強固に接合することができるようになる。
本発明の接合膜付き基材では、前記Ｓｉ骨格の結晶化度は、４５％以下であることが好ましい。
これにより、Ｓｉ骨格は、ランダムな原子構造を含むものとなり、接合膜がより非晶質的な特性を示す。このため、Ｓｉ骨格の特性が顕在化し、接合膜の寸法精度および接着性がより優れたものとなる。
In the base material with a bonding film of the present invention, the abundance ratio of Si atoms and O atoms in the bonding film is preferably 3: 7 or more and 7: 3 or less.
By setting the abundance ratio of Si atoms and O atoms to be in the above range, the stability of the bonding film is increased, and it becomes possible to bond more strongly to other adherends.
In the base material with a bonding film of the present invention, the crystallinity of the Si skeleton is preferably 45% or less.
As a result, the Si skeleton includes a random atomic structure, and the bonding film exhibits more amorphous characteristics. For this reason, the characteristics of the Si skeleton become obvious, and the dimensional accuracy and adhesiveness of the bonding film become more excellent.
本発明の接合膜付き基材では、前記接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含んでいることが好ましい。
Ｓｉ−Ｈ結合は、プラズマ重合法によってシランが重合反応する際に重合物中に生じるものであるが、このとき、Ｓｉ−Ｈ結合がシロキサン結合の生成が規則的に行われるのを阻害すると考えられる。このため、シロキサン結合は、Ｓｉ−Ｈ結合を避けるように形成されることとなり、Ｓｉ骨格の原子構造の規則性が低下する。このようにして、プラズマ重合法によれば、結晶化度の低いＳｉ骨格を効率よく形成することができる。
In the base material with a bonding film of the present invention, the bonding film preferably contains a Si—H bond.
The Si—H bond is generated in the polymer when the silane undergoes a polymerization reaction by the plasma polymerization method. At this time, the Si—H bond is considered to inhibit the regular formation of the siloxane bond. It is done. For this reason, the siloxane bond is formed so as to avoid the Si—H bond, and the regularity of the atomic structure of the Si skeleton is lowered. Thus, according to the plasma polymerization method, a Si skeleton having a low crystallinity can be efficiently formed.
本発明の接合膜付き基材では、前記プラズマに曝す前の前記接合膜についての赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を１としたとき、Ｓｉ−Ｈ結合に帰属するピーク強度が０．００１以上、０．２以下であることが好ましい。
Ｓｉ−Ｈ結合のシロキサン結合に対する割合が前記範囲内であることにより、接合膜中の原子構造は、相対的に最もランダムなもの、すなわち接合膜の結晶化度が最適化されたものとなる。このため、Ｓｉ−Ｈ結合のピーク強度がシロキサン結合のピーク強度に対して前記範囲内にある場合、接合膜は、接合強度、耐薬品性および寸法精度において特に優れたものとなる。
In the base material with a bonding film of the present invention, in the infrared absorption spectrum of the bonding film before exposure to the plasma, when the peak intensity attributed to the siloxane bond is 1, the peak intensity attributed to the Si—H bond Is preferably 0.001 or more and 0.2 or less.
When the ratio of the Si—H bond to the siloxane bond is within the above range, the atomic structure in the bonding film is relatively most random, that is, the crystallinity of the bonding film is optimized. For this reason, when the peak intensity of the Si—H bond is within the above range with respect to the peak intensity of the siloxane bond, the bonding film is particularly excellent in bonding strength, chemical resistance, and dimensional accuracy.
本発明の接合膜付き基材では、前記脱離基は、アルキル基であることが好ましい。
アルキル基は化学的な安定性が高いため、脱離基としてアルキル基を含む接合膜は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
本発明の接合膜付き基材では、前記接合膜は、流動性を有しない固体状のものであることが好ましい。
このため、従来、流動性を有する液状または粘液状の接着剤に比べて、接合膜の厚さや形状がほとんど変化しない。これにより、接合体の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間での接合が可能となる。
In the base material with a bonding film of the present invention, the leaving group is preferably an alkyl group.
Since the alkyl group has high chemical stability, the bonding film containing the alkyl group as a leaving group is excellent in weather resistance and chemical resistance.
In the base material with a bonding film of the present invention, the bonding film is preferably a solid material having no fluidity.
For this reason, the thickness and shape of the bonding film hardly change as compared with conventional liquid or viscous liquid adhesives. Thereby, the dimensional accuracy of a joined body becomes remarkably high compared with the past. Furthermore, since the time required for curing the adhesive is not required, bonding in a short time is possible.
本発明の接合膜付き基材では、前記接合膜の屈折率は、１．３５〜１．６であることが好ましい。
このような接合膜は、その屈折率が、水晶や石英ガラスの屈折率に近いため、例えば接合膜を光路が貫通するような構造の光学部品を製造する際に好適に用いられる。
本発明の接合膜付き基材では、前記接合膜の平均厚さは、５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましい。
接合膜の平均厚さを前記範囲内とすることにより、接合体の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、基材と他の被着体とをより強固に接合することができる。
In the base material with a bonding film of the present invention, the refractive index of the bonding film is preferably 1.35 to 1.6.
Since such a bonding film has a refractive index close to that of quartz or quartz glass, it is preferably used, for example, when manufacturing an optical component having a structure in which an optical path passes through the bonding film.
In the base material with a bonding film of the present invention, the average thickness of the bonding film is preferably 50 nm or more and 500 nm or less.
By setting the average thickness of the bonding film within the above range, it is possible to bond the base material and the other adherend more firmly while preventing the dimensional accuracy of the bonded body from being significantly reduced.
本発明の接合方法は、本発明の接合膜付き基材と、前記他の被着体とを用意する工程と、
該接合膜付き基材中の前記接合膜の少なくとも一部の領域をプラズマに曝し、該接合膜を赤外吸収スペクトル法で測定し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が０．１２以上、０．１７以下となるように設定する工程と、
前記接合膜と前記他の被着体とを密着させるように、前記接合膜付き基材と前記他の被着体とを貼り合わせ、接合体を得る工程とを有することを特徴とする。
これにより、本発明の接合膜付き基材が備える基材を、被着体に対して、低温下において高い寸法精度で効率よく接合された接合体を得ることができるとともに、得られた接合体を強固に接合されたものとすることができる。
The bonding method of the present invention includes a step of preparing the substrate with the bonding film of the present invention and the other adherend,
At least a part of the bonding film in the substrate with the bonding film is exposed to plasma, the bonding film is measured by an infrared absorption spectrum method, and the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond is set to 1. A step of setting the peak intensity attributed to the methyl group to be 0.12 or more and 0.17 or less,
And bonding the base material with the bonding film and the other adherend so that the bonding film and the other adherend are brought into close contact with each other.
Thereby, while being able to obtain the conjugate | bonded_body which was efficiently joined to the to-be-adhered body with the high dimensional accuracy with respect to the to-be-adhered body with the base | substrate with the joining film | membrane of this invention, the obtained joined body Can be firmly joined.
本発明の接合体は、本発明の接合膜付き基材と前記他の被着体とを有し、
これらを、前記接合膜を介して接合してなることを特徴とする。
これによち、基材と他の被着体とが接合膜を介して強固にかつ高い寸法精度で接合してなる信頼性の高い接合体が得られる。
The joined body of the present invention has the base material with the joined film of the present invention and the other adherend,
These are bonded through the bonding film.
As a result, a highly reliable bonded body is obtained in which the base material and the other adherend are bonded firmly and with high dimensional accuracy via the bonding film.
以下、本発明の接合膜付き基材、接合方法および接合体を、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜接合膜付き基材＞
まず、本発明の接合膜付き基材について説明する。
図１は、本発明の接合膜付き基材を説明するための図（縦断面図）、図２は、本発明の接合膜付き基材が備える接合膜のエネルギー付与前の状態を示す部分拡大図、図３は、本発明の接合膜付き基材が備える接合膜のエネルギー付与後の状態を示す部分拡大図である。なお、以下の説明では、図１ないし図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, the base material with a bonding film, the bonding method, and the bonded body of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<Base material with bonding film>
First, the base material with a bonding film of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram (longitudinal sectional view) for explaining a substrate with a bonding film of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view showing a state before energy application of the bonding film included in the substrate with a bonding film of the present invention. FIG. 3 and FIG. 3 are partially enlarged views showing a state after energy application of the bonding film provided in the base material with the bonding film of the present invention. In the following description, the upper side in FIGS. 1 to 3 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
図１に示す接合膜付き基材１は、基板（基材）２と、基板２上に設けられた接合膜３とを有するものであり、対向基板（他の被着体）４に対して接合され、基板２と対向基板４とを接合膜３を介して接合して接合体５を得るためのものである。
この接合膜付き基材１のうち、接合膜３は、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合し、有機基からなる脱離基とを含む、プラズマ重合により形成されたものである。
A
Of the
かかる構成の接合膜３は、接合膜３の平面視における少なくとも一部の領域、すなわち、平面視における接合膜３の全面または一部の領域をプラズマに曝すことにより、接合膜３の少なくとも表面付近に存在する脱離基３０３がＳｉ骨格から脱離するものである。そして、この接合膜３は、この脱離基３０３の脱離によって、その表面のプラズマに曝された領域に、対向基板４との接着性が発現するという特徴を有するものである。
このように接合膜３をプラズマに曝して、その表面付近に存在する脱離基３０３を脱離させたとき、本発明では、この接合膜３を赤外吸収スペクトル法で測定すると、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１とした場合、メチル基に帰属するピーク強度が０．１２以上、０．１７以下となるように設定されている。
The
In this way, when the
本発明者の検討により、かかる関係を満足するように、接合膜３をプラズマに曝す条件を設定することで、接合膜３の表面付近から脱離する脱離基３０３の量が最適化されることから、接合膜３は、対向基板（他の被着体）４に対して、強固に接合可能なものとなる。
そのため、かかる構成の接合膜３を有する接合膜付き基材１は、対向基板（他の被着体）４に対して、低温下において高い寸法精度で効率よく接合することができるとともに、強固に接合することができる。そして、かかる接合膜付き基材１を用いることにより、基板２と対向基板４とが強固にかつ高い寸法精度で接合してなる信頼性の高い接合体５が得られる。
The amount of the leaving
Therefore, the
以下、接合膜付き基材１の各部の構成について詳述する。
基板２は、接合膜３を支持するものであり、接合膜３を支持する程度の剛性を有するものであれば、いかなる材料で構成されたものであってもよい。
基板２の構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アラミド系樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等の樹脂系材料、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのような金属、またはこれらの金属を含む合金、炭素鋼、ステンレス鋼、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ガリウムヒ素のような金属系材料、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンのようなシリコン系材料、ケイ酸ガラス（石英ガラス）、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛（アルカリ）ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス系材料、アルミナ、ジルコニア、フェライト、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンのようなセラミックス系材料、グラファイトのような炭素系材料、紙、布、またはこれらの各材料の１種または２種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。
Hereinafter, the structure of each part of the
The
Examples of the constituent material of the
この場合、基板２の平均厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．１〜３ｍｍ程度であるのがより好ましい。なお、後述する対向基板４の平均厚さも、前述した基板２の平均厚さと同様の範囲内であるのが好ましい。
さらに、基板２の形状は、接合膜３が密着する面を有する形状であれば、特に限定されず、本実施形態のように板状（層状）のものの他、例えば、塊状（ブロック状）、棒状等のものであってもよい。
接合膜３は、本実施形態では、以上のような基板２上のほぼ全面に、ほぼ均一な厚さで設けられている。
In this case, the average thickness of the
Furthermore, the shape of the
In the present embodiment, the
この接合膜３は、前述したように、その少なくとも一部の領域をプラズマに曝すことにより、その領域の表面付近から脱離基３０３が脱離することに起因して、かかる領域に接着性が発現するという特徴を有するものである。
このような接合膜３は、プラズマ重合により形成されたものであり、図２に示すように、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合３０２を含む原子構造（アモルファス構造）を有するＳｉ骨格３０１と、このＳｉ骨格３０１に結合し、有機基からなる脱離基３０３とを有するものである。
As described above, the
Such a
かかる構成接合膜３は、シロキサン結合３０２を含む原子構造を有するＳｉ骨格３０１の影響によって、変形し難い強固な膜となる。これは、Ｓｉ骨格３０１の結晶性が低くなる（非晶質化する）ため、結晶粒界における転位やズレ等の欠陥が生じ難いためであると考えられる。このため、接合膜３自体が接合強度、耐薬品性、耐光性および寸法精度の高いものとなり、最終的に得られる接合体５においても、接合強度、耐薬品性、耐光性および寸法精度が高いものが得られる。
The
このような接合膜３をプラズマに曝すと、有機基で構成される脱離基３０３がＳｉ骨格３０１から脱離し、図３に示すように、接合膜３の表面（上面）３５および内部に、活性手３０４が生じる。そして、これにより、接合膜３表面に接着性が発現する。かかる接着性が発現することにより、接合膜３は、対向基板４に対して接合可能なものとなる。
このように接合膜３をプラズマに曝して、接合膜３から脱離基３０３を脱離させた際に、本発明では、この接合膜３を赤外吸収スペクトル法で測定すると、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が０．１２以上、０．１７以下となるように設定されている。
When such a
Thus, when the
かかる関係を満足するように、接合膜３をプラズマに曝す条件を設定することで、接合膜３の表面付近から脱離する脱離基３０３の量が最適化されることから、接合膜３は、対向基板（他の被着体）４に対して、効率よく接合可能なものとなる。
なお、脱離基３０３とＳｉ骨格３０１との結合エネルギーは、Ｓｉ骨格３０１中のシロキサン結合３０２の結合エネルギーよりも小さい。このため、接合膜３は、このものがプラズマに曝された際に、Ｓｉ骨格３０１が破壊されるのを防止しつつ、脱離基３０３とＳｉ骨格３０１との結合を選択的に切断し、脱離基３０３を脱離させることができる。
By setting the conditions for exposing the
Note that the bond energy between the leaving
また、このような接合膜３は、流動性を有しない固体状のものとなる。このため、従来、流動性を有する液状または粘液状の接着剤に比べて、接着層（接合膜３）の厚さや形状がほとんど変化しない。これにより、接合体５の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間での接合が可能となる。
また、製造後の接合膜付き基材１を流通させる場合には、接合膜３が固体状であるため、流通または保管途中で接合膜３が流れ出す等の不具合が防止される。
Further, such a
In addition, when the manufactured
なお、接合膜３においては、特に接合膜３を構成する全原子からＨ原子を除いた原子のうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０原子％以上９０原子％以下程度であるのが好ましく、２０原子％以上８０原子％以下程度であるのがより好ましい。Ｓｉ原子とＯ原子とが、前記範囲の含有率で含まれていれば、接合膜３はＳｉ原子とＯ原子とが強固なネットワークを形成し、接合膜３自体が強固なものとなる。また、かかる接合膜３は、赤外吸収スペクトル法で測定した際のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度と、メチル基に帰属するピーク強度とが上記の関係を満足するように、このものをプラズマに曝したときに、対向基板４に対して特に高い接合強度を示すものとなる。
Note that, in the
また、接合膜３中のＳｉ原子とＯ原子の存在比は、３：７以上７：３以下程度であるのが好ましく、４：６以上６：４以下程度であるのがより好ましい。Ｓｉ原子とＯ原子の存在比を前記範囲内になるよう設定することにより、接合膜３の安定性が高くなり、対向基板４に対してより強固に接合することができるようになる。
また、プラズマ重合法により形成された接合膜３中のＳｉ骨格３０１の結晶化度は、４５％以下であるのが好ましく、４０％以下であるのがより好ましい。これにより、Ｓｉ骨格３０１は、ランダムな原子構造を含むものとなり、接合膜３がより非晶質的な特性を示す。このため、前述したＳｉ骨格３０１の特性が顕在化し、接合膜３の寸法精度および接着性がより優れたものとなる。
The abundance ratio of Si atoms to O atoms in the
Further, the crystallinity of the
なお、Ｓｉ骨格３０１の結晶化度は、一般的な結晶化度測定方法により測定することができ、具体的には、結晶部分における散乱Ｘ線の強度に基づいて測定する方法（Ｘ線法）、赤外線吸収の結晶化バンドの強度から求める方法（赤外線法）、核磁気共鳴吸収の微分曲線の下の面積に基づいて求める方法（核磁気共鳴吸収法）、結晶部分には化学試薬が浸透し難いことを利用した化学的方法等により測定することができる。
このうち、簡便性等の観点からＸ線法が好ましく用いられる。
Note that the crystallinity of the
Among these, the X-ray method is preferably used from the viewpoint of convenience and the like.
また、Ｓｉ骨格３０１の結晶化度を測定する際には、接合膜３に対して上述の測定方法を適用すればよいが、あらかじめ接合膜３に前処理を施しておくのが好ましい。この前処理としては、接合膜３にエネルギーを付与する処理（例えば、上述した接合膜３をプラズマに曝す処理や、接合膜に紫外線を照射する処理等）が挙げられる。このようなエネルギーの付与により、接合膜３中の脱離基３０３が脱離し、Ｓｉ骨格３０１の結晶化度をより正確に測定することが可能になる。
Further, when the crystallinity of the
また、接合膜３は、その構造中にＳｉ−Ｈ結合を含んでいるのが好ましい。このＳｉ−Ｈ結合は、プラズマ重合法によってシランが重合反応する際に重合物中に生じるものであるが、このとき、Ｓｉ−Ｈ結合がシロキサン結合の生成が規則的に行われるのを阻害すると考えられる。このため、シロキサン結合は、Ｓｉ−Ｈ結合を避けるように形成されることとなり、Ｓｉ骨格３０１の原子構造の規則性が低下する。このようにして、プラズマ重合法によれば、結晶化度の低いＳｉ骨格３０１を効率よく形成することができる。
The
一方、プラズマに曝す前の接合膜３中のＳｉ−Ｈ結合の含有率が多ければ多いほど結晶化度が低くなるわけではない。具体的には、接合膜３の赤外光吸収スペクトルにおいて、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピークの強度を１としたとき、Ｓｉ−Ｈ結合に帰属するピークの強度は、０．００１以上０．２以下程度であるのが好ましく、０．００２以上０．０５以下程度であるのがより好ましく、０．００５以上０．０２以下程度であるのがさらに好ましい。Ｓｉ−Ｈ結合のシロキサン結合に対する割合が前記範囲内であることにより、接合膜３中の原子構造は、相対的に最もランダムなもの、すなわち接合膜３の結晶化度が最適化されたものとなる。このため、Ｓｉ−Ｈ結合のピーク強度がシロキサン結合のピーク強度に対して前記範囲内にある場合、接合膜３は、接合強度、耐薬品性および寸法精度において特に優れたものとなる。
On the other hand, the higher the Si—H bond content in the
また、Ｓｉ骨格３０１に結合する脱離基３０３は、有機基で構成され、前述したように、Ｓｉ骨格３０１から脱離することによって、接合膜３に活性手を生じさせるよう振る舞うものである。したがって、脱離基３０３には、接合膜３をプラズマに曝すことによって、比較的簡単に、かつ均一に脱離するものの、エネルギーが付与されないときには、脱離しないようＳｉ骨格３０１に確実に結合しているものである必要がある。
なお、本発明のように、プラズマ重合法による接合膜３の成膜の際には、原料ガスの成分が重合して、接合膜３中に、シロキサン結合を含むＳｉ骨格３０１と、それに結合した残基とが生成するが、例えばこの残基が脱離基３０３を構成する。
Further, the leaving
As in the present invention, when the
上記のことを満足する脱離基３０３すなわち有機基は、Ｃ原子を必須成分とし、その他、Ｈ原子、Ｎ原子、Ｏ原子、Ｓ原子、Ｂ原子、Ｐ原子およびハロゲン系原子のうちの少なくとも１種の原子を含有する原子団で構成されるものである。
このような有機基で構成される脱離基３０３は、特に、アルキル基であるのが好ましい。アルキル基は化学的な安定性が高いため、脱離基３０３としてアルキル基を含む接合膜３は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
The leaving
The leaving
さらに、脱離基３０３がアルキル基である際に、本発明のように、赤外吸収スペクトル法でプラズマに曝した後の接合膜３を測定して、メチル基に帰属するピーク強度を観察する構成とすることにより、接合膜３からの脱離基３０３の脱離をより確実に検知することができる。なお、このような傾向は、脱離基３０３がメチル基である場合により顕著に認められる。すなわち、脱離基３０３がメチル基である場合には、メチル基に帰属するピーク強度を観察する構成とすることで、接合膜３をプラズマに曝したことに起因する脱離基３０３の脱離を、直接的に検知することができる。
Further, when the leaving
上記のような特徴を有する接合膜３としては、例えば、ポリオルガノシロキサンを主材料として構成されるもの、すなわち、シロキサン結合を含む原子構造を有するＳｉ骨格の網目構造を主骨格とし、このＳｉ骨格に結合する有機基で構成される脱離基３０３を備えるものが挙げられる。
このようなポリオルガノシロキサンで構成された接合膜３は、それ自体が優れた機械的特性を有している。また、多くの材料に対して特に優れた接着性を示すものである。したがって、ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜３は、基板２に対して特に強固に被着するとともに、対向基板４に対しても特に強い被着力を示し、その結果として、基板２と対向基板４とを強固に接合することができる。
As the
The
また、ポリオルガノシロキサンは、通常、撥水性（非接着性）を示すが、エネルギーを付与されることにより、有機基で構成される脱離基３０３を容易に脱離させることができ、親水性に変化し、接着性を発現するが、この非接着性と接着性との制御を容易かつ確実に行えるという利点を有する。
なお、この撥水性（非接着性）は、主に、ポリオルガノシロキサン中に含まれた有機基（例えばアルキル基）による作用である。したがって、ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜３は、このものがプラズマに曝されることにより、表面３５に接着性が発現するとともに、表面３５以外の部分においては、前述した有機基による作用・効果が得られるという利点も有する。したがって、このような接合膜３は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなり、例えば、薬品類等に長期にわたって曝されるような光学素子や液滴吐出ヘッドの組み立てに際して、有効に用いられるものとなる。
Polyorganosiloxane usually exhibits water repellency (non-adhesiveness), but when given energy, the leaving
This water repellency (non-adhesiveness) is mainly an effect of organic groups (for example, alkyl groups) contained in the polyorganosiloxane. Therefore, the
また、ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。すなわち、接合膜３が、オクタメチルトリシロキサンを原材料とするプラズマ重合法を用いて形成されたものであり、主骨格としてシロキサン結合を含む原子構造を有するＳｉ骨格の網目構造を有し、脱離基３０３としてメチル基を有するものであるのが好ましい。
Further, among polyorganosiloxanes, those mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane are preferred. That is, the
オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とする接合膜３は、接着性に特に優れるものである。また、オクタメチルトリシロキサンを主成分とする原料は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取り扱いが容易であるという利点もある。
さらに、オクタメチルトリシロキサンを原材料とするプラズマ重合法を用いて形成された接合膜３では、接合膜３中において、脱離基３０３として残存するメチル基の量が特に適切な量に設定される。
The
Further, in the
そのため、かかる構成の接合膜３を、本発明のように、赤外吸収スペクトル法で測定した際のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度と、メチル基に帰属するピーク強度とが上記の関係を満足するように、プラズマに曝す構成とすることで、脱離基３０３が脱離することにより生じる活性手の量を特に適切な量に設定することができる。その結果、かかる構成の接合膜３を備える接合膜付き基材１は、対向基板４に対して特に優れた接着性を有するものとなる。
Therefore, the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond and the peak intensity attributed to the methyl group when the
また、このようなポリオルガノシロキサンを主材料として構成される接合膜３は、プラズマに曝した後の硬度が、ビッカース硬度で、１５ＭＰａ以上、１３０ＭＰａ以下程度であるのが好ましく、２０ＭＰａ以上、８０ＭＰａ以下程度であるのがより好ましい。かかる硬度を有する接合膜３は、接合膜付き基材１と対向基板４とを重ね合わせた際に、形状追従性を有し、対向基板４に対する密着性が優れたものとなるので、対向基板４に対してより確実に接合し得るものとなる。
In addition, the
さらに、接合膜３の平均厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度であるのが好ましく、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下程度であるのがより好ましい。接合膜３の平均厚さを前記範囲内とすることにより、接合体５の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、基板２と対向基板４とをより強固に接合することができる。
すなわち、接合膜３の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、接合膜３の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、接合体５の寸法精度が低下するおそれがある。
Furthermore, the average thickness of the
That is, when the average thickness of the
さらに、接合膜３の平均厚さが前記範囲内であれば、接合膜３にある程度の形状追従性が保たれる。このため、例えば、基板２の接合面（接合膜３に隣接する面）に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように接合膜３を被着させることができる。その結果、接合膜３は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。そして、接合膜付き基材１と対向基板４とを貼り合わせた際に、両者の密着性を高めることができる。
なお、上記のような形状追従性の程度は、接合膜３の厚さが厚いほど顕著になる。したがって、形状追従性を十分に確保するためには、接合膜３の厚さを上記範囲内においてできるだけ厚くすればよい。
Furthermore, if the average thickness of the
Note that the degree of the shape followability as described above becomes more significant as the thickness of the
以上、接合膜３について詳述したが、このような接合膜３は、上述したように、プラズマ重合法により基板２上に作製されたものである。プラズマ重合法によれば、緻密で均質な接合膜３を効率よく作製することができる。これにより、接合膜３は、対向基板４に対して特に強固に接合し得るものとなる。さらに、プラズマ重合法で作製された接合膜３は、エネルギーが付与されて活性化された状態が比較的長時間にわたって維持される。このため、接合体５の製造過程の簡素化、効率化を図ることができる。
Although the
さらに、プラズマ重合法を用いて形成された接合膜３では、接合膜３中に存在する脱離基３０３の量がより適切な量に設定される。そのため、かかる構成の接合膜３を、赤外吸収スペクトル法で測定した際のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度と、メチル基に帰属するピーク強度とが上記の関係を満足するように、プラズマに曝す構成とすることで、脱離基３０３が脱離することにより生じる活性手の量をより適切な量に設定することができる。その結果、かかる構成の接合膜３を備える接合膜付き基材１は、対向基板４に対して優れた接着性を有するものとなる。
Further, in the
以上のような接合膜３は、プラズマ重合法を用いて、基板２上に以下のようにして成膜される。
すなわち、接合膜３は、強電界中に、原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを供給することにより、原料ガス中の分子を重合させ、重合物を基板２上に堆積させることにより得ることができる。
The
That is, the
以下、かかる方法について説明する。
まず、上述した基板２を用意し、次いで、基板２を、プラズマ重合装置が備えるチャンバー内に収納して封止状態とした後、チャンバー内を減圧状態とする。
次に、チャンバー内に原料ガスとキャリアガスの混合ガスを供給することにより、チャンバー内に混合ガスを充填する。
Hereinafter, this method will be described.
First, the above-described
Next, the gas mixture is filled into the chamber by supplying a gas mixture of the source gas and the carrier gas into the chamber.
次に、チャンバー内に設けられた一対の電極間に、高周波電圧を印加することにより、プラズマを発生させる。このプラズマのエネルギーにより原料ガス中の分子が重合し、この重合物が基板２上に付着・堆積する。これにより、プラズマ重合膜からなる接合膜３が基板２に形成される。
また、プラズマの作用により、基板２の表面が活性化・清浄化される。このため、原料ガスの重合物が基板２の表面に堆積し易くなり、接合膜３の安定した成膜が可能になる。このようにプラズマ重合法によれば、基板２の構成材料によらず、基板２上に接合膜３が確実に成膜される。
Next, plasma is generated by applying a high-frequency voltage between a pair of electrodes provided in the chamber. Molecules in the raw material gas are polymerized by the energy of the plasma, and this polymer adheres to and deposits on the
Further, the surface of the
原料ガス（原材料を含有するガス）としては、例えば、メチルシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサンのようなオルガノシロキサン等が挙げられ、これらのうち、特に、オクタメチルトリシロキサンであるのが好ましい。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜、すなわち接合膜３は、これらの原料が重合してなるもの（重合物）、すなわちポリオルガノシロキサンで構成されることとなる。
Examples of the source gas (gas containing the raw material) include organosiloxanes such as methylsiloxane, octamethyltrisiloxane, decamethyltetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, and methylphenylsiloxane. Of these, octamethyltrisiloxane is particularly preferable.
The plasma polymerized film obtained by using such a raw material gas, that is, the
さらに、オルガノシロキサンを原材料とするプラズマ重合法を用いて形成された接合膜３では、接合膜３中において、メチル基等の脱離基３０３の量がより適切な量に設定される。そのため、かかる構成の接合膜３を、本発明のように、赤外吸収スペクトル法で測定した際のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度と、メチル基に帰属するピーク強度とが上記の関係を満足するように、プラズマに曝す構成とすることで、脱離基３０３が脱離することにより生じる活性手の量を特に適切な量に設定することができる。その結果、かかる構成の接合膜３を備える接合膜付き基材１は、対向基板４に対してより優れた接着性を有するものとなる。
なお、プラズマ重合の際、一対の電極間に印加する高周波の周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下程度であるのが好ましく、１０ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下程度であるのがより好ましい。
Furthermore, in the
Note that the frequency of the high frequency applied between the pair of electrodes in the plasma polymerization is not particularly limited, but is preferably about 1 kHz to 100 MHz, and more preferably about 10 MHz to 60 MHz.
また、高周波電力の出力は、特に限定されないが、１００Ｗ以上４００Ｗ以下程度であるのが好ましく、２００Ｗ以上３００Ｗ以下程度であるのがより好ましい。前記出力をかかる範囲内とすることにより、高周波の出力が高過ぎて原料ガスに必要以上のプラズマエネルギーが付加されるのを防止しつつ、原材料の重合反応を進行させて、適切な範囲内でＳｉ骨格３０１の網目構造が形成された主骨格とすることができ、適度な結晶化度を有する接合膜３を形成することができる。
The output of the high frequency power is not particularly limited, but is preferably about 100 W or more and 400 W or less, and more preferably about 200 W or more and 300 W or less. By making the output within such a range, the polymerization reaction of the raw material is allowed to proceed while preventing high-frequency output from being excessively high and plasma energy more than necessary being added to the raw material gas. The main skeleton in which the network structure of the
すなわち、高周波電力の出力が前記下限値を下回った場合、原料ガス中の分子に重合反応を生じさせることができず、基板２上に接合膜３を形成することができないおそれがある。一方、高周波電力の出力が前記上限値を上回った場合、原料ガスが分解する等して、脱離基３０３となり得る構造がＳｉ骨格３０１から分離してしまい、得られる接合膜３において脱離基３０３の含有率が低くなったり、Ｓｉ骨格３０１のランダム性が低下する（規則性が高くなる）おそれがある。
その結果、得られた接合膜３をプラズマに曝して、この接合膜３を赤外吸収スペクトル法で測定した際に、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度を０．１２以上、０．１７以下に設定することができず、かかる接合膜３は、対向基板４に対して、優れた接着性を発揮し得ないものとなるおそれがある。
That is, when the output of the high-frequency power falls below the lower limit value, it is not possible to cause a polymerization reaction to molecules in the raw material gas, and the
As a result, when the obtained
また、成膜時のチャンバー内の圧力は、１３３．３×１０−５Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下（１×１０−５Ｔｏｒｒ以上１０Ｔｏｒｒ以下）程度であるのが好ましく、１３３．３×１０−４Ｐａ以上１３３．３Ｐａ以下（１×１０−４Ｔｏｒｒ以上１Ｔｏｒｒ以下）程度であるのがより好ましい。
原料ガスのチャンバー内への流量は、０．５ｓｃｃｍ以上２００ｓｃｃｍ以下程度であるのが好ましく、１ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下程度であるのがより好ましい。一方、キャリアガス流量は、５ｓｃｃｍ以上７５０ｓｃｃｍ以下程度であるのが好ましく、１０ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下程度であるのがより好ましい。
処理時間（成膜時間）は、１分以上１０分以下程度であるのが好ましく、２分以上７分以下程度であるのがより好ましい。
また、接合膜３の成膜時における基板２の温度は、２５℃以上であるのが好ましく、２５℃以上１００℃以下程度であるのがより好ましい。
The pressure in the chamber during film formation is preferably about 133.3 × 10 −5 Pa to 1333 Pa (1 × 10 −5 Torr to 10 Torr), preferably 133.3 × 10 −4 Pa or more. More preferably, it is about 133.3 Pa or less (1 × 10 −4 Torr or more and 1 Torr or less).
The flow rate of the source gas into the chamber is preferably about 0.5 sccm to 200 sccm, more preferably about 1 sccm to 100 sccm. On the other hand, the carrier gas flow rate is preferably about 5 sccm or more and 750 sccm or less, and more preferably about 10 sccm or more and 500 sccm or less.
The treatment time (film formation time) is preferably about 1 minute to 10 minutes, and more preferably about 2 minutes to 7 minutes.
Further, the temperature of the
以上のようにして、基板２上に接合膜３が形成され、その結果、接合膜付き基材１が製造される。
なお、このプラズマ重合により形成された接合膜３は、その厚さにもよるが比較的高い透光性を有したものとなる。そして、接合膜３の形成条件（プラズマ重合の際の条件や原料ガスの組成等）を適宜設定することにより、接合膜３の屈折率を調整することができる。具体的には、プラズマ重合の際の高周波電力の出力を高めることにより、接合膜３の屈折率を高めることができ、反対に、プラズマ重合の際の高周波電力の出力を低くすることにより、接合膜３の屈折率を低くすることができる。
As described above, the
Note that the
具体的には、上述したように、オルガノシロキサンを含有するガスを原料ガスとするプラズマ重合法を用いた場合、屈折率の範囲が１．３５以上１．６以下程度の接合膜３が得られる。このような接合膜３は、その屈折率が、水晶や石英ガラスの屈折率に近いため、例えば接合膜３を光路が貫通するような構造の光学部品を製造する際に好適に用いられる。また、接合膜３の屈折率を調整することができるので、所望の屈折率の接合膜３を作製することができる。
また、接合膜３は、水晶や石英ガラスの熱膨張率に近いため、接合膜３と光学部品との熱膨張率差が小さくなり、後述する接合体５の接合後の変形を抑制することができる。
Specifically, as described above, when the plasma polymerization method using an organosiloxane-containing gas as a source gas is used, the
In addition, since the
以上のような接合膜付き基材１は、必要に応じて、接合膜３の上面を覆うように設けられたカバーシートを有していてもよい。かかるカバーシートは、接合膜３の上面を保護し、異物の付着や接合膜３の損傷等を防止する。これにより、接合膜付き基材１は、耐久性に優れたものとなり、長期の保存や流通に適したものとなる。
このカバーシートは、接合膜付き基材１を使用する前に剥離される。この際、接合膜３とカバーシートとの界面で確実に剥離が生じる必要があることから、この界面の密着強度は、基板２と接合膜３との密着強度より小さいことが好ましい。
このようなカバーシートの構成材料としては、特に限定されないが、例えば、前述した基板２と同様の構成材料が挙げられる。
The
This cover sheet is peeled before using the
Although it does not specifically limit as a constituent material of such a cover sheet, For example, the constituent material similar to the board |
＜接合方法＞
次いで、上述したような接合膜付き基材１を用いた本発明の接合方法について説明する。
（第１実施形態）
まず、接合膜付き基材１を用いた本発明の接合方法の第１実施形態について説明する。
図４および図５は、本発明の接合膜付き基材を用いて、接合膜付き基材と対向基板とを接合する接合方法の第１実施形態を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図４および図５中の上側を「上」、下側を「下」という。
<Join method>
Next, the bonding method of the present invention using the
(First embodiment)
First, a first embodiment of the bonding method of the present invention using the
4 and 5 are views (longitudinal sectional views) for explaining a first embodiment of a bonding method for bonding a substrate with a bonding film and a counter substrate using the substrate with a bonding film of the present invention. is there. In the following description, the upper side in FIGS. 4 and 5 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
本実施形態にかかる接合方法は、本発明の接合膜付き基材１を用意する工程と、接合膜付き基材１の接合膜３をプラズマに曝して、接合膜３中から脱離基を脱離させることにより、接合膜を活性化させる工程と、対向基板（他の被着体）４を用意し、接合膜付き基材１が備える接合膜３と対向基板４とが密着するように、これらを貼り合わせ、接合体５を得る工程とを有する。
The bonding method according to the present embodiment includes a step of preparing the
以下、各工程について順次説明する。
［１］まず、上述したような接合膜付き基材１を用意する（図４（ａ）参照）。
［２］次いで、図４（ｂ）に示すように、接合膜付き基材１の接合膜３の表面３５をプラズマに曝す。
接合膜３の表面３５をプラズマに曝すことで、表面３５にエネルギーが付与されると、接合膜３では、脱離基３０３がＳｉ骨格３０１から脱離する。そして、脱離基３０３が脱離した後には、接合膜３の表面３５および内部に活性手が生じる。これにより、接合膜３の表面３５が活性化され、表面３５に対向基板４との接着性が発現する。
このような状態の接合膜付き基材１は、対向基板４と、化学的結合に基づいて強固に接合可能なものとなる。
Hereinafter, each process will be described sequentially.
[1] First, the
[2] Next, as shown in FIG. 4B, the
When energy is applied to the
The
このように、本発明の接合方法では、表面３５にエネルギーを付与する方法として、表面３５をプラズマに曝す（プラズマエネルギーを付与する）方法が用いられる。かかる方法を用いることにより、簡単に効率よくエネルギーを付与することができる。
さらに、接合膜３の表面３５付近を選択的に活性化させることができるため、接合膜３の収縮がないか極めて少なくすることができる。すなわち、表面３５付近に存在する脱離基３０３を高い選択性をもって脱離させることができるため、接合膜３の膜全体としての収縮率を極めて小さいものとし得る。
Thus, in the bonding method of the present invention, a method of exposing the
Furthermore, since the vicinity of the
また、本発明では、表面３５をプラズマに曝して接合膜３から脱離基３０３を脱離させる程度を、プラズマに曝された後の接合膜３を赤外吸収スペクトル法で測定し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が０．１２以上、０．１７以下となる関係を満足するようにする。Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度と、メチル基に帰属するピーク強度とが上記関係を満足することにより、接合膜３から脱離する脱離基３０３の量が適切な範囲内に設定されるため、この接合膜３は、対向基板４に対して優れた接着性を発揮するものとなる。
In the present invention, the degree to which the
表面３５をプラズマに曝す（プラズマエネルギーを付与する）方法としては、高周波電圧が印加された一対の電極間に処理ガスを供給することでプラズマ化させ、このプラズマ化した処理ガスで表面３５を曝す方法が挙げられる。
処理ガスとしては、特に限定されないが、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガスのような希ガス、酸素ガス等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、処理ガスには、希ガスを主成分とするガスを用いるのが好ましく、特にヘリウムガスを主成分とするガスを用いるのが好ましい。
As a method of exposing the
Although it does not specifically limit as process gas, For example, helium gas, rare gas like argon gas, oxygen gas, etc. are mentioned, Among these, it can use 1 type or 2 types or more in combination. Among them, it is preferable to use a gas mainly containing a rare gas as the processing gas, and it is particularly preferable to use a gas mainly containing helium gas.
すなわち、処理に用いるプラズマは、ヘリウムガスを主成分とするガスをプラズマ化したものであるのが特に好ましい。ヘリウムガスを主成分とする処理ガスは、プラズマ化の際にオゾンを発生させ難く、このため、接合膜３の表面３５のオゾンによる変質（酸化）を防止することができる。その結果、接合膜３の活性化の程度が低下するのを抑制すること、すなわち、接合膜３を確実に活性化させることができる。
That is, it is particularly preferable that the plasma used for the treatment is a plasma obtained by converting a gas mainly composed of helium gas. The processing gas containing helium gas as a main component hardly generates ozone at the time of plasmatization, so that alteration (oxidation) of the
この場合、アルゴンを主成分とする処理ガスの一対の電極間への供給速度は、１０以上、２００００ｓｃｃｍ以下であるのが好ましく、５０以上、１００００ｓｃｃｍ以下であるのがより好ましい。これにより、接合膜３の活性化の程度を制御し易くなる。
また、この処理ガス中のアルゴンの含有量は、８５ｖｏｌ％以上が好ましく、９０ｖｏｌ％以上（１００％も含む）がより好ましい。これにより、前述した効果をさらに顕著に発揮させることができる。
In this case, the supply rate of the processing gas containing argon as a main component between the pair of electrodes is preferably 10 or more and 20000 sccm or less, and more preferably 50 or more and 10,000 sccm or less. This makes it easy to control the degree of activation of the
Moreover, 85 vol% or more is preferable and, as for content of argon in this process gas, 90 vol% or more (100% is also included) is more preferable. Thereby, the effect mentioned above can be exhibited more notably.
ここで、エネルギーが付与される前の接合膜３は、図２に示すように、Ｓｉ骨格３０１と脱離基３０３とを有している。かかる接合膜３にエネルギーが付与されると、脱離基３０３（本実施形態では、メチル基）がＳｉ骨格３０１から脱離する。これにより、図３に示すように、接合膜３の表面３５に活性手３０４が生じ、活性化される。その結果、接合膜３の表面３５に接着性が発現する。
Here, the
ここで、接合膜３を「活性化させる」とは、接合膜３の表面３５および内部の脱離基３０３が脱離して、Ｓｉ骨格３０１において終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」とも言う。）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことを言う。
したがって、活性手３０４とは、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことを言う。このような活性手３０４によれば、対向基板４に対して、特に強固な接合が可能となる。
Here, “activating” the
Therefore, the
また、接合膜３の表面３５をプラズマに曝す際の雰囲気の温度は、２５℃以上、８０℃未満であるのが好ましく、４０℃以上、６０℃以下であるのがより好ましい。
接合膜３にエネルギーを付与する際の雰囲気の温度をかかる範囲に設定することにより、接合膜３の表面３５に活性化させることにより生じた活性手３０４が、膜中に存在するもの同士で結合し、失活化してしまうことに起因して、接合膜３の表面に発現した接着性が消失するのを的確に防止または抑制することができる。
Further, the temperature of the atmosphere when the
By setting the temperature of the atmosphere at the time of applying energy to the
なお、従来のシリコン直接接合やオプティカルコンタクトのような固体接合では、表面を活性化させても、その活性状態は、大気中では数秒以上数十秒以下程度の極めて短時間しか維持されない。このため、表面の活性化を行った後、接合する２つの部材を貼り合わせる等の作業を行う時間を十分に確保することができないという問題があった。
これに対し、本発明によれば、プラズマ重合膜の作用により、表面３５をプラズマに曝した後でも比較的長時間にわたってその活性状態を維持することができる。このため、作業に要する時間を十分に確保することができ、接合作業の効率化を図ることができる。
In the conventional solid bonding such as silicon direct bonding or optical contact, even if the surface is activated, the active state is maintained for only a very short time of several seconds to several tens of seconds in the atmosphere. For this reason, after the surface was activated, there was a problem that it was not possible to ensure sufficient time for performing operations such as bonding the two members to be joined together.
On the other hand, according to the present invention, the active state can be maintained for a relatively long time even after the
［３］次に、対向基板（他の被着体）４を用意し、図４（ｃ）に示すように、活性化させた接合膜３と対向基板４とが接触するように、接合膜付き基材１と対向基板４とを重ね合わせる。これにより、接合膜３の表面３５に発現した接着性に基づいて、接合膜３と対向基板４とが接合し、図５（ｄ）に示すような接合体（本発明の接合体）５が得られる。
この際、本発明では、前記工程［２］で示したように、赤外吸収スペクトル法で測定した際のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度と、メチル基に帰属するピーク強度とが上記関係を満足するように、接合膜３がプラズマに曝されている。そのため、この接合膜３は、対向基板４に対して優れた接着性を有するものであることから、得られた接合体５は優れた接着強度を備えるものとなる。
[3] Next, a counter substrate (another adherend) 4 is prepared, and as shown in FIG. 4C, the
At this time, in the present invention, as shown in the step [2], the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond and the peak intensity attributed to the methyl group as measured by the infrared absorption spectrum method are obtained. The
なお、本工程で用意する対向基板４としては、いかなる材料で構成されたものであってもよいが、具体的には、前述した基板２の構成材料と同様の材料が挙げられ、対向基板４の構成材料は、基板２と異なっていても同じでもよい。
さらに、対向基板４の形状は、接合膜３が密着する面を有する形状であれば、特に限定されず、本実施形態のように板状（層状）のものの他、例えば、塊状（ブロック状）、棒状等のものが挙げられる。
The
Furthermore, the shape of the
また、このような対向基板４の接合膜付き基材１との接合に供される領域には、対向基板４の構成材料に応じて、接合を行う前に、あらかじめ、対向基板４と接合膜３との密着性を高める表面処理を施すのが好ましい。これにより、接合膜付き基材１と対向基板４との接合強度をより高めることができる。
かかる表面処理としては、例えば、スパッタリング処理、ブラスト処理のような物理的表面処理、酸素プラズマ、窒素プラズマ等を用いたプラズマ処理、コロナ放電処理、エッチング処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン暴露処理のような化学的表面処理、または、これらを組み合わせた処理等が挙げられる。このような処理を施すことにより、対向基板４の表面を清浄化するとともに、活性化させることができる。その結果、接合膜３の対向基板４に対する密着強度を確実に高めることができる。
また、対向基板４の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、接合膜付き基材１と対向基板４との接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる対向基板４の構成材料には、前述した基板２の構成材料のうち、各種金属系材料、各種シリコン系材料、各種ガラス系材料等を用いることができる。
In addition, in the region to be joined to the
Examples of the surface treatment include physical surface treatment such as sputtering treatment and blast treatment, plasma treatment using oxygen plasma, nitrogen plasma, etc., corona discharge treatment, etching treatment, electron beam irradiation treatment, ultraviolet irradiation treatment, ozone Examples include chemical surface treatment such as exposure treatment, or a combination of these. By performing such treatment, the surface of the
Further, depending on the constituent material of the
このようにして得られた接合体５では、従来の接合方法で用いられていた接着剤のように、主にアンカー効果のような物理的結合に基づく接着ではなく、共有結合のような短時間で生じる強固な化学的結合に基づいて、接合膜付き基材１と対向基板４とが接合されている。このため、接合体５は短時間で形成することができ、かつ、接合ムラ等も生じ難いものとなる。
さらに、上述したように接合膜３から脱離させる脱離基３０３の量が適切な範囲内に設定されているため、接合体５は極めて剥離し難いものとなる。
The bonded
Furthermore, since the amount of the leaving
また、このような接合膜付き基材１を用いて得られた接合体５を得る方法によれば、従来の固体接合のように、高温（例えば、７００℃以上）での熱処理を必要としないことから、耐熱性の低い材料で構成された基板２および対向基板４をも、接合に供することができる。
また、接合膜３を介して基板２と対向基板４とを接合しているため、基板２や対向基板４の構成材料に制約がないという利点もある。
Moreover, according to the method of obtaining the joined
Further, since the
以上のことから、本発明によれば、基板２および対向基板４の各構成材料の選択の幅をそれぞれ広げることができる。
また、固体接合では、接合層を介していないため、基板２と対向基板４との間の熱膨張率に大きな差がある場合、その差に基づく応力が接合界面に集中し易く、剥離等が生じるおそれがあったが、接合体（本発明の接合体）５では、接合膜３によって応力の集中が緩和され、剥離を防止することができる。
From the above, according to the present invention, the selection range of each constituent material of the
Further, since solid bonding does not involve a bonding layer, if there is a large difference in the coefficient of thermal expansion between the
また、本実施形態では、接合に供される基板２および対向基板４のうち、一方のみ（本実施形態では、基板２）に接合膜３が設けられている。基板２上に接合膜３を形成する際に、接合膜３の形成方法によっては、基板２が比較的長時間にわたってプラズマに曝されることになるが、本実施形態では、対向基板４は、プラズマに曝されることはない。したがって、例えば、対向基板４のプラズマに対する耐久性が著しく低い場合であっても、本実施形態にかかる方法によれば、接合膜付き基材１と対向基板４とを強固に接合することができる。したがって、対向基板４を構成する材料は、プラズマに対する耐久性をあまり考慮することなく、幅広い材料から選択することが可能になるという利点もある。
In the present embodiment, the
ここで、本工程において、接合膜付き基材１と対向基板４とが接合されるメカニズムについて説明する。
例えば、対向基板４の接合膜付き基材１との接合に供される領域に、水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、接合膜付き基材１の接合膜３と対向基板４とが接触するように、これらを貼り合わせたとき、接合膜付き基材１の接合膜３の表面３５に存在する水酸基と、対向基板４の前記領域に存在する水酸基とが、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、接合膜付き基材１と対向基板４とが接合されると推察される。
また、この水素結合によって互いに引き合う水酸基同士は、温度条件等によって、脱水縮合する。その結果、接合膜付き基材１と対向基板４との接触界面では、水酸基が結合していた結合手同士が酸素原子を介して結合する。これにより、接合膜付き基材１と対向基板４とがより強固に接合されると推察される。
Here, the mechanism by which the
For example, in the case where a hydroxyl group is exposed in a region provided for bonding to the
Further, the hydroxyl groups attracting each other by this hydrogen bond are dehydrated and condensed depending on the temperature condition or the like. As a result, at the contact interface between the
なお、前記工程［２］で活性化された接合膜３の表面は、その活性状態が経時的に緩和してしまう。このため、前記工程［２］の終了後、できるだけ早く本工程［３］を行うようにするのが好ましい。具体的には、前記工程［２］の終了後、６０分以内に本工程［３］を行うようにするのが好ましく、５分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、接合膜３の表面が十分な活性状態を維持しているので、本工程で接合膜付き基材１と対向基板４とを貼り合わせたとき、これらの間に十分な接合強度を得ることができる。
Note that the active state of the surface of the
換言すれば、活性化させる前の接合膜３は、Ｓｉ骨格３０１を有する接合膜であるため、化学的に比較的安定であり、耐候性に優れている。このため、活性化させる前の接合膜３は、長期にわたる保存に適したものとなる。したがって、そのような接合膜３を備えた基板２を多量に製造または購入して保存しておき、本工程の貼り合わせを行う直前に、必要な個数のみに前記工程［２］に記載したエネルギーの付与を行うようにすれば、接合体５の製造効率の観点から有効である。
以上のようにして、図５（ｄ）に示す接合体（本発明の接合体）５を得ることができる。
In other words, since the
As described above, the joined body (joined body of the present invention) 5 shown in FIG. 5D can be obtained.
なお、図５（ｄ）では、接合膜付き基材１の接合膜３の全面を覆うように対向基板４を重ね合わせているが、これらの相対的な位置は、互いにずれていてもよい。すなわち、接合膜３から対向基板４がはみ出るように、接合膜付き基材１と対向基板４とが重ね合わされていてもよい。
このようにして得られた接合体５は、基板２と対向基板４との間の接合強度が２ＭＰａ（２０ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのが好ましく、５ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのがより好ましい。このような接合強度を有する接合体５は、その剥離を十分に防止し得るものとなる。そして、後述のように、接合体５を用いて、例えば液滴吐出ヘッドを構成した場合、耐久性に優れた液滴吐出ヘッドが得られる。また、本発明の接合膜付き基材１によれば、基板２と対向基板４とが上記のような大きな接合強度で接合された接合体５を効率よく作製することができる。
In addition, in FIG.5 (d), although the opposing board |
The bonded
なお、従来のシリコン直接接合のような固体接合では、接合に供される表面を活性化させても、その活性状態は、大気中で数秒〜数十秒程度の極めて短時間しか維持することができなかった。このため、表面の活性化を行った後、接合する２つの基板を貼り合わせる等の作業に要する時間を、十分に確保することができないという問題があった。
これに対し、本発明によれば、Ｓｉ骨格３０１を有する接合膜３を用いて接合を行っているため、数分以上の比較的長時間にわたって活性状態を維持することができる。このため、貼り合わせ作業に要する時間を十分に確保することができ、接合作業の効率化を高めることができる。
なお、接合体５を得た後、この接合体５に対して、必要に応じ、以下の２つの工程（［４Ａ］および［４Ｂ］）のうちの少なくとも１つの工程（接合体５の接合強度を高める工程）を行うようにしてもよい。これにより、接合体５の接合強度のさらなる向上を図ることができる。
In the case of solid bonding such as conventional silicon direct bonding, even if the surface used for bonding is activated, the active state can be maintained for only a very short time of about several seconds to several tens of seconds in the atmosphere. could not. For this reason, there has been a problem that it is not possible to sufficiently secure the time required for operations such as bonding the two substrates to be bonded after the surface activation.
On the other hand, according to the present invention, since the bonding is performed using the
In addition, after obtaining the joined
［４Ａ］図５（ｅ）に示すように、得られた接合体５を、基板２と対向基板４とが互いに近づく方向に加圧する。
これにより、基板２の表面および対向基板４の表面に、それぞれ接合膜３の表面がより近接し、これにより、未結合の活性手が対向基板４との間において化学結合を形成することから、接合体５における接合強度をより高めることができる。
[4A] As shown in FIG. 5E, the obtained bonded
As a result, the surface of the
また、接合体５を加圧することにより、接合体５中の接合界面に残存していた隙間を押し潰して、接合面積をさらに広げることができる。これにより、接合体５における接合強度をさらに高めることができる。
このとき、接合体５を加圧する際の圧力は、接合体５が損傷を受けない程度の圧力で、できるだけ高い方が好ましい。これにより、この圧力に比例して接合体５における接合強度を高めることができる。
Further, by pressurizing the bonded
At this time, the pressure at the time of pressurizing the bonded
なお、この圧力は、基板２および対向基板４の各構成材料や各厚さ、接合装置等の条件に応じて、適宜調整すればよい。具体的には、基板２および対向基板４の各構成材料や各厚さ等に応じて若干異なるものの、０．２〜１０ＭＰａ程度であるのが好ましく、１〜５ＭＰａ程度であるのがより好ましい。これにより、接合体５の接合強度を確実に高めることができる。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、基板２および対向基板４の各構成材料によっては、基板２および対向基板４に損傷等が生じるおそれがある。
また、加圧する時間は、特に限定されないが、１０秒〜３０分程度であるのが好ましい。なお、加圧する時間は、加圧する際の圧力に応じて適宜変更すればよい。具体的には、接合体５を加圧する際の圧力が高いほど、加圧する時間を短くしても、接合強度の向上を図ることができる。
In addition, what is necessary is just to adjust this pressure suitably according to conditions, such as each component material of each of the board |
The time for pressurization is not particularly limited, but is preferably about 10 seconds to 30 minutes. In addition, what is necessary is just to change suitably the time to pressurize according to the pressure at the time of pressurizing. Specifically, the higher the pressure at which the bonded
［４Ｂ］図５（ｅ）に示すように、得られた接合体５を加熱する。
これにより、未結合の活性手が対向基板４との間において化学結合を形成することから、接合体５における接合強度をより高めることができる。
このとき、接合体５を加熱する際の温度は、室温より高く、接合体５の耐熱温度未満であれば、特に限定されないが、好ましくは２５〜１００℃程度とされ、より好ましくは５０〜１００℃程度とされる。かかる範囲の温度で加熱すれば、接合体５が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合強度を確実に高めることができる。
また、加熱時間は、特に限定されないが、１〜３０分程度であるのが好ましい。
[4B] As shown in FIG. 5E, the obtained bonded
Thereby, since the unbonded active hands form a chemical bond with the
At this time, the temperature at the time of heating the bonded
The heating time is not particularly limited, but is preferably about 1 to 30 minutes.
なお、前記工程［４Ａ］、［４Ｂ］は、本実施形態では、接合体５を得た後、すなわち前記工程［３］の後に行うこととしたが、前記工程［３］とほぼ同時に行うようにしてもよい。換言すれば、前記工程［３］おける接合膜付き基材１の対向基板４に対する貼り合わせを、加圧および加熱のうちの少なくとも一方の処理を施しつつ行うようにしてもよい。
In the present embodiment, the steps [4A] and [4B] are performed after obtaining the joined
さらに、前記工程［４Ａ］、［４Ｂ］の双方を行う場合、これらを同時に行うのが好ましい。すなわち、図５（ｅ）に示すように、接合体５を加圧しつつ、加熱するのが好ましい。これにより、加圧による効果と、加熱による効果とが相乗的に発揮され、接合体５の接合強度を特に高めることができる。
以上のような工程を行うことにより、接合体５における接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
Furthermore, when performing both said process [4A] and [4B], it is preferable to perform these simultaneously. That is, as shown in FIG. 5E, it is preferable to heat the bonded
By performing the steps as described above, it is possible to easily further improve the bonding strength of the bonded
（第２実施形態）
次いで、接合膜付き基材１を用いた本発明の接合方法の第２実施形態について説明する。
図６および図７は、本発明の接合膜付き基材を用いて、接合膜付き基材と対向基板とを接合する接合方法の第２実施形態を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図６および図７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the bonding method of the present invention using the
6 and 7 are views (longitudinal sectional views) for explaining a second embodiment of a bonding method for bonding a substrate with a bonding film and a counter substrate using the substrate with a bonding film of the present invention. is there. In the following description, the upper side in FIGS. 6 and 7 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
以下、第２実施形態にかかる接合方法について説明するが、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態にかかる接合方法は、２枚の接合膜付き基材１同士を接合するようにした以外は、前記第１実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態にかかる接合方法は、本発明の接合膜付き基材１を２枚用意する工程と、それぞれの接合膜付き基材１の各接合膜３１、３２をプラズマに曝して、各接合膜３１、３２を活性化させる工程と、各接合膜３１、３２同士が密着するように、２枚の接合膜付き基材１同士を貼り合わせ、接合体５ａを得る工程とを有する。
Hereinafter, the bonding method according to the second embodiment will be described, but the description will focus on differences from the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The bonding method according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the two substrates with a
That is, the bonding method according to the present embodiment includes a step of preparing two
以下、本実施形態にかかる接合方法の各工程について順次説明する。
［１］まず、前記第１実施形態と同様にして、２枚の接合膜付き基材１を用意する（図６（ａ）参照）。なお、本実施形態では、この２枚の接合膜付き基材１として、図６（ａ）に示すように、基板２１とこの基板２１上に設けられた接合膜３１とを有する接合膜付き基材１と、基板２２とこの基板２２上に設けられた接合膜３２とを有する接合膜付き基材１とを用いるものとする。
Hereinafter, each process of the joining method concerning this embodiment is demonstrated one by one.
[1] First, in the same manner as in the first embodiment, two
［２］次に、図６（ｂ）に示すように、２枚の接合膜付き基材１の各接合膜３１、３２をプラズマに曝す。各接合膜３１、３２をプラズマに曝すと、各接合膜３１、３２では、図２に示す脱離基３０３がＳｉ骨格３０１から脱離する。そして、脱離基３０３が脱離した後には、図３に示すように、各接合膜３１、３２の表面３５および内部に活性手３０４が生じ、各接合膜３１、３２が活性化される。これにより、各接合膜３１、３２にそれぞれ接着性が発現する。
このような状態の２枚の接合膜付き基材１は、それぞれ互いに接着可能なものとなる。
なお、各接合膜３１、３２をプラズマに曝す方法としては、前記第１実施形態と同様の方法を用いることができる。
[2] Next, as shown in FIG. 6B, the
The two
As a method for exposing the
また、本実施形態においても、表面３５１、３５２をプラズマに曝して各接合膜３１、３２から脱離基３０３を脱離させる程度は、前記第１実施形態と同様に、プラズマに曝された後の各接合膜３１、３２を赤外吸収スペクトル法で測定し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が０．１２以上、０．１７以下となる関係を満足するように設定される。これにより、前記前記第１実施形態で説明したのと同様の効果が得られ、各接合膜３１、３２は、互いの接合膜に対して優れた接着性を発揮するものとなる。
Also in this embodiment, the degree to which the leaving
ここで、接合膜３を「活性化させる」とは、前述したように、各接合膜３１、３２の表面３５１、３５２および内部の脱離基３０３が脱離して、Ｓｉ骨格３０１に終端化されていない結合手（未結合手）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことを言う。
したがって、活性手３０４とは、未結合手または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことを言う。
Here, “activating” the
Therefore, the
［３］次に、図６（ｃ）に示すように、接着性が発現した各接合膜３１、３２同士が密着するように、２枚の接合膜付き基材１同士を貼り合わせ、接合体（本発明の接合体）５ａを得る。
この際、本発明では、前記工程［２］で示したように、赤外吸収スペクトル法で測定した際のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度と、メチル基に帰属するピーク強度とが上記関係を満足するように、各接合膜３１、３２がプラズマに曝されている。そのため、これら接合膜３１、３２は、互いの接合膜に対して優れた接着性を有するものであることから、得られた接合体５ａは優れた接着強度を備えるものとなる。
[3] Next, as shown in FIG. 6 (c), the two
At this time, in the present invention, as shown in the step [2], the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond and the peak intensity attributed to the methyl group as measured by the infrared absorption spectrum method are obtained. The
ここで、本工程において、２枚の接合膜付き基材１同士を接合するが、この接合は、以下のような２つのメカニズム（ｉ）、（ii）の双方または一方に基づくものであると推察される。
（ｉ）例えば、各接合膜３１、３２の表面３５１、３５２に水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、各接合膜３１、３２同士が密着するように、２枚の接合膜付き基材１同士を貼り合わせたとき、各接合膜付き基材１の接合膜３１、３２の表面３５１、３５２に存在する水酸基同士が、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、２枚の接合膜付き基材１同士が接合されると推察される。
また、この水素結合によって互いに引き合う水酸基同士は、温度条件等によって、脱水縮合する。その結果、２枚の接合膜付き基材１同士の間では、水酸基が結合していた結合手同士が酸素原子を介して結合する。これにより、２枚の接合膜付き基材１同士がより強固に接合されると推察される。
Here, in this step, the two
(I) For example, the case where hydroxyl groups are exposed on the surfaces 351 and 352 of the
Further, the hydroxyl groups attracting each other by this hydrogen bond are dehydrated and condensed depending on the temperature condition or the like. As a result, between the two
（ii）２枚の接合膜付き基材１同士を貼り合わせると、各接合膜３１、３２の表面３５１、３５２や内部に生じた終端化されていない結合手（未結合手）同士が再結合する。この再結合は、互いに重なり合う（絡み合う）ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成される。これにより、各接合膜３１、３２を構成するそれぞれの母材（Ｓｉ骨格３０１）同士が直接接合して、各接合膜３１、３２同士が一体化する。
(Ii) When two
以上のような（ｉ）または（ii）のメカニズムにより、図６（ｄ）に示すような接合体５ａが得られる。
なお、接合体５ａを得た後、この接合体５ａに対して、必要に応じ、前記第１実施形態の工程［４Ａ］および［４Ｂ］のうちの少なくとも一方の工程を行うようにしてもよい。
例えば、図７（ｅ）に示すように、接合体５ａを加圧しつつ、加熱することにより、接合体５ａの各基板２１、２２同士がより近接する。これにより、各接合膜３１、３２の界面における水酸基の脱水縮合や未結合手同士の再結合が促進される。そして、各接合膜３１、３２同士の一体化がより進行する。その結果、図７（ｆ）に示すように、ほぼ完全に一体化された接合膜３０を有する接合体５ａ’が得られる。
By the mechanism (i) or (ii) as described above, a joined
After obtaining the joined
For example, as shown in FIG. 7E, the
以上のような前記各実施形態にかかる接合方法は、種々の複数の部材同士を接合するのに用いることができる。
このような接合に供される部材としては、例えば、トランジスタ、ダイオード、メモリのような半導体素子、水晶発振子のような圧電素子、反射鏡、光学レンズ、回折格子、光学フィルターのような光学素子、太陽電池のような光電変換素子、半導体基板とそれに搭載される半導体素子、絶縁性基板と配線または電極、インクジェット式記録ヘッド、マイクロリアクタ、マイクロミラーのようなＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）部品、圧力センサ、加速度センサのようなセンサ部品、半導体素子や電子部品のパッケージ部品、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光記録媒体のような記録媒体、液晶表示素子、有機ＥＬ素子、電気泳動表示素子のような表示素子用部品、燃料電池用部品等が挙げられる。
The joining method according to each of the embodiments as described above can be used to join various members.
Examples of members used for such bonding include semiconductor elements such as transistors, diodes, and memories, piezoelectric elements such as crystal oscillators, optical elements such as reflectors, optical lenses, diffraction gratings, and optical filters. , Photoelectric conversion elements such as solar cells, semiconductor substrates and semiconductor elements mounted thereon, insulating substrates and wiring or electrodes, inkjet recording heads, microreactors, microelectromechanical system (MEMS) components such as micromirrors, pressure Sensor parts such as sensors, acceleration sensors, package parts for semiconductor elements and electronic parts, magnetic recording media, magneto-optical recording media, recording media such as optical recording media, liquid crystal display elements, organic EL elements, electrophoretic display elements Such display element parts, fuel cell parts, and the like.
＜液滴吐出ヘッド＞
ここでは、本発明の接合体をインクジェット式記録ヘッドに適用した場合の実施形態について説明する。
図８は、本発明の接合体を適用して得られたインクジェット式記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）を示す分解斜視図、図９は、図８に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の構成を示す断面図、図１０は、図８に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。なお、図８は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。
図８に示すインクジェット式記録ヘッド１０は、図１０に示すようなインクジェットプリンタ９に搭載されている。
<Droplet ejection head>
Here, an embodiment in which the joined body of the present invention is applied to an ink jet recording head will be described.
FIG. 8 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head (droplet discharge head) obtained by applying the joined body of the present invention, and FIG. 9 shows a configuration of a main part of the ink jet recording head shown in FIG. FIG. 10 is a schematic view showing an embodiment of an ink jet printer including the ink jet recording head shown in FIG. Note that FIG. 8 is shown upside down from the state of normal use.
An ink
図１０に示すインクジェットプリンタ９は、装置本体９２を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ９２１と、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排紙口９２２と、上部面に操作パネル９７とが設けられている。
操作パネル９７は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えている。
また、装置本体９２の内部には、主に、往復動するヘッドユニット９３を備える印刷装置（印刷手段）９４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置９４に送り込む給紙装置（給紙手段）９５と、印刷装置９４および給紙装置９５を制御する制御部（制御手段）９６とを有している。
An
The
Further, inside the apparatus
制御部９６の制御により、給紙装置９５は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この記録用紙Ｐは、ヘッドユニット９３の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット９３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。すなわち、ヘッドユニット９３の往復動と記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となって、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
印刷装置９４は、ヘッドユニット９３と、ヘッドユニット９３の駆動源となるキャリッジモータ９４１と、キャリッジモータ９４１の回転を受けて、ヘッドユニット９３を往復動させる往復動機構９４２とを備えている。
Under the control of the
The
ヘッドユニット９３は、その下部に、多数のノズル孔１１１を備えるインクジェット式記録ヘッド１０（以下、単に「ヘッド１０」と言う。）と、ヘッド１０にインクを供給するインクカートリッジ９３１と、ヘッド１０およびインクカートリッジ９３１を搭載したキャリッジ９３２とを有している。
なお、インクカートリッジ９３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。
The
往復動機構９４２は、その両端をフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸９４３と、キャリッジガイド軸９４３と平行に延在するタイミングベルト９４４とを有している。
キャリッジ９３２は、キャリッジガイド軸９４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト９４４の一部に固定されている。
キャリッジモータ９４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト９４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸９４３に案内されて、ヘッドユニット９３が往復動する。そして、この往復動の際に、ヘッド１０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
The
The
When the
給紙装置９５は、その駆動源となる給紙モータ９５１と、給紙モータ９５１の作動により回転する給紙ローラ９５２とを有している。
給紙ローラ９５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ９５２ａと駆動ローラ９５２ｂとで構成され、駆動ローラ９５２ｂは給紙モータ９５１に連結されている。これにより、給紙ローラ９５２は、トレイ９２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置９４に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ９２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。
The
The
制御部９６は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置９４や給紙装置９５等を制御することにより印刷を行うものである。
制御部９６は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子（振動源）１４を駆動して、インクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置９４（キャリッジモータ９４１）を駆動する駆動回路、給紙装置９５（給紙モータ９５１）を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとを備えている。
また、ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ９３１のインク残量、ヘッドユニット９３の位置等を検出可能な各種センサ等が、それぞれ電気的に接続されている。
The
Although not shown, the
Further, for example, various sensors that can detect the remaining ink amount of the
制御部９６は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づいて、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子１４、印刷装置９４および給紙装置９５は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。
The
以下、ヘッド１０について、図８および図９を参照しつつ詳述する。
ヘッド１０は、ノズル板１１と、インク室基板１２と、振動板１３と、振動板１３に接合された圧電素子（振動源）１４とを備えるヘッド本体１７と、このヘッド本体１７を収納する基体１６とを有している。なお、このヘッド１０は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成する。
Hereinafter, the
The
ノズル板１１は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、石英ガラスのようなシリコン系材料、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらを含む合金のような金属系材料、アルミナ、酸化鉄のような酸化物系材料、カーボンブラック、グラファイトのような炭素系材料等で構成されている。
このノズル板１１には、インク滴を吐出するための多数のノズル孔１１１が形成されている。これらのノズル孔１１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜設定される。
The
A number of nozzle holes 111 for discharging ink droplets are formed in the
ノズル板１１には、インク室基板１２が固着（固定）されている。
このインク室基板１２は、ノズル板１１、側壁（隔壁）１２２および後述する振動板１３により、複数のインク室（キャビティ、圧力室）１２１と、インクカートリッジ９３１から供給されるインクを貯留するリザーバ室１２３と、リザーバ室１２３から各インク室１２１に、それぞれインクを供給する供給口１２４とが区画形成されている。
各インク室１２１は、それぞれ短冊状（直方体状）に形成され、各ノズル孔１１１に対応して配設されている。各インク室１２１は、後述する振動板１３の振動により容積可変であり、この容積変化により、インクを吐出するよう構成されている。
An
The
Each
インク室基板１２を得るための母材としては、例えば、シリコン単結晶基板、各種ガラス基板、各種樹脂基板等を用いることができる。これらの基板は、いずれも汎用的な基板であるので、これらの基板を用いることにより、ヘッド１０の製造コストを低減することができる。
一方、インク室基板１２のノズル板１１と反対側には、振動板１３が接合され、さらに振動板１３のインク室基板１２と反対側には、複数の圧電素子１４が設けられている。
また、振動板１３の所定位置には、振動板１３の厚さ方向に貫通して連通孔１３１が形成されている。この連通孔１３１を介して、前述したインクカートリッジ９３１からリザーバ室１２３に、インクが供給可能となっている。
As a base material for obtaining the
On the other hand, a
A
各圧電素子１４は、それぞれ、下部電極１４２と上部電極１４１との間に圧電体層１４３を介挿してなり、各インク室１２１のほぼ中央部に対応して配設されている。各圧電素子１４は、圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。
各圧電素子１４は、それぞれ、振動源として機能し、振動板１３は、圧電素子１４の振動により振動し、インク室１２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
基体１６は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で構成されており、この基体１６にノズル板１１が固定、支持されている。すなわち、基体１６が備える凹部１６１に、ヘッド本体１７を収納した状態で、凹部１６１の外周部に形成された段差１６２によりノズル板１１の縁部を支持する。
Each piezoelectric element 14 has a
Each piezoelectric element 14 functions as a vibration source, and the
The
以上のような、ノズル板１１とインク室基板１２との接合、インク室基板１２と振動板１３との接合、およびノズル板１１と基体１６とを接合する際に、少なくとも１箇所において本発明の接合方法が適用されている。
換言すれば、ノズル板１１とインク室基板１２との接合体、インク室基板１２と振動板１３との接合体、およびノズル板１１と基体１６との接合体のうち、少なくとも１箇所に本発明の接合体が適用されている。
When the
In other words, the present invention is provided in at least one place among the joined body of the
このようなヘッド１０は、接合部の接合界面の接合強度および耐薬品性が高くなっており、これにより、各インク室１２１に貯留されたインクに対する耐久性および液密性が高くなっている。その結果、ヘッド１０は、信頼性の高いものとなる。
また、非常に低温で信頼性の高い接合ができるため、線膨張係数の異なる材料でも大面積のヘッドができる点でも有利である。
Such a
In addition, since highly reliable bonding can be performed at a very low temperature, it is advantageous in that a large-area head can be formed even with materials having different linear expansion coefficients.
このようなヘッド１０は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子１４の下部電極１４２と上部電極１４１との間に電圧が印加されていない状態では、圧電体層１４３に変形が生じない。このため、振動板１３にも変形が生じず、インク室１２１には容積変化が生じない。したがって、ノズル孔１１１からインク滴は吐出されない。
Such a
一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子１４の下部電極１４２と上部電極１４１との間に一定電圧が印加された状態では、圧電体層１４３に変形が生じる。これにより、振動板１３が大きくたわみ、インク室１２１の容積変化が生じる。このとき、インク室１２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル孔１１１からインク滴が吐出される。
On the other hand, in a state where a predetermined ejection signal is input via the piezoelectric element driving circuit, that is, in a state where a constant voltage is applied between the
１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極１４２と上部電極１４１との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子１４は、ほぼ元の形状に戻り、インク室１２１の容積が増大する。なお、このとき、インクには、インクカートリッジ９３１からノズル孔１１１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル孔１１１からインク室１２１へ入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ９３１（リザーバ室１２３）からインク室１２１へ供給される。
When the ejection of one ink is completed, the piezoelectric element driving circuit stops applying the voltage between the
このようにして、ヘッド１０において、印刷させたい位置の圧電素子１４に、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。
なお、ヘッド１０は、圧電素子１４の代わりに電気熱変換素子を有していてもよい。つまり、ヘッド１０は、電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用してインクを吐出する構成（いわゆる、「バブルジェット方式」（「バブルジェット」は登録商標））のものであってもよい。
In this manner, in the
The
かかる構成のヘッド１０において、ノズル板１１には、撥液性を付与することを目的に形成された被膜１１４が設けられている。これにより、ノズル孔１１１からインク滴が吐出される際に、このノズル孔１１１の周辺にインク滴が残存するのを確実に防止することができる。その結果、ノズル孔１１１から吐出されたインク滴を目的とする領域に確実に着弾させることができる。
In the
以上、本発明の接合膜付き基材、接合方法および接合体を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明の接合方法では、必要に応じて、１以上の任意の目的の工程を追加してもよい。
また、前記各実施形態では、基板２と対向基板４との２枚の基材を接合する方法について説明しているが、３枚以上の基材を接合する場合に、本発明の接合膜付き基材および本発明の接合方法を用いるようにしてもよい。
As mentioned above, although the base material with a joining film, joining method, and joined object of the present invention were explained based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to these.
For example, in the bonding method of the present invention, one or more optional steps may be added as necessary.
In each of the above embodiments, the method of bonding two substrates of the
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．接合体の製造
（サンプルＮｏ．１Ａ）
＜１＞まず、基材および対向基板として、幅２７．５ｍｍ×長さ３２．５ｍｍ×平均厚さ０．６ｍｍの水晶基板を２枚用意した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Manufacture of joined body (Sample No. 1A)
<1> First, two quartz substrates having a width of 27.5 mm, a length of 32.5 mm, and an average thickness of 0.6 mm were prepared as a base material and a counter substrate.
＜２＞次に、プラズマ重合法を用いて、基材の一方の面上に、平均厚さ１３１．９ｎｍのプラズマ重合膜を成膜した。なお、プラズマ重合法に用いたプラズマ重合装置における成膜条件は以下に示す通りである。
＜成膜条件＞
・原料ガスの組成 ：オクタメチルトリシロキサン
・原料ガスの流量 ：３０ｓｃｃｍ
・キャリアガスの組成：アルゴン
・キャリアガスの流量：３０ｓｃｃｍ
・高周波電力の出力 ：２５０Ｗ
・チャンバー内圧力 ：３．７２Ｐａ
・チャンバー内温度 ：６０℃
・処理時間 ：１０１秒
・電極間距離 ：４０ｍｍ
<2> Next, a plasma polymerization film having an average thickness of 131.9 nm was formed on one surface of the substrate using a plasma polymerization method. The film forming conditions in the plasma polymerization apparatus used for the plasma polymerization method are as follows.
<Film formation conditions>
-Source gas composition: Octamethyltrisiloxane-Source gas flow rate: 30 sccm
Carrier gas composition: Argon Carrier gas flow rate: 30 sccm
・ High-frequency power output: 250W
-Chamber pressure: 3.72 Pa
-Chamber temperature: 60 ° C
・ Processing time: 101 seconds ・ Distance between electrodes: 40 mm
このようにして成膜されたプラズマ重合膜は、オクタメチルトリシロキサン（原料ガス）の重合物で構成されており、シロキサン結合を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合するアルキル基（メチル基）とで構成される脱離基とを含むものである。
上記のように基材上にプラズマ重合膜を成膜して、基材およびプラズマ重合膜の２層からなる接合膜付き基材を得た。
The plasma polymerized film thus formed is composed of a polymer of octamethyltrisiloxane (raw material gas), and has an Si skeleton having an atomic structure including a siloxane bond and an alkyl group bonded to the Si skeleton. And a leaving group composed of (methyl group).
As described above, a plasma polymerized film was formed on the base material to obtain a base material with a bonding film composed of two layers of the base material and the plasma polymerized film.
＜３＞次に、得られたプラズマ重合膜に対してプラズマ処理を施した。これにより、プラズマ重合膜（接合膜）を活性化させて、その表面に活性手を生成させることにより接着性を発現させた。なお、プラズマ処理は、前記工程＜２＞で用いたプラズマ重合装置を用いて行い、以下に示す条件とした。
＜プラズマ処理条件＞
・処理ガス ：酸素ガス
・ガス供給速度：２０ｓｃｃｍ
・高周波電力の出力 ：５０Ｗ
・チャンバー内圧力 ：４Ｐａ（低真空）
・チャンバー内温度 ：６０℃
・処理時間 ：０．５分
・電極間距離 ：４０ｍｍ
<3> Next, a plasma treatment was performed on the obtained plasma polymerization film. As a result, the plasma polymerization film (bonding film) was activated, and an active hand was generated on the surface, thereby exhibiting adhesiveness. The plasma treatment was performed using the plasma polymerization apparatus used in step <2>, and the following conditions were used.
<Plasma treatment conditions>
・ Processing gas: Oxygen gas ・ Gas supply speed: 20 sccm
・ High frequency power output: 50W
-Chamber pressure: 4 Pa (low vacuum)
-Chamber temperature: 60 ° C
・ Processing time: 0.5 minutes ・ Distance between electrodes: 40 mm
また、活性化させたプラズマ重合膜について、赤外吸収スペクトル法により、赤外線吸収を測定した。なお、赤外吸収スペクトル法による測定条件は、以下の通りである。
・ＦＴＩＲ装置 ：Ｂｒｕｋｅｒ社製、「ＩＦＳ−１２０ＨＲ」
・光源 ：ＳｉＣ
・検出器 ：ＭＣＴ
・ビームスプリッタ：Ｇｅ／ＫＢｒ
・分解能 ：４ｃｍ−１
・測定スピード ：１．３ｎｍ／秒
・プリズム ：Ｇｅ
・入射角 ：６０゜
・偏光 ：Ｐ偏光
さらに、プラズマ重合膜について、そのビッカース硬度を測定した。なお、ビッカース硬度の測定は、プラズマ重合膜の異なる３箇所について行い、その平均値を求めた。
なお、求められたビッカース硬度を表１に示した。
Further, infrared absorption of the activated plasma polymerization film was measured by an infrared absorption spectrum method. The measurement conditions by the infrared absorption spectrum method are as follows.
FTIR equipment: “IFS-120HR” manufactured by Bruker
・ Light source: SiC
・ Detector: MCT
・ Beam splitter: Ge / KBr
・ Resolution: 4cm -1
・ Measurement speed: 1.3 nm / second ・ Prism: Ge
-Incident angle: 60 °-Polarized light: P-polarized light Further, the Vickers hardness of the plasma polymerized film was measured. In addition, the measurement of Vickers hardness was performed about three different places of a plasma polymerization film | membrane, and the average value was calculated | required.
The obtained Vickers hardness is shown in Table 1.
＜４＞次に、プラズマ処理を施してから１分後に、接合膜付き基板が備えるプラズマ重合膜と対向基板とが互いに接触するようにして、接合膜付き基材と対向基板とを重ね合わせて積層体とし、その後、この積層体を３ＭＰａで加圧しつつ、８０℃で加熱し、１５分間維持することで、接合体を得た。
なお、接合膜付き基板と対向基板とを互いに接触させる方向は、接合膜付き基板の長さ方向と対向基板の長さ方向とが直交する方向とし、図１１に示すように、対向基板の中央部に接合膜付き基板の一端部を重ねて、接合膜付き基板と対向基板との接触面積が２７．５ｍｍ×２７．５ｍｍとなるようにした。
<4> Next, one minute after performing the plasma treatment, the substrate with the bonding film and the counter substrate are overlapped so that the plasma polymerization film and the counter substrate included in the substrate with the bonding film are in contact with each other. It was set as the laminated body, and the joined body was obtained by heating at 80 degreeC, pressing this laminated body at 3 MPa, and maintaining for 15 minutes after that.
The direction in which the substrate with the bonding film and the counter substrate are brought into contact with each other is a direction in which the length direction of the substrate with the bonding film and the length direction of the counter substrate are orthogonal to each other, as shown in FIG. One end portion of the substrate with the bonding film was overlapped with the portion so that the contact area between the substrate with the bonding film and the counter substrate was 27.5 mm × 27.5 mm.
（サンプルＮｏ．２Ａ〜４Ａ）
前記工程＜２＞において、プラズマ重合膜を成膜する際の成膜条件のうち、主としてチャンバー内圧力を表１に示すように変更したこと以外は、前記サンプルＮｏ．１Ａと同様にして、接合体を得た。
（サンプルＮｏ．１Ｂ〜５Ｂ）
前記工程＜２＞において、プラズマ重合膜を成膜する際の成膜条件のうち、主としてチャンバー内温度を表１に示すように変更したこと以外は、前記サンプルＮｏ．１Ａと同様にして、接合体を得た。
(Sample Nos. 2A to 4A)
In the step <2>, except for changing the pressure in the chamber as shown in Table 1 among the film forming conditions for forming the plasma polymerized film, the sample No. A joined body was obtained in the same manner as in 1A.
(Sample No. 1B-5B)
In the step <2>, except for changing the temperature in the chamber as shown in Table 1 among the film forming conditions for forming the plasma polymerized film, the sample No. A joined body was obtained in the same manner as in 1A.
（サンプルＮｏ．１Ｃ〜５Ｃ）
前記工程＜２＞において、プラズマ重合膜を成膜する際の成膜条件のうち、主として高周波電力の出力を表１に示すように変更したこと以外は、前記サンプルＮｏ．１Ａと同様にして、接合体を得た。
（サンプルＮｏ．１Ｄ〜７Ｄ）
前記工程＜２＞において、プラズマ重合膜を成膜する際の成膜条件のうち、主としてチャンバーへの原料ガスの流量およびキャリアガスの流量を表１に示すように変更したこと以外は、前記サンプルＮｏ．１Ａと同様にして、接合体を得た。
(Sample No. 1C-5C)
In the step <2>, except for changing the output of the high frequency power as shown in Table 1 among the film forming conditions for forming the plasma polymerized film, the sample No. A joined body was obtained in the same manner as in 1A.
(Sample No. 1D-7D)
The sample except that the flow rate of the source gas into the chamber and the flow rate of the carrier gas in the step <2> are changed as shown in Table 1 among the film formation conditions for forming the plasma polymerized film. No. A joined body was obtained in the same manner as in 1A.
（サンプルＮｏ．１Ｅ〜３Ｅ）
前記工程＜２＞のプラズマ重合膜を成膜する際の成膜条件において、チャンバー内にさらに酸素ガスを供給するようにし、主としてチャンバーへの酸素ガスの流量、チャンバーへの原料ガスの流量およびキャリアガスの流量を表１に示すように変更したこと以外は、前記サンプルＮｏ．１Ａと同様にして、接合体を得た。
(Sample Nos. 1E to 3E)
In the film forming conditions for forming the plasma polymerized film in the step <2>, oxygen gas is further supplied into the chamber. Except for changing the gas flow rate as shown in Table 1, the sample No. A joined body was obtained in the same manner as in 1A.
２．評価
２．１ 接合体の接合強度（割裂強度）
各サンプルＮｏ．で得られた接合体について、それぞれ接合強度を測定した。
なお、接合強度の測定は、接着剤の割裂接着強さ試験方法（ＪＩＳ Ｋ６８５３）に準拠して、対向基板から接合膜付き基板を引き剥がしたとき、剥がれる直前の強度を測定することにより行った。
2. Evaluation 2.1 Joint strength (split strength)
Each sample No. The bonding strength was measured for each of the bonded bodies obtained in (1).
The bonding strength was measured by measuring the strength immediately before peeling when the substrate with the bonding film was peeled from the counter substrate in accordance with the split adhesive strength test method (JIS K6853) of the adhesive. .
すなわち、図１１に示すように、各サンプルＮｏ．の接合体を、引張試験機に、対向基板４の両端部を引張試験機が備える固定部５０１で固定することでセットし、引張試験機が備えるフック５０２に接合膜付き基材１の他端部を引っかけた状態で、フック５０２を引き上げて、対向基板４と接合膜付き基材１とを離間させることにより行った。
なお、接合強度の測定は、各サンプルＮｏ．の接合体について２つずつ行い、その平均値を求めた。
この結果を表１に示した。
That is, as shown in FIG. Is fixed to a tensile tester by fixing both ends of the
In addition, the measurement of bonding strength is performed for each sample No. Each of the joined bodies was carried out two times, and the average value was obtained.
The results are shown in Table 1.
２．２ 接合膜の赤外吸収スペクトルからのメチル基に帰属するピーク強度の算出
各サンプルＮｏ．の接合体を得る際に測定した接合膜の赤外吸収スペクトルから、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたときのメチル基に帰属するピーク強度を、各サンプルＮｏ．の接合体が備える接合膜について求めた。
この結果を表１に示す。また、メチル基に帰属するピーク強度と接合強度との関係を図１２に、接合膜の硬度と接合強度との関係を図１３にそれぞれ示す。
2.2 Calculation of peak intensity attributed to methyl group from infrared absorption spectrum of bonding film From the infrared absorption spectrum of the bonding film measured when obtaining the bonded body, the peak intensity attributed to the methyl group when the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond is taken as 1 is shown in each sample No. The bonding film included in the bonded body was obtained.
The results are shown in Table 1. FIG. 12 shows the relationship between the peak strength attributed to the methyl group and the bonding strength, and FIG. 13 shows the relationship between the hardness of the bonding film and the bonding strength.
表１および図１２から明らかなように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたときのメチル基に帰属するピーク強度が０．１２以上、０．１７以下であるプラズマに曝した後の接合膜は、かかる範囲外の接合膜と比較して、対向基板に対して優れた接合強度を発揮し、活性化の程度が最適化されていることが判った。
また、このとき、すなわち、活性化の程度が最適化されているときには、表１および図１３から明らかなように、接合膜のビッカース硬度が１５ＭＰａ以上、１３０ＭＰａ以下の範囲内になっており、接合体の接合強度は接合膜の硬度とも相関関係を示すことが明らかとなった。
As is clear from Table 1 and FIG. 12, when the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond is 1, the peak intensity attributed to the methyl group is from 0.12 to 0.17. It was found that the bonding film after this exhibited excellent bonding strength with respect to the counter substrate and the degree of activation was optimized as compared with the bonding film outside this range.
At this time, that is, when the degree of activation is optimized, as is apparent from Table 1 and FIG. 13, the Vickers hardness of the bonding film is in the range of 15 MPa or more and 130 MPa or less. It became clear that the bonding strength of the body also correlated with the hardness of the bonding film.
１……接合膜付き基材 ２、２１、２２……基板 ３、３０、３１、３２……接合膜 ３５、３５１、３５２……表面 ３０１……Ｓｉ骨格 ３０２……シロキサン結合 ３０３……脱離基 ３０４……活性手 ４……対向基板 ５、５ａ、５ａ’……接合体 １０……インクジェット式記録ヘッド １１……ノズル板 １１１……ノズル孔 １１４……被膜 １２……インク室基板 １２１……インク室 １２２……側壁 １２３……リザーバ室 １２４……供給口 １３……振動板 １３１……連通孔 １４……圧電素子 １４１……上部電極 １４２……下部電極 １４３……圧電体層 １６……基体 １６１……凹部 １６２……段差 １７……ヘッド本体 ９……インクジェットプリンタ ９２……装置本体 ９２１……トレイ ９２２……排紙口 ９３……ヘッドユニット ９３１……インクカートリッジ ９３２……キャリッジ ９４……印刷装置 ９４１……キャリッジモータ ９４２……往復動機構 ９４３……キャリッジガイド軸 ９４４……タイミングベルト ９５……給紙装置 ９５１……給紙モータ ９５２……給紙ローラ ９５２ａ……従動ローラ ９５２ｂ……駆動ローラ ９６……制御部 ９７……操作パネル Ｐ……記録用紙 ５０１……固定部 ５０２……フック
1 ... Base material with
Claims (15)
該基材上に設けられ、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合し、有機基からなる脱離基とを含む、プラズマ重合により形成された接合膜とを有し、
前記接合膜の少なくとも一部の領域をプラズマに曝し、前記接合膜の少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより、前記接合膜の表面の前記領域に、他の被着体との接着性が発現するものであり、
前記プラズマに曝した後の前記接合膜を赤外吸収スペクトル法で測定し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が０．１２以上、０．１７以下であることを特徴とする接合膜付き基材。 A substrate;
A junction formed by plasma polymerization, which is provided on the base material and includes an Si skeleton having an atomic structure including a siloxane (Si-O) bond and a leaving group bonded to the Si skeleton and including an organic group. And having a membrane
At least a part of the bonding film is exposed to plasma, and the leaving group existing at least near the surface of the bonding film is desorbed from the Si skeleton. Adhesiveness with the adherend is expressed,
The bonding film after being exposed to the plasma is measured by an infrared absorption spectrum method, and when the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond is 1, the peak intensity attributed to the methyl group is 0.12 or more, A substrate with a bonding film, which is 0.17 or less.
該接合膜付き基材中の前記接合膜の少なくとも一部の領域をプラズマに曝し、該接合膜を赤外吸収スペクトル法で測定し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が０．１２以上、０．１７以下となるように設定する工程と、
前記接合膜と前記他の被着体とを密着させるように、前記接合膜付き基材と前記他の被着体とを貼り合わせ、接合体を得る工程とを有することを特徴とする接合方法。 Preparing a base material with a bonding film according to any one of claims 1 to 13 and the other adherend;
At least a part of the bonding film in the substrate with the bonding film is exposed to plasma, the bonding film is measured by an infrared absorption spectrum method, and the peak intensity attributed to the Si—O—Si bond is set to 1. A step of setting the peak intensity attributed to the methyl group to be 0.12 or more and 0.17 or less,
Bonding the base material with the bonding film and the other adherend so as to bring the bonding film and the other adherend into close contact with each other, and obtaining a bonded body. .
これらを、前記接合膜を介して接合してなることを特徴とする接合体。 A substrate with a bonding film according to any one of claims 1 to 13 and the other adherend,
A joined body obtained by joining them through the joining film.
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