CN115103759B - 树脂接合体的制造装置及树脂接合体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供不会使树脂构件的光学特性恶化、机械强度降低的具有牢固接合力的无粘接剂的树脂接合体的制造装置及树脂接合体的制造方法。本发明的树脂接合体的制造装置为制造2个以上的树脂构件接合而成的树脂接合体的装置，具备：表面处理机构和接合机构。表面处理机构具有生成电离气体的电极单元、和保持树脂构件的构件保持机构，构件保持机构配置于相对于电极单元隔开空间的位置，表面处理机构通过电极单元生成的电离气体使构件保持机构所保持的树脂构件的待接合的面活化。接合机构将对置的待接合的面中的至少一个待接合的面被表面处理机构活化后的2个以上的树脂构件以各自的待接合的面进行贴合。

Description

树脂接合体的制造装置及树脂接合体的制造方法
技术领域
本发明涉及高品质且具有高接合力的树脂接合体的制造装置和方法。
背景技术
出于半导体器件的进一步精细化、光学器件的光学特性提高等目的，研究了不使用粘接剂而使各种构件接合的技术(以下，记作无粘接剂接合)。其中，以树脂彼此为对象的无粘接剂接合中，广泛使用了使树脂接合面接触之后加热至树脂的熔融温度为止而使它们熔接的层压技术。然而，该方法具有下述问题：加热时树脂构件整体的结晶度、分子结构发生变化(热变质)，对光学特性、机械强度造成不良影响。
因此，作为用于以不带来热损伤的方式得到牢固的接合力的、树脂的无粘接剂接合方法，研究了针对待彼此接合的2片树脂构件的接合面实施表面处理之后，将这些接合面贴合并于低温进行加压的方法。
专利文献1中公开了下述方法：在比大气中的氧浓度低的氧浓度气氛下，对树脂构件接合面照射波长10～200nm的紫外线之后，于低于该树脂构件的软化温度的温度一边加热一边进行加压，由此将树脂构件彼此接合。
另外，专利文献2中公开了，使电离气体与树脂构件的接合面接触之后，使水存在于该接合面，于70℃以上贴合并进行按压，由此可得到牢固的接合力且不会使树脂构件变质。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-65376号公报
专利文献2：日本特开2013-132822号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，专利文献1的方法具有下述问题：由于紫外线侵入至树脂构件的内部，因此被紫外线改性的树脂的层变深，引发黄变等光学特性恶化、机械强度降低。
另外，专利文献2的方法中，为了抑制上述问题，将表面处理手段由紫外线变更为电离气体，但由于用对置的2个电极中的一个电极支承树脂构件，且树脂构件的接合面与电离气体接触，因此具有因电离气体中的带电粒子的碰撞、伴随电荷蓄积的加热而导致树脂构件变质的问题。由此，无法获得针对树脂构件的光学特性恶化、机械强度降低的充分的抑制效果。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供制造不会使树脂构件的光学特性恶化、机械强度降低的、具有牢固的接合力的无粘接剂树脂接合体的装置及方法。
用于解决课题的手段
解决上述课题的本发明的树脂接合体的制造装置为制造2个以上的树脂构件接合而成的树脂接合体的装置，前述制造装置具备：表面处理机构，其具有生成电离气体的电极单元、和保持前述树脂构件的构件保持机构，前述构件保持机构配置于相对于前述电极单元隔开空间的位置，前述表面处理机构通过前述电极单元生成的电离气体对前述构件保持机构所保持的前述树脂构件的待接合的面进行活化；和接合机构，其将对置的待接合的面中的至少一个待接合的面被上述表面处理机构活化后的2个以上的树脂构件以各自的待接合的面进行贴合。
另外，解决上述课题的本发明的树脂接合体的制造方法为制备2个以上的树脂构件接合而成的树脂接合体的方法，所述制造方法中，具有下述工序：表面处理工序，其中，生成电离气体，并使前述电离气体碰撞配置于与生成有前述电离气体的部位隔开空间的位置的前述树脂构件的待接合的面，从而使待接合的面活化；和接合工序，其中，将在前述表面处理工序中将对置的待接合的面中的至少一个待接合的面活化后的2个以上的前述树脂构件以各自的待接合的面进行贴合。
发明效果
根据本发明，可提供高品质且具有高接合力的树脂接合体的制造装置及树脂接合体的制造方法。
附图说明
[图1]图1为示出本发明的树脂接合体的制造装置的一例的概要图。
[图2]图2为示出本发明的树脂接合体的制造装置的另一例的概要图。
[图3]图3为示出本发明的树脂接合体的制造装置的另一例的概要图。
[图4]图4为示出本发明的树脂接合体的制造装置的另一例的概要图。
[图5]图5为示出本发明的树脂接合体的制造装置的另一例的概要图。
[图6]图6为示出本发明的树脂接合体的制造装置的另一例的概要图。
[图7]图7为示出本发明的树脂接合体的制造装置的另一例的概要图。
[图8]图8为示出本发明的树脂接合体的制造装置的另一例的概要图。
[图9]图9为示出本发明的树脂接合体的制造装置的另一例的概要图。
[图10]图10为示出本发明的树脂接合体的制造装置的另一例的概要图。
[图11]图11为示出本发明的树脂接合体的制造方法的一例的概要图。
[图12]图12为示出本发明的树脂接合体的制造方法的另一例的概要图。
具体实施方式
[树脂接合体的制造装置的第一实施方式]
以下，边参考附图边对本发明的实施方式的例子进行说明。图1为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第一实施方式的概要图。如图1所示，第一实施方式的制造装置101具有表面处理机构4和接合机构5，所述表面处理机构4使第一树脂构件1的与第二树脂构件2待接合的面3、及/或第二树脂构件2的与第一树脂构件1待接合的面3’活化，所述接合机构5将在表面处理机构4中表面处理后的第一树脂构件1与第二树脂构件2以各自的待接合的面3、3’进行贴合。
第一树脂构件1及第二树脂构件2能够根据用途而适当选择聚酰亚胺(PI)、有机硅树脂(SI)、环氧树脂(EP)、酚醛树脂(PF)、聚氨酯树脂(PU)、三聚氰胺树脂(MF)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、聚缩醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)等，但较之聚酰亚胺、环氧树脂等热固性树脂，优选使用聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等热塑性树脂。特别优选使用聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)等非晶质的热塑性树脂。这是因为热塑性且非晶质材料的分子链的热运动性更高、第一树脂构件1及第二树脂构件2的接合界面处的分子扩散变剧烈。该分子扩散变得越剧烈，接合界面处的分子间力越大，接合力提高。另外，第一树脂构件1及第二树脂构件2的种类可以为不同种类，但从分子扩散的观点考虑，优选为相同种类。
以下分别针对表面处理机构4和接合机构5进行说明。
[表面处理机构]
首先，对表面处理机构4进行说明。表面处理机构4具备：电极单元7、和保持第一树脂构件1的构件保持机构8。图1所示的构件保持机构8保持第一树脂构件1，但可以保持第二树脂构件2来代替第一树脂构件1，也可以同时保持第一树脂构件1和第二树脂构件2。另外，还可以在第一树脂构件1的表面处理之后，用构件保持机构8保持第二树脂构件2。
电极单元7由阳极13、与阳极13隔开空间配置的阴极14、至少1个以上的气体供给喷嘴16构成。
阳极13与阴极14连接有电离气体生成用电源11。从气体供给喷嘴16供给任意的电离气体生成用气体之后，使用该电离气体生成用电源11在阳极13与阴极14间施加绝缘击穿电压(电场)以上的电压，由此产生电离气体9。
另外，气体供给喷嘴16优选与阴极14电绝缘。通过电绝缘，不会对气体供给喷嘴16施加高的阴极14电压，能够抑制气体供给喷嘴16的气体供给口等处发生异常放电。通过抑制该异常放电，能够稳定地进行气体供给，能够连续地将第一树脂构件1的接合面3及/或第二树脂构件2的接合面3’活化。另外，气体供给喷嘴16的气体供给口可以沿进深方向呈狭缝形状，也可以设置多个供给口。
本发明中，“电离气体9”是指包含作为带电粒子的离子、电子、作为活性种的自由基、激子、及中子的气体。另外，“自由基”是指带高反应性的未成对电子的原子·分子。
电离气体生成用气体种类没有特别限制，例如可例示出氩气、氦气等稀有气体、氧气、水蒸气、氮气等非聚合性气体等。另外，也可以混合两种以上不同种类的气体。
表面处理机构4中，阳极13与阴极14间生成的电离气体9中的带电粒子不会扩散，活性种及中子主要扩散至电极单元7外部。并且，通过使该扩散气体之中的活性种附着于与电极单元7隔开空间配置的第一树脂构件1的接合面3，从而接合面3发生化学反应，接合面3活化。
使用表面处理机构4，可以仅对第一树脂构件1的接合面3或第二树脂构件2的接合面3’中的一者实施表面处理，也可以对接合面3及接合面3’这两者实施表面处理。以下的表面处理机构4的说明中，除非特别说明，就对第一树脂构件1的接合面3实施表面处理的情况进行说明。关于对第二树脂构件2的接合面3’实施表面处理的情况，只要将树脂构件1理解为树脂构件2，将接合面3理解为接合面3’即可。
本发明中的“活化”意味着，使活性种与接合面3发生化学反应而切断接合面3表层的分子链、及/或官能团。通过切断分子链，能够提高接合面3中存在的分子链的热运动性(降低软化温度)。通过赋予官能团，能够生成羟基等极性官能团。该分子链的热运动性能够用纳米热显微镜(nano TA)等进行测定。另外，极性官能团的种类、生成量能够利用红外吸收光谱分析(IR)等进行确认。
接合面3的活度能够通过改变所使用的气体种类、气体流量、电离气体生成用电源11的输出功率等而容易地控制。
作为电离气体生成用电源11，能够选择直流电源、交流电源。本发明中，“交流”是指电压值及电流值的大小随时间不断变化。通常该值随时间而呈正弦波形变化，但其他还可例示出值呈矩形波形、脉搏波形变化。交流电源中的电源频率没有特别规定，可例示出从数kHz量级的低频至数十MHz量级的高频、数GHz量级的微波等。
就电极单元7中的阳极13与阴极14的材质而言，优选选择不锈钢、钛等溅射产额小的电极材料。由此，能够抑制电极材料的溅射，能够防止接合面3上的杂质的附着。另外，为了抑制向电离气体生成用电源11的电流流入量，也可以在阳极13与阴极14表面涂布氧化铝等电介质。
优选在表面处理机构4设置工序监控用的工序监控设备10。通过设置该工序监控设备10，能够在早期发现表面处理时的异常。例如通过具备能够计测电离气体9的发光状态的发光光谱测量仪，能够根据其发光峰、发光波长掌握电离气体9中的气体的种类、电离度。另外，通过设置自由基检测器，能够测定自由基量。另外，通过插入卷边探头等各种探头，能够测定电离气体9的密度。这些监控设备也包括此处记载以外的监控设备在内均可根据欲监控的对象而适当变更。
构件保持机构8以使阳极13与阴极14之间的生成电离气体9的空间、与第一树脂构件1的接合面3隔开空间而相对的方式保持第一树脂构件1。只要能够以此方式保持第一树脂构件1，则构件保持机构8的具体机构、设置部位没有特别限制。另外，可以用构件保持机构8保持第一树脂构件1与第二树脂构件2这两者，也可以仅保持其中的一者。另外，还可以具备两个以上的构件保持机构8。第一实施方式的表面处理机构4中，由于第一树脂构件1并非在电极上，而是由与电极单元7隔开空间的位置的构件保持机构8保持，因此针对接合面3的带电粒子碰撞、热负荷被抑制，能够减弱第一树脂构件1的光学特性恶化、机械强度的降低。需要说明的是，使第二树脂构件2的接合面3’活化的情况也同样。
[接合机构]
接着对接合机构5进行说明。接合机构5为将第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件2的接合面3’贴合的设备，可例示出热压机12等加热加压设备。
使用接合机构5，将第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件2的接合面3’贴合，由此它们的界面处的分子链的交缠(以下，记作分子扩散)、及极性官能团间的缩合反应(以下，记作共价键形成)进行，在第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件2的接合面3’之间表现出接合力。由此，能够制造具有牢固的接合力的树脂接合体6。需要说明的是，表面处理机构4中，可以是3件以上的树脂构件的待接合的面之中的至少一者活化，重叠并进行贴合。
接合机构5优选具备加热设备。通过对第一树脂构件1及第二树脂构件2进行加热，促进分子扩散、共价键形成，因此能够进一步提高树脂接合体6的接合力。作为加热设备，能够利用红外线加热器、微波加热器、超声波加热器、热风发生器、加热炉等，没有特别限制。
接合机构5优选具备加压设备。通过将第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件2的接合面3’贴合后进行加压，从而能够消除由弯曲等引起的第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件的接合面3’的空隙。由此，接合面3与接合面3’的实际接触面积变大，树脂接合体6的接合力提高。
接合机构5为热压机12的情况下，优选压制面15为硅橡胶、氨基甲酸酯橡胶等软质的橡胶材料。由此，缓冲性提高，能够均匀地对压制面15赋予压力。由此，第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件的接合面3’的实际接触面积变大，进而，树脂接合体6的接合力提高。另外，也可以在第一树脂构件1及/或第二树脂构件2与压制面15之间放置未图示的橡胶材料的缓冲材料。
接合机构5优选具备未图示的后加热机构。将树脂接合体6接合之后，使用后加热设备对树脂接合体6进行后加热，从而促进接合界面处的分子扩散，树脂接合体6的接合力进一步提高。作为进行后加热的设备，能够利用红外线加热器、微波加热器、超声波加热器、热风发生器、加热炉等，没有特别限制。
[树脂接合体的制造装置的第二实施方式]
图2为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第二实施方式的概要图。上述的第一实施方式的制造装置101与该第二实施方式的制造装置102的不同之处在于表面处理机构4的电极单元7。
如图2所示，第二实施方式的制造装置102中，电极单元7的气体供给喷嘴16以将电离气体生成用气体穿过阳极13与阴极14之间生成电离气体9的空间而向构件保持机构8所保持的第一树脂构件1的接合面3的方向进行供给的方式配置。如此，通过将电离气体生成用气体穿过阳极13与阴极14之间的空间，能够提高基于电离气体9的气体分解效率。由此能够大量生成用于活化接合面3所需的活性种，能够高速处理。另外，以朝向构件保持机构8供给电离气体生成用气体的方式配置气体供给喷嘴16时，能够利用气流将电离气体9中的活性种效率良好地输送至第一树脂构件1的接合面3，能够高速地使接合面3活化。
阳极13与阴极14的形状设为板状形状，优选阳极13在气体供给方向上的长度h1及阴极6在气体供给方向上的长度h2均长于阳极13与阴极14间的距离w。通过使长度h1及h2长于距离w、使电离气体9向气体供给方向扩展，从而电离气体生成用气体在电离气体9中穿过的距离变长，促进基于电离气体9的气体分解。由此，大量生成活性种，能够加速针对接合面3的活化速度。
另外，阳极13在气体供给方向上的长度h1与阴极14在气体供给方向上的长度h2并非必须为相同的长度，但优选为相同的长度。例如，h1短于h2、阳极13与阴极14在气体供给喷嘴16侧的位置对齐的情况下，阳极13与第一树脂构件1之间的间隙大于阴极14与第一树脂构件1之间的间隙，因此沿着阳极13与阴极14穿过电离气体9之中的电离气体生成用气体可能会从该间隙扩散至装置内。当h1与h2为相同的长度时，电离气体生成用气体不会扩散至装置内，能够效率良好地穿过电离气体9之中。
另外，阳极13与阴极14并非必须是平行的，但优选大致平行地配置。阳极13与阴极14大致平行地配置时，能够在阳极13与阴极14间形成均一的电场，因此不会诱发因局部的电场集中引起的异常放电，能够稳定地将接合面3活化。此处，“大致平行”意味着，以使阳极13与阴极14平行的方式进行设计，即使因制作误差而导致稍微偏离平行，也包括在“大致平行”中。另一方面，若以使阳极13与阴极14不平行的方式进行设计，则其不包括在“大致平行”中。
需要说明的是，优选第一树脂构件1的接合面3与阳极13的距离d1、及第一树脂构件1的接合面3与阴极14的距离d2为相同程度，考虑到来自电离气体9的带电粒子碰撞、热负荷，可以以将距离d1及距离d2设为相同程度的状态进行适当调节。
[树脂接合体的制造装置的第三实施方式]
图3为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第三实施方式的概要图。上述的第二实施方式的制造装置102与该第三实施方式的制造装置103的不同之处在于表面处理机构4具备整流板这一点。
如图3所示，表面处理机构4以包围构件保持机构8与电极单元7之间的空间的方式具备整流板17。通过以包围构件保持机构8与电极单元7的空间的方式设置整流板17，从而活性种效率良好地被供给至第一树脂构件1的接合面3，能够加速针对接合面3的活化速度。由此，树脂接合体6的接合力进一步变高。另外，由于抑制了电离气体生成用气体以外的杂质(空气、水分等)的流入，因此能够减少接合面3上的计划外的官能团生成，能够提高活度。由此，树脂接合体6的接合力进一步变高。
另外，可以在整流板17上具备第二气体供给喷嘴28。通过在整流板17上配置多个气体供给喷嘴28而从壁面供给气体，使得活性种不会朝向整流板17的壁面，能够抑制未供给至接合面3而附着于壁面的活性种的数量。由此，能够将大量活性种供给至接合面3。
优选阳极13与阴极14电绝缘，以整流板17在电方面上成为浮动电位。由此，能够抑制因电场带来的对带电粒子的吸引，能够抑制向接合面3的带电粒子碰撞。
需要说明的是，整流板17并非必须包围构件保持机构8与电极单元7的整个空间，可以仅包围第一树脂构件1与电极单元7之间的空间。
[树脂接合体的制造装置的第四实施方式]
图4为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第四实施方式的概要图。上述的第二实施方式的制造装置102与该第四实施方式的制造装置104的不同之处在于表面处理机构4的电极单元7。
如图4所示，电极单元7在阴极14内部具备磁铁18，在阴极14与阳极13之间的空间形成磁控管磁场。
磁铁18可以为电磁铁，也可以为铁氧体磁铁、钕磁铁等永久磁铁。
阴极14的内部具备的磁铁18为永久磁铁，以周边磁铁18b包围中央磁铁18a的方式配置。对于这些磁铁18的极性，中央磁铁18a与周边磁铁18b为反向极性。
图4中，从阳极13侧观察的阴极14的中央磁铁18a的表面极性为S极、周边磁铁18b的表面极性为N极，也可以以其极性颠倒的方式进行配置。若以此方式配置磁铁18，则在阴极14与阳极13之间的空间形成磁控管磁场。利用该磁控管磁场，电离气体9中的带电粒子被局部存在化，因此能够抑制向第一树脂构件1的接合面3的带电粒子的扩散、碰撞，进而能够减弱第一树脂构件1的光学特性的恶化、机械强度的降低。另外，由于磁控管磁场，带电粒子被局部存在化，由此电离气体生成用气体的分解效率提高，电离气体9的密度变高。由此，阴极14与阳极13之间的放电阻抗降低，施加于阴极14的放电电压变低。由于该放电电压降低，施加于阴极14的放电电压变低，因此于阴极14面弹回的离子、溅射粒子的能量变小，能够减少它们碰撞至接合面3时的损伤。
另外，伴随着电离气体生成用气体的分解效率提高，能够生成大量的活性种。因此，能够高速地将接合面3活化。
另外，优选在各磁铁18之间形成未图示的冷却水流路。冷却设备除水以外还能够使用任意物质。通过将磁铁18冷却，能够抑制由热引起的磁铁18的减磁。
由中央磁铁18a与周边磁铁18b形成的磁控管磁场能够在阴极14表面利用高斯计等磁通密度测量装置进行测定，磁通密度变得越高，则越能够提高电离气体9的密度。
[树脂接合体的制造装置的第五实施方式]
图5为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第五实施方式的概要图。上述的第四实施方式的制造装置104与该第五实施方式的制造装置105的不同之处在于表面处理机构4的电极单元7。
如图5所示，以夹持阴极14的方式隔开空间配置2片阳极13、13’，在阴极14两面生成电离气体9、9’。如此，通过在阴极14两面生成电离气体9、9’，能够有效地利用磁控管磁场，能够通过经高密度化的电离气体而生成大量活性种。由此，能够进一步高速地将接合面3活化。
[树脂接合体的制造装置的第六实施方式]
图6为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第六实施方式的概要图。上述的第五实施方式的制造装置105与该第六实施方式的制造装置106的不同之处在于表面处理机构4具备金属网这一点。
如图6所示，表面处理机构4中，在阴极14与阳极13、13’之间的空间同第一树脂构件1及/或第二树脂构件2之间的空间配置有已接地的金属网19、19’。通过配置已接地的金属网19、19’，能够利用电场吸引从电极单元7泄露的带电粒子。由此，抑制针对第一树脂构件1的接合面3的带电粒子碰撞，能够进一步减弱机械强度的降低、光学特性的恶化。另外，通过配置金属网19、19’，能够捕捉溅射的电极材料，能够抑制向接合面3的异物附着。
另外，图6所示的实施方式中，在阳极13与阴极14之间、及阳极13’与阴极14之间有两处空间，两个空间与第一树脂构件1及/或第二树脂构件2之间配置有金属网19、19’，但是即使仅配置于任一者，也可得到一定程度抑制带电粒子的泄露的效果。配置于两者时能够充分抑制带电粒子的泄露，故而优选。图6所示的实施方式中，分别在阳极13与阴极14之间、及阳极13’与阴极14之间配置金属网19、19’，其也可以为用1个金属网隔断各空间的构成。
金属网19、19’能够使用编织金属线材而制成网眼状的物质、对金属板实施打孔而得的冲孔金属板等，没有特别限制。
[树脂接合体的制造装置的第七实施方式]
图7为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第七实施方式的概要图。上述的第一实施方式的制造装置101与该第七实施方式的制造装置107的不同之处在于表面处理机构4配置于腔室20内，用真空泵21对该腔室20内进行真空排气。
通过使表面处理环境为真空，电离气体9中的活性种至碰撞其他活性种、中子等为止的距离(平均自由程)变长。由此，能够减少到达第一树脂构件1的接合面3为止的、活性种再结合而损失的量，能够高速地将接合面3活化。另外，即使扩大电极单元7与第一树脂构件1的接合面3的距离d1、d2，也能够将第一树脂构件1的接合面3活化，因此通过扩大距离d1、d2，能够进一步减少来自电离气体9的热负荷。由此，能够进一步减弱机械强度的降低、光学特性的恶化。
本发明中的“真空”意味着低于大气压的气体压力。腔室20内的真空度可用差压计、皮拉尼真空计、电离真空计等真空计22进行确认。
[树脂接合体的制造装置的第八实施方式]
图8为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第八实施方式的概要图。该第八实施方式的制造装置108具备用于将第一树脂构件1及/或第二树脂构件2自动向接合机构5搬运的树脂构件搬运机构23。树脂构件搬运机构23没有特别限制，例如可举出使环状带在台车之上旋转来运输第一树脂构件1及/或第二树脂构件2的皮带运输机、在工序间自行运动而向搬运方向24的方向运输第一树脂构件1及/或第二树脂构件2的搬运机械手等。
[树脂接合体的制造装置的第九实施方式]
图9为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第九实施方式的概要图。该第九实施方式的制造装置109具备向接合机构5搬运的放卷辊23a、23a’、收卷辊23b、由搬运辊23c、23d构成的树脂构件搬运机构23。用放卷辊23a将第一树脂构件1放卷，用放卷辊23a’将第二树脂构件2放卷，用搬运辊23c搬运第一树脂构件1、及第二树脂构件2，用搬运辊23d搬运树脂接合体6，用收卷辊23b将树脂接合体6收卷。对于搬运中的第一树脂构件1、及/或第二树脂构件2，使用电极单元7，对保持于由4个搬运辊23c构成的树脂构件保持机构8的第一树脂构件1的接合面3、及/或第二树脂构件2的接合面3’进行表面处理，用接合机构5将第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件2的接合面3’彼此贴合，从而只要第一树脂构件1、及第二树脂构件2为薄的长条构件就能够连续地制造树脂接合体6。由此，与分批处理相比，能够提高树脂接合体6的生产率。另外，也可根据各工序中的处理时间进行间歇搬运。
[树脂接合体的制造装置的第十实施方式]
图10为示出本发明的树脂接合体的制造装置的第十实施方式的概要图。该第十实施方式的制造装置110具备分别对搬运中的第一树脂构件1、第二树脂构件2进行表面处理的电极单元7、7’、和电离气体生成用电源11、11’。如此，分别针对保持于由放卷辊23a、23a’和搬运辊23c构成的构件保持机构8的第一树脂构件1、第二树脂构件2配置电极单元7、7’和电离气体生成用电源11、11’，分别改变表面处理条件，从而能够分别控制第一树脂构件1的接合面3、第二树脂构件2的接合面3’的活度。通过将接合面3及3’的活度最优化，能够进一步提高接合力。
[树脂接合体的制造方法的第一实施方式]
接着，对本发明的树脂接合体的制造方法进行说明。图11为示出本发明的树脂接合体的制造方法的第一实施方式的概要图。如图11所示，第一实施方式的树脂接合体的制造方法具备表面处理工序25、及接合工序26。
[表面处理工序]
对表面处理工序25进行说明。表面处理工序25中，从气体供给喷嘴16供给任意的电离气体生成用气体之后，通过电离气体生成机构27生成电离气体9，所生成的电离气体9之中的活性种碰撞配置于与电离气体9所生成的部位隔开空间的位置的第一树脂构件1的接合面3、及/或第二树脂构件2的接合面3’而使待接合的面3、3’活化。
如此，通过电离气体生成机构27生成的电离气体9中的活性种及中子扩散至电离气体9的生成空间的外部。并且，作为该扩散气体的中子与活性种之中的活性种附着于与电离气体9隔开空间而配置的第一树脂构件1的接合面3，从而接合面3发生化学反应，接合面3活化。由此，针对接合面3的带电粒子碰撞、热负荷被抑制，能够减弱第一树脂构件1的光学特性恶化、机械强度的降低。使第二树脂构件2的接合面3’活化的情况也是同样的。
电离气体生成用气体种类没有特别限制，例如可例示出氩气、氦气等稀有气体、氧气、水蒸气、氮气等非聚合性气体等。另外，也可以混合两种以上不同种类的气体。
电离气体生成机构27只要为能够给予电场、热、光等能量将作为电离气体9原料的气体电离的设备即可，没有特别限制，电极单元7能够通过施加于阴极14与阳极13之间的空间的电场而局部生成电离气体9，故而优选。
电离气体9所生成的空间是指，由电离气体生成机构27赋予电场、热、光等能量的区域。例如、电极单元7的情况，是指阴极14与阳极13间的空间。
表面处理工序25中，可以仅对第一树脂构件1的接合面3、第二树脂构件2的接合面3’中的一者进行表面处理，也可以对两者进行表面处理。对接合面3、3’这两者进行表面处理时经过后续接合工序的树脂接合体6的接合力变强，故而优选。
[接合工序]
对接合工序26进行说明。接合工序26中，将由表面处理工序25而使一者或两者活化的第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件2的接合面3’相向地贴合。通过贴合，第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件2的接合面3’的界面处的分子扩散、及共价键形成进行，因此在第一树脂构件1的接合面3与第二树脂构件2的接合面3’之间表现出接合力，能够制造具有牢固的接合力的树脂接合体6。
另外，为了不因第一树脂构件1的接合面3、第二树脂构件2的接合面3’的弯曲等而在接合界面出现空隙，优选用热压机12等对第一树脂构件1与第二树脂构件2进行加压。由此，第一树脂构件1与第二树脂构件2的实际接触面积变大，树脂接合体6的接合力提高。
另外，接合工序26中的第一树脂构件1与第二树脂构件2的温度越是高温，越促进树脂接合体6的接合界面处的分子扩散及共价键形成。另一方面，若第一树脂构件1与第二树脂构件2的温度超过构成各树脂构件的树脂的Tg，则构成各树脂构件的树脂的分子结构等发生变化(热变质)，因此第一树脂构件1与第二树脂构件2的机械特性、光学特性等有时会变差。因此，接合工序26中的第一树脂构件1整体及第二树脂构件2整体的温度优选低于玻璃化转变温度(Tg)。由此，构成第一树脂构件1、及第二树脂构件2的树脂的分子结构等不会发生变化，能够制造优质的树脂接合体6。需要说明的是，接合工序26中的第一树脂构件1与第二树脂构件2的温度可以不同。
作为接合工序26中对第一树脂构件1、第二树脂构件2进行加热的设备，能够利用红外线加热器、微波加热器、超声波加热器、热风发生器、加热炉等，没有特别限制。
另外，接合工序26中，也可以在制造树脂接合体6之后对树脂接合体6进行后加热。由此，促进接合界面处的分子扩散，树脂接合体6的接合力进一步提高。作为进行后加热的设备，能够利用红外线加热器、微波加热器、超声波加热器、热风发生器、加热炉等，没有特别限制。另外，从防止热变质的观点考虑，优选后加热的温度低于第一树脂构件1、及第二树脂构件2的玻璃化转变温度(Tg)。
接合工序26中，也可以重合3片以上的树脂构件而贴合。重合3片以上的树脂构件的情况下，可以仅面对面的接合面中的一者在上述表面处理工序25中被实施了表面处理，也可以面对面的接合面的两者被实施了表面处理。
[树脂接合体的制造方法的第二实施方式]
图12为示出本发明的树脂接合体的制造方法的第二实施方式的概要图。该第二实施方式的制造方法中，以将电离气体9从夹持电离气体9的生成空间且与第一树脂构件1相反的一侧穿过的方式，朝向第一树脂构件1的接合面3喷射气体。如此，通过使气体穿过阳极13与阴极14之间的空间，能够提高基于电离气体9的气体分解效率。由此能够大量生成用于活化接合面3所需的活性种，能够高速处理。另外，通过朝向第一树脂构件1的接合面3喷射气体，能够利用气流将电离气体9中的活性种效率良好地输送至第一树脂构件1的接合面3，能够高速地使接合面3活化。
实施例
以下用实施例对本发明的树脂接合体6的制造方法及装置进行说明，但本发明并不限于这些实施例。
[实施例1]
使用图7所示的树脂接合体的制造装置107，针对各工序进行分批处理，制造树脂接合体6。第一树脂构件1和第二树脂构件2均使用了厚100μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜(Technolloy(注册商标)S000、玻璃化转变温度100℃)(以下，将第一树脂构件1记作PMMA1，将第二树脂构件记作PMMA2)。需要说明的是，使用激光显微镜(OLYMPUS CORPORATION：OLS4100)测定了PMMA1、PMMA2的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)，结果均为12nm。
对表面处理机构4的电极单元7进行说明。对于电极单元7的阴极14与阳极13，使用SUS304的金属板，以彼此的面平行的方式配置。
利用配置于电极单元7与构件保持机构8之间的气体供给喷嘴16(A型)，供给100sccm的氮气体，利用排气泵21将腔室20内的压力调节至5Pa。
对于与电极单元7连接的电离气体生成用电源11，使用了13.56MHz的高频电源11。将该高频电源11的输出功率调节为100W，施加高频电压，生成电离气体9，对PMMA1的接合面3进行10秒钟处理而将其活化。在相同条件下对PMMA2的接合面3’也进行了处理。
接着，对接合机构5进行说明。接合机构5使用热压机12，将PMMA1的接合面3与PMMA2的接合面3’彼此贴合10分钟，制作树脂接合体6。此时，分别将PMMA1与PMMA2的基材温度调节至91℃，赋予2MPa加压压力。需要说明的是，基材温度利用辐射温度计(SATOTECHDT-8855)进行确认。
通过上述方式制作的树脂接合体6的接合力通过使用剥离试验机(NIDEC-SHIMPOCORPORATION：FGS-50E)进行90度剥离试验而评价。此时，剥离速度设为5cm/分钟。其结果，树脂接合体6的接合力为0.7N/cm。
另外，PMMA1及PMMA2的表面处理后的黄色度YI值使用分光色度计(日本电色工业株式会社：SE2000)进行评价。其结果，PMMA1及PMMA2的黄色度YI值均为0.46。另外，由于未实施表面处理的PMMA1及PMMA2的黄色度YI值均为0.45，因此通过上述方式制作的PMMA1及PMMA2的黄变度均为2.2％。本实施例中的“黄变度”为表面处理前后的树脂构件的黄色度的变化比例，是以(表面处理后的树脂构件的黄色度-表面处理前的树脂构件的黄色度)/表面处理前的树脂构件的黄色度×100算出的值。表面处理前后的黄变度之差为0.01时，在测定误差的范围内，可认为树脂构件没有受到表面处理带来的损伤。
[实施例2]
除了以从气体供给喷嘴16供给的气体穿过阴极14与阳极13之间并碰撞保持于构件保持机构8的第一树脂构件1、及第二树脂构件2的方式进行配置(B型)以外，以与实施例1相同的接合条件，制作PMMA1和PMMA2的树脂接合体6。
通过上述方式制作的树脂接合体6的接合力为1.6N/cm。另外，表面处理后的PMMA1及PMMA2的黄色度YI值均为0.46，黄变度均为2.2％。
与实施例1相比，树脂接合体6的接合力提高至约2.2倍。认为该接合力提高的原因如下：由于以从表面处理机构4的气体供给喷嘴16供给的气体穿过阴极14与阳极13之间、并碰撞保持于构件保持机构8的PMMA1和PMMA2的方式进行配置，因此被供给至PMMA1和PMMA2的接合面3、3’的活性种量变多，活度提高。表面处理的前后的黄色度之差相同。
[实施例3]
除了在阴极14内具备磁控管磁场生成用的磁铁18以外，以与实施例2相同的接合装置及接合条件，制作PMMA1和PMMA2的树脂接合体6。
通过上述方式制作的树脂接合体6的接合力为3.0N/cm以上，剥离中发生断裂。另外，表面处理后的PMMA1及PMMA2的黄色度YI值均为0.46，黄变度均为2.2％。
与实施例2相比，树脂接合体6的接合力提高至1.8倍以上。认为是由于表面处理机构4的阴极14内具备磁控管磁场生成用的磁铁18，因此通过该阴极14与阳极13间产生的磁控管磁场，电离气体9局部存在化，高密度化。由此，可认为促进气体分解，被供给至PMMA1和PMMA2的接合面3、3’的活性种量变多，活度进一步提高。表面处理的前后的黄色度之差相同。
[实施例4]
除了在利用表面处理机构4的表面处理工序中仅对PMMA2进行表面处理、不对PMMA1实施表面处理以外，以与实施例3相同的接合装置及接合条件，制作PMMA1和PMMA2的树脂接合体6。
通过上述方式制作的树脂接合体6的接合力为3.0N/cm以上，剥离中发生断裂。另外，表面处理后的PMMA2的黄色度YI值为0.46，黄变度为2.2％。
与实施例3相比，未观察到树脂接合体6的接合力的差异，即使仅对PMMA2的接合面3’实施表面处理，也可得到剥离中会发生断裂的程度的牢固接合力。如此，可认为通过仅对接合面3、或3’的任一者进行表面处理来活化即可在它们接合界面促进分子扩散及共价键形成，表现出接合力。
其中，本实施例与实施例3中并没有观察到树脂接合体6的接合力的差异是因为均以剥离中会断裂的程度牢固地进行了接合，推测如果中途没有断裂，则对PMMA1的接合面3和PMMA2的接合面3’这两者实施了表面处理的实施例3的接合体6的接合力更高。
[实施例5]
除了在利用接合机构5的接合工序中将PMMA1及PMMA2的构件温度调节为玻璃化转变温度(100℃)以上的135℃并进行加压以外，以与实施例3相同的接合装置及接合条件，制作PMMA1和PMMA2的树脂接合体6。
通过上述方式制作的树脂接合体6的接合力为3.0N/cm以上，剥离中发生断裂。另外，表面处理后的PMMA1及PMMA2的黄色度YI值均为0.46，黄变度均为2.2％。
与实施例3相比，未观察到树脂接合体6的接合力的差异。与实施例3同样地，这是由于以本实施例的方式制作的树脂接合体6的接合力提高至剥离中会发生断裂的程度，未能确认到差。表面处理的前后的黄色度之差相同。
其中，就树脂接合体6的黄色度而言，实施例3中为0.89，而本实施例中为1.21。认为这是由于接合工序中的PMMA1及PMMA2的构件温度从91℃变为135℃，PMMA1及PMMA2的构件温度达到玻璃化转变温度以上，因此发生热变质。
[实施例6]
作为第一树脂构件1、第二树脂构件2，使用了厚100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜(Lumirror(注册商标)T60、玻璃化转变温度70℃)(以下，将第一树脂构件1记作PET1，将第二树脂构件记作PET2)。接合机构5中，将PET1和PET2的温度调节至65℃。除了上述以外，以与实施例3相同的接合装置及接合条件，制作PET1和PET2的树脂接合体6。
用上述接合装置将PET1、PET2接合而成的树脂接合体6的接合力为0.6N/cm。另外，PET1及PET2的表面处理前的黄色度YI值均为2.01。表面处理后的PET1及PET2的黄色度YI值均为2.02，黄变度均为0.5％。
与实施例3相比，树脂接合体6的接合力降低至0.2倍。认为这是由于，将第一树脂构件1、第二树脂构件2由作为非晶质材料的PMMA1、2变更为作为结晶性材料的PET1、2，因此分子链的热运动性变低，这些接合面3及3’处的分子扩散变弱。
[比较例1]
除了将PMMA1及PMMA2配置于电极单元7的阳极13与阴极14之间的空间以外，以与实施例1相同的接合装置及接合条件，制作PMMA1和PMMA2的树脂接合体6。
通过上述方式制作的树脂接合体6的接合力为3.0N/cm以上，剥离中发生断裂。另外，表面处理后的PMMA1及PMMA2的黄色度YI值均为0.57，黄变度均为26.7％。
与实施例1相比，树脂接合体6的接合力提高至4.2倍以上。认为这是由于，PMMA1及PMMA2被配置于阳极13与阴极14之间的电离气体9生成的空间内，由此被供给至接合面3、3’的活性种及带电粒子碰撞变多，活度提高。另一方面，表面处理的前后的黄色度之差增大1.2倍。认为这是由于，带电粒子碰撞、热负荷作用于PMMA1及PMMA2的接合面3、3’，接合面3、3’的改性层变深、发生因热导致的变质。
[比较例2]
除了未对PMMA1、PMMA2这两者实施表面处理以外，以与实施例1相同的接合装置及接合条件，制作PMMA1和PMMA2的树脂接合体6。
通过上述方式制作的树脂接合体6的接合力为0.0N/cm。另外，本实施例中，由于未进行表面处理，因此PMMA1及PMMA2的黄色度YI值均为0.45，黄变度均为0.0％。
将各实施例、比较例的接合条件归纳于表1，将结果归纳于表2。
表2中，关于接合力，将3.0N/cm以上记作◎，将1.0N/cm以上且低于3.0N/cm记作〇、将0.5N/cm以上且低于1.0N/cm记作△、将低于0.5N/cm记作×。另外，关于黄变度比例，将0.0％以上且低于5.0％记作◎，将5.0％以上记作×。
[表1]
[表2]
产业上的可利用性
通过使用本发明的树脂接合体的制造装置及制造方法，能够容易地得到不会使光学性质及机械性质变质的、具有高接合力的无粘接剂树脂接合体，例如能够应用于光学膜、微流控装置，但其应用范围并不限于此。
附图标记说明
1 第一树脂构件
2 第二树脂构件
3、3’ 接合面
4 表面处理机构
5 接合机构
6 树脂接合体
7、7’ 电极单元
8 构件保持机构
9、9’ 电离气体
10、10’ 工序监控设备
11、11’ 电离气体生成用电源
12 热压机
13、13’ 阳极
14、14’ 阴极
15 压制面
16、16’ 气体供给喷嘴
17 整流板
18 磁铁
18a 中央磁铁
18b 周边磁铁
19、19’ 金属网
20 腔室
21 真空泵
22 真空计
23 搬运机构
23a、23a’ 放卷辊
23b 收卷辊
23c、23d 搬运辊
24 搬运方向
25 表面处理工序
26 接合工序
27 电离气体生成机构
28 第二气体供给喷嘴
101～110 树脂接合体的制造装置
h1 阳极在气体供给方向上的长度
h2 阴极在气体供给方向上的长度
d1 从阳极至树脂构件的接合面为止的距离
d2 从阴极至树脂构件的接合面为止的距离

Claims (9)

1.树脂接合体的制造装置，其为制造2个以上的树脂构件接合而成的树脂接合体的装置，所述制造装置具备：
表面处理机构，其具有生成电离气体的电极单元、和保持所述树脂构件的构件保持机构，所述构件保持机构配置于相对于所述电极单元隔开空间的位置，所述表面处理机构通过所述电极单元生成的电离气体对所述构件保持机构所保持的所述树脂构件的待接合的面进行活化；和
接合机构，其将对置的待接合的面中的至少一个待接合的面被所述表面处理机构活化后的2个以上的所述树脂构件以各自的待接合的面进行贴合，
所述电极单元为对置的阳极及阴极，
所述表面处理机构以包围所述构件保持机构与所述电极单元之间的空间的方式具备整流板，所述整流板与所述阳极及所述阴极电绝缘。
2.如权利要求1所述的树脂接合体的制造装置，其中，
所述构件保持机构以使所述阳极与所述阴极之间的生成电离气体的空间、与所述树脂构件的待接合的面隔开空间而相对的方式进行保持，
所述电极单元具有气体供给喷嘴，所述气体供给喷嘴将电离气体生成用气体穿过所述阳极与所述阴极之间的空间而向所述构件保持机构所保持的所述树脂构件的方向进行供给。
3.如权利要求2所述的树脂接合体的制造装置，其中，所述阴极在内部具有在所述阴极与所述阳极之间的空间形成磁控管磁场的磁铁。
4.如权利要求2或3所述的树脂接合体的制造装置，其在所述阳极与所述阴极之间的空间与所述构件保持机构所保持的所述树脂构件之间具备已接地的金属网。
5.树脂接合体的制造方法，其为制备2个以上的树脂构件接合而成的树脂接合体的方法，所述制造方法中，进行下述工序：
表面处理工序，其中，在对置的阳极与阴极之间生成电离气体，并使所述电离气体碰撞配置于与生成有所述电离气体的部位隔开空间的位置的所述树脂构件的待接合的面，从而使待接合的面活化；和
接合工序，其中，将在所述表面处理工序中将对置的待接合的面中的至少一个待接合的面活化后的2个以上的所述树脂构件以各自的待接合的面进行贴合，
在所述表面处理工序中，利用与所述阳极及所述阴极电绝缘的整流板，将生成有所述电离气体的部位与具有被活化的面的树脂构件之间的空间包围。
6.如权利要求5所述的树脂接合体的制造方法，其中，在所述表面处理工序中，将电离气体生成用气体穿过生成所述电离气体的部位而向所述树脂构件的待接合的面进行供给，从而使所述电离气体碰撞待接合的面。
7.如权利要求5或6所述的树脂接合体的制造方法，其中，在所述接合工序中，将进行接合的所述树脂构件的整体的温度设为低于构成所述树脂构件的各树脂的玻璃化转变温度。
8.如权利要求7所述的树脂接合体的制造方法，其中，构成所述树脂构件的各树脂均为热塑性树脂。
9.如权利要求8所述的树脂接合体的制造方法，其中，构成所述树脂构件的各树脂均是非晶质的。
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