DE102011075401A1

DE102011075401A1 - Adhesive, which is curable by UV radiation, useful for bonding components in optical systems e.g. lighting devices, comprises an epoxide resin, a reactive diluent, an adhesion promoter, a UV polymerization initiator, and nanoscale filler

Info

Publication number: DE102011075401A1
Application number: DE201110075401
Authority: DE
Inventors: Jörg Endler; Hin Yiu Anthony Chung; Richard Kaak
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Jenoptik AG
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2012-05-03

Abstract

Adhesive, which is curable by UV radiation, comprises an epoxide resin, a reactive diluent, an adhesion promoter, a UV polymerization initiator, and nanoscale fillers. An independent claim is also included for bonding components in an optical system for producing a precise bonding using the adhesive, comprising (i) determining at least one adhesive gap width on at least one adhesion point, between the components to be bonded, (ii) introducing at least one spacing holder for adjusting the adhesive gap width in the adhesive gap, and the adhesive in the adhesive gap at an adhesion point, corresponding to the determined adhesive gap width, and (iii) bonding the components on impact, where the spacing holder and the adhesive remains at the adhesive gap, and lies against the bonded components.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mittels UV(Ultraviolett)-Strahlung aushärtbaren Klebstoff sowie die Verwendung eines derartigen Klebstoffs und ein Verfahren zur Herstellung des Klebstoffs.The present invention relates to a UV (ultraviolet) radiation curable adhesive and the use of such an adhesive and a method of making the adhesive.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In der optischen Industrie werden Klebstoffe in vielfältiger Weise zur Verbindung von Bauteilen eingesetzt, wie beispielsweise beim Einkleben von optischen Linsen in Fassungen oder bei der Fixierung von Glasfasern oder Mikrolinsen an einer Halbleiterlaserfacette oder einer Laserdiode.In the optical industry adhesives are used in a variety of ways for joining components, such as in the bonding of optical lenses in sockets or in the fixation of glass fibers or microlenses to a semiconductor laser facet or a laser diode.

Durch die Veränderung des Klebstoffs beim Aushärten, beispielsweise hinsichtlich einer Veränderung des Volumens der Klebstoffschicht bzw. durch das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten des Klebstoffs gegenüber den damit verbundenen Bauteilen bei Temperaturänderungen kann es zu Beeinträchtigungen der Klebeverbindung und der optischen Bauteile und insbesondere zur Ausbildung von mechanischen Spannungen kommen, die die Funktionsweise der optischen Bauteile beeinflussen können. Beispielsweise können entsprechende optische Linsen deformiert werden, was zu Passefehlern und somit zu einer Verschlechterung der Eigenschaften des optischen Bauteils führen kann. Insbesondere bei optischen Anlagen, die eine sehr hohe Abbildungsgenauigkeit erfordern, wie beispielsweise bei mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen und deren Bauteilen, kann ein Einfluss des Klebers durch Volumenschrumpfung oder durch die thermische Ausdehnung zu erheblichen Beeinträchtigungen der optischen Anlage führen.By changing the adhesive during curing, for example with respect to a change in the volume of the adhesive layer or by the different expansion behavior of the adhesive relative to the components associated with changes in temperature can cause adverse effects on the adhesive bond and the optical components and in particular for the formation of mechanical stresses, which can influence the functioning of the optical components. For example, corresponding optical lenses can be deformed, which can lead to Passefehlern and thus to a deterioration of the properties of the optical component. In particular, in optical systems that require a very high imaging accuracy, such as in microlithographic projection exposure systems and their components, an influence of the adhesive by volume shrinkage or by the thermal expansion can lead to significant adverse effects on the optical system.

Es ist deshalb Ziel die Volumenschrumpfung des Klebstoffs beim Aushärten zu reduzieren und die Einflüsse durch Veränderungen des Klebstoffs bei Temperaturschwankungen zu minimieren.It is therefore an objective to reduce the volume shrinkage of the adhesive during curing and to minimize the effects of changes in the adhesive in the event of temperature fluctuations.

Darüber hinaus ist es Ziel beim Einsatz entsprechender Klebstoffe eine optimale Klebfilmdicke zu erzielen, da bekannt ist, dass die Klebfestigkeit von der Klebschichtdicke abhängt und bei einer bestimmten Klebschichtdicke einen maximalen Bereich aufweist.In addition, the aim is to achieve the optimum adhesive film thickness when using appropriate adhesives, since it is known that the adhesive strength depends on the adhesive layer thickness and has a maximum range at a certain adhesive layer thickness.

Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 03-252488 ist bereits ein UV aushärtbarer Klebstoff bekannt, der eine geringe Schrumpfung und einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen soll. Der dort beschriebene Klebstoff ist aus einem Epoxidharz gebildet, der einen kationischen Photopolymerisationsinitiator aufweist und anorganische Pulverfüllstoffe, insbesondere in Form von feinen Aerosil-Pulvern aufweist. Zudem ist das entsprechende Gemisch mit intramolekularem, modifiziertem Polybutadien versehen.From the Japanese patent application JP 03-252488 Already a UV curable adhesive is known, which should have a low shrinkage and a low expansion coefficient. The adhesive described therein is formed of an epoxy resin having a cationic photopolymerization initiator and having inorganic powder fillers, especially in the form of fine Aerosil powders. In addition, the corresponding mixture is provided with intramolecular modified polybutadiene.

Durch die hohen Anteile an pulverförmigen Füllstoffen steigt die Viskosität jedoch stark an, sodass das Benetzungsverhalten des Klebstoffs negativ beeinflusst wird. Aus diesem Grund werden üblicherweise Epoxidharz-Klebstoffe mit einem Aerosil-Gehalt bis maximal ca. 10 Gew.-% verwendet. In diesen Fällen sind jedoch nur eine geringe Reduzierung des Schrumpfverhaltens und ein geringer Einfluss auf das Ausdehnungsverhalten feststellbar.Due to the high proportion of powdered fillers, however, the viscosity increases sharply, so that the wetting behavior of the adhesive is adversely affected. For this reason, usually epoxy resin adhesives are used with an Aerosil content to a maximum of about 10 wt .-%. In these cases, however, only a slight reduction of the shrinkage behavior and a slight influence on the expansion behavior are noticeable.

Darüber hinaus besteht das Problem bei großen Mengen von Aerosil, dass bei Vermischen aufgrund der hohen Viskosität Luft mit in das Harz eingebracht wird, welches aufgrund der hohen Viskosität der Mischung nur schwer wieder entfernbar ist, sodass durch die Luftanteile die Klebstoffe ungünstig beeinflusst werden können bzw. die Klebstoffeigenschaften zeitlich und örtlich nicht konstant sind. Darüber hinaus besteht das Problem, dass die Aerosil-Partikel stark aggregieren und agglomerieren, sodass kein gleichmäßiges, feines Dispergieren der Partikel möglich ist.In addition, there is the problem with large amounts of Aerosil that when mixing due to the high viscosity air is introduced into the resin, which is difficult to remove again due to the high viscosity of the mixture, so that the adhesives can be adversely affected by the air fractions or The adhesive properties are not constant in time and place. In addition, there is a problem that the Aerosil particles strongly aggregate and agglomerate, so that no uniform, fine dispersion of the particles is possible.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Klebstoff bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und insbesondere ermöglicht, eine sichere und zuverlässige Klebstoffverbindung von Bauteilen zu schaffen, bei welcher die Klebfilmdicke zur Erzielung einer maximalen Klebfestigkeit genau eingestellt werden kann, ohne dass es durch Schrumpfungen beim Aushärten zu erheblichen Veränderungen kommt, und bei der durch geringe thermische Ausdehnungskoeffizienten des Klebstoffs bei Temperaturschwankungen keine unerwünschten Einflüsse auf die verbundenen Bauteile ausgeübt werden. Darüber hinaus soll der Klebstoff einfach herstellbar und einfach anwendbar sein.It is therefore an object of the present invention to provide an adhesive which does not have the disadvantages of the prior art and in particular makes it possible to provide a secure and reliable adhesive connection of components in which the adhesive film thickness can be precisely adjusted to obtain a maximum adhesive strength, without it by shrinkages during curing to considerable Changes occur, and in the case of low thermal expansion coefficients of the adhesive during temperature fluctuations, no undesired influences are exerted on the connected components. In addition, the adhesive should be easy to prepare and easy to use.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Klebstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Verfahren zur Herstellung eines Klebstoffs nach Anspruch 8 sowie der Verwendung eines entsprechenden Klebstoffs und ein Verfahren zur Herstellung einer präzisen Klebeverbindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by an adhesive with the features of claim 1, a method for producing an adhesive according to claim 8 and the use of a corresponding adhesive and a method for producing a precise adhesive bond according to the features of claim 9. Advantageous embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die vorliegende Erfindung schlägt vor, einen Klebstoff zu schaffen, der mittels UV(ultraviolett)-Strahlung aushärtbar ist und aus einem Gemisch aus einem Epoxidharz, einem Reaktivverdünner, einem Haftvermittler, einem UV-Polymerisationsinitiator und nanoskaligen Füllstoffen hergestellt wird.The present invention proposes to provide an adhesive which is curable by means of UV (ultraviolet) radiation and is produced from a mixture of an epoxy resin, a reactive diluent, an adhesion promoter, a UV polymerization initiator and nanoscale fillers.

Durch die Beigabe eines Reaktivverdünners wird erreicht, dass die Viskosität des Klebstoffs niedrig gehalten werden kann, auch wenn eine ausreichend große Menge an nanoskaligen Füllstoffen zur Verringerung der Schrumpfung und Absenkung der thermischen Ausdehnung beigefügt wird. Entsprechend ist der Reaktivverdünner so zu wählen, dass seine Viskosität geringer ist als die des Epoxidharzes und/oder der anderen Bestandteile, um im Gemisch für eine entsprechende Absenkung der Viskosität zu sorgen. Durch die Funktion, dass der Reaktivverdünner beim Aushärten mit dem Epoxidharz polymerisiert wird, wird durch den Reaktivverdünner keine Schwächung der Klebstoffwirkung verursacht.By adding a reactive diluent it is achieved that the viscosity of the adhesive can be kept low, even if a sufficiently large amount of nanoscale fillers is added to reduce the shrinkage and decrease the thermal expansion. Accordingly, the reactive diluent is to be chosen so that its viscosity is lower than that of the epoxy resin and / or the other constituents in order to ensure a corresponding reduction in viscosity in the mixture. Due to the function that the reactive diluent is polymerized during curing with the epoxy resin, the reactive diluent does not weaken the adhesive effect.

Zusätzlich wird durch die Beigabe eines Haftvermittlers die Benetzung der zu verklebenden Bauteile durch den Klebstoff verbessert, sodass auch eine gewisse höhere Viskosität durch den Anteil an nanoskaligen Füllstoffen zulässig ist, da die durch die höhere Viskosität nachteilige schlechtere Benetzung durch den Haftvermittler ausgeglichen wird.In addition, the addition of an adhesion promoter improves the wetting of the components to be bonded by the adhesive, so that a certain higher viscosity is permitted by the proportion of nano-scale fillers, since the disadvantageous wetting due to the higher viscosity is compensated by the adhesion promoter.

Die nanoskaligen Füllstoffe können eine sphärische Form aufweisen, um ein optimales Eigenschaftsprofil innerhalb des Klebstoffs zu bewirken.The nanoscale fillers may have a spherical shape to provide an optimum profile of properties within the adhesive.

Die Füllstoffe können aus anorganischen Substanzen, insbesondere Siliziumdioxid oder Titandioxid gebildet sein. Die nanoskaligen Füllstoffe können eine Größe im Bereich von 5 bis 40 nm insbesondere im Bereich von 20 nm aufweisen und in Pulverform dem Klebstoffgemisch zugegeben werden oder über eine flüssige Phase in den Klebstoff dispergiert werden oder bereits in einer der Ausgangskomponenten dispergiert sein.The fillers may be formed from inorganic substances, in particular silicon dioxide or titanium dioxide. The nanoscale fillers may have a size in the range of 5 to 40 nm, in particular in the range of 20 nm, and may be added in powder form to the adhesive mixture or be dispersed in the adhesive via a liquid phase or be already dispersed in one of the starting components.

Die Partikel der nanoskaligen Füllstoffe können eine enge Partikelgrößenverteilung aufweisen, wobei beispielsweise mehr als 90%, insbesondere mehr als 95% aller Partikel in einem vorgegebenen Größenbereich liegen oder alle Partikel in einem vorgegebenen Größenbereich liegen und/oder mehr als 90%, insbesondere mehr als 95% mit einer vorgegebenen Größe in der Mitte des vorgegebenen Größenbereichs liegen.The particles of the nanoscale fillers may have a narrow particle size distribution, wherein, for example, more than 90%, in particular more than 95%, of all particles are in a predetermined size range or all particles are in a predetermined size range and / or more than 90%, in particular more than 95% % with a given size in the middle of the given size range.

Die Füllstoffe können mit mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-% und insbesondere 30 bis 35 Gew.-% im Klebstoff vorliegen, sodass durch eine ausreichend große Menge an nanoskaligen Füllstoffen die Schrumpfung beim Aushärten wirkungsweise verringert bzw. die thermische Ausdehnung beschränkt wird.The fillers can be present in the adhesive with at least 10% by weight, preferably 10 to 40% by weight and in particular 30 to 35% by weight, so that the shrinkage during curing is effectively reduced by a sufficiently large amount of nanoscale fillers or thermal expansion is limited.

Die nanoskaligen Füllstoffe können bereits in dem dem Klebstoff zuzugebenden Epoxidharz und/oder dem Reaktivverdünner vorgesehen sein.The nano-scale fillers can already be provided in the epoxy resin to be added to the adhesive and / or the reactive diluent.

Der Reaktivverdünner kann ähnlich dem Epoxidharz eine Glycidylfunktion aufweisen, um an der Polymerisation teilzunehmen. Beispielsweise kann der Reaktivverdünner durch Butandiyol-1,4 diglycidylether, 1,6 Hexandioglycidylether oder durch Nanopox A650, ein Produkt der Firma Nanoresins, gebildet sein.The reactive diluent may have a glycidyl function similar to the epoxy resin to participate in the polymerization. For example, the reactive diluents may be formed by butanediol-1,4-diglycidyl ether, 1,6-hexanedioglycidyl ether or by Nanopox A650, a product of the company Nanoresins.

Als Harze kommen entsprechende Epoxidharze beispielsweise ebenfalls von der Firma Nanoresins in Frage, wie beispielsweise Nanopox XP 22/0314, Nanopox C620, Nanopox F440, Nanopox XP22/0540, Nanopox XP22/00516, Nanopox XP22/0543, Nanopox XP22/0525, Nanopox A510 oder Rütapox 0164.Examples of suitable resins include nanoresins such as Nanopox XP 22/0314, Nanopox C620, Nanopox F440, Nanopox XP22 / 0540, Nanopox XP22 / 00516, Nanopox XP22 / 0543, Nanopox XP22 / 0525, Nanopox A510 or Rütapox 0164.

Als UV-Polymerisationsinitiatoren kommen insbesondere kationische UV-Polymerisationsinitiatoren in Frage, wie beispielsweise Produkte mit den Handelsbezeichnungen IGM-C440, Irgacure 250, CD-1010, CD-1011, CD-1012, UVI 6976, UVI 6974.Suitable UV polymerization initiators are, in particular, cationic UV polymerization initiators, for example products with the trade names IGM-C440, Irgacure 250, CD-1010, CD-1011, CD-1012, UVI 6976, UVI 6974.

Als Haftvermittler kann 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan eingesetzt werden. As a primer, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane can be used.

Bei dem Klebstoffgemisch kann das Epoxidharz ohne entsprechende nanoskalige Füllstoffe mit einem Anteil von 50 bis 80 Gew.-%, insbesondere 60 bis 70 Gew.-%, der Reaktivverdünner mit einem Anteil von 2 bis 8 Gew.-%, insbesondere 4 bis 6 Gew.-%, der UV-Polymerisationsinitiator mit einem Anteil von 2 bis 5 Gew.-%, insbesondere 3 bis 4 Gew.-% und der Haftvermittler mit einem Anteil von 0,5 bis 2 Gew.-%, insbesondere 0,75 bis 1,25 Gew.-% vorgesehen sein, wobei der Rest dann durch die Füllstoffe gegeben ist. Entsprechend beziehen sich die oben angegebenen Anteile auf die Bestandteile ohne Füllstoffe. Bei einer Verwendung von Ausgangsprodukten, bei denen bereits nanoskalige Füllstoffe enthalten sind, sind die Anteile entsprechend zu erhöhen.In the adhesive mixture, the epoxy resin without corresponding nanoscale fillers in a proportion of 50 to 80 wt .-%, in particular 60 to 70 wt .-%, the reactive diluents in a proportion of 2 to 8 wt .-%, in particular 4 to 6 wt .-%, the UV polymerization initiator in a proportion of 2 to 5 wt .-%, in particular 3 to 4 wt .-% and the adhesion promoter in a proportion of 0.5 to 2 wt .-%, in particular 0.75 to 1.25 wt .-% may be provided, the remainder is then given by the fillers. Accordingly, the proportions given above refer to the ingredients without fillers. When using starting products which already contain nanoscale fillers, the proportions should be increased accordingly.

Der Klebstoff kann weiterhin Abstandshalter, insbesondere in Form von Abstandskugeln aus organischen oder anorganischen Substanzen, insbesondere Siliziumdioxid umfassen, die eine Größe aufweisen, die der einzustellenden Klebschichtdicke bzw. Klebespaltbreite entspricht. Beispielsweise können die Abstandskugeln einen Durchmesser von 20 μm aufweisen, wenn eine Klebschichtdicke von ca. 20 μm eingestellt werden soll. Die Abstandskugeln verhindern dabei, dass der Klebfilm auf eine geringere Dicke zusammengedrückt wird und dienen somit als Anschlagelemente, die bei einem entsprechend Zusammendrücken der Bauteile automatisch dafür sorgen, dass die entsprechende Klebschichtdicke gegeben ist.The adhesive may further comprise spacers, in particular in the form of spacer balls of organic or inorganic substances, in particular silicon dioxide, which have a size which corresponds to the adhesive layer thickness or adhesive gap width to be set. For example, the spacer balls may have a diameter of 20 microns, if an adhesive layer thickness of about 20 microns is to be set. The spacer balls prevent that the adhesive film is compressed to a smaller thickness and thus serve as stop elements, which automatically ensure that the corresponding adhesive layer thickness given a corresponding compression of the components.

Durch die Verwendung von Abstandshaltern in Klebeschichten können hoch präzise Verklebungen von Bauteilen in optischen Anlagen, wie beispielsweise Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie erzielt werden. Hierzu wird zunächst mindestens eine Klebespaltbreite an mindestens einer Klebestelle zwischen den zu verklebenden Bauteilen bestimmt und entsprechend der bestimmten Klebespaltbreite wird dann bei der Herstellung der Verklebung ein Abstandshalter zur Einstellung der Klebespaltbreite in den Klebespalt und den Klebstoff im Klebespalt an der Klebestelle eingebracht. Durch den Abstandshalter können die Bauteile auf Stoß geklebt werden, d. h. in einer Richtung quer zur Klebefläche zwischen den zu verklebenden Bauteilen auf Druck belastet werden, sodass durch die Abstandshalter sicher gestellt ist, dass die Klebeschicht nicht unter die Mindestklebespaltbreite, die durch die Abstandshalter definiert wird, zusammengedrückt wird. Gleichzeitig ergibt sich durch die Anordnung der Bauteile auf Anschlag mit dem Abstandshalter eine präzise Einstellung der entsprechenden Position. Die Klebespaltbreite kann über die gesamte Klebefläche zwischen den zu verklebenden Bauteilen bestimmt werden oder es können nur einige wenige Klebespaltbreiten an einer oder mehreren Klebestellen einer Klebeschicht zwischen den zu verklebenden Bauteilen bestimmt werden, insbesondere wenn die Geometrie und Dimensionen der Bauteile definiert oder bekannt sind. Insbesondere kann die einzustellende Klebespaltbreite an drei oder mehr räumlich verteilten Klebestellen bzw. Orten zur Anbringung von Abstandshaltern, vorzugsweise genau an drei Klebestellen bzw. Abstandshalterorten zur Erzielung einer Dreipunktlagerung bestimmt werden. Da drei Punkte im Raum genau eine Ebene definieren kann durch die Verwendung von exakt drei Abstandshaltern oder drei Klebestellen mit Abstandshaltern eine exakte Positionierung von zu verklebenden Bauteilen, insbesondere hinsichtlich der Ausrichtung von zwei im Wesentlichen parallel entlang der Klebefläche verlaufenden Flächen der zu beklebenden Bauteile, erzielt werden.By using spacers in adhesive layers, it is possible to achieve highly precise bonding of components in optical systems, such as, for example, projection exposure systems for microlithography. For this purpose, first at least one adhesive gap width is determined at least one splice between the components to be bonded and according to the particular adhesive gap width then a spacer for setting the adhesive gap width in the adhesive gap and the adhesive is introduced in the adhesive gap at the splice in the production of the bond. Due to the spacer, the components can be glued on butt, d. H. in a direction transverse to the adhesive surface between the components to be bonded are subjected to pressure so that the spacers ensure that the adhesive layer is not compressed below the minimum adhesive gap width defined by the spacers. At the same time results from the arrangement of the components to stop with the spacer precise adjustment of the corresponding position. The adhesive gap width can be determined over the entire adhesive surface between the components to be bonded or only a few adhesive gap widths can be determined at one or more splices an adhesive layer between the components to be bonded, especially if the geometry and dimensions of the components are defined or known. In particular, the adhesive gap width to be set can be determined at three or more spatially distributed splices or locations for the attachment of spacers, preferably exactly at three splices or spacer locations to achieve a three-point bearing. Since three points in the space define exactly one plane, the use of exactly three spacers or three splices with spacers enables exact positioning of components to be glued, in particular with regard to the alignment of two surfaces of the components to be glued running essentially parallel along the adherend surface become.

Die Bestimmung der Klebespaltbreite kann durch Vermessung der zu verklebenden Bauteile und anschließende Berechnung der Klebespaltbreite aus der Sollposition der zu verklebenden Bauteile oder entsprechender Teile davon, wie zum Beispiel entsprechender Flächen der Bauteile, und der gemessenen oder bekannten Form und Dimensionen der zu verklebenden Bauteile ermittelt werden. Sofern die Form und Größe der zu verklebenden Bauteile bekannt sind oder die Präzision der Positionierung der Bauteile aufgrund der bekannten Geometrien und Dimensionen ausreichend ist, kann auch auf eine Vermessung der zu verklebenden Bauteile verzichtet werden und die Klebespaltbreite kann rein aus der Sollposition der zu verklebenden Bauteile oder der Teile davon sowie der Form und Größe der zu verklebenden Bauteile bestimmt werden.The determination of the adhesive gap width can be determined by measuring the components to be bonded and then calculating the adhesive gap width from the desired position of the components to be bonded or corresponding parts thereof, such as corresponding surfaces of the components, and the measured or known shape and dimensions of the components to be bonded , If the shape and size of the components to be bonded are known or the precision of the positioning of the components due to the known geometries and dimensions is sufficient, can also be dispensed with a measurement of the components to be bonded and the adhesive gap width can purely from the desired position of the components to be bonded or the parts thereof and the shape and size of the components to be bonded are determined.

Die Position und/oder Anzahl der Abstandshalter und/oder der Klebestellen mit Abstandshaltern kann aus der Form der Klebeschicht bzw. Klebefläche bestimmt werden, die prinzipiell beliebig geformt sein kann. Allerdings gilt es zu beachten, dass bei einer dreidimensionalen Gestaltung der Klebeschicht bzw. Klebefläche zusätzlich die Positionierung der zu verklebenden Bauteile hinsichtlich weiterer Bewegungsfreiheitsgrade zu berücksichtigen ist. Bei einer ebenen Klebefläche, bei der Bauteile mit planparallelen Flächen miteinander verklebt werden sollen, kann eine Dreipunktlagerung mit dem Vorsehen von drei räumlich getrennt angeordneten Abstandshaltern in der Klebeschicht eine exakte Positionierung der Bauteile hinsichtlich des Bewegungsfreiheitsgrades der translatorischen Bewegung quer zur Klebeschicht erzielt werden, indem die Bauteile gegen die Abstandshalter gedrückt werden, sodass in einer Richtung quer zur Klebeschicht die Position eindeutig durch Anschlag der zu verklebenden Bauteile an den Abstandshaltern festgelegt ist. In Raumrichtungen quer dazu, also parallel zur Klebeschicht bzw. -fläche oder hinsichtlich einer Drehung der Bauteile um entsprechende Raumachsen wird jedoch dadurch die Positionierung nicht unbedingt eindeutig, sodass hierfür zusätzliche Maßnahmen erforderlich sein können, falls hier ein Bedarf entsprechender exakter Positionierung existiert. Entsprechend kann die vorliegende Erfindung bezüglich einer exakten Positionierung von Bauteilen bei der Herstellung einer Klebeverbindung auch gleichzeitig bezüglich mehrerer Bewegungsfreiheitsgrade angewandt werden.The position and / or number of spacers and / or the splices with spacers can be determined from the shape of the adhesive layer or adhesive surface, which in principle can be arbitrarily shaped. However, it should be noted that in the case of a three-dimensional design of the adhesive layer or adhesive surface, in addition, the positioning of the components to be bonded with regard to further degrees of freedom of movement must be taken into account. In a flat adhesive surface in which components are to be glued together with plane-parallel surfaces, a three-point bearing can be achieved with the provision of three spatially separated spacers in the adhesive layer exact positioning of the components with respect to the degree of freedom of movement translationally across the adhesive layer by the Components are pressed against the spacers, so that in a direction transverse to the adhesive layer, the position is clearly determined by stopping the components to be bonded to the spacers. In spatial directions transversely to, ie parallel to the adhesive layer or surface or with respect to a rotation of the components to However, the corresponding spatial axes, the positioning is not necessarily clear, so this additional measures may be required if there is a need for appropriate exact positioning exists. Accordingly, the present invention can also be applied simultaneously with respect to a plurality of degrees of freedom of movement with respect to an accurate positioning of components in the production of an adhesive bond.

Die Abstandshalter können entsprechend für eine Verklebung an einer Kleberfläche gleich oder unterschiedlich gewählt werden und zwar hinsichtlich verschiedener Eigenschaft, wie Zusammensetzung, Form, Dimensionen und dergleichen.The spacers may be chosen to be the same or different for bonding to an adhesive surface, in terms of various properties such as composition, shape, dimensions and the like.

Der entsprechende Klebstoff kann zum Verkleben von Bauteilen in optischen Anlagen insbesondere bei mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen, Objektiven, Beleuchtungseinrichtungen, optischen Linsen, Glasfaserkomponenten, Mehrfachspiegelanordnungen, Laseroptiken, Halbleiterlasern und Laserdioden erfolgreich eingesetzt werden.The corresponding adhesive can be used successfully for bonding components in optical systems, in particular in microlithographic projection exposure apparatuses, objectives, illumination devices, optical lenses, glass fiber components, multiple mirror arrays, laser optics, semiconductor lasers and laser diodes.

DEFINITIONENDEFINITIONS

Unter Reaktivverdünner ist ein Verdünnungsmittel zu verstehen, dass beim Härtungsprozess Bestandteil des Polymers wird. Unter einem Reaktivverdünner mit Glycidyl-Funktion ist gemeint, dass der Reaktivverdünner einen Oxiranring als reaktionsfreudige Gruppe umfasst.By reactive diluents is meant a diluent that becomes part of the polymer in the curing process. By a reactive diluent having glycidyl function is meant that the reactive diluent comprises an oxirane ring as a reactive group.

Unter Epoxiden werden ebenfalls organische Verbindungen verstanden, welche mindenstens einen Oxiranring umfassen. Entsprechend werden auch Epoxidharze als Polymere mit Oxyranring verstanden. Ein entsprechender Oxyranring besteht aus einer dreieckigen Struktur, an welcher an zwei Ecken Kohlenstoffatome und an der dritten Ecke ein Sauerstoffatom angeordnet sind.Epoxides are also understood as meaning organic compounds which comprise at least one oxirane ring. Accordingly, epoxy resins are understood as polymers with Oxyranring. A corresponding Oxyranring consists of a triangular structure, at which carbon atoms are arranged at two corners and an oxygen atom at the third corner.

Unter Haftvermittler wird eine reaktive Verbindung verstanden, die die Haftung der Klebschicht an dem Substrat bzw. die Benetzung des Substrats verbessert.Adhesion promoters are understood to mean a reactive compound which improves the adhesion of the adhesive layer to the substrate or the wetting of the substrate.

Unter Polymerisationsinitiator versteht man eine Substanz, die durch eine Reaktion eine Polymerisation auslösen kann. Unter einem kationischen Polymerisationsinitiator wird eine Substanz zur Auslösung einer kationischen Polymerisation verstanden, wie beispielsweise eine Säure, die an das Monomer ein Proton abgibt und ein entsprechendes Kation schafft, das für die weitere Reaktion zur Polymerisation zur Verfügung steht.By polymerization initiator is meant a substance which can initiate polymerization by a reaction. By a cationic polymerization initiator is meant a substance for initiating a cationic polymerization, such as an acid which gives a proton to the monomer and creates a corresponding cation which is available for further reaction for polymerization.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen/Diagramme nähere erläutert, wobei die Zeichnungen/Diagramme in rein schematischer Weise zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the attached drawings / diagrams, wherein the drawings / diagrams show in a purely schematic way:

1 ein Diagramm über den Verlauf des Ausdehnungskoeffizienten in einem Temperaturbereich mit und ohne nanoskalige Füllstoffe; 1 a diagram over the course of the expansion coefficient in a temperature range with and without nanoscale fillers;

2 eine Darstellung der Wirkungsweise von Abstandskugeln; und in 2 a representation of the mode of action of spacer balls; and in

3 eine dreidimensionale Darstellung einer Verklebung von zwei Bauteilen 3 a three-dimensional representation of a bonding of two components

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich.Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following description of an embodiment.

Ein erfindungsgemäßer Klebstoff kann beispielsweise 91,8 Gew.-% des Epoxidharzes Nanopox F440 umfassen, in welchem bereits entsprechend nanoskalige Füllstoffe enthalten sind. Zusätzlich werden 4,2 Gew.-% Reaktivverdünner in Form von Butandyol-1,4 diglycidylether, 1 Gew.-% Haftvermittler in Form von 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan und 3 Gew.-% UV-Polymerisationsinitiator mit der Handelsbezeichnung UV 16974 zugemischt.An adhesive according to the invention may comprise, for example, 91.8% by weight of the epoxy resin Nanopox F440 in which correspondingly nanoscale fillers are already present. In addition, 4.2% by weight of reactive diluents in the form of butanediol-1,4-diglycidyl ether, 1% by weight of adhesion promoter in the form of 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane and 3% by weight of UV polymerization initiator with the trade name UV 16974 are admixed.

Vergleichsweise wird ein entsprechender Klebstoff ohne nanoskalige Füllstoffe hergestellt, bei welchem anstelle der Siliziumdioxid-Füllstoffpartikel entsprechendes Epoxidharz in der Klebstoffverbindung enthalten ist. Wie sich aus der nachstehenden Tabelle im Eigenschaftsvergleich ergibt, ist der Volumenschrumpf nach UV-Aushärtung des Klebstoffs bei dem Klebstoff mit nanoskaligen Füllstoffen geringer. Dies gilt auch bei einer anschließenden Wärmebehandlung für 20 Stunden bei 40 Grad Celsius. Auch der Ausdehnungskoeffizient im Temperaturbereich von 0 Grad Celsius bis 30 Grad Celsius ist bei den Klebstoffen mit nanoskaligen Füllstoffen geringer. Eigenschaftsvergleich: UV härtbarer Klebstoff ohne nanoskalige Füllstoffe UV härtbarer Klebstoff mit nanoskaligen Füllstoffen SiO₂-Füllstoffgehalt (Gew.-%) 0% ca. 37% Volumenschrumpf (Vol.-%), nach der Belichtung ca. 3,4% ca. 2,2% Volumenschrumpf (Vol.-%) nach der Belichtung und 20 h/40°C ca. 3,6% ca. 2,4% Ausdehnungskoeffizient, von 0°C bis 30°C, ca. 61–72 * 10^–6 1/K 42–48 * 10^–6 1/K By comparison, a corresponding adhesive without nanoscale fillers is produced in which instead of the silica filler particles corresponding epoxy resin is contained in the adhesive compound. As can be seen from the table below in the property comparison, the volume shrinkage after UV curing of the adhesive with the adhesive with nanoscale fillers lower. This also applies to a subsequent heat treatment for 20 hours at 40 degrees Celsius. The coefficient of expansion in the temperature range from 0 degrees Celsius to 30 degrees Celsius is lower for adhesives with nanoscale fillers. Property Comparison: UV curable adhesive without nanoscale fillers UV curable adhesive with nanoscale fillers SiO ₂ filler content (wt .-%) 0% about 37% Volume shrinkage (% by volume), after exposure approx. 3.4% about 2.2% Volume shrinkage (% by volume) after exposure and 20 h / 40 ° C about 3.6% about 2.4% Coefficient of expansion, from 0 ° C to 30 ° C, approx. 61-72 * 10 ^-6 1 / K 42-48 * 10 ^-6 1 / K

Das Ausdehnungsverhalten zeigt die beigefügte 1, bei der in einem Diagramm der Ausdehnungskoeffizient über der Temperatur aufgetragen ist und zwar einerseits für den UV härtbaren Klebstoff mit nanoskaligen Füllstoffen und andererseits für den UV härtbaren Klebstoff ohne nanoskalige Füllstoffe. Wie der Vergleich unmittelbar ergibt, ist bei den Klebstoffen mit nanoskaligen Füllstoffen der Ausdehnungskoeffizient deutlich geringer.The expansion behavior shows the attached 1 , in which the coefficient of expansion is plotted against the temperature in a diagram, on the one hand for the UV curable adhesive with nanoscale fillers and on the other hand for the UV curable adhesive without nanoscale fillers. As the comparison shows, the expansion coefficient of adhesives with nanoscale fillers is significantly lower.

Die Wirkungsweise von Abstandskugeln im Klebstoff wird in der 2 dargestellt. Diese zeigt eine Querschnittsdarstellung durch einen Klebschichtauftrag auf einem Bauteil 1, wobei deutlich wird, dass in der Klebschicht 2 eine oder mehrere entsprechende Abstandskugeln 4 vorgesehen sind, die das zweite Bauteil 3, welches mit dem ersten Bauteil 1 über die Klebschicht 2 verbunden werden soll, auf dem entsprechenden Abstand hält, der für die optimale Klebschichtverbindung gewählt ist. Entsprechend können die Abstandskugeln 4 individuell in den entsprechenden Klebstoff eingegeben werden, um individuell unterschiedliche Klebschichtdicken einstellen zu können.The mode of action of spacer balls in the adhesive is in the 2 shown. This shows a cross-sectional representation by an adhesive layer on a component 1 , wherein it is clear that in the adhesive layer 2 one or more corresponding spacer balls 4 are provided, which are the second component 3 , which with the first component 1 over the adhesive layer 2 is to be connected, keeps at the appropriate distance, which is selected for the optimum adhesive layer connection. Accordingly, the spacer balls 4 can be entered individually in the appropriate adhesive to adjust individually different adhesive layer thicknesses.

Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Verklebung von zwei Bauteilen 10 und 30 mittels einer Klebeschicht 20. Durch die dreidimensionale Darstellung der 3 wird deutlich, dass die Klebespaltbreite B nicht über die gesamte Klebefläche identisch sein muss, sondern dass vielmehr die Klebespaltbreite B über der Klebefläche, also der flächigen Ausdehnung der Klebeschicht 20 zwischen den zu verbindenden Bauteilen 10 und 30, variieren kann. So ist beispielsweise bei der Darstellung der 3 im linken gezeigten Eckbereich die Klebespaltbreite B1 kleiner als im mittleren vorderen Eckbereich. Um jedoch eine planparallele Ausrichtung der Oberfläche 31 des Bauteils 30 und der Unterseite 11 des Bauteils 10 zueinander zu erhalten, darf die Klebeschicht 20 nicht gleichmäßig dick ausgeführt sein, sondern muss entsprechend der unterschiedlichen Klebespaltbreite B ebenfalls eine entsprechend unterschiedliche Dicke aufweisen. Zu diesem Zweck sind unterschiedlich dimensionierte Abstandshalter in Form von Abstandskugeln 40, 41 und 42 vorgesehen, die in den jeweiligen Eckbereichen im Klebespalt bzw. im Klebstoff der Klebeschicht 20 angeordnet sind. Der Durchmesser B1 der Abstandskugel 40 entspricht hierbei der Klebespaltbreite B1 im linken Eckbereich der 3 während der Durchmesser D2 der Klebespaltbreite B2 im mittleren, vorderen Eckbereich des Klebespalts entspricht und der Durchmesser D3 der Abstandskugel 42 der Klebespaltbreite B3 im rechten Eckbereich der Klebeverbindung zwischen den Bauteilen 10 und 30.The 3 shows a further embodiment of a bonding of two components 10 and 30 by means of an adhesive layer 20 , Due to the three-dimensional representation of the 3 It is clear that the adhesive gap width B need not be identical over the entire adhesive surface, but rather that the adhesive gap width B on the adhesive surface, ie the areal extent of the adhesive layer 20 between the components to be connected 10 and 30 , may vary. For example, in the presentation of the 3 in the left corner area shown, the adhesive gap width B1 smaller than in the middle front corner area. However, a plane-parallel alignment of the surface 31 of the component 30 and the bottom 11 of the component 10 to obtain each other, the adhesive layer may 20 not be made uniformly thick, but must also have a correspondingly different thickness according to the different adhesive gap width B. For this purpose, differently dimensioned spacers in the form of spacer balls 40 . 41 and 42 provided in the respective corner regions in the adhesive gap or in the adhesive of the adhesive layer 20 are arranged. The diameter B1 of the spacer ball 40 corresponds to the adhesive gap width B1 in the left corner of the 3 while the diameter D2 of the adhesive gap width B2 in the middle, front corner region of the adhesive gap corresponds and the diameter D3 of the spacer ball 42 the adhesive gap width B3 in the right corner of the adhesive bond between the components 10 and 30 ,

Um die unterschiedlichen Klebespaltbreiten B1, B2, B3 bzw. Klebeschichtdicken zu gewährleisten, können die unterschiedlichen Abstandshalter in Form der Abstandskugeln 40, 41, 42 gezielt in den entsprechenden Bereichen angeordnet werden, um ansonsten den Klebespalt zur Ausbildung einer einzigen Klebestelle zwischen den Bauteilen 10 und 30 vollständig mit Klebstoff zu füllen. Alternativ ist es auch möglich mehrere Klebestellen vorzusehen, bei denen unterschiedliche Klebstoffe verwendet werden, die sich zumindest dadurch unterscheiden, dass sie unterschiedliche Abstandshalter in Form der Abstandskugeln 40, 41, 42 entsprechend der einzustellenden Klebespaltbreiten B1, B2 und B3 aufweisen. In diesem Fall kann der Klebespalt auch nur teilweise mit entsprechendem Klebestoff an den jeweiligen Klebestellen gefüllt werden.In order to ensure the different adhesive gap widths B1, B2, B3 or adhesive layer thicknesses, the different spacers in the form of the spacer balls 40 . 41 . 42 be placed in the appropriate areas to otherwise the adhesive gap to form a single bond between the components 10 and 30 completely filled with adhesive. Alternatively, it is also possible to provide a plurality of splices, in which different adhesives are used, which differ at least in that they are different spacers in the form of the spacer balls 40 . 41 . 42 in accordance with the adhesive gap widths B1, B2 and B3 to be set. In this case, the adhesive gap can be filled only partially with appropriate adhesive to the respective splices.

Zur Bestimmung der Klebespaltbreiten B1, B2, B3 werden vor der Erstellung der Klebeverbindung die Bauteile 10 und 30 zumindest in ihrer Dimension bezüglich des Klebespalts, d. h. in ihrer Dickenrichtung parallel zur Klebespaltbreite vermessen und aus diesen Daten können zusammen mit den Sollpositionen für die Oberseite 31 des Bauteils 30 und die Unterseite 11 des Bauteils 10 die erforderlichen Klebespaltbreiten B ermittelt werden. Darüber hinaus kann aus der Form der Klebefläche bzw. den benachbarten Flächen der zu verklebenden Bauteile auch bestimmt werden, in welchen Bereichen der Klebefläche bzw. der Klebeschicht 20 entsprechende Abstandshalter bzw. Klebestellen mit Abstandshaltern vorgesehen werden müssen oder sollen.To determine the adhesive gap widths B1, B2, B3, the components are prior to the preparation of the adhesive bond 10 and 30 at least in its dimension with respect to the glue gap, ie in its thickness direction Measured parallel to the adhesive gap width and from this data, together with the target positions for the top 31 of the component 30 and the bottom 11 of the component 10 the required adhesive gap widths B are determined. In addition, from the shape of the adhesive surface or the adjacent surfaces of the components to be bonded can also be determined in which areas of the adhesive surface or the adhesive layer 20 appropriate spacers or splices must be provided with spacers or should.

Mit diesen Informationen können dann die Abstandshalter und der Klebstoff in den Klebespalt an den entsprechenden Positionen eingebracht werden und die Bauteile 10 und 30 können auf Stoß geklebt werden, das heißt die Bauteile 10 und 11 können entsprechend der Kraftpfeile F bis auf Anschlag zusammengedrückt werden, da dann die Abstandshalter 40, 41, 42 die erforderliche Klebespaltbreiten B1, B2, B3 definieren und gewährleisten.With this information, the spacers and the adhesive can then be introduced into the bonding gap at the corresponding positions and the components 10 and 30 can be glued on butt, that is, the components 10 and 11 can be compressed according to the force arrows F to the stop, since then the spacers 40 . 41 . 42 define and ensure the required adhesive gap widths B1, B2, B3.

Da die Abstandshalter 40, 41, 42 in der Klebeschicht verbleiben können die Materialien der Abstandshalter so gewählt werden, dass sie an die Eigenschaften der benachbarten Bauteile und/oder des Klebstoffs angepasst sind, beispielsweise hinsichtlich des Elastizitätsmodul, des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dergleichen.Because the spacers 40 . 41 . 42 remaining in the adhesive layer, the materials of the spacers may be selected to match the properties of the adjacent components and / or the adhesive, for example, in terms of modulus of elasticity, thermal expansion coefficient, and the like.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass viel mehr Abwandlungen in der Form möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder eine andersartige Kombination von Merkmalen vorgenommen wird, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen.Although the present invention has been described with reference to an embodiment, it will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited to this embodiment, but that many more modifications are possible in the form, that individual features are omitted or a different combination of features is made without departing from the scope of the appended claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 03-252488 [0006]

Claims

Adhesive which is curable by means of UV (ultraviolet) radiation, with an epoxy resin, a reactive diluent, a bonding agent, a UV polymerization initiator, and nanoscale fillers.

An adhesive according to claim 1, characterized in that the particles of nanoscale fillers have a spherical shape and / or the fillers are formed from inorganic substances, in particular silicon dioxide or titanium dioxide.

Adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the fillers are finely dispersed and / or have a narrow particle size distribution and / or the fillers at least 10 wt .-%, preferably 10 to 40 wt .-%, in particular 30 to 35 wt. - Make out% of the adhesive.

Adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the epoxy resin and / or the reactive diluents have nanoscale fillers in their starting form.

Adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the reactive diluent has a glycicyl function and / or the UV polymerization initiator is cationic and / or the adhesion promoter comprises 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane.

Adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the epoxy resin in a proportion of 50 to 80 wt .-%, in particular 60 to 70 wt .-%, the reactive diluent in a proportion of 2 to 8 wt .-%, in particular 4 to 6 wt .-%, of the UV polymerization in a proportion of 2 to 5% by weight, in particular 3 to 4% by weight, the adhesion promoter in a proportion of 0.5 to 2 wt .-%, in particular 0.75 to 1.25 wt .-% are contained in the adhesive and the rest are fillers.

Adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive comprises spacer balls of organic or inorganic substances, in particular silicon dioxide, in the size of the adhesive layer thickness to be set.

Use of an adhesive according to one of the preceding claims for bonding components in optical systems, in particular in microlithographic projection exposure apparatuses, objectives, illumination devices, optical lenses, glass fiber components, multiple mirror arrangements, laser optics, semiconductor lasers and laser diodes.

A method for bonding components in optical systems for producing a precise bonding using an adhesive, in particular according to one of the preceding claims, wherein at least one adhesive gap width is determined at least one bond between the components to be bonded and according to the particular adhesive gap width at least one spacer for adjustment the adhesive gap width is introduced into the adhesive gap and the adhesive in the adhesive gap at the adhesive joint and the components are glued to shock, wherein the spacer remains in the adhesive gap and adhesive and rests against the bonded parts.

A method according to claim 9, characterized in that the adhesive gap widths are determined over the entire adhesive surface between the components to be bonded or multiple adhesive gap widths at one or more splices an adhesive surface between the components to be bonded, in particular at three or more spatially separated splices, preferably at exactly three spatially separated and spaced splices.

Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that the determination of the adhesive gap width by measuring the components to be bonded and / or calculation of the adhesive gap width from the desired position of the components to be bonded or parts thereof and the dimensions of the components to be bonded is determined.

Method according to one of claims 9 or 11, characterized in that the position and / or number of the spacers and / or the splices is determined with spacers and / or from the shape of the adhesive surface.

Method according to one of claims 9 or 12, characterized in that one or more spacers are arranged at a splice.

Method according to one of claims 9 or 13, characterized in that the same and / or different spacers are arranged in the bonding to an adhesive surface.

Method according to one of claims 9 to 14, that the adhesion in microlithographic projection exposure equipment, objectives, illumination devices, optical lenses, glass fiber components, multi-mirror arrays, laser optics, semiconductor lasers and laser diodes.