JP2007083317A - Joint structure and method for manufacturing the same - Google Patents

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Takayuki Fukui
孝之 福井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a joint structure that can be joined with another material without requiring a joining member, material or device for welding, an adhesive or the like. <P>SOLUTION: The joint structure has a plurality of columnar structures 1 each having a radius of 500 nm or less on a substrate surface, with the layout spacing, length, radii of the columnar structures 1 partially varying. The top end of the columnar structure 1 is a sphere having a radius of 300 nm or less. The columnar structure 1 is made of a material having a dielectric constant of 2 or larger. The flexural modulus of the columnar structure is 5 GPa or less. The aspect ratio of the columnar structure 1 is 1 to 15. The columnar structure 1 is coated with a thin film having a thickness of 300 nm or less. The columnar structures 1 are formed integrally with a substrate by a transfer method to obtain the joint structure 1. The columnar structures 1 and the substrate are separately formed and then integrated with the substrate to produce the joint structure. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、接合構造体及びその製造方法に係り、更に詳細には、基体表面に微細構造を形成することにより、溶接や接着剤等を使用せずに、非接合材との接合を可能とする接合構造体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a bonded structure and a method for manufacturing the same, and more specifically, by forming a fine structure on the surface of a substrate, it is possible to bond to a non-bonded material without using welding or an adhesive. The present invention relates to a bonded structure and a manufacturing method thereof.

従来から、材料の接合においては、溶接や接着剤を使用した接合、面ファスナー(例えばマジックテープ(登録商標))、ボルトなどの締結部材を介した接合構造などが採用されている。   Conventionally, in joining materials, joining using welding or an adhesive, a joining structure via a fastening member such as a hook-and-loop fastener (for example, Velcro (registered trademark)), a bolt, or the like has been adopted.

しかし、これらの接合構造においては、例えばボルト、面ファスナー本体、接着剤などの接合用の部材や資材や、ボルトを締結するためのツーリングマシーン、接着剤塗布機、スポット溶接機などの締結装置が存在しているため、これらの制約条件により様々な工程に問題があった。   However, in these joining structures, for example, there are joining members and materials such as bolts, hook-and-loop fastener bodies, adhesives, and fastening devices such as tooling machines, adhesive applicators, spot welders for fastening bolts. Since they exist, there are problems in various processes due to these constraints.

例えば、溶接においては、溶接用装置や火の粉防止措置が必要となり、接着剤では溶剤揮発や作業員の衣服に付着するなど作業環境への対応が必要となる。また、面ファスナーによる接合も面ファスナー自体の被接合材への固定には接着剤を用いている。
これらの解決を図るためには、環境面においては、例えば、接着剤をホットメルトタイプの非溶剤型に変更するなどの措置が取られているが、工程としては塗布工程や加熱工程があるため、作業時間の増大、コスト増などの問題がある。
なお、溶接においても摩擦溶接などが開発されているが、これとても新規設備開発および導入が必要となり、工程時間の短縮やコスト低減にはつながらない。
For example, in welding, it is necessary to take a welding apparatus and measures to prevent sparks, and for the adhesive, it is necessary to cope with the work environment such as solvent volatilization and adhesion to clothes of workers. Further, in the joining by the hook-and-loop fastener, an adhesive is used for fixing the hook-and-loop fastener itself to the material to be joined.
In order to solve these problems, in terms of the environment, for example, measures such as changing the adhesive to a hot-melt non-solvent type have been taken, but the process includes a coating process and a heating process. There are problems such as increase in working time and cost.
Friction welding and the like have also been developed in welding, but this requires very new equipment development and introduction, and does not lead to reduction in process time or cost.

一方、有機ポリマーの微小突起群を備えた機能性基板や機能性素子、また、これらを用いたマイクロバイオチップや光デバイスなどが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004−170935号公報
On the other hand, functional substrates and functional elements having organic polymer microprojections, and microbiochips and optical devices using these have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-170935 A

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、溶接や接着剤等のように接合用部材・資材や装置を必要とすることなく、相手材との接合を可能とする接合構造体及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is not to require a joining member / material or device such as welding or adhesive, An object of the present invention is to provide a bonded structure that can be bonded to a mating material and a method for manufacturing the bonded structure.

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、構造物等の基体表面に微細な柱状構造を形成することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that the above object can be achieved by forming a fine columnar structure on the surface of a substrate such as a structure, and has completed the present invention. It was.

即ち、本発明の接合構造体は、半径が500nm以下の柱状構造を基体表面に複数備える接合構造体であって、
上記柱状構造の、配設間隔、長さ及び半径から成る群より選ばれた少なくとも1種のものが部分的に異なることを特徴とする。
That is, the bonded structure of the present invention is a bonded structure including a plurality of columnar structures with a radius of 500 nm or less on the substrate surface,
The columnar structure is characterized in that at least one selected from the group consisting of an arrangement interval, a length and a radius is partially different.

また、本発明の接合構造体の好適形態は、上記基体上の起点から離れるほど、上記柱状構造の平均配設間隔が小さいことを特徴とする。   Moreover, the suitable form of the joining structure of this invention is characterized by the average arrangement | positioning space | interval of the said columnar structure being so small that it leaves | separates from the starting point on the said base | substrate.

更に、本発明の接合構造体の他の好適形態は、上記基体上の起点から離れるほど、上記柱状構造の平均長さが大きいことを特徴とする。   Furthermore, another preferred embodiment of the bonded structure of the present invention is characterized in that the average length of the columnar structure increases as the distance from the starting point on the substrate increases.

更にまた、本発明の接合構造体の更に他の好適形態は、上記基体上の起点から離れるほど、上記柱状構造の平均半径が大きい又は小さいことを特徴とする。   Still another preferred embodiment of the bonded structure of the present invention is characterized in that the average radius of the columnar structure is larger or smaller as the distance from the starting point on the substrate is larger.

また、本発明の接合構造体の他の好適形態は、上記柱状構造が誘電率2以上の材料から成ることを特徴とする。   In another preferred embodiment of the bonded structure of the present invention, the columnar structure is made of a material having a dielectric constant of 2 or more.

一方、本発明の接合構造体の製造方法は、上記接合構造体を製造するに当たり、
転写法により柱状構造と基体とを一体に形成することを特徴とする。
On the other hand, the manufacturing method of the bonded structure of the present invention, in manufacturing the bonded structure,
The columnar structure and the substrate are integrally formed by a transfer method.

また、本発明の他の接合構造体の製造方法は、上記接合構造体を製造するに当たり、
柱状構造と基体とを別々に形成した後、該基体と一体化することを特徴とする。
In addition, the manufacturing method of the other bonded structure of the present invention, in manufacturing the bonded structure,
A columnar structure and a substrate are separately formed and then integrated with the substrate.

構造物等の基体表面に微細な柱状構造を形成することにより、溶接や接着剤等のように接合用部材・資材や装置を必要とすることなく、相手材との接合を可能とする。
これにより工業製品の製造工程簡素化・短縮、コスト低減が実現できる。
By forming a fine columnar structure on the surface of a substrate such as a structure, it is possible to join a mating member without the need for joining members / materials / devices such as welding or adhesives.
This makes it possible to simplify and shorten the manufacturing process of industrial products and reduce costs.

以下、本発明の接合構造体につき詳細に説明する。なお、本明細書において、「%」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。   Hereinafter, the bonded structure of the present invention will be described in detail. In the present specification, “%” represents mass percentage unless otherwise specified.

上述の如く、本発明の接合構造体は、長手方向に対する垂直断面の半径が500nm以下の柱状構造を基体表面に複数備えて成る。この柱状構造の半径は、300nm以下であることが好ましい。
また、上記柱状構造は、配設間隔、長さ又は半径、及びこれらの任意の組合わせに係るものが部分的に異なるようにする。
As described above, the bonded structure of the present invention is provided with a plurality of columnar structures on the substrate surface whose radius in a vertical section with respect to the longitudinal direction is 500 nm or less. The radius of the columnar structure is preferably 300 nm or less.
In addition, the columnar structure is such that the arrangement interval, length or radius, and any combination thereof are partially different.

これにより、柱状構造と被接合体の間に働くファンデルワールス力を利用し、接着剤などの接合部材やそれを施工するための装置を必要とすることなく、物質同士を接合できる。
また、上記柱状構造の各要素を変化させることで、被接合体との接合強度が部分的に異なる構造を有するので、被接合体との脱離が容易になり繰返し接合できるようになる。
This makes it possible to bond materials without using a van der Waals force acting between the columnar structure and the object to be bonded, without requiring a bonding member such as an adhesive or a device for constructing the bonding member.
Further, by changing each element of the columnar structure, since the bonding strength with the object to be bonded is partially different, detachment from the object to be bonded is facilitated and repeated bonding can be performed.

ここで、本発明の接合構造体が、被接合体と接合するメカニズムについて説明する。
図1に示すように、原子間には、以下の一般式
F∝A/D2
(式中のAは物質で決まる定数、Dは柱状構造体と被接合体の近接距離を示す。)
で表されるファンデルワールス力が働く。
Here, the mechanism by which the bonded structure of the present invention is bonded to the bonded object will be described.
As shown in FIG. 1, between the atoms, the following general formula F / A / D2
(A in the formula represents a constant determined by the substance, and D represents the proximity distance between the columnar structure and the joined body.)
The van der Waals force expressed by

また、図2に示すように、本発明の接合構造体は、ナノレベルの突起を複数有するので、ミクロンレベルの突起に比べて、被接合体の表面の凹凸にナノレベルで入り込み、強力な接合力を発揮することができる。なお、かかる接合力はDが原子間結合距離まで近接することが必要である。   In addition, as shown in FIG. 2, the bonding structure of the present invention has a plurality of nano-level protrusions, so that the bonding structure of the present invention enters the unevenness on the surface of the object to be bonded at a nano level compared to the micron-level protrusions. Can demonstrate power. Such bonding force requires that D is close to the interatomic bond distance.

柱状構造の半径が500nmを超えると、被接合体表面の微細な凹凸に柱状構造が入り込むことが妨げられ、ファンデルワールス力が働かなくなる。
一方、半径50nm未満では柱状構造が相互にくっついてしまうことがある。
When the radius of the columnar structure exceeds 500 nm, the columnar structure is prevented from entering the fine irregularities on the surface of the joined body, and van der Waals force does not work.
On the other hand, if the radius is less than 50 nm, the columnar structures may stick to each other.

また、上記柱状構造の先端部は、図3に示すように、種々の形状とすることができるが、特に球面状(図3d)であることが好ましい。具体的には、半径300nm以下の球面であることが好ましい。
球面であることにより、被接合面の微細な凹凸構造に柱状構造がより入り込みやすくなり、接合力を向上できる。
Further, the tip of the columnar structure can have various shapes as shown in FIG. 3, but is preferably spherical (FIG. 3d) in particular. Specifically, a spherical surface having a radius of 300 nm or less is preferable.
By being spherical, the columnar structure can more easily enter the fine uneven structure of the surfaces to be joined, and the joining force can be improved.

なお、図4に、柱状構造の先端半径と接着力との関係を示す。このグラフが示すように、半径300nm以下であれば従来品(面ファスナー:接着強度20〜40N/cm2)より強力な接着力が得られる。   FIG. 4 shows the relationship between the tip radius of the columnar structure and the adhesive force. As shown in this graph, if the radius is 300 nm or less, stronger adhesive force than that of the conventional product (surface fastener: adhesive strength 20 to 40 N / cm 2) can be obtained.

また、本発明の接合構造体において、被接合体との脱離(繰返し使用)を考慮すると、上記柱状構造が異方性を有するよう配設されることがよい。例えば、図5,6に示すように、柱状構造の配設間隔を一定にせず、一部を変更することにより、剥がれ易い方向を形成できる。   In the bonded structure of the present invention, in consideration of detachment (repeated use) from the bonded object, the columnar structure is preferably disposed so as to have anisotropy. For example, as shown in FIGS. 5 and 6, it is possible to form a direction in which peeling easily occurs by changing part of the columnar structure without changing the arrangement interval.

代表的には、上記柱状構造が複数存在する基体上に起点を設定し、この起点を基準として、柱状構造の配設間隔、長さ、半径などを適宜変更することができる。   Typically, a starting point is set on a substrate on which a plurality of the columnar structures exist, and the arrangement interval, length, radius, and the like of the columnar structures can be changed as appropriate based on the starting point.

例えば、図7に示すように、上記基体上の起点6から離れるほど、上記柱状構造の平均配設間隔を小さくすることができる。なお、この接合構造体のように、柱状構造の配設間隔が異なる接合構造体を複数個並べて作製できる。   For example, as shown in FIG. 7, the distance between the columnar structures can be reduced as the distance from the starting point 6 on the substrate increases. Note that a plurality of joined structures having different columnar structure arrangement intervals can be formed side by side, such as this joined structure.

また、上記基体上の起点から離れるほど、上記柱状構造の平均長さを大きくすることができる。更に、図8に示すように、上記柱状構造の長さを部分的に変更するときは、押付け力の強さにより、仮留め、本留めを選択できる。   Moreover, the average length of the columnar structure can be increased as the distance from the starting point on the substrate increases. Furthermore, as shown in FIG. 8, when partially changing the length of the columnar structure, temporary fastening and permanent fastening can be selected depending on the strength of the pressing force.

更に、図9に示すように、上記基体上の起点から離れるほど、上記柱状構造の平均半径を大きくすることや小さくすることができる。   Furthermore, as shown in FIG. 9, the average radius of the columnar structure can be increased or decreased as the distance from the starting point on the substrate increases.

なお、上記「起点」は、線状でも点状でもよく、また1つの基板上に複数個あってもよい。
また、上記「平均」は、起点から同一距離に複数の柱状構造が存在する場合に、これら全体についての当該要素の平均値と、これらより起点側にある柱状構造の当該要素とを比較すればよく、一部で当該要素が逆転していてもよいことを示す。
The “starting point” may be linear or point-like, and a plurality of “starting points” may be provided on one substrate.
In addition, when there are a plurality of columnar structures at the same distance from the starting point, the above “average” is obtained by comparing the average value of the elements for all of them with the corresponding elements of the columnar structure on the starting side from these. Often, it indicates that some of the elements may be reversed.

また、上記柱状構造は、誘電率2以上(ASTMD150 @1MHz 20℃)の材料からなることが好ましい。
誘電率が2に満たない場合、柱状構造の先端において作用するファンデルワールス力が充分でなく、接合強度が不十分となり易い。
The columnar structure is preferably made of a material having a dielectric constant of 2 or more (ASTMD150 @ 1 MHz 20 ° C.).
When the dielectric constant is less than 2, the van der Waals force acting at the tip of the columnar structure is not sufficient, and the joining strength tends to be insufficient.

更に、材料の誘電率を制御する観点から、上記柱状構造は、導電性物質を含有する複合材であることが好ましい。
かかる導電性物質としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、黒鉛、カーボンナノチューブなどのカーボン系素材、銅、銀、ニッケルなどの金属微粒子、ITO粉末、酸化チタン、ステンレス繊維などの金属繊維などが挙げられる。
Furthermore, from the viewpoint of controlling the dielectric constant of the material, the columnar structure is preferably a composite material containing a conductive substance.
Examples of such conductive substances include carbon-based materials such as carbon black, graphite, graphite, and carbon nanotubes, metal fine particles such as copper, silver, and nickel, metal fibers such as ITO powder, titanium oxide, and stainless steel fibers. .

更にまた、上記柱状構造の材質は樹脂であることが好ましい。
柱状構造が樹脂で構成される場合、被接合体表面と接触したときに、樹脂の可撓性・可倒性により柱状構造が変形することで、被接合体表面の微細な凹凸への接触数が増大し、接合強度をより一層確保することが可能となる。
Furthermore, the material of the columnar structure is preferably a resin.
When the columnar structure is made of resin, the number of contacts to the fine irregularities on the surface of the object to be bonded is due to the deformation of the columnar structure due to the flexibility and collapse of the resin when it contacts the surface of the object to be bonded. As a result, the bonding strength can be further secured.

柱状構造を構成する樹脂としては、例えば、ポリメタクリレート、ポリアクリレートなどのアクリル樹脂、6−ナイロン、66−ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレンなどが好適に使用できる。また、粒子強化、繊維強化、ミネラル強化などの複合樹脂材料も好適に使用できる。
これら樹脂は、上述した誘電率や曲げ弾性率の範囲に属する材料であることがより好ましい。
Examples of the resin constituting the columnar structure include acrylic resins such as polymethacrylate and polyacrylate, polyamide resins such as 6-nylon and 66-nylon, polyolefin resins such as polystyrene, polyethylene, and polypropylene, polyvinyl chloride, polyurethane, and polycarbonate. , Polyacetal, polytetrafluoroethylene and the like can be suitably used. In addition, composite resin materials such as particle reinforced, fiber reinforced, and mineral reinforced can also be suitably used.
These resins are more preferably materials belonging to the above-described ranges of dielectric constant and flexural modulus.

この場合、上記柱状構造の曲げ弾性率は、5GPa以下であることが好ましい。曲げ弾性率が5GPaを超えると柱状構造体が被接合体の微細凹凸形状に追従するための可撓性を確保することが難しくなる。より好ましくは0.3〜3GPaであることが良い。   In this case, the flexural modulus of the columnar structure is preferably 5 GPa or less. When the flexural modulus exceeds 5 GPa, it becomes difficult to ensure flexibility for the columnar structure to follow the fine uneven shape of the joined body. More preferably, it is 0.3-3GPa.

また、上記柱状構造のアスペクト比(直径/高さ)は1〜15の範囲にあることが好ましい。
アスペクト比が1未満では柱状構造体の被着体への追従が困難になり全体の接着強度が低下し易い。アスペクト比が15を超えると、押し付け時の入力により柱状構造体が折損してしまうことがある。
更には、アスペクト比は2〜4の範囲にあることがより好ましい。このときは、製造時に柱状構造体が倒れにくく歩留まりが良好となり得る。
The columnar structure preferably has an aspect ratio (diameter / height) in the range of 1-15.
If the aspect ratio is less than 1, it is difficult to follow the columnar structure to the adherend, and the overall adhesive strength tends to be lowered. If the aspect ratio exceeds 15, the columnar structure may be broken by an input during pressing.
Furthermore, the aspect ratio is more preferably in the range of 2-4. At this time, the columnar structures are less likely to fall during manufacturing, and the yield can be improved.

本発明の接合構造体において、上記柱状構造には、厚さ300nm以下の薄膜を被覆することが可能である。例えば、図3eに示すように薄膜3を形成できる。
薄膜の厚みが300nmを超えると、柱状構造の先端半径が大きくなりすぎ、被接合表面の微細な凹凸へ入り込めず、ファンデルワールス力の発現が妨げられ易い。
In the bonded structure of the present invention, the columnar structure can be coated with a thin film having a thickness of 300 nm or less. For example, the thin film 3 can be formed as shown in FIG.
If the thickness of the thin film exceeds 300 nm, the radius of the tip of the columnar structure becomes too large, and the fine irregularities on the surface to be joined cannot be entered, and the expression of van der Waals force tends to be hindered.

この薄膜を構成する材料は、上述の柱状構造ように、誘電率2以上であることが好ましい。
また、同様に、薄膜構成材料は、上述の柱状構造ように、樹脂や導電性物質を添加して成る複合材であることが好ましい。
なお、当該柱状構造は、薄膜のみで形成される中空状であっても良い。
The material constituting the thin film preferably has a dielectric constant of 2 or more as in the above-described columnar structure.
Similarly, the thin film constituent material is preferably a composite material formed by adding a resin or a conductive substance as in the above-described columnar structure.
In addition, the said columnar structure may be a hollow shape formed only with a thin film.

かかる薄膜は、代表的には、真空状態やプラズマなどを用いた化学蒸着法(CVD)や物理蒸着法(PVD)、溶液へのディッピングなどにより、形成することが可能である。   Such a thin film can be typically formed by a chemical vapor deposition method (CVD) using a vacuum state or plasma, a physical vapor deposition method (PVD), dipping into a solution, or the like.

また、本発明の接合構造体は、例えば、図5に示すように、基体4に微細な柱状構造体1を複数突出させて成るが、かかる柱状構造体は106〜1011本/cm2程度で密集していることが良い。   In addition, as shown in FIG. 5, for example, the bonding structure of the present invention is formed by projecting a plurality of fine columnar structures 1 on a substrate 4, and such columnar structures are densely packed at about 106 to 1011 pieces / cm2. It is good to have.

更に、本発明の接合構造体は、接着強度の分布をもたせることができる。
例えば、柱状構造体の中心間距離を不等ピッチで配列することにより、強固に接着した接着構造体を再利用又は解体する場合の脱離を容易にすることが可能となる。
Furthermore, the bonding structure of the present invention can have a distribution of adhesive strength.
For example, by arranging the center-to-center distances of the columnar structures at unequal pitches, it is possible to facilitate detachment when reusing or disassembling a strongly bonded adhesive structure.

また、柱状構造体の不等ピッチは、縦横斜めのいずれの方向においても自由に設定することが可能であり、また柱状構造体一本ごと、または任意の本数をユニットとしたユニットごとに柱状構造間距離を設定することも可能である。   In addition, the unequal pitches of the columnar structures can be freely set in any of the vertical and horizontal directions, and each columnar structure or a columnar structure for each unit with an arbitrary number of units. It is also possible to set the distance.

更に、柱状構造体は、転写法、射出成型法等により基体表面に一体で形成することが可能である。これらの方法により、複合樹脂材料の表面にも柱状構造体を形成することが可能である。強化材が混入された樹脂材料は、一般に強化材が表面に露出せずスキン層に覆われるため、表面のスキン層の樹脂成分を軟化、成型することにより、樹脂成分のみにより構成された柱状構造を構成することが可能である。   Furthermore, the columnar structure can be integrally formed on the substrate surface by a transfer method, an injection molding method, or the like. By these methods, it is possible to form a columnar structure on the surface of the composite resin material. Resin material mixed with reinforcing material is generally covered with a skin layer without exposing the reinforcing material to the surface, so the columnar structure composed only of the resin component by softening and molding the resin component of the surface skin layer Can be configured.

本発明の接合構造体において、上述した柱状構造を形成する基体としては、当該柱状構造と同一材料を用いることができる他、用途に合わせて種々の材料を適宜選択して使用できる。
例えば、シリコン、アルミナなどの金属酸化物基板、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂製基板、アルミ、鉄、チタン、マグネシウムなどの金属類、ガラスなどが使用できる。
In the bonded structure of the present invention, as the base for forming the columnar structure described above, the same material as that of the columnar structure can be used, and various materials can be appropriately selected and used according to the application.
For example, a metal oxide substrate such as silicon or alumina, a resin substrate such as polyimide resin or epoxy resin, metals such as aluminum, iron, titanium, or magnesium, glass, or the like can be used.

次に、本発明の接合構造体の製造方法につき詳細に説明する。
本発明の製造方法は、転写法により柱状構造と基体とを一体に形成することで、上述の接合構造体が得られる。
例えば、スタンプ成型などにより基体を熱変形させて、型材を押し当て樹脂を流動させて柱状構造を形成することが可能である(図10a)。
Next, the manufacturing method of the joined structure of the present invention will be described in detail.
In the manufacturing method of the present invention, the above-described joined structure is obtained by integrally forming the columnar structure and the substrate by a transfer method.
For example, it is possible to form the columnar structure by thermally deforming the base body by stamp molding or the like and pressing the mold material to flow the resin (FIG. 10a).

また、本発明の他の製造方法は、柱状構造と基体とを別々に形成した後、該基体と一体化することで、上述の接合構造体を得る。
例えば、予めフィルムなどに柱状構造を形成した後、ガラスや金属、セラミックス、樹脂などの基体に一体化することが可能である(図10b)。また、別途作製した柱状構造体を基体表面に埋め込むことにより形成することも可能である(図10c)。
In another manufacturing method of the present invention, the columnar structure and the base are separately formed, and then integrated with the base to obtain the above-described bonded structure.
For example, after a columnar structure is formed in advance on a film or the like, it can be integrated with a substrate such as glass, metal, ceramics, or resin (FIG. 10b). Further, it can be formed by embedding a columnar structure produced separately in the substrate surface (FIG. 10c).

ここで、転写法(ナノインプリント法)とは、ナノサイズに微細加工した型により、超精密樹脂表面を低コストで量産できる方法である。使用する型(スタンパ)としては、シリコン、セラミックス(SiC)等に電子ビームリソグラフィ法で形成した型、これらから電鋳により反転形成した金属型などがある。また、転写方法には、加熱タイプ(ホットエンボス法)、紫外線硬化タイプ(UV硬化法)などがある。
図11にホットエンボス法のナノインプリント工程を示す。また、UV硬化法は、石英などの透明物質を型に用い、図12に示すように、基材にUV硬化樹脂を使用し、型越しにUVを照射して樹脂を硬化させて成形品を得る。
Here, the transfer method (nanoimprint method) is a method that enables mass production of an ultra-precision resin surface at a low cost by using a mold finely processed into a nano size. As a mold (stamper) to be used, there are a mold formed by electron beam lithography on silicon, ceramics (SiC) or the like, and a metal mold formed by reversal by electroforming from these. Further, the transfer method includes a heating type (hot embossing method) and an ultraviolet curing type (UV curing method).
FIG. 11 shows the nanoimprint process of the hot embossing method. In the UV curing method, a transparent material such as quartz is used for the mold, and as shown in FIG. 12, a UV curable resin is used for the base material, and the resin is cured by irradiating UV through the mold to obtain a molded product. obtain.

なお、柱状構造は、被接合体表面にも形成することが可能であり、この場合は柱状構造同士が相互に絡み合う効果もあり、さらに強固な接合構造を得ることができる。   Note that the columnar structure can also be formed on the surface of the object to be bonded. In this case, the columnar structures also have an effect of being entangled with each other, and a stronger bonding structure can be obtained.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in full detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
スピンキャスト法により、厚み200μmのポリスチレン(誘電率2.5)フィルムを作製した。この表面に、ナノインプリント法にて、半径90nm、高さ1.2μmの円柱を端部から1mm、400nm、360nm、270nm、180nm、90nm間隔で並べた5mm四方の試料を作製した。
この試料を用いて鉄板との剥離接着力を測定を行ったところ、接着強度は徐々に増加するため、図13に示すように、端部からの引き剥がしが容易であった。
Example 1
A 200 μm-thick polystyrene (dielectric constant 2.5) film was produced by spin casting. On this surface, a 5 mm square sample in which cylinders having a radius of 90 nm and a height of 1.2 μm were arranged at intervals of 1 mm, 400 nm, 360 nm, 270 nm, 180 nm, and 90 nm by nanoimprinting was prepared.
When the peel adhesive strength with the iron plate was measured using this sample, the adhesive strength gradually increased, so that peeling from the end portion was easy as shown in FIG.

(比較例1)
スピンキャスト法により、厚み200μmのポリスチレン(誘電率2.5)フィルムを作製した。この表面に、ナノインプリント法にて、半径90nm、高さ1.2μmの円柱を90nm間隔で並べた5mm四方の試料を作製した。
この試料を用いて鉄板との剥離接着力を測定を行ったところ、接着強度は一定であるため、図13に示すように、端部から引き剥がしにくかった。
(Comparative Example 1)
A 200 μm-thick polystyrene (dielectric constant 2.5) film was produced by spin casting. On this surface, a 5 mm square sample in which cylinders having a radius of 90 nm and a height of 1.2 μm were arranged at intervals of 90 nm was prepared by the nanoimprint method.
When the peel adhesion strength to the iron plate was measured using this sample, the bond strength was constant, and as shown in FIG. 13, it was difficult to peel off from the end.

(評価方法)
引張接着強度については、被着体と本発明の接合構造体をあわせて200gの分銅を載せて放置した後、被着体および本発明の接合構造体を引張試験機チャック部にエポキシ系接着剤で固定した後、引張速度1mm/min.で測定を実施した。
引張剥離強度については、被着体および本発明の接合構造体にL字型の鉄板をエポキシ系接着剤で接着した後、このL字型金具を引張速度1mm/min.で引張り剥離強度とした。
(Evaluation methods)
With respect to the tensile adhesive strength, the adherend and the bonded structure of the present invention are combined and 200 g of the weight is placed and left, and then the bonded body and the bonded structure of the present invention are attached to the tensile tester chuck portion with an epoxy adhesive. After fixing with a tension speed of 1 mm / min. The measurement was carried out.
Regarding the tensile peel strength, after attaching an L-shaped iron plate to the adherend and the bonded structure of the present invention with an epoxy adhesive, the L-shaped metal fitting was attached at a tensile speed of 1 mm / min. It was set as the tensile peel strength.

ファンデルワールス力を説明する概略図である。It is the schematic explaining van der Waals force. 本発明の接合構造体が接着力を発揮するメカニズムを示す概略図である。It is the schematic which shows the mechanism in which the joining structure of this invention exhibits adhesive force. 柱状構造の先端部の一例を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the front-end | tip part of a columnar structure. 先端部の半径と接着強度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the radius of a front-end | tip part, and adhesive strength. 本発明の接合構造体の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the joining structure of this invention. 柱状構造の異方性の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the anisotropy of a columnar structure. 柱状構造の異方性の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the anisotropy of a columnar structure. 柱状構造の異方性の更に他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the further another example of the anisotropy of a columnar structure. 柱状構造の異方性の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the anisotropy of a columnar structure. 本発明の接合構造体の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the joining structure of this invention. ナノインプリント法の工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the process of a nanoimprint method. UV硬化法を示す概略図である。It is the schematic which shows UV hardening method. 柱状構造が不等ピッチ、等ピッチの接合構造体の剥離強度を示すグラフである。It is a graph which shows the peeling strength of the joining structure of which a columnar structure is unequal pitch and equal pitch.

符号の説明Explanation of symbols

1 本発明の柱状構造
2 被接合体
3 薄膜
4 基体
5 柱状構造と別途作製された基体
6 ミクロンサイズの柱状構造体
7 起点
8 ミクロンサイズの被接合体表面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Columnar structure of this invention 2 To-be-joined body 3 Thin film 4 Base | substrate 5 Columnar structure and the separately produced base | substrate 6 Micron-sized columnar structure 7 Starting point
8 micron size surface

Claims (16)

半径が500nm以下の柱状構造を基体表面に複数備える接合構造体であって、
上記柱状構造の、配設間隔、長さ及び半径から成る群より選ばれた少なくとも1種のものが部分的に異なることを特徴とする接合構造体。
A junction structure including a plurality of columnar structures having a radius of 500 nm or less on a substrate surface,
A joining structure characterized in that at least one member selected from the group consisting of an arrangement interval, a length and a radius of the columnar structure is partially different.
上記基体上の起点から離れるほど、上記柱状構造の平均配設間隔が小さいことを特徴とする請求項1に記載の接合構造体。   The joining structure according to claim 1, wherein an average interval between the columnar structures decreases as the distance from the starting point on the base increases. 上記基体上の起点から離れるほど、上記柱状構造の平均長さが大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の接合構造体。   3. The joined structure according to claim 1, wherein an average length of the columnar structure increases as the distance from the starting point on the substrate increases. 上記基体上の起点から離れるほど、上記柱状構造の平均半径が大きい又は小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の接合構造体。   The bonded structure according to any one of claims 1 to 3, wherein an average radius of the columnar structure is larger or smaller as the distance from the starting point on the substrate is larger. 上記柱状構造の先端部が半径300nm以下の球面であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の接合構造体。   The junction structure according to any one of claims 1 to 4, wherein a tip portion of the columnar structure is a spherical surface having a radius of 300 nm or less. 上記柱状構造が誘電率2以上の材料から成ることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の接合構造体。   The joined structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the columnar structure is made of a material having a dielectric constant of 2 or more. 上記柱状構造が導電性物質を含有する複合材であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の接合構造体。   The joined structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the columnar structure is a composite material containing a conductive substance. 上記柱状構造が樹脂製であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の接合構造体。   The joined structure according to any one of claims 1 to 7, wherein the columnar structure is made of a resin. 上記柱状構造の曲げ弾性率が5GPa以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の接合構造体。   The joint structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the columnar structure has a flexural modulus of 5 GPa or less. 上記柱状構造がアスペクト比1〜15の範囲を満たすことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の接合構造体。   The joined structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the columnar structure satisfies a range of an aspect ratio of 1 to 15. 上記柱状構造が厚さ300nm以下の薄膜で被覆されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つの項に記載の接合構造体。   The joined structure according to any one of claims 1 to 10, wherein the columnar structure is covered with a thin film having a thickness of 300 nm or less. 上記薄膜が誘電率2以上の材料から成ることを特徴とする請求項11に記載の接合構造体。   The bonded structure according to claim 11, wherein the thin film is made of a material having a dielectric constant of 2 or more. 上記薄膜が導電性物質を含有する複合材であることを特徴とする請求項11又は12に記載の接合構造体。   The bonded structure according to claim 11 or 12, wherein the thin film is a composite material containing a conductive substance. 上記薄膜が樹脂製であることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1つの項に記載の接合構造体。   The bonded structure according to any one of claims 11 to 13, wherein the thin film is made of a resin. 請求項1〜14のいずれか1つの項に記載の接合構造体を製造するに当たり、
転写法により柱状構造と基体とを一体に形成することを特徴とする接合構造体の製造方法。
In manufacturing the joined structure according to any one of claims 1 to 14,
A method for manufacturing a joined structure, wherein a columnar structure and a substrate are integrally formed by a transfer method.
請求項1〜14のいずれか1つの項に記載の接合構造体を製造するに当たり、
柱状構造と基体とを別々に形成した後、該基体と一体化することを特徴とする接合構造体の製造方法。
In manufacturing the joined structure according to any one of claims 1 to 14,
A method for manufacturing a joined structure, wherein a columnar structure and a substrate are separately formed and then integrated with the substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018511006A (en) * 2014-12-22 2018-04-19 ライプニッツ−インスティトゥート フィア ノイエ マテリアーリエン ゲマインニュッツィゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクタ ハフトゥンク Structured surface with adhesive strength switchable in multiple stages
WO2023153061A1 (en) * 2022-02-08 2023-08-17 三菱マテリアル株式会社 Adhesive structure

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