JP2010184500A - Bonding method and bonded body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合方法および接合体に関するものである。 The present invention relates to a joining method and a joined body.
従来、基板上に所定形状にパターニングされた膜を形成する方法として、樹脂を主成分とするマスクを用いたエッチング法が、広く利用されている（例えば、特許文献１参照。）。
具体的には、Ｉ：基板上に膜形成用の材料で構成される層を形成する。II：前記層上にレジスト材料を塗布する。III：レジスト材料を露光・現像し、前記層の不要部分に対応して開口部を有するレジスト層を得る。IV：レジスト層をマスクに用いて、エッチング法により、開口部内に露出した層を除去する。Ｖ：マスクを除去する。これにより、基板上に所定パターンに形成された膜を得る。
Conventionally, as a method of forming a film patterned in a predetermined shape on a substrate, an etching method using a mask containing a resin as a main component has been widely used (see, for example, Patent Document 1).
Specifically, I: A layer composed of a film forming material is formed on the substrate. II: A resist material is applied on the layer. III: The resist material is exposed and developed to obtain a resist layer having openings corresponding to unnecessary portions of the layer. IV: Using the resist layer as a mask, the layer exposed in the opening is removed by an etching method. V: The mask is removed. Thereby, a film formed in a predetermined pattern on the substrate is obtained.
このようなパターニングされた膜の形成方法は、２つの基板同士を接合する際に用いられる接合膜を、基板上に所定形状に形成する場合にも適用されるが、このような方法では、レジスト層の形成に時間と手間とを要する。その結果、膜形成までに長時間を要したり、コストが高くなる等の問題が生じる。 Such a method for forming a patterned film is also applied when a bonding film used for bonding two substrates to each other is formed in a predetermined shape on the substrate. It takes time and labor to form the layer. As a result, problems such as a long time required for film formation and high costs arise.
本発明の目的は、２つの基材同士を、低コストで微細な形状にパターニングされた接合膜で接合する接合方法、かかる接合方法で接合された接合膜を備える接合体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a bonding method in which two base materials are bonded to each other with a bonding film patterned into a fine shape at a low cost, and a bonded body including the bonding film bonded by the bonding method. .
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の接合方法は、接合膜を介して互いに接合する第１の基材と第２の基材とを用意し、前記第１の基材および前記第２の基材の少なくとも一方に、シリコーン材料を含有する液状材料を液滴吐出法を用いて供給することにより、所定形状にパターニングされた液状被膜を形成する工程と、
前記液状被膜を乾燥して、前記第１の基材および前記第２の基材の少なくとも一方に、前記所定形状にパターニングされた接合膜を得る工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に接着性を発現させ、当該接合膜を介して前記第１の基材と前記第２の基材とが接合された接合体を得る工程とを有することを特徴とする。
これにより、２つの基材同士を、低コストで微細な形状にパターニングされた接合膜で接合された接合体を形成することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
In the bonding method of the present invention, a first base material and a second base material that are bonded to each other via a bonding film are prepared, and at least one of the first base material and the second base material is coated with silicone. Forming a liquid film patterned into a predetermined shape by supplying a liquid material containing the material using a droplet discharge method;
Drying the liquid film to obtain a bonding film patterned into the predetermined shape on at least one of the first base material and the second base material;
By applying energy to the bonding film, adhesiveness is expressed in the vicinity of the surface of the bonding film, and the first base material and the second base material are bonded via the bonding film. And a step of obtaining.
As a result, it is possible to form a joined body in which the two base materials are joined together with a joining film patterned into a fine shape at a low cost.
本発明の接合方法では、前記シリコーン材料は、その主骨格がポリジメチルシロキサンで構成されることが好ましい。
かかる化合物は、比較的入手が容易で、かつ安価であるとともに、かかる化合物を含有する接合膜にエネルギーを付与することにより、化合物を構成するメチル基が容易に切断されて、その結果として、接合膜に確実に接着性を発現させることができるため、シリコーン材料として好適に用いられる。
In the bonding method of the present invention, it is preferable that the main skeleton of the silicone material is composed of polydimethylsiloxane.
Such a compound is relatively easily available and inexpensive, and by applying energy to a bonding film containing such a compound, the methyl group constituting the compound is easily cleaved, and as a result, bonding is performed. Since the film can surely exhibit adhesiveness, it is suitably used as a silicone material.
本発明の接合方法では、前記シリコーン材料は、シラノール基を有することが好ましい。
これにより、液状被膜を乾燥させて接合膜を得る際に、隣接するシリコーン材料が有する水酸基同士が結合することとなり、得られる接合膜の膜強度が優れたものとなる。
本発明の接合方法では、前記接合膜に前記エネルギーを付与して、前記接合膜の表面付近に接着性を発現させた後、前記接合膜を介して前記第１の基材と前記第２の基材とを接触させることにより、前記接合体を得ることが好ましい。
これにより、２つの基材同士を、低コストで微細な形状にパターニングされた接合膜で接合された接合体を形成することができる。
In the bonding method of the present invention, the silicone material preferably has a silanol group.
Thereby, when drying a liquid film and obtaining a joining film, the hydroxyl groups which adjacent silicone material has will couple | bond together, and the film | membrane intensity | strength of the obtained joining film will be excellent.
In the bonding method of the present invention, after applying the energy to the bonding film to develop adhesiveness in the vicinity of the surface of the bonding film, the first base material and the second substrate are interposed through the bonding film. It is preferable to obtain the joined body by bringing it into contact with a substrate.
As a result, it is possible to form a joined body in which the two base materials are joined together with a joining film patterned into a fine shape at a low cost.
本発明の接合方法では、前記接合膜を介して前記第１の基材と前記第２の基材とを接触させた後、前記接合膜に前記エネルギーを付与することにより、前記接合膜を得ることが好ましい。
これにより、２つの基材同士を、低コストで微細な形状にパターニングされた接合膜で接合された接合体を形成することができる。
In the bonding method of the present invention, after the first base material and the second base material are brought into contact with each other through the bonding film, the energy is applied to the bonding film to obtain the bonding film. It is preferable.
As a result, it is possible to form a joined body in which the two base materials are joined together with a joining film patterned into a fine shape at a low cost.
本発明の接合方法では、前記液滴吐出法は、圧電素子による振動を利用して前記液状材料を、インクジェットヘッドが備えるノズル孔から液滴として吐出するインクジェット法であることが好ましい。
インクジェット法によれば、目的とする領域（位置）に、液状材料を液滴として、優れた位置精度で供給することができる。また、圧電素子の振動数および液状材料の粘度等を適宜設定することにより、液滴のサイズ（大きさ）を、比較的容易に調整できることから、液滴のサイズを小さくすれば、たとえ所定形状が微細なものであったとしても、この形状に対応した液状被膜を確実に形成することができる。
In the bonding method according to the aspect of the invention, it is preferable that the droplet discharge method is an inkjet method in which the liquid material is discharged as a droplet from a nozzle hole provided in the inkjet head by using vibration by a piezoelectric element.
According to the ink jet method, a liquid material can be supplied as droplets to a target region (position) with excellent positional accuracy. In addition, by appropriately setting the frequency of the piezoelectric element, the viscosity of the liquid material, etc., the size (size) of the droplet can be adjusted relatively easily. Even if it is fine, a liquid film corresponding to this shape can be reliably formed.
本発明の接合方法では、前記所定形状は、前記接合膜による接合を必要とする部位に対応した形状をなしていることが好ましい。
本発明の接合方法では、前記エネルギーの付与は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、前記接合膜を加熱する方法、および前記接合膜に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法により行われることが好ましい。
これにより、接合膜の表面を効率よく活性化させることができる。また、接合膜中の分子構造を必要以上に切断しないので、接合膜の特性が低下してしまうのを避けることができる。
In the bonding method of the present invention, it is preferable that the predetermined shape is a shape corresponding to a portion requiring bonding by the bonding film.
In the bonding method of the present invention, the energy is applied by at least one of a method of irradiating the bonding film with energy rays, a method of heating the bonding film, and a method of applying a compressive force to the bonding film. Is preferably carried out by
Thereby, the surface of the bonding film can be activated efficiently. In addition, since the molecular structure in the bonding film is not cut more than necessary, it is possible to avoid deterioration of the characteristics of the bonding film.
本発明の接合方法では、前記エネルギー線は、波長１２６〜３００ｎｍの紫外線であることが好ましい。
かかる範囲内とすれば、付与されるエネルギー量が最適化されるので、接合膜中の骨格をなす分子結合が必要以上に破壊されるのを防止しつつ、接合膜から表面付近の分子結合を選択的に切断することができる。これにより、接合膜の特性が低下するのを防止しつつ、接合膜に接着性を確実に発現させることができる。
In the bonding method of the present invention, the energy beam is preferably ultraviolet light having a wavelength of 126 to 300 nm.
Within such a range, the amount of energy applied is optimized, so that molecular bonds that form the skeleton in the bonding film are prevented from being destroyed more than necessary, and molecular bonding near the surface from the bonding film is prevented. Can be selectively cut. Thereby, adhesiveness can be reliably expressed in the bonding film while preventing deterioration of the characteristics of the bonding film.
本発明の接合方法では、前記加熱の温度は、２５〜１００℃であることが好ましい。
これにより、接合体が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合強度を確実に高めることができる。
本発明の接合方法では、前記圧縮力は、０．２〜１０ＭＰａであることが好ましい。
これにより、圧力が高すぎて各基材に損傷等が生じるのを防止しつつ、接合体の接合強度を確実に高めることができる。
In the bonding method of the present invention, the heating temperature is preferably 25 to 100 ° C.
Thereby, it is possible to reliably increase the bonding strength while reliably preventing the bonded body from being deteriorated and deteriorated by heat.
In the joining method of the present invention, the compressive force is preferably 0.2 to 10 MPa.
Accordingly, it is possible to reliably increase the bonding strength of the bonded body while preventing the substrate from being damaged due to the pressure being too high.
本発明の接合方法では、前記エネルギーの付与は、大気雰囲気中で行われることが好ましい。
これにより、雰囲気を制御することに手間やコストをかける必要がなくなり、エネルギーの付与をより簡単に行うことができる。
本発明の接合方法では、前記接合膜の平均厚さは、１０〜１００００ｎｍであることが好ましい。
これにより、第１の基材と第２の基材とを接合した接合体の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、これらをより強固に接合することができる。
In the bonding method of the present invention, it is preferable that the application of energy is performed in an air atmosphere.
Thereby, it is not necessary to spend time and cost to control the atmosphere, and energy can be applied more easily.
In the bonding method of the present invention, the average thickness of the bonding film is preferably 10 to 10,000 nm.
Thereby, these can be joined more firmly, preventing that the dimensional accuracy of the joined body which joined the 1st base material and the 2nd base material falls remarkably.
本発明の接合方法では、前記第１の基材および前記第２の基材の少なくとも前記接合膜と接触する部分は、シリコン材料、金属材料またはガラス材料を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、表面処理を施さなくても、十分な接合強度が得られる。
本発明の接合方法では、前記第１の基材および前記第２の基材の前記接合膜と接触する面には、あらかじめ、前記接合膜との密着性を高める表面処理が施されていることが好ましい。
これにより、基材の接合面が清浄化および活性化され、接合面に対して接合膜が化学的に作用し易くなる。その結果、基材の接合面と接合膜との接合強度を高めることができる。
In the bonding method of the present invention, it is preferable that at least a portion of the first base material and the second base material that is in contact with the bonding film is composed mainly of a silicon material, a metal material, or a glass material. .
Thereby, sufficient bonding strength can be obtained without surface treatment.
In the bonding method of the present invention, the surface of the first base material and the second base material that are in contact with the bonding film is previously subjected to a surface treatment for improving the adhesion with the bonding film. Is preferred.
Thereby, the bonding surface of the base material is cleaned and activated, and the bonding film easily acts chemically on the bonding surface. As a result, the bonding strength between the bonding surface of the base material and the bonding film can be increased.
本発明の接合方法では、前記表面処理は、プラズマ処理または紫外線照射処理であることが好ましい。
これにより、接合膜を形成するために、基材の表面を特に最適化することができる。
本発明の接合方法では、さらに、前記第１の基材と前記第２の基材とを接合させた後に、前記接合膜に対して、前記第１の基材と前記第２の基材との接合強度を高める処理を行う工程を有することが好ましい。
これにより、接合体の接合強度のさらなる向上を図ることができる。
In the bonding method of the present invention, the surface treatment is preferably plasma treatment or ultraviolet irradiation treatment.
Thereby, in order to form a joining film | membrane, the surface of a base material can be optimized especially.
In the bonding method of the present invention, the first base material and the second base material are further bonded to the bonding film after the first base material and the second base material are bonded. It is preferable to include a step of performing a treatment for increasing the bonding strength.
Thereby, the joint strength of the joined body can be further improved.
本発明の接合方法では、前記接合強度を高める処理を行う工程は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、前記接合膜を加熱する方法、および前記接合膜に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法により行われることが好ましい。
これにより、接合体の接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
本発明の接合体は、前記第１の基材と前記第２の基材とが、本発明の接合方法により形成された接合膜を介して接合されてなることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い接合体が得られる。
In the bonding method of the present invention, the step of increasing the bonding strength includes a method of irradiating the bonding film with energy rays, a method of heating the bonding film, and a method of applying compressive force to the bonding film. It is preferable to carry out by at least one method.
Thereby, the further improvement of the joining strength of a joined body can be aimed at easily.
The joined body of the present invention is characterized in that the first base material and the second base material are joined through a joining film formed by the joining method of the present invention.
Thereby, a highly reliable joined body is obtained.
以下、本発明の接合方法および接合体を、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の接合方法および接合体を説明するのに先立って、本発明の接合方法で用いられる液滴吐出装置の一例について説明する。
＜液滴吐出装置＞
図１は、本発明の接合方法で用いる液滴吐出装置を示す斜視図、図２は、図１に示す液滴吐出装置における液滴吐出ヘッドを示す図であり、（ａ）は断面斜視図、（ｂ）は断面図である。
Hereinafter, a joining method and a joined object of the present invention are explained in detail based on a suitable embodiment shown in an accompanying drawing.
First, before describing the bonding method and the bonded body of the present invention, an example of a droplet discharge device used in the bonding method of the present invention will be described.
<Droplet ejection device>
FIG. 1 is a perspective view showing a droplet discharge device used in the bonding method of the present invention, FIG. 2 is a view showing a droplet discharge head in the droplet discharge device shown in FIG. 1, and FIG. , (B) are sectional views.
図１に示すように、本工程で用いる液滴吐出装置５００は、後述する接合膜３を形成する際に用いる液状材料３５を保持するタンク５０１と、チューブ５１０と、チューブ５１０を介してタンク５０１から液状材料３５が供給される吐出走査部５０２とを備える。吐出走査部５０２は、液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）５１４を備える液滴吐出手段５０３と、液滴吐出手段５０３の位置を制御する第１位置制御装置５０４（移動手段）と、後述する接合膜３を形成する第１の基材２１または第２の基材２２（以下、これらを総称して「基材２１、２２」とも言う。）を保持するステージ５０６と、ステージ５０６の位置を制御する第２位置制御装置５０８（移動手段）と、制御手段５１２とを備えている。タンク５０１と、液滴吐出手段５０３における液滴吐出ヘッド５１４とは、チューブ５１０で連結されており、タンク５０１から液滴吐出ヘッド５１４に液状材料３５が圧縮空気によって供給される。
As shown in FIG. 1, a
制御手段（制御装置）５１２は、例えば、演算部やメモリー等を内蔵するマイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されており、制御手段５１２には、図示しない操作部からの信号（入力）が、それぞれ、随時入力される。
また、制御手段５１２は、操作部からの信号等に基づき、予め設定されたプログラムに従って、液滴吐出装置５００の各部の作動（駆動）をそれぞれ制御する。
The control means (control device) 512 is composed of, for example, a computer such as a microcomputer or a personal computer with a built-in arithmetic unit or memory, and the control means 512 receives a signal (input) from an operation unit (not shown). , Respectively, are input at any time.
The
第１位置制御装置５０４は、制御手段５１２からの信号に応じて、液滴吐出手段５０３をＸ軸方向、およびＸ軸方向に直交するＺ軸方向に沿って移動させる。さらに、第１位置制御装置５０４は、Ｚ軸に平行な軸の回りで液滴吐出手段５０３を回転させる機能も有する。本実施形態では、Ｚ軸方向は、鉛直方向（つまり重力加速度の方向）に平行な方向である。第２位置制御装置５０８は、制御手段５１２からの信号に応じて、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の双方に直交するＹ軸方向に沿ってステージ５０６を移動させる。さらに、第２位置制御装置５０８は、Ｚ軸に平行な軸の回りでステージ５０６を回転させる機能も有する。
The first
ステージ５０６は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との双方に平行な平面を有する。また、ステージ５０６は、液状材料３５を付与して接合膜３を形成する基材２１、２２をその平面上に固定、または保持できるように構成されている。
上述のように、液滴吐出手段５０３は、第１位置制御装置５０４によってＸ軸方向に移動させられる。一方、ステージ５０６は、第２位置制御装置５０８によってＹ軸方向に移動させられる。つまり、第１位置制御装置５０４および第２位置制御装置５０８によって、ステージ５０６に対する液滴吐出ヘッド５１４の相対位置が変わる（ステージ５０６に保持された基材２１、２２と、液液滴吐出手段５０３とが相対的に移動する）。
The
As described above, the droplet discharge means 503 is moved in the X-axis direction by the first
制御手段５１２は、液状材料３５を吐出すべき相対位置を表す吐出データを外部情報処理装置から受け取るように構成されている。
液状材料３５を基材２１、２２上に供給する際には、液滴吐出ヘッド５１４と基材２１、２２とを相対的に走査しつつ、基材２１、２２上に液状材料３５を吐出する。すなわち、第２位置制御装置５０８の作動により、基材２１、２２が保持されているステージ５０６をＹ軸方向に移動させ、液滴吐出手段５０３の下を通過させつつ、液滴吐出手段５０３が備える液滴吐出ヘッド５１４のノズル５１８から液状材料３５の液滴（インク滴）３１を吐出して、基材２１、２２上の膜形成領域４１に付与する（着弾させる）。以下、この動作を「塗布走査（液滴吐出ヘッド５１４と基材２１、２２との主走査）」と言うことがある。
The control means 512 is configured to receive ejection data representing the relative position at which the
When supplying the
そして、この液状材料３５を基材２１、２２上に供給する工程においては、通常は、前記塗布走査（走査）を複数回行うようになっている。なお、前記塗布走査の回数は、１回でもよいことは言うまでもない。
本実施形態では、液滴吐出ヘッド５１４は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、インクジェットヘッドで構成されている。すなわち、本実施形態で説明する液滴吐出装置は、インクジェット装置である。
In the step of supplying the
In the present embodiment, the
液滴吐出ヘッド５１４は、振動板５２６と、ノズルプレート５２８とを備えている。振動板５２６と、ノズルプレート５２８との間には、タンク５０１から、チューブ５１０および孔５３１を介して供給される液状材料３５が常に充填される液だまり５２９が位置している。
また、振動板５２６と、ノズルプレート５２８との間には、複数の隔壁５２２が位置している。そして、振動板５２６と、ノズルプレート５２８と、１対の隔壁５２２とによって囲まれた部分がキャビティ（インク室）５２０である。キャビティ５２０はノズル５１８に対応して設けられているため、キャビティ５２０の数とノズル５１８の数とは同じである。キャビティ５２０には、１対の隔壁５２２間に位置する供給口５３０を介して、液だまり５２９から液状材料３５が供給される。
The
A plurality of
振動板５２６上には、それぞれのキャビティ５２０に対応して、振動子５２４が位置する。振動子５２４は、駆動素子としてのピエゾ素子（圧電素子）５２４Ｃと、ピエゾ素子５２４Ｃを挟む１対の電極５２４Ａ、５２４Ｂとを含む。この１対の電極５２４Ａ、５２４Ｂとの間に駆動電圧（信号）を印加する（与える）ことで、ピエゾ素子５２４Ｃの振動に追従して振動板５２６が振動することにより、対応するノズル５１８から液状材料３５が液滴３１として吐出される。
On the
この場合、前記駆動電圧（例えば、駆動電圧の大きさ等）を調整することにより、ノズル５１８から吐出される液状材料３５の吐出動作１回当りの吐出量（液滴量）を調整することができるようになっている。
なお、ノズル５１８からＺ軸方向に液状材料３５が吐出されるように、ノズル５１８の形状が調整されている。
In this case, by adjusting the drive voltage (for example, the magnitude of the drive voltage), the discharge amount (droplet amount) per discharge operation of the
The shape of the
制御手段５１２は、複数の振動子５２４のそれぞれに互いに独立に駆動電圧を印加するように構成されていてもよい。つまり、ノズル５１８から吐出される液状材料３５の吐出動作１回当りの吐出量が、制御手段５１２からの信号、すなわち、駆動電圧に応じてノズル５１８毎に制御されてもよい。また、制御手段５１２は、塗布走査の間に吐出動作を行うノズル５１８と、吐出動作を行わないノズル５１８とを設定することでもできる。
なお、１つのノズル５１８と、ノズル５１８に対応するキャビティ５２０と、キャビティ５２０に対応する振動子５２４とを含んだ部分により吐出部が構成される。この吐出部は、１つの液滴吐出ヘッド５１４において、ノズル５１８の数と同じ数だけ存在することとなる。
The control means 512 may be configured to apply a driving voltage to each of the plurality of
Note that a discharge unit is configured by a portion including one
上記のような液滴吐出装置５００を用いて、基材２１、２２上に液状材料を液滴３１として供給することにより、基材２１、２２の接合面（上面）２３、２４の所望の位置に液状材料を供給することができる。これにより、膜形成領域４１の形状に対応して基材２１、２２上に液状被膜３０を、ひいては接合膜３を確実に形成することができる。すなわち、基材２１、２２に、所定形状にパターニングされた液状被膜３０（接合膜３）を確実に形成することができる。
By using the
なお、本発明では、液滴吐出ヘッド５１４は、駆動素子として、ピエゾ素子の代わりに静電アクチュエータを用いるものでもよい。また、液滴吐出ヘッド５１４は、駆動素子として電気熱変換素子を用い、この電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用して液状材料３５を吐出するバブルジェット方式（「バブルジェット」は登録商標）の構成であってもよい。
さらに、本実施形態の液滴吐出装置５００は、吐出走査部５０２に隣接して設けられたＵＶランプ（紫外線照射ランプ）５５０を備えている。ＵＶランプ５５０には、制御手段５１２が接続されており、制御手段５１２は、操作部からの信号等に基づき、予め設定されたプログラムに従って、ＵＶランプ５５０の作動（駆動）を制御する。
In the present invention, the
Further, the
かかるＵＶランプ５５０を備えていることから、基材２１、２２上に形成された接合膜３に紫外線を照射して、その表面付近に接着性を発現させることができる。より具体的には、基材２１、２２上に接合膜３を形成した後に、第２位置制御装置５０８の作動によりＹ軸方向に沿ってステージ５０６を移動させて、ステージ５０６上の基材２１、２２をＵＶランプ５５０の下方に位置させる。そして、この位置で、ＵＶランプ５５０を用いて、基材２１、２２上に設けられた接合膜３に、紫外線を照射してエネルギーを付与することにより、その表面付近に接着性を発現させることができる。
本発明の接合方法では、以上のような液滴吐出装置を用いて、第１の基材２１と第２の基材２２との接合に用いられる接合膜３を所定形状にパターニングして形成する。
Since the
In the bonding method of the present invention, the
以下、本発明の接合方法について説明する。
＜接合方法＞
本発明の接合方法は、第１の基材２１と第２の基材２２とを所定形状にパターニングされた接合膜３を介して接合する方法であり、第１の基材２１と第２の基材２２とを用意し、第１の基材２１および第２の基材２２の少なくとも一方に、シリコーン材料を含有する液状材料を液滴吐出法を用いて液滴３１として供給することにより、所定形状にパターニングされた液状被膜３０を形成する工程と、液状被膜３０を乾燥して、第１の基材２１および第２の基材２２の少なくとも一方に、前記所定形状にパターニングされた接合膜３を得る工程と、接合膜３にエネルギーを付与することにより、接合膜３の表面付近に接着性を発現させ、この接合膜３を介して第１の基材２１と第２の基材２２とが接合された接合体１を得る工程とを有するものである。かかる方法によれば、２つの基材２１、２２同士を、前記所定形状にパターニングされた領域において、シリコーン材料を原材料とする接合膜３の表面付近に発現した接着性により、位置選択的に高い寸法精度で強固に接合することができる。さらに、第１の基材２１上に液状材料を供給する際に、液滴吐出法を用いて接合面２３に液状材料を所定形状となるように位置選択的に供給することから、液状材料に無駄が生じるのを確実に防止することができる。また、本発明では、液状材料を液滴吐出法を用いて基材上に供給するが、液滴吐出法によれば、基材上に微細な形状に液状被膜３０を形成し得ることから、優れた寸法精度で接合膜３を形成することができる。
なお、本明細書中で、「所定形状」とは、接合膜３による接合を必要とする部位に対応した形状のことを言い、本実施形態では、後述する接合面２３、２４の膜形成領域４１に対応した形状のことを言う。
Hereinafter, the joining method of the present invention will be described.
<Join method>
The bonding method of the present invention is a method of bonding the
In the present specification, the “predetermined shape” refers to a shape corresponding to a portion that requires bonding by the
以下、この本発明の接合方法の第１実施形態を、工程ごとに詳述する。
＜＜第１実施形態＞＞
図３および図４は、本発明の接合方法の第１実施形態を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図３および図４中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本実施形態の接合方法は、所定形状にパターニングされた接合膜３を、第２の基材２２上に形成することなく、第１の基材２１上に選択的に形成して、接合膜３を介して第１の基材２１と第２の基材２２とを接合する接合方法である。
Hereinafter, this 1st Embodiment of the joining method of this invention is explained in full detail for every process.
<< First Embodiment >>
3 and 4 are views (longitudinal sectional views) for explaining the first embodiment of the joining method of the present invention. In the following description, the upper side in FIGS. 3 and 4 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
In the bonding method of the present embodiment, the
［１］まず、第１の基材２１と第２の基材２２とを用意する。なお、図３（ａ）では、第２の基材２２を省略している。
このような第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料は、それぞれ特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリブテン−１、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アラミド系樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等の樹脂系材料、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのような金属、またはこれらの金属を含む合金、炭素鋼、ステンレス鋼、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ガリウムヒ素のような金属系材料、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンのようなシリコン系材料、ケイ酸ガラス（石英ガラス）、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛（アルカリ）ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス系材料、アルミナ、ジルコニア、ＭｇＡｌ２Ｏ４、フェライト、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンのようなセラミックス系材料、グラファイトのような炭素系材料、またはこれらの各材料の１種または２種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。
[1] First, a
Each constituent material of the
また、第１の基材２１および第２の基材２２は、それぞれ、その表面に、Ｎｉめっきのようなめっき処理、クロメート処理のような不働態化処理、または窒化処理等を施したものであってもよい。
なお、第１の基材２１の構成材料と第２の基材２２の構成材料とは、それぞれ同じでも、異なっていてもよい。
In addition, the
The constituent material of the
また、第１の基材２１の熱膨張率と第２の基材２２の熱膨張率は、ほぼ等しいのが好ましい。これらの熱膨張率がほぼ等しければ、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合した際に、その接合界面に熱膨張に伴う応力が発生し難くなる。その結果、最終的に得られる接合体１において、剥離を確実に防止することができる。
なお、後に詳述するが、第１の基材２１の熱膨張率と第２の基材２２の熱膨張率が互いに異なる場合でも、後述する工程において、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合する際の条件を最適化することにより、これらを高い寸法精度で強固に接合することができる。
Moreover, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the
In addition, although it explains in full detail later, even when the thermal expansion coefficient of the
また、２つの基材２１、２２は、互いに剛性が異なるのが好ましい。これにより、２つの基材２１、２２をより強固に接合することができる。
また、２つの基材２１、２２のうち、少なくとも一方の構成材料は、樹脂材料であるのが好ましい。樹脂材料は、その柔軟性により、２つの基材２１、２２を接合した際に、その接合界面に発生する応力（例えば、熱膨張に伴う応力等）を緩和することができる。このため、接合界面が破壊し難くなり、結果的に、接合強度の高い接合体１を得ることができる。
Moreover, it is preferable that the two
Moreover, it is preferable that at least one constituent material of the two
なお、上記のような観点から、２つの基材２１、２２のうちの少なくとも一方は、可撓性を有しているのが好ましい。これにより、接合体１の接合強度のさらなる向上を図ることができる。さらに、２つの基材２１、２２の双方が可撓性を有している場合には、全体として可撓性を有し、機能性の高い接合体１が得られる。
また、各基材２１、２２の形状は、それぞれ、接合膜３を支持する面を有するような形状であればよく、例えば、板状（層状）、塊状（ブロック状）、棒状等とされる。
From the above viewpoint, it is preferable that at least one of the two
Moreover, the shape of each
なお、本実施形態では、図３、４に示すように、各基材２１、２２がそれぞれ板状をなしている。これにより、各基材２１、２２は撓み易くなり、２つの基材２１、２２を重ね合わせたときに、互いの形状に沿って十分に変形し得るものとなる。このため、２つの基材２１、２２を重ね合わせたときの密着性が高くなり、最終的に得られる接合体１における接合強度が高くなる。
また、各基材２１、２２が撓むことによって、接合界面に生じる応力を、ある程度緩和する作用が期待できる。
この場合、各基材２１、２２の平均厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．１〜３ｍｍ程度であるのがより好ましい。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, each of the
In addition, it is expected that the
In this case, the average thickness of each of the
次に、必要に応じて、第１の基材２１の接合面２３に形成される接合膜３との密着性を高める表面処理を施す。これにより、接合面２３を清浄化および活性化され、接合面２３に対して接合膜３が化学的に作用し易くなる。その結果、後述する工程において、接合面２３上に接合膜３を形成したとき、接合面２３と接合膜３との接合強度を高めることができる。
この表面処理としては、特に限定されないが、例えば、スパッタリング処理、ブラスト処理のような物理的表面処理、酸素プラズマ、窒素プラズマ等を用いたプラズマ処理、コロナ放電処理、エッチング処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン暴露処理のような化学的表面処理、または、これらを組み合わせた処理等が挙げられる。
Next, if necessary, a surface treatment is performed to improve the adhesion with the
This surface treatment is not particularly limited, for example, physical treatment such as sputtering treatment, blast treatment, plasma treatment using oxygen plasma, nitrogen plasma, corona discharge treatment, etching treatment, electron beam irradiation treatment, Examples thereof include a chemical surface treatment such as ultraviolet irradiation treatment, ozone exposure treatment, or a combination thereof.
なお、表面処理を施す第１の基材２１が、樹脂材料（高分子材料）で構成されている場合には、特に、コロナ放電処理、窒素プラズマ処理等が好適に用いられる。
また、表面処理として、特にプラズマ処理または紫外線照射処理を行うことにより、接合面２３を、より清浄化および活性化することができる。その結果、接合面２３と接合膜３との接合強度を特に高めることができる。
In addition, when the
In addition, the
また、第１の基材２１の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、接合膜３との接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第１の基材２１の構成材料としては、例えば、前述したような各種金属系材料、各種シリコン系材料、各種ガラス系材料等を主材料とするものが挙げられる。
このような材料で構成された第１の基材２１は、その表面が酸化膜で覆われており、この酸化膜の表面には、水酸基が結合している。したがって、このような酸化膜で覆われた第１の基材２１を用いることにより、上記のような表面処理を施さなくても、第１の基材２１の接合面２３と接合膜３との接合強度を高めることができる。
In addition, depending on the constituent material of the
The surface of the
なお、この場合、第１の基材２１の全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくとも接合膜３を形成する膜形成領域４１に位置する接合面２３付近が上記のような材料で構成されていればよい。
また、表面処理に代えて、第１の基材２１の接合面２３に、あらかじめ、中間層を形成しておいてもよい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、例えば、接合膜３との密着性を高める機能、クッション性（緩衝機能）、応力集中を緩和する機能等を有するものが好ましい。このような中間層上に接合膜３を成膜することにより、最終的に、信頼性の高い接合体１を得ることができる。
In this case, the entire
Instead of the surface treatment, an intermediate layer may be formed in advance on the
The intermediate layer may have any function. For example, a layer having a function of improving adhesion to the
かかる中間層の構成材料としては、例えば、アルミニウム、チタンのような金属系材料、金属酸化物、シリコン酸化物のような酸化物系材料、金属窒化物、シリコン窒化物のような窒化物系材料、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボンのような炭素系材料、シランカップリング剤、チオール系化合物、金属アルコキシド、金属−ハロゲン化合物のような自己組織化膜材料、樹脂系接着剤、樹脂フィルム、樹脂コーティング材、各種ゴム材料、各種エラストマーのような樹脂系材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、これらの各材料で構成された中間層の中でも、酸化物系材料で構成された中間層によれば、第１の基材２１と接合膜３との間の接合強度を特に高めることができる。
Examples of the constituent material of the intermediate layer include metal materials such as aluminum and titanium, metal oxides, oxide materials such as silicon oxide, metal nitrides, and nitride materials such as silicon nitride. Carbon materials such as graphite and diamond-like carbon, silane coupling agents, thiol compounds, metal alkoxides, self-assembled film materials such as metal-halogen compounds, resin adhesives, resin films, resin coating materials, Various rubber materials, resin materials such as various elastomers, and the like can be used, and one or more of these can be used in combination.
Further, among the intermediate layers made of these materials, the intermediate layer made of an oxide-based material can particularly increase the bonding strength between the
一方、第１の基材２１と同様、第２の基材２２の接合面２４（後述する工程において、接合膜３と密着する面）にも、必要に応じて、あらかじめ接合膜３との密着性を高める表面処理を施してもよい。これにより、接合面２４を清浄化および活性化する。その結果、後述する工程において、接合面２４と接合膜３とを密着させ、これらを接合したとき、接合面２４と接合膜３との接合強度を高めることができる。
この表面処理としては、特に限定されないが、前述の第１の基材２１の接合面２３に対する表面処理と同様の処理を用いることができる。
On the other hand, as in the case of the
Although it does not specifically limit as this surface treatment, The process similar to the surface treatment with respect to the
また、第１の基材２１の場合と同様に、第２の基材２２の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、接合膜３との密着性が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第２の基材２２の構成材料としては、例えば、前述したような各種金属系材料、各種シリコン系材料、各種ガラス系材料等を主材料とするものが挙げられる。
Further, as in the case of the
すなわち、このような材料で構成された第２の基材２２は、その表面が酸化膜で覆われており、この酸化膜の表面には、水酸基が結合（露出）している。したがって、このような酸化膜で覆われた第２の基材２２を用いることにより、上記のような表面処理を施さなくても、第２の基材２２の接合面２４と接合膜３との接合強度を高めることができる。
なお、この場合、第２の基材２２の全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくとも接合膜３と接合する領域において、接合面２４付近が上記のような材料で構成されていればよい。
That is, the surface of the
In this case, the entire
また、第２の基材２２の接合面２４に、以下の基や物質を有する場合には、上記のような表面処理を施さなくても、第２の基材２２の接合面２４と接合膜３との接合強度を十分に高くすることができる。
このような基や物質としては、例えば、水酸基、チオール基、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、イミダゾール基のような各種官能基、各種ラジカル、開環分子または、２重結合、３重結合のような不飽和結合を有する脱離性中間体分子、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉのようなハロゲン、過酸化物からなる群から選択される少なくとも１つの基や物質、または、これらの基が脱離してなる終端化されていない結合手（未結合手、ダングリングボンド）が挙げられる。
Further, when the
Examples of such groups and substances include various functional groups such as hydroxyl group, thiol group, carboxyl group, amino group, nitro group, and imidazole group, various radicals, ring-opening molecules, double bonds, and triple bonds. At least one group or substance selected from the group consisting of a leaving intermediate molecule having an unsaturated bond, a halogen such as F, Cl, Br, and I, a peroxide, or the group is desorbed. An unterminated bond (an unbonded bond, a dangling bond) is provided.
このうち、脱離性中間体分子は、開環分子または不飽和結合を有する炭化水素分子であるのが好ましい。このような炭化水素分子は、開環分子および不飽和結合の顕著な反応性に基づき、接合膜３に対して強固に作用する。したがって、このような炭化水素分子を有する接合面２４は、接合膜３に対して特に強固に接合可能なものとなる。
また、接合面２４が有する官能基は、特に水酸基が好ましい。これにより、接合面２４は、接合膜３に対して特に容易かつ強固に接合可能なものとなる。特に接合膜３の表面に水酸基が露出している場合には、水酸基同士間に生じる水素結合に基づいて、接合面２４と接合膜３との間を短時間で強固に接合することができる。
Of these, the leaving intermediate molecule is preferably a ring-opening molecule or a hydrocarbon molecule having an unsaturated bond. Such hydrocarbon molecules act strongly on the
The functional group possessed by the
また、このような基や物質を有するように、接合面２４に対して上述したような各種表面処理を適宜選択して行うことにより、接合膜３に対して強固に接合可能な第２の基材２２が得られる。
このうち、第２の基材２２の接合面２４には、水酸基が存在しているのが好ましい。このような接合面２４には、水酸基が露出した接合膜３との間に、水素結合に基づく大きな引力が生じる。これにより、最終的に、第１の基材２１と第２の基材２２とを特に強固に接合することができる。
In addition, by appropriately selecting and performing various surface treatments as described above on the
Among these, it is preferable that the
また、表面処理に代えて、第２の基材２２の接合面２４に、あらかじめ、中間層を形成しておいてもよい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、例えば、前記第１の基材２１の場合と同様に、接合膜３との密着性を高める機能、クッション性（緩衝機能）、応力集中を緩和する機能等を有するものが好ましい。このような中間層を介して、第２の基材２２と接合膜３とを接合することにより、最終的に、信頼性の高い接合体１を得ることができる。
かかる中間層の構成材料には、例えば、前記第１の基材２１の接合面２３に形成する中間層の構成材料と同様の材料を用いることができる。
なお、上記のような表面処理および中間層の形成は、必要に応じて行えばよく、特に高い接合強度を必要としない場合には、省略することができる。
Further, instead of the surface treatment, an intermediate layer may be formed in advance on the
This intermediate layer may have any function. For example, as in the case of the
As the constituent material of the intermediate layer, for example, the same material as the constituent material of the intermediate layer formed on the
The surface treatment and the formation of the intermediate layer as described above may be performed as necessary, and can be omitted when a high bonding strength is not particularly required.
［２］次に、シリコーン材料を含有する液状材料３５を、前述した液滴吐出装置５００を用いた液滴吐出法により、液滴３１として第１の基材２１の接合面２３上に供給する。これにより、図３（ａ）に示すような接合面２３の膜形成領域４１に、接合面２３の非膜形成領域４２に供給することなく、液滴３１を選択的に供給することができる。その結果、図３（ｂ）に示すように、第１の基材２１上に、膜形成領域４１の形状、すなわち所定形状にパターニングされた液状被膜３０が形成される。
[2] Next, the
ここで、本発明では、接合面２３の膜形成領域４１に液状材料を選択的に供給する方法として、液滴吐出装置５００を用いて液状材料３５を液滴３１として供給する液滴吐出法が用いられる。
液滴吐出法を用いて、液状材料を位置選択的に供給することにより、前述したように基板上にレジスト層を形成して、これをマスクとして用いて膜をパターニングする場合と比較して、接合膜３を形成するまでの時間の短縮および製造コストの削減を図ることができる。
Here, in the present invention, as a method for selectively supplying the liquid material to the
Compared to the case where a liquid material is selectively supplied using a droplet discharge method, a resist layer is formed on a substrate as described above, and a film is patterned using this as a mask. The time until the
さらに、本実施形態では、液滴吐出法は、液滴吐出ヘッド５１４としてインクジェットヘッドを備えるインクジェット法が用いられる。インクジェット法によれば、目的とする領域（位置）に、液状材料を液滴３１として、優れた位置精度で供給することができる。また、ピエゾ素子５２４Ｃの振動数および液状材料の粘度等を適宜設定することにより、液滴３１のサイズ（大きさ）を、比較的容易に調整できることから、液滴３１のサイズを小さくすれば、たとえ膜形成領域４１の形状が微細なものであったとしても、膜形成領域４１の形状に対応した液状被膜３０を確実に形成することができる。
Further, in the present embodiment, the droplet discharge method uses an inkjet method including an inkjet head as the
液状材料の粘度（２５℃）は、通常、０．５〜２００ｍＰａ・ｓ程度であるのが好ましく、３〜２０ｍＰａ・ｓ程度であるのがより好ましい。液状材料の粘度をかかる範囲とすることにより、液滴の吐出をより安定的に行うことができるとともに、微細な形状の膜形成領域４１を描画し得る大きさの液滴３１を吐出することができる。さらに、この液状材料で構成される液状被膜３０を次工程［３］で乾燥させた際に、接合膜３を形成するのに十分な量のシリコーン材料を液状材料中に含有したものとすることができる。
In general, the viscosity (25 ° C.) of the liquid material is preferably about 0.5 to 200 mPa · s, more preferably about 3 to 20 mPa · s. By setting the viscosity of the liquid material in such a range, it is possible to discharge the droplets more stably and to discharge the
また、液状材料の粘度をかかる範囲内とすれば、具体的には、液滴３１の量（液状材料の１滴の量）を、平均で、０．１〜４０ｐＬ程度に、より現実的には１〜３０ｐＬ程度に設定し得る。これにより、接合面２３に供給された際の液滴３１の着弾径が小さなものとなることから、微細な形状の接合膜３をも確実に形成することができる。
さらに、接合面２３の膜形成領域４１に供給する液滴３１の供給量を適宜設定することにより、形成される接合膜３の厚さの制御を比較的容易に行うことができる。
Further, if the viscosity of the liquid material is within such a range, specifically, the amount of the droplets 31 (the amount of one droplet of the liquid material) is more realistically about 0.1 to 40 pL on average. Can be set to about 1 to 30 pL. Thereby, since the landing diameter of the
Furthermore, the thickness of the
また、液滴３１として吐出される液状材料は、前述のようにシリコーン材料を含有するものであるが、シリコーン材料単独で、液状をなし目的とする粘度範囲である場合、シリコーン材料をそのまま液状材料として用いることができる。また、シリコーン材料単独で、固形状または高粘度の液状をなす場合には、液状材料として、シリコーン材料の溶液または分散液を用いることができる。
Further, the liquid material discharged as the
シリコーン材料を溶解または分散するための溶媒または分散媒としては、例えば、アンモニア、水、過酸化水素、四塩化炭素、エチレンカーボネイト等の無機溶媒や、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アセトン、等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソブタノール等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン等の芳香族複素環化合物系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化合物系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル等のエステル系溶媒、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン等の硫黄化合物系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系溶媒、ギ酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸系溶媒のような各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等を用いることができる。 Examples of the solvent or dispersion medium for dissolving or dispersing the silicone material include inorganic solvents such as ammonia, water, hydrogen peroxide, carbon tetrachloride, and ethylene carbonate, and ketone solvents such as methyl ethyl ketone (MEK) and acetone. Alcohol solvents such as methanol, ethanol and isobutanol, ether solvents such as diethyl ether and diisopropyl ether, cellosolve solvents such as methyl cellosolve, aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane and pentane, toluene, xylene, benzene, etc. Aromatic hydrocarbon solvents, aromatic heterocyclic compound solvents such as pyridine, pyrazine, furan, amide solvents such as N, N-dimethylformamide (DMF), halogen compound solvents such as dichloromethane and chloroform, ethyl acetate Esters such as methyl acetate Various organic solvents such as solvents, sulfur compound solvents such as dimethyl sulfoxide (DMSO), sulfolane, nitrile solvents such as acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile, organic acid solvents such as formic acid, trifluoroacetic acid, or the like A mixed solvent containing can be used.
シリコーン材料は、液状材料中に含まれ、次工程［３］において、この液状材料を乾燥させることにより形成される接合膜３の主材料として構成するものである。
ここで、「シリコーン材料」とは、ポリオルガノシロキサン骨格を有する化合物であり、通常、主骨格（主鎖）部分が主としてオルガノシロキサン単位の繰り返しからなる化合物のことを言い、主鎖の一部から突出する分枝状の構造を有するものであってもよく、主鎖が環状をなす環状体であってもよく、主鎖の末端同士が連結しない直鎖状のものであってもよい。
例えば、ポリオルガノシロキサン骨格を有する化合物において、オルガノシロキサン単位は、その末端部では下記一般式（１）で表わされる構造単位を有し、連結部では下記一般式（２）で表わされる構造単位を有し、また、分枝部では下記一般式（３）で表わされる構造単位を有している。
The silicone material is contained in the liquid material and is configured as a main material of the
Here, the “silicone material” is a compound having a polyorganosiloxane skeleton, and usually refers to a compound in which the main skeleton (main chain) portion is mainly composed of repeating organosiloxane units, and from a part of the main chain. It may have a protruding branched structure, may be a cyclic body in which the main chain is cyclic, or may be a straight chain in which the ends of the main chain are not connected to each other.
For example, in a compound having a polyorganosiloxane skeleton, the organosiloxane unit has a structural unit represented by the following general formula (1) at the terminal portion and a structural unit represented by the following general formula (2) at the connecting portion. In addition, the branch part has a structural unit represented by the following general formula (3).
なお、シロキサン残基とは、酸素原子を介して隣接する構造単位が有するケイ素原子に結合しており、シロキサン結合を形成している置換基のことを表す。具体的には、−Ｏ−（Ｓｉ）構造（Ｓｉは隣接する構造単位が有するケイ素原子）となっている。
このようなシリコーン材料において、ポリオルガノシロキサン骨格は、直鎖状をなすもの、すなわち上記一般式（１）の構造単位および上記一般式（２）の構造単位で構成されるであるのが好ましい。これにより、次工程［３Ａ］において、液状材料中に含まれるシリコーン材料同士が絡まり合うようにして接合膜３が形成されることから、得られる接合膜３は膜強度に優れたものとなる。
具体的には、かかる構成のポリオルガノシロキサン骨格を有する化合物としては、例えば、下記一般式（４）で表わされるものが挙げられる。
The siloxane residue is a substituent that is bonded to a silicon atom of an adjacent structural unit through an oxygen atom and forms a siloxane bond. Specifically, it has an —O— (Si) structure (Si is a silicon atom of an adjacent structural unit).
In such a silicone material, the polyorganosiloxane skeleton is preferably composed of a straight chain, that is, a structural unit of the general formula (1) and a structural unit of the general formula (2). Thereby, in the next step [3A], since the
Specifically, examples of the compound having a polyorganosiloxane skeleton having such a configuration include those represented by the following general formula (4).
上記一般式（１）〜上記一般式（４）中、基Ｒ（置換または無置換の炭化水素基）としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基、ビフェニリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基等が挙げられる。さらに、これらの基の炭素原子に結合している水素原子の一部または全部が、Ｉ）フッ素原子、塩素原子、臭素原子のようなハロゲン原子、II）グリシドキシ基のようなエポキシ基III）メタクリル基のような（メタ）アクリロイル基IV）カルボキシル基、スルフォニル基のようなアニオン性基等で置換された基等が挙げられる。 In the general formula (1) to the general formula (4), examples of the group R (substituted or unsubstituted hydrocarbon group) include, for example, alkyl groups such as a methyl group, an ethyl group, and a propyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group. Cycloalkyl groups such as phenyl groups, aryl groups such as phenyl groups, tolyl groups, and biphenylyl groups, and aralkyl groups such as benzyl groups and phenylethyl groups. In addition, some or all of the hydrogen atoms bonded to the carbon atoms of these groups are I) halogen atoms such as fluorine, chlorine and bromine atoms, II) epoxy groups such as glycidoxy groups, III) methacryl (Meth) acryloyl group IV) such as a group, and a group substituted with an anionic group such as a carboxyl group and a sulfonyl group.
また、加水分解基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基、ジメチルケトオキシム基、メチルエチルケトオキシム基等のケトオキシム基、アセトキシ基等のアシルオキシ基、イソプロペニルオキシ基、イソブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基等が挙げられる。
また、上記一般式（４）中、ｍおよびｎは、ポリオルガノシロキサンの重合度を表すものであるが、ｍおよびｎの合計（ｍ＋ｎ）が、５〜１００００程度の整数であるのが好ましく、５０〜１０００程度の整数であるのがより好ましい。かかる範囲内に設定することにより、液状材料の粘度を上述したような範囲内に比較的容易に設定することができる。
Hydrolytic groups include alkoxy groups such as methoxy group, ethoxy group, propoxy group, and butoxy group, ketoxime groups such as dimethyl ketoxime group and methylethyl ketoxime group, acyloxy groups such as acetoxy group, isopropenyloxy group, isopropenyl group, and the like. Examples include alkenyloxy groups such as butenyloxy groups.
In the general formula (4), m and n represent the degree of polymerization of the polyorganosiloxane, and the total of m and n (m + n) is preferably an integer of about 5 to 10,000. It is more preferably an integer of about 50 to 1000. By setting within this range, the viscosity of the liquid material can be set relatively easily within the above-described range.
このようなシリコーン材料の中でも、特に、その主骨格がポリジメチルシロキサンで構成されているのが好ましい。すなわち、上記一般式（４）において、各基Ｒはメチル基であるのが好ましい。かかる化合物は、比較的入手が容易で、かつ安価であるとともに、後工程［４Ａ］において、接合膜３に接合用エネルギーを付与することにより、メチル基が容易に切断されて、その結果として、接合膜３に確実に接着性を発現させることができるため、シリコーン材料として好適に用いられる。
Among such silicone materials, it is particularly preferable that the main skeleton is composed of polydimethylsiloxane. That is, in the general formula (4), each group R is preferably a methyl group. Such a compound is relatively easily available and inexpensive, and in the subsequent step [4A], by applying bonding energy to the
さらに、シリコーン材料は、シラノール基を有するものであるのが好ましい。すなわち、上記一般式（４）において、各基Ｚは水酸基であるのが好ましい。これにより、次工程［３］において、液状被膜３０を乾燥させて接合膜３を得る際に、隣接するシリコーン材料が有する水酸基同士が結合することとなり、得られる接合膜３の膜強度が優れたものとなる。さらに、第１の基材２１として、前述したように、その接合面（表面）２３から水酸基が露出しているものを用いた場合には、シリコーン材料が備える水酸基と、第１の基材２１が備える水酸基とが結合することから、シリコーン材料を物理的な結合ばかりでなく、化学的な結合によっても第１の基材２１に結合させることができる。その結果、接合膜３は、第１の基材２１の接合面２３に対して、強固に結合したものとなる。
Furthermore, the silicone material preferably has a silanol group. That is, in the general formula (4), each group Z is preferably a hydroxyl group. Thereby, when the
また、シリコーン材料は、比較的柔軟性に富む材料である。そのため、後工程［５］において、接合膜３を介して第１の基材２１に第２の基材２２を接合して接合体１を得る際に、例えば、第１の基材２１と第２の基材２２との各構成材料が互いに異なるものを用いる場合であったとしても、各基材２１、２２間に生じる熱膨張に伴う応力を確実に緩和することができる。これにより、最終的に得られる接合体１において、剥離が生じるのを確実に防止することができる。
Silicone materials are relatively flexible materials. Therefore, when the
さらに、シリコーン材料は、耐薬品性に優れているため、薬品類等に長期にわたって曝されるような部材の接合に際して効果的に用いることができる。具体的には、例えば、樹脂材料を浸食し易い有機系インクが用いられる工業用インクジェットプリンタの液滴吐出ヘッドを製造する際に、接合膜３を用いて接合すれば、その耐久性を確実に向上させることができる。また、シリコーン材料は、耐熱性にも優れていることから、高温下に曝されるような部材の接合に際しても効果的に用いることができる。
Furthermore, since the silicone material is excellent in chemical resistance, it can be effectively used for joining members that are exposed to chemicals for a long time. Specifically, for example, when manufacturing a droplet discharge head of an industrial inkjet printer that uses an organic ink that easily erodes a resin material, if the
［３］次に、第１の基材２１上に供給された液状材料、すなわち、接合面２３の膜形成領域４１に選択的に形成された液状被膜３０を乾燥する。これにより、膜形成領域４１の形状（所定形状）に対応してパターニングされた接合膜３が形成される。
液状被膜３０を乾燥させる際の温度は、２５℃以上であるのが好ましく、２５〜１００℃程度であるのがより好ましい。
また、乾燥させる時間は、０．５〜４８時間程度であるのが好ましく、１５〜３０時間程度であるのがより好ましい。
[3] Next, the liquid material supplied onto the
The temperature at which the
Further, the drying time is preferably about 0.5 to 48 hours, more preferably about 15 to 30 hours.
かかる条件で液状被膜３０を乾燥させることにより、次工程［４］において、エネルギーを付与することにより接着性が好適に発現する接合膜３を確実に形成することができる。また、シリコーン材料として前記工程［２］で説明したようなシラノール基を有するものを用いた場合には、シリコーン材料が有するシラノール基同士を、さらには、シリコーン材料が有するシラノール基と第１の基材２１が有する水酸基とを、確実に結合させることができるため、形成される接合膜３を膜強度に優れ、かつ第１の基材２１に対して強固に結合したものとすることができる。
By drying the
さらに、乾燥させる際の雰囲気の圧力は、大気圧下であってもよいが、減圧下であるのが好ましい。具体的には、減圧の程度は、１３３．３×１０−５〜１３３３Ｐａ（１×１０−５〜１０Ｔｏｒｒ）程度であるのが好ましく、１３３．３×１０−４〜１３３．３Ｐａ（１×１０−４〜１Ｔｏｒｒ）程度であるのがより好ましい。これにより、接合膜３の膜密度が緻密化して、接合膜３をより優れた膜強度を有するものとすることができる。
Furthermore, the atmospheric pressure during drying may be under atmospheric pressure, but is preferably under reduced pressure. Specifically, the degree of decompression is preferably about 133.3 × 10 −5 to 1333 Pa (1 × 10 −5 to 10 Torr), preferably 133.3 × 10 −4 to 133.3 Pa (1 × 10 -4 to 1 Torr) is more preferable. Thereby, the film density of the
以上のように、接合膜３を形成する際の条件を適宜設定することにより、形成される接合膜３の膜強度等を所望のものとすることができる。
接合膜３の平均厚さは、１０〜１００００ｎｍ程度であるのが好ましく、５０〜５０００ｎｍ程度であるのがより好ましい。供給する液状材料の量を適宜設定して、形成される接合膜３の平均厚さを前記範囲内とすることにより、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合した接合体の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、より強固に接合することができる。
As described above, the film strength and the like of the formed
The average thickness of the
すなわち、接合膜３の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、接合膜３の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、接合体の寸法精度が著しく低下するおそれがある。
さらに、接合膜３の平均厚さをかかる範囲とすることにより、接合膜３がある程度弾性に富むものとなることから、後工程［５］において、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合する際に、接合膜３と接触させる第２の基材２２の接合面２４にパーティクル等が付着していても、このパーティクルを接合膜３で取り囲むようにして接合膜３と接合面２４とが接合することとなる。そのため、このパーティクルが存在することによって、接合膜３と接合面２４との界面における接合強度が低下したり、この界面において剥離が生じたりするのを的確に抑制または防止することができる。
また、本発明では、液状材料を供給して接合膜３を形成する構成となっていることから、たとえ第１の基材２１の接合面２３に凹凸が存在している場合であっても、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するようにして接合膜３を形成ことができる。その結果、接合膜３が凹凸を吸収して、その表面がほぼ平坦面で構成されることとなる。
That is, when the average thickness of the
Further, by setting the average thickness of the
In the present invention, since the
［４］次に、接合面２３の膜形成領域４１に形成された接合膜３の表面３２に対してエネルギーを付与する。
接合膜３にエネルギーを付与すると、この接合膜３では、表面３２付近の分子結合の一部が切断し、表面３２が活性化されることに起因して、表面３２付近に第２の基材２２に対する接着性が発現する。
[4] Next, energy is applied to the
When energy is applied to the
このような状態の第１の基材２１は、第２の基材２２と、化学的結合に基づいて強固に接合可能なものとなる。
ここで、本明細書中において、表面３２が「活性化された」状態とは、上述のように接合膜３の表面３２の分子結合の一部、具体的には、例えば、ポリジメチルシロキサン骨格が備えるメチル基が切断されて、接合膜３中に終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」とも言う。）が生じた状態の他、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、さらに、これらの状態が混在した状態を含めて、接合膜３が「活性化された」状態と言うこととする。
The
Here, in this specification, the state where the
接合膜３に付与するエネルギーは、いかなる方法を用いて付与するものであってもよいが、例えば、接合膜３にエネルギー線を照射する方法、接合膜３を加熱する方法、接合膜３に圧縮力（物理的エネルギー）を付与する方法、接合膜３をプラズマに曝す（プラズマエネルギーを付与する）方法、接合膜３をオゾンガスに曝す（化学的エネルギーを付与する）方法等が挙げられる。これにより、接合膜３の表面を効率よく活性化させることができる。また、接合膜３中の分子構造を必要以上に切断しないので、接合膜３の特性が低下してしまうのを避けることができる。
The energy applied to the
上記の方法の中でも、本実施形態では、接合膜３にエネルギーを付与する方法として、特に、接合膜３にエネルギー線を照射する方法を用いるのが好ましい。かかる方法は、接合膜３に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができるので、エネルギーを付与する方法として好適に用いられる。
このうち、エネルギー線としては、例えば、紫外線、レーザ光のような光、Ｘ線、γ線のような電磁波、電子線、イオンビームのような粒子線等や、またはこれらのエネルギー線を２種以上組み合わせたものが挙げられる。
Among the above methods, in the present embodiment, as a method for applying energy to the
Among these, as energy rays, for example, light such as ultraviolet rays and laser light, electromagnetic waves such as X-rays and γ rays, particle beams such as electron beams and ion beams, or two types of these energy rays are used. The combination is mentioned.
これらのエネルギー線の中でも、特に、波長１２６〜３００ｎｍ程度の紫外線を用いるのが好ましい（図３（ｄ）参照）。かかる範囲内の紫外線によれば、付与されるエネルギー量が最適化されるので、接合膜３中の骨格をなす分子結合が必要以上に破壊されるのを防止しつつ、接合膜３から表面３２付近の分子結合を選択的に切断することができる。これにより、接合膜３の特性（機械的特性、化学的特性等）が低下するのを防止しつつ、接合膜３に接着性を確実に発現させることができる。
Among these energy rays, it is particularly preferable to use ultraviolet rays having a wavelength of about 126 to 300 nm (see FIG. 3D). In the case of ultraviolet rays within such a range, the amount of energy applied is optimized, so that the molecular bond forming the skeleton in the
また、紫外線によれば、広い範囲をムラなく短時間に処理することができるので、分子結合の切断を効率よく行うことができる。さらに、紫外線には、例えば、ＵＶランプ等の簡単な設備で発生させることができるという利点もある。
なお、エネルギー線として紫外線を用いる場合には、前述した液滴吐出装置５００がＵＶランプ５５０を備えていることから、前記工程［２］から本工程［４］までを液滴吐出装置５００を用いて行うことができる。
In addition, since ultraviolet rays can be processed over a wide range in a short time without unevenness, molecular bonds can be efficiently broken. Furthermore, ultraviolet rays also have the advantage that they can be generated with simple equipment such as UV lamps.
When ultraviolet rays are used as energy rays, the
なお、紫外線の波長は、より好ましくは、１２６〜２００ｎｍ程度とされる。
また、ＵＶランプ５５０を用いる場合、その出力は、接合膜３の面積に応じて異なるが、１ｍＷ／ｃｍ２〜１Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、５ｍＷ／ｃｍ２〜５０ｍＷ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。なお、この場合、ＵＶランプ５５０と接合膜３との離間距離は、３〜３０００ｍｍ程度とするのが好ましく、１０〜１０００ｍｍ程度とするのがより好ましい。
The wavelength of the ultraviolet light is more preferably about 126 to 200 nm.
In the case of using a
また、紫外線を照射する時間は、接合膜３の表面３２付近の分子結合を切断し得る程度の時間、すなわち、接合膜３の表面付近に存在する分子結合を選択的に切断し得る程度の時間とするのが好ましい。具体的には、紫外線の光量、接合膜３の構成材料等に応じて若干異なるものの、１秒〜３０分程度であるのが好ましく、１秒〜１０分程度であるのがより好ましい。
The time for irradiating the ultraviolet rays is such a time that molecular bonds near the
また、紫外線は、時間的に連続して照射されてもよいが、間欠的（パルス状）に照射されてもよい。
一方、レーザ光としては、例えば、エキシマレーザのようなパルス発振レーザ（パルスレーザ）、炭酸ガスレーザ、半導体レーザのような連続発振レーザ等が挙げられる。中でも、パルスレーザが好ましく用いられる。パルスレーザでは、接合膜３のレーザ光が照射された部分に経時的に熱が蓄積され難いので、蓄積された熱による接合膜３の変質・劣化を確実に防止することができる。すなわち、パルスレーザによれば、接合膜３の内部にまで蓄積された熱の影響がおよぶのを、防止することができる。
Moreover, although an ultraviolet-ray may be irradiated continuously in time, you may irradiate intermittently (pulse form).
On the other hand, examples of the laser light include a pulsed laser (pulse laser) such as an excimer laser, a continuous wave laser such as a carbon dioxide laser, and a semiconductor laser. Among these, a pulse laser is preferably used. In the pulse laser, heat hardly accumulates with time in the portion of the
また、パルスレーザのパルス幅は、熱の影響を考慮した場合、できるだけ短い方が好ましい。具体的には、パルス幅が１ｐｓ（ピコ秒）以下であるのが好ましく、５００ｆｓ（フェムト秒）以下であるのがより好ましい。パルス幅を前記範囲内にすれば、レーザ光照射に伴って接合膜３に生じる熱の影響を、的確に抑制することができる。なお、パルス幅が前記範囲内程度に小さいパルスレーザは、「フェムト秒レーザ」と呼ばれる。
The pulse width of the pulse laser is preferably as short as possible in consideration of the influence of heat. Specifically, the pulse width is preferably 1 ps (picosecond) or less, and more preferably 500 fs (femtosecond) or less. If the pulse width is within the above range, the influence of heat generated in the
また、レーザ光の波長は、特に限定されないが、例えば、２００〜１２００ｎｍ程度であるのが好ましく、４００〜１０００ｎｍ程度であるのがより好ましい。
また、レーザ光のピーク出力は、パルスレーザの場合、パルス幅によって異なるが、０．１〜１０Ｗ程度であるのが好ましく、１〜５Ｗ程度であるのがより好ましい。
さらに、パルスレーザの繰り返し周波数は、０．１〜１００ｋＨｚ程度であるのが好ましく、１〜１０ｋＨｚ程度であるのがより好ましい。パルスレーザの周波数を前記範囲内に設定することにより、表面３２付近の分子結合を選択的に切断することができる。
The wavelength of the laser light is not particularly limited, but is preferably about 200 to 1200 nm, and more preferably about 400 to 1000 nm.
In the case of a pulse laser, the peak output of the laser light varies depending on the pulse width, but is preferably about 0.1 to 10 W, and more preferably about 1 to 5 W.
Furthermore, the repetition frequency of the pulse laser is preferably about 0.1 to 100 kHz, and more preferably about 1 to 10 kHz. By setting the frequency of the pulse laser within the above range, molecular bonds near the
なお、このようなレーザ光の各種条件は、レーザ光を照射された部分の温度が、好ましくは常温（室温）〜６００℃程度、より好ましくは２００〜６００℃程度、さらに好ましくは３００〜４００℃程度になるように適宜調整されるのが好ましい。これにより、レーザ光を照射した部分の温度が著しく上昇するのを防止して、表面３２付近の分子結合を選択的に切断することができる。
The various conditions of such laser light are such that the temperature of the portion irradiated with the laser light is preferably from room temperature (room temperature) to about 600 ° C., more preferably about 200 to 600 ° C., and even more preferably 300 to 400 ° C. It is preferable to adjust as appropriate. As a result, the temperature of the portion irradiated with the laser light can be prevented from significantly increasing, and the molecular bonds near the
また、接合膜３に照射するレーザ光は、その焦点を、接合膜３の表面３２に合わせた状態で、この表面３２に沿って走査されるようにするのが好ましい。これにより、レーザ光の照射によって発生した熱が、表面３２付近に局所的に蓄積されることとなる。その結果、接合膜３の表面３２に存在する分子結合を選択的に脱離させることができる。
また、接合膜３に対するエネルギー線の照射は、いかなる雰囲気中で行うようにしてもよく、具体的には、大気、酸素のような酸化性ガス雰囲気、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧（真空）雰囲気等が挙げられるが、中でも、大気雰囲気（特に、露点が低い雰囲気下）中で行うのが好ましい。これにより、表面３２付近にオゾンガスが生じて、表面３２の活性化がより円滑に行われることとなる。さらに、雰囲気を制御することに手間やコストをかける必要がなくなり、エネルギー線の照射をより簡単に行うことができる。
このように、エネルギー線を照射する方法によれば、接合膜３に対して選択的にエネルギーを付与することが容易に行えるため、例えば、エネルギーの付与による第１の基材２１の変質・劣化を防止することができる。
In addition, it is preferable that the laser light applied to the
The
As described above, according to the method of irradiating the energy beam, it is easy to selectively apply energy to the
また、エネルギー線を照射する方法によれば、付与するエネルギーの大きさを、精度よく簡単に調整することができる。このため、接合膜３で切断される分子結合の量を調整することが可能となる。このように切断される分子結合の量を調整することにより、第１の基材２１と第２の基材２２との間の接合強度を容易に制御することができる。
すなわち、表面３２付近で切断される分子結合の量を多くすることにより、接合膜３の表面３２付近に、より多くの活性手が生じるため、接合膜３に発現する接着性をより高めることができる。一方、表面３２付近で切断される分子結合の量を少なくすることにより、接合膜３の表面３２付近に生じる活性手を少なくし、接合膜３に発現する接着性を抑えることができる。
なお、付与するエネルギーの大きさを調整するためには、例えば、エネルギー線の種類、エネルギー線の出力、エネルギー線の照射時間等の条件を調整すればよい。
さらに、エネルギー線を照射する方法によれば、短時間で大きなエネルギーを付与することができるので、エネルギーの付与をより効率よく行うことができる。
Moreover, according to the method of irradiating energy rays, the magnitude of energy to be applied can be easily adjusted with high accuracy. For this reason, it is possible to adjust the amount of molecular bonds cut by the
That is, by increasing the amount of molecular bonds cleaved in the vicinity of the
In addition, in order to adjust the magnitude | size of the energy to provide, what is necessary is just to adjust conditions, such as the kind of energy beam, the output of an energy beam, the irradiation time of an energy beam.
Furthermore, according to the method of irradiating energy rays, a large amount of energy can be applied in a short time, so that the energy can be applied more efficiently.
［５］次に、接合膜３と第２の基材２２とが密着するように、第１の基材２１と第２の基材２２とを貼り合わせる（図４（ｅ）参照）。これにより、前記工程［４］において、接合膜３の表面３２に第２の基材２２に対する接着性が発現していることから、接合膜３と第２の基材２２の接合面２４とが化学的に結合する。その結果、第１の基材２１と第２の基材２２とが、膜形成領域４１において選択的に形成された接合膜３により部分的に接合され、図４（ｆ）に示すような接合体１が得られる。
[5] Next, the
このようにして得られた接合体１では、従来の接合方法で用いられていた接着剤のように、主にアンカー効果のような物理的結合に基づく接着ではなく、共有結合のような短時間で生じる強固な化学的結合に基づいて、２つの基材２１、２２が接合されている。このため、接合体１は短時間で形成することができ、かつ、極めて剥離し難く、接合ムラ等も生じ難いものとなる。
The bonded body 1 thus obtained is not bonded mainly based on a physical bond such as an anchor effect, but a short time such as a covalent bond, unlike the adhesive used in the conventional bonding method. The two
また、このような接合方法によれば、高温（例えば、７００℃以上）での熱処理を必要としないことから、耐熱性の低い材料で構成された第１の基材２１および第２の基材２２をも、接合に供することができる。
また、接合膜３を介して第１の基材２１と第２の基材２２とを接合しているため、各基材２１、２２の構成材料に制約がないという利点もある。
Moreover, according to such a joining method, since the heat processing at high temperature (for example, 700 degreeC or more) is not required, the
In addition, since the
以上のことから、本発明によれば、第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料の選択の幅をそれぞれ広げることができる。
また、第１の基材２１の熱膨張率と第２の基材２２の熱膨張率が互いに異なっている場合には、できるだけ低温下で接合を行うのが好ましい。接合を低温下で行うことにより、接合界面に発生する熱応力のさらなる低減を図ることができる。
From the above, according to the present invention, the range of selection of each constituent material of the
Moreover, when the thermal expansion coefficient of the
具体的には、第１の基材２１と第２の基材２２との熱膨張率の差にもよるが、第１の基材２１および第２の基材２２の温度が２５〜５０℃程度である状態下で、第１の基材２１と第２の基材２２とを貼り合わせるのが好ましく、２５〜４０℃程度である状態下で貼り合わせるのがより好ましい。このような温度範囲であれば、第１の基材２１と第２の基材２２との熱膨張率の差がある程度大きくても、接合界面に発生する熱応力を十分に低減することができる。その結果、接合体１における反りや剥離等の発生を確実に抑制または防止することができる。
Specifically, the temperature of the
また、この場合、具体的な第１の基材２１と第２の基材２２との間の熱膨張係数の差が、５×１０−５／Ｋ以上あるような場合には、上記のようにして、できるだけ低温下で接合を行うことが特に推奨される。
また、本実施形態によれば、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合する際に、これらが対向する面全体を接合するのではなく、接合膜３が選択的に形成された膜形成領域４１において接合する。この接合の際、接合膜３を形成する膜形成領域４１の大きさを適宜設定することのみで、接合される領域を簡単に選択することができる。これにより、例えば、第１の基材２１と第２の基材２２とが接合する接合膜３の面積や形状を制御して、接合体１の接合強度を容易に調整することができる。その結果、例えば、接合膜３を容易に剥離可能な接合体１が得られる。
In this case, the difference in thermal expansion coefficient between the specific
Moreover, according to this embodiment, when joining the
すなわち、接合体１の接合強度を調整可能であると同時に、接合体１を分離する際の強度（割裂強度）を調整可能である。
かかる観点から、容易に分離可能な接合体１を作製する場合には、接合体１の接合強度は、人の手で容易に分離可能な程度の大きさであるのが好ましい。これにより、接合体１を分離する際、装置等を用いることなく、簡単に行うことができる。
That is, the bonding strength of the bonded body 1 can be adjusted, and at the same time, the strength (split strength) when separating the bonded body 1 can be adjusted.
From this point of view, when the bonded body 1 that can be easily separated is manufactured, the bonding strength of the bonded body 1 is preferably large enough to be easily separated by a human hand. Thereby, when isolate | separating the conjugate | zygote 1 can be performed easily, without using an apparatus etc.
また、第１の基材２１と第２の基材２２とが接合する接合膜３の面積や形状を適宜設定することにより、接合膜３に生じる応力の局所集中を緩和することができる。これにより、例えば、第１の基材２１と第２の基材２２との間で熱膨張率差が大きい場合でも、各基材２１、２２を確実に接合することができる。
さらに、本実施形態にかかる接合方法によれば、非膜形成領域４２では、図４（ｆ）に示すように、第１の基材２１と第２の基材２２との間に、接合膜３の厚さに相当する距離（高さ）の空間３Ｃが形成される。この空間３Ｃを活かすため、膜形成領域４１の形状を適宜調整することにより、第１の基材２１と第２の基材２２との間に、閉空間や流路を形成したりすることができる。
Further, by appropriately setting the area and shape of the
Furthermore, according to the bonding method according to the present embodiment, in the
なお、本実施形態では、前記工程［４］および本工程［５］で示したように、接合膜３にエネルギーを付与して、接合膜３の接合面（表面）２３付近に接着性を発現させた後、接合膜３を介して第１の基材２１と第２の基材２２とを接触させることにより接合体１を得るようにしたが、これに限らず、接合膜３を介して第１の基材２１と第２の基材２２とを接触させた後、接合膜３にエネルギーを付与することにより接合体１を得るようにしてもよい。すなわち、前記工程［４］と本工程［５］との順序を逆にして接合体１を得るようにしてもよい。このような順序で各工程を施して接合体１を得る場合においても前述したのと同様の効果が得られる。
In the present embodiment, as shown in the step [4] and the step [5], energy is applied to the
ここで、本工程において、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合するメカニズムについて説明する。
例えば、第２の基材２２の接合面２４に水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、第１の基材２１に形成された接合膜３と、第２の基材２２の接合面２４とが接触するように、これらを貼り合わせたとき、接合膜３の表面３２に存在する水酸基と、第２の基材２２の接合面２４に存在する水酸基とが、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、第１の基材２１と第２の基材２２とが接合されると推察される。
Here, a mechanism for joining the
For example, the case where a hydroxyl group is exposed on the
また、この水素結合によって互いに引き合う水酸基同士は、温度条件等によって、脱水縮合を伴って表面から切断される。その結果、第１の基材２１と第２の基材２２との接触界面では、水酸基が結合していた結合手同士が結合する。これにより、第１の基材２１と第２の基材２２とがより強固に接合されると推察される。
また、第１の基材２１の接合膜３の表面や内部、および、第２の基材２２の接合面２４や内部に、それぞれ終端化されていない結合手すなわち未結合手（ダングリングボンド）が存在している場合、第１の基材２１と第２の基材２２とを貼り合わせた時、これらの未結合手同士が再結合する。この再結合は、互いに重なり合う（絡み合う）ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成されることとなる。これにより、接合膜３と第２の基材２２とが特に強固に接合される。
Further, the hydroxyl groups attracting each other by the hydrogen bond are cleaved from the surface with dehydration condensation depending on the temperature condition or the like. As a result, at the contact interface between the
Further, bonds that are not terminated on the surface and inside of the
なお、前記工程［４］で活性化された接合膜３の表面は、その活性状態が経時的に緩和してしまう。このため、前記工程［４］の終了後、できるだけ早く本工程［５］を行うようにするのが好ましい。具体的には、前記工程［４］の終了後、６０分以内に本工程［５］を行うようにするのが好ましく、５分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、接合膜３の表面が十分な活性状態を維持しているので、第１の基材２１と第２の基材２２とを貼り合わせたとき、これらの間に十分な接合強度を得ることができる。
Note that the active state of the surface of the
換言すれば、活性化させる前の接合膜３は、シリコーン材料を乾燥させて得られた接合膜であるため、化学的に比較的安定であり、耐候性に優れている。このため、活性化させる前の接合膜３は、長期にわたる保存に適したものとなる。したがって、そのような接合膜３を備えた第１の基材２１を多量に製造または購入して保存しておき、本工程の貼り合わせを行う直前に、必要な個数のみに前記工程［４］に記載したエネルギーの付与を行うようにすれば、接合体１の製造効率の観点から有効である。
In other words, since the
以上のようにして、図４（ｆ）に示す接合体（本発明の接合体）１を得ることができる。
このようにして得られた接合体１は、第１の基材２１と第２の基材２２との間の接合強度が５ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのが好ましく、１０ＭＰａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのがより好ましい。このような接合強度を有する接合体１は、その剥離を十分に防止し得るものとなる。また、本発明の接合方法によれば、第１の基材２１と第２の基材２２とが上記のような大きな接合強度で接合された接合体１を効率よく作製することができる。
なお、接合体１を得る際、または、接合体１を得た後に、この接合体１に対して、必要に応じ、以下の３つの工程（［６Ａ］、［６Ｂ］および［６Ｃ］）のうちの少なくとも１つの工程（接合体１の接合強度を高める工程）を行うようにしてもよい。これにより、接合体１の接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
As described above, the joined body (joined body of the present invention) 1 shown in FIG. 4F can be obtained.
The joined body 1 thus obtained preferably has a joining strength between the
In addition, when obtaining the joined body 1 or after obtaining the joined body 1, the following three steps ([6A], [6B] and [6C]) are performed on the joined body 1 as necessary. At least one of these steps (step of increasing the bonding strength of the bonded body 1) may be performed. Thereby, the joint strength of the joined body 1 can be further improved easily.
［６Ａ］ 図４（ｇ）に示すように、得られた接合体１を、第１の基材２１と第２の基材２２とが互いに近づく方向に加圧する。
これにより、第１の基材２１の表面および第２の基材２２の表面に、それぞれ接合膜３の表面がより近接し、接合体１における接合強度をより高めることができる。
また、接合体１を加圧することにより、接合体１中の接合界面に残存していた隙間を押し潰して、接合面積をさらに広げることができる。これにより、接合体１における接合強度をさらに高めることができる。
[6A] As shown in FIG. 4G, the obtained bonded body 1 is pressurized in a direction in which the
Thereby, the surface of the
Further, by pressurizing the bonded body 1, the gap remaining at the bonded interface in the bonded body 1 can be crushed and the bonded area can be further expanded. Thereby, the joint strength in the joined body 1 can be further increased.
なお、この圧力は、第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料や各厚さ、接合装置等の条件に応じて、適宜調整すればよい。具体的には、第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料や各厚さ等に応じて若干異なるものの、０．２〜１０ＭＰａ程度であるのが好ましく、１〜５ＭＰａ程度であるのがより好ましい。これにより、接合体１の接合強度を確実に高めることができる。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料によっては、各基材２１、２２に損傷等が生じるおそれがある。
また、加圧する時間は、特に限定されないが、１０秒〜３０分程度であるのが好ましい。なお、加圧する時間は、加圧する際の圧力に応じて適宜変更すればよい。具体的には、接合体１を加圧する際の圧力が高いほど、加圧する時間を短くしても、接合強度の向上を図ることができる。
In addition, what is necessary is just to adjust this pressure suitably according to conditions, such as each constituent material of each of the
The time for pressurization is not particularly limited, but is preferably about 10 seconds to 30 minutes. In addition, what is necessary is just to change suitably the time to pressurize according to the pressure at the time of pressurizing. Specifically, the higher the pressure at which the bonded body 1 is pressed, the more the bonding strength can be improved even if the pressing time is shortened.
［６Ｂ］ 図４（ｇ）に示すように、得られた接合体１を加熱する。
これにより、接合体１における接合強度をより高めることができる。
このとき、接合体１を加熱する際の温度は、室温より高く、接合体１の耐熱温度未満であれば、特に限定されないが、好ましくは２５〜１００℃程度とされ、より好ましくは５０〜１００℃程度とされる。かかる範囲の温度で加熱すれば、接合体１が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合強度を確実に高めることができる。
[6B] As shown in FIG. 4G, the obtained bonded body 1 is heated.
Thereby, the joint strength in the joined body 1 can be further increased.
At this time, the temperature at the time of heating the bonded body 1 is not particularly limited as long as it is higher than room temperature and lower than the heat resistance temperature of the bonded body 1, but is preferably about 25 to 100 ° C., more preferably 50 to 100 ° C. About ℃. By heating at a temperature in such a range, it is possible to reliably increase the bonding strength while reliably preventing the bonded body 1 from being altered or deteriorated by heat.
また、加熱時間は、特に限定されないが、１〜３０分程度であるのが好ましい。
また、前記工程［６Ａ］、［６Ｂ］の双方を行う場合、これらを同時に行うのが好ましい。すなわち、図４（ｇ）に示すように、接合体１を加圧しつつ、加熱するのが好ましい。これにより、加圧による効果と、加熱による効果とが相乗的に発揮され、接合体１の接合強度を特に高めることができる。
The heating time is not particularly limited, but is preferably about 1 to 30 minutes.
Moreover, when performing both said process [6A] and [6B], it is preferable to perform these simultaneously. That is, as shown in FIG. 4G, it is preferable to heat the bonded body 1 while applying pressure. Thereby, the effect by pressurization and the effect by heating are exhibited synergistically, and the joint strength of the joined body 1 can be particularly increased.
［６Ｃ］ 得られた接合体１に紫外線を照射する。
これにより、接合膜３と第２の基材２２との間に形成される化学結合を増加させ、接合体１の接合強度を特に高めることができる。
このとき照射される紫外線の条件は、前記工程［４］に示した紫外線の条件と同等にすればよい。
[6C] The obtained bonded body 1 is irradiated with ultraviolet rays.
Thereby, the chemical bond formed between the
The conditions of the ultraviolet rays irradiated at this time may be equivalent to the conditions of the ultraviolet rays shown in the step [4].
また、本工程［６Ｃ］を行う場合、第１の基材２１および第２の基材２２のうち、いずれか一方が透光性を有していることが必要である。そして、透光性を有する基材側から、紫外線を照射することにより、接合膜３に対して確実に紫外線を照射することができる。
以上のような工程を行うことにより、接合体１における接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
Moreover, when performing this process [6C], it is necessary for either one of the
By performing the steps as described above, it is possible to easily further improve the bonding strength in the bonded body 1.
＜＜第２実施形態＞＞
次に、本発明の接合方法の第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の接合方法の第２実施形態を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図５中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、接合方法の第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態にかかる接合方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the joining method of the present invention will be described.
FIG. 5 is a diagram (longitudinal sectional view) for explaining a second embodiment of the joining method of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 5 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
Hereinafter, although 2nd Embodiment of the joining method is described, it demonstrates centering around difference with the joining method concerning the said 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted about the same matter.
本実施形態にかかる接合方法は、接合面（表面）２３の膜形成領域４１に接合膜３が形成されている他に、さらに第２の基材２２の接合面（表面）２４の膜形成領域４１にも接合膜３が形成されている。そして、それぞれの基材２１、２２が備える接合膜３の表面３２付近に接着性を発現させ、これら接合膜３同士を接触させることにより、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合させて、接合体１を得た以外は前記第１実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態の接合方法は、第１の基材２１上および第２の基材２２上の双方に、所定形状にパターニングされた接合膜３を形成して、これら接合膜３同士を一体化させることにより、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合する接合方法である。
In the bonding method according to the present embodiment, the
That is, in the bonding method of the present embodiment, the
［１’］まず、前記工程［１］と同様の第１の基材２１と第２の基材２２とを用意する。
［２’］次に、前記工程［２］および前記工程［３］で説明したのと同様にして、第１の基材２１の接合面２３の膜形成領域４１に接合膜３を形成するとともに、第２の基材２２の接合面２４の膜形成領域４１にも接合膜３を形成する。
［３’］次に、前記工程［４］で説明したのと同様にして、第１の基材２１に形成された接合膜３と、第２の基材２２に形成された接合膜３の双方に対してエネルギーを付与することにより、各接合膜３の表面３２付近に接着性を発現させる。
[1 ′] First, a
[2 ′] Next, in the same manner as described in the step [2] and the step [3], the
[3 ′] Next, in the same manner as described in the step [4], the
［４’］次に、図５（ａ）に示すように、各基材２１、２２が備える接着性が発現した接合膜３同士を、それぞれが密着するように、各基材２１、２２同士を貼り合わせる。これにより、双方の基材２１、２２の膜形成領域４１に選択的に形成された接合膜３により、基材２１、２２同士が部分的に接合され、図５（ｂ）に示すような接合体１が得られる。
[4 ′] Next, as shown in FIG. 5A, the
以上のようにして接合体１を得ることができる。
なお、接合体１を得た後、この接合体１に対して、必要に応じ、前記第１実施形態の工程［６Ａ］、［６Ｂ］および［６Ｃ］のうちの少なくとも１つの工程を行うようにしてもよい。
例えば、図５（ｃ）に示すように、接合体１を加圧しつつ、加熱することにより、接合体１の各基材２１、２２同士がより近接する。これにより、各接合膜３の界面における水酸基の脱水縮合や未結合手同士の再結合が促進される。その結果、接合膜３の一体化がより進行し、最終的には、ほぼ完全に一体化される。
The bonded body 1 can be obtained as described above.
In addition, after obtaining the joined body 1, at least one of the steps [6A], [6B], and [6C] of the first embodiment is performed on the joined body 1 as necessary. It may be.
For example, as illustrated in FIG. 5C, the
＜液滴吐出ヘッド＞
次に、本発明の接合体をインクジェット式記録ヘッドに適用した場合の実施形態について説明する。
図６は、本発明の接合体を適用して得られたインクジェット式記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）を示す分解斜視図、図７は、図６に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の構成を示す断面図、図８は、図６に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。なお、図６は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。
<Droplet ejection head>
Next, an embodiment in which the joined body of the present invention is applied to an ink jet recording head will be described.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head (droplet discharge head) obtained by applying the joined body of the present invention, and FIG. 7 shows the configuration of the main part of the ink jet recording head shown in FIG. FIG. 8 is a schematic view showing an embodiment of an ink jet printer including the ink jet recording head shown in FIG. Note that FIG. 6 is shown upside down from the state of normal use.
図６に示すインクジェット式記録ヘッド１０は、図８に示すようなインクジェットプリンタ９に搭載されている。
図８に示すインクジェットプリンタ９は、装置本体９２を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ９２１と、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排紙口９２２と、上部面に操作パネル９７とが設けられている。
An ink
The
操作パネル９７は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えている。
また、装置本体９２の内部には、主に、往復動するヘッドユニット９３を備える印刷装置（印刷手段）９４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置９４に送り込む給紙装置（給紙手段）９５と、印刷装置９４および給紙装置９５を制御する制御部（制御手段）９６とを有している。
The
Further, inside the apparatus
制御部９６の制御により、給紙装置９５は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この記録用紙Ｐは、ヘッドユニット９３の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット９３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。すなわち、ヘッドユニット９３の往復動と記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となって、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
Under the control of the
印刷装置９４は、ヘッドユニット９３と、ヘッドユニット９３の駆動源となるキャリッジモータ９４１と、キャリッジモータ９４１の回転を受けて、ヘッドユニット９３を往復動させる往復動機構９４２とを備えている。
ヘッドユニット９３は、その下部に、多数のノズル孔１１１を備えるインクジェット式記録ヘッド１０（以下、単に「ヘッド１０」と言う。）と、ヘッド１０にインクを供給するインクカートリッジ９３１と、ヘッド１０およびインクカートリッジ９３１を搭載したキャリッジ９３２とを有している。
The
The
なお、インクカートリッジ９３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。
往復動機構９４２は、その両端をフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸９４３と、キャリッジガイド軸９４３と平行に延在するタイミングベルト９４４とを有している。
The
キャリッジ９３２は、キャリッジガイド軸９４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト９４４の一部に固定されている。
キャリッジモータ９４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト９４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸９４３に案内されて、ヘッドユニット９３が往復動する。そして、この往復動の際に、ヘッド１０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
The
When the
給紙装置９５は、その駆動源となる給紙モータ９５１と、給紙モータ９５１の作動により回転する給紙ローラ９５２とを有している。
給紙ローラ９５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ９５２ａと駆動ローラ９５２ｂとで構成され、駆動ローラ９５２ｂは給紙モータ９５１に連結されている。これにより、給紙ローラ９５２は、トレイ９２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置９４に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ９２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。
The
The
制御部９６は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置９４や給紙装置９５等を制御することにより印刷を行うものである。
制御部９６は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子（振動源）１４を駆動して、インクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置９４（キャリッジモータ９４１）を駆動する駆動回路、給紙装置９５（給紙モータ９５１）を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとを備えている。
The
Although not shown, the
また、ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ９３１のインク残量、ヘッドユニット９３の位置等を検出可能な各種センサ等が、それぞれ電気的に接続されている。
制御部９６は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づいて、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子１４、印刷装置９４および給紙装置９５は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。
Further, for example, various sensors that can detect the remaining ink amount of the
The
以下、ヘッド１０について、図６および図７を参照しつつ詳述する。
ヘッド１０は、ノズル板１１と、インク室基板１２と、振動板１３と、振動板１３に接合された圧電素子（振動源）１４とを備えるヘッド本体１７と、このヘッド本体１７を収納する基体１６とを有している。なお、このヘッド１０は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成する。
Hereinafter, the
The
ノズル板１１は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、石英ガラスのようなシリコン系材料、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらを含む合金のような金属系材料、アルミナ、酸化鉄のような酸化物系材料、カーボンブラック、グラファイトのような炭素系材料等で構成されている。
このノズル板１１には、インク滴を吐出するための多数のノズル孔１１１が形成されている。これらのノズル孔１１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜設定される。
The
A number of nozzle holes 111 for discharging ink droplets are formed in the
ノズル板１１には、インク室基板１２が固着（固定）されている。
このインク室基板１２は、ノズル板１１、側壁（隔壁）１２２および後述する振動板１３により、複数のインク室（キャビティ、圧力室）１２１と、インクカートリッジ９３１から供給されるインクを貯留するリザーバ室１２３と、リザーバ室１２３から各インク室１２１に、それぞれインクを供給する供給口１２４とが区画形成されている。
An
The
各インク室１２１は、それぞれ短冊状（直方体状）に形成され、各ノズル孔１１１に対応して配設されている。各インク室１２１は、後述する振動板１３の振動により容積可変であり、この容積変化により、インクを吐出するよう構成されている。
インク室基板１２を得るための母材としては、例えば、シリコン単結晶基板、各種ガラス基板、各種樹脂基板等を用いることができる。これらの基板は、いずれも汎用的な基板であるので、これらの基板を用いることにより、ヘッド１０の製造コストを低減することができる。
Each
As a base material for obtaining the
一方、インク室基板１２のノズル板１１と反対側には、振動板１３が接合され、さらに振動板１３のインク室基板１２と反対側には、複数の圧電素子１４が設けられている。
また、振動板１３の所定位置には、振動板１３の厚さ方向に貫通して連通孔１３１が形成されている。この連通孔１３１を介して、前述したインクカートリッジ９３１からリザーバ室１２３に、インクが供給可能となっている。
On the other hand, a
A
各圧電素子１４は、それぞれ、下部電極１４２と上部電極１４１との間に圧電体層１４３を介挿してなり、各インク室１２１のほぼ中央部に対応して配設されている。各圧電素子１４は、圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。
各圧電素子１４は、それぞれ、振動源として機能し、振動板１３は、圧電素子１４の振動により振動し、インク室１２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
Each piezoelectric element 14 has a
Each piezoelectric element 14 functions as a vibration source, and the
基体１６は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で構成されており、この基体１６にノズル板１１が固定、支持されている。すなわち、基体１６が備える凹部１６１に、ヘッド本体１７を収納した状態で、凹部１６１の外周部に形成された段差１６２によりノズル板１１の縁部を支持する。
以上のような、ノズル板１１とインク室基板１２との接合、インク室基板１２と振動板１３との接合、およびノズル板１１と基体１６との接合のうち、少なくとも１箇所を接合する際に本発明の接合方法が用いられる。
The
When joining at least one of the above-described joining of the
換言すれば、ノズル板１１とインク室基板１２との接合体、インク室基板１２と振動板１３との接合体、およびノズル板１１と基体１６との接合体のうち、少なくとも１箇所に本発明の接合体が適用されている。
このようなヘッド１０は、上記の接合界面に前述したような接合膜３が介挿されて接合されている。このため、接合界面の接合強度および耐薬品性が高くなっており、これにより、各インク室１２１に貯留されたインクに対する耐久性および液密性が高くなっている。その結果、ヘッド１０は、信頼性の高いものとなる。
In other words, the present invention is provided in at least one place among the joined body of the
Such a
また、非常に低温で信頼性の高い接合ができるため、線膨張係数の異なる材料でも大面積のヘッドができる点でも有利である。
また、ヘッド１０の一部に本発明の接合体が適用されていると、寸法精度の高いヘッド１０を構築することができる。このため、ヘッド１０から吐出されたインク滴の吐出方向や、ヘッド１０と記録用紙Ｐとの離間距離を高度に制御することができ、インクジェットプリンタ９による印字結果の品位を高めることができる。
In addition, since highly reliable bonding can be performed at a very low temperature, it is advantageous in that a large-area head can be formed even with materials having different linear expansion coefficients.
Further, when the joined body of the present invention is applied to a part of the
また、液滴吐出法を用いて液状材料を供給する位置を任意に設定し得ることから、各接合体における接合部の面積や、その配置を適宜制御して、各接合体の接合界面に生じる応力の局所集中を緩和できる。これにより、例えば、ノズル板１１とインク室基板１２との間、インク室基板１２と振動板１３との間、および、ノズル板１１と基体１６との間で、それぞれ両者の熱膨張率差が大きい場合でも、両者の部材を確実に接合することができる。
In addition, since the position where the liquid material is supplied using the droplet discharge method can be arbitrarily set, the area of the bonded portion in each bonded body and the arrangement thereof are appropriately controlled to be generated at the bonded interface of each bonded body. The local concentration of stress can be reduced. Thereby, for example, the difference in thermal expansion coefficient between the
さらに、接合界面に生じる応力の局所集中を緩和することにより、接合体の剥離や変形（反り）等を確実に防止することができる。これにより、信頼性の高いヘッド１０およびインクジェットプリンタ９が得られる。
このようなヘッド１０は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子１４の下部電極１４２と上部電極１４１との間に電圧が印加されていない状態では、圧電体層１４３に変形が生じない。このため、振動板１３にも変形が生じず、インク室１２１には容積変化が生じない。したがって、ノズル孔１１１からインク滴は吐出されない。
Furthermore, by relaxing the local concentration of stress generated at the joint interface, it is possible to reliably prevent peeling and deformation (warping) of the joined body. Thereby, the highly
Such a
一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子１４の下部電極１４２と上部電極１４１との間に一定電圧が印加された状態では、圧電体層１４３に変形が生じる。これにより、振動板１３が大きくたわみ、インク室１２１の容積変化が生じる。このとき、インク室１２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル孔１１１からインク滴が吐出される。
On the other hand, in a state where a predetermined ejection signal is input via the piezoelectric element driving circuit, that is, in a state where a constant voltage is applied between the
１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極１４２と上部電極１４１との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子１４は、ほぼ元の形状に戻り、インク室１２１の容積が増大する。なお、このとき、インクには、インクカートリッジ９３１からノズル孔１１１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル孔１１１からインク室１２１へ入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ９３１（リザーバ室１２３）からインク室１２１へ供給される。
When the ejection of one ink is completed, the piezoelectric element driving circuit stops applying the voltage between the
このようにして、ヘッド１０において、印刷させたい位置の圧電素子１４に、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。
なお、ヘッド１０は、圧電素子１４の代わりに電気熱変換素子を有していてもよい。つまり、ヘッド１０は、電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用してインクを吐出するバブルジェット方式（「バブルジェット」は登録商標））のものであってもよい。
In this manner, in the
The
なお、かかる構成のヘッド１０において、ノズル板１１には、撥液性を付与することを目的に形成された被膜１１４が設けられている。これにより、ノズル孔１１１からインク滴が吐出される際に、このノズル孔１１１の周辺にインク滴が残存するのを確実に防止することができる。その結果、ノズル孔１１１から吐出されたインク滴を目的とする領域に確実に着弾させることができる。
In the
以上、本発明の接合方法および接合体を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明の接合方法では、必要に応じて、１以上の任意の目的の工程を追加してもよい。
また、本発明の接合体は、液滴吐出ヘッド以外のものに適用可能であることは言うまでもない。具体的には、本発明の接合体は、例えば、半導体装置、ＭＥＭＳ、マイクロリアクタ等に適用することができる。
As mentioned above, although the joining method and joined body of this invention were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to these.
For example, in the bonding method of the present invention, one or more optional steps may be added as necessary.
Needless to say, the joined body of the present invention is applicable to other than the droplet discharge head. Specifically, the joined body of the present invention can be applied to, for example, a semiconductor device, a MEMS, a microreactor, and the like.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
（実施例１）
まず、第１の基材として、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×平均厚さ１ｍｍの単結晶シリコン基板を用意し、第２の基材として、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×平均厚さ１ｍｍのガラス基板を用意し、シリコン基板とガラス基板との双方を、酸素プラズマによる下地処理を行った。
Next, specific examples of the present invention will be described.
Example 1
First, a single crystal silicon substrate having a length of 20 mm × width of 20 mm × an average thickness of 1 mm is prepared as the first base material, and a glass substrate of length 20 mm × width 20 mm × average thickness of 1 mm is prepared as the second base material. Then, both the silicon substrate and the glass substrate were subjected to a base treatment with oxygen plasma.
次に、シリコーン材料としてポリジメチルシロキサン骨格を有するものを含有し、溶媒としてトルエンおよびイソブタノールを含有する液状材料（信越化学工業社製、「ＫＲ−２５１」：粘度（２５℃）１８．０ｍＰａ・ｓ）を用意し、インクジェット法によりシリコン基板上に、この液状材料を５ｐＬの液滴として供給して、液状被膜を、アルファベットの大文字「Ｅ」の形状に各部の幅が約６０μｍとなるように形成した。
次に、この液状被膜を、常温（２５℃）で、２４時間乾燥させることにより、シリコン基板上に、接合膜（平均厚さ：約１００ｎｍ、各部の幅６０μｍ）を形成した。
Next, a liquid material containing a polydimethylsiloxane skeleton as a silicone material and containing toluene and isobutanol as a solvent (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., “KR-251”: viscosity (25 ° C.) 18.0 mPa · s) is prepared, and this liquid material is supplied as a 5 pL droplet onto the silicon substrate by an ink jet method, so that the liquid film is formed in the shape of the capital letter “E” of the alphabet so that the width of each part is about 60 μm. Formed.
Next, this liquid film was dried at room temperature (25 ° C.) for 24 hours to form a bonding film (average thickness: about 100 nm, width of each part 60 μm) on the silicon substrate.
次に、シリコン基板上に形成された接合膜に、以下に示す条件で紫外線を照射した。
＜紫外線照射条件＞
・雰囲気ガスの組成 ：大気（空気）
・雰囲気ガスの温度 ：２０℃
・雰囲気ガスの圧力 ：大気圧（１００ｋＰａ）
・紫外線の波長 ：１７２ｎｍ
・紫外線の照射時間 ：５分
Next, the bonding film formed on the silicon substrate was irradiated with ultraviolet rays under the following conditions.
<Ultraviolet irradiation conditions>
-Atmospheric gas composition: Air (air)
・ Atmospheric gas temperature: 20 ℃
・ Atmospheric gas pressure: Atmospheric pressure (100 kPa)
UV wavelength: 172 nm
・ UV irradiation time: 5 minutes
次に、接合膜の紫外線を照射した面と、ガラス基板の表面とが接触するように、シリコン基板とガラス基板とを重ね合わせた。
そして、シリコン基板とガラス基板とを３ＭＰａで加圧しつつ、８０℃で加熱し、１５分間維持した。これにより、シリコン基板とガラス基板とがアルファベットの大文字「Ｅ」の形状にパターニングされた接合膜を介して接合された積層体（接合体）を得た。
そして、この積層体のシリコン基板とガラス基板との間の接合強度を、ＱＵＡＤ ＧＲＯＵＰ社製「ロミュラス」）を用いて測定したところ、１０ＭＰａ以上であった。
Next, the silicon substrate and the glass substrate were overlapped so that the surface of the bonding film irradiated with ultraviolet rays and the surface of the glass substrate were in contact with each other.
And it heated at 80 degreeC, pressing a silicon substrate and a glass substrate at 3 Mpa, and maintained for 15 minutes. Thereby, the laminated body (joined body) by which the silicon substrate and the glass substrate were joined via the joining film patterned by the shape of the capital letter "E" of the alphabet was obtained.
And when the joint strength between the silicon substrate and glass substrate of this laminated body was measured using "ROMULS" manufactured by QUAD GROUP, it was 10 MPa or more.
（実施例２）
第１の基材として、単結晶シリコン基板に代えて、ステンレス鋼基板を用意し、第２の基材として、ガラス基板に代えて、ポリイミド基板を用意した以外は、前記実施例１と同様にして、積層体（接合体）を得た。
本実施例２においても、前記実施例１と同様に、アルファベットの大文字「Ｅ」の形状に接合膜（平均厚さ：約１００ｎｍ、各部の幅６０μｍ）が形成され、さらに、積層体のステンレス鋼基板とポリイミド基板との間の接合強度が１０ＭＰａ以上であった。
(Example 2)
As the first base material, a stainless steel substrate is prepared instead of the single crystal silicon substrate, and a polyimide substrate is prepared as the second base material instead of the glass substrate. Thus, a laminated body (joined body) was obtained.
Also in the present Example 2, a bonding film (average thickness: about 100 nm, width of each part 60 μm) is formed in the shape of the capital letter “E” of the alphabet as in Example 1, and the laminated stainless steel The bonding strength between the substrate and the polyimide substrate was 10 MPa or more.
（実施例３）
単結晶シリコン基板上に接合膜を形成したのと同様の方法を用いて、ガラス基板上にもアルファベットの大文字「Ｅ」の形状にパターニングされた接合膜を形成し、各基板上に形成された接合膜同士が接触するようにして、シリコン基板とガラス基板とを接合膜を介して接合させた以外は、前記実施例１と同様にして、積層体（接合体）を得た。
本実施例３においても、前記実施例１と同様に、アルファベットの大文字「Ｅ」の形状に接合膜（平均厚さ：約１００ｎｍ、各部の幅６０μｍ）が形成され、さらに、積層体のシリコン基板とガラス基板との間の接合強度が１０ＭＰａ以上であった。
(Example 3)
Using a method similar to that for forming a bonding film on a single crystal silicon substrate, a bonding film patterned in the shape of the capital letter “E” of the alphabet is formed on the glass substrate, and formed on each substrate. A laminated body (bonded body) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the bonding films were in contact with each other and the silicon substrate and the glass substrate were bonded to each other through the bonding film.
Also in the third embodiment, as in the first embodiment, a bonding film (average thickness: about 100 nm, width of each part 60 μm) is formed in the shape of the capital letter “E” of the alphabet. The bonding strength between the glass substrate and the glass substrate was 10 MPa or more.
（実施例４）
液状材料として、シリコーン材料としてポリジメチルシロキサン骨格を有するものを含有し、溶媒を含まない液状材料（信越化学工業社製、「ＫＲ-４００」：粘度（２５℃）１．２０ｍＰａ・ｓ）を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、積層体（接合体）を得た。
本実施例４においても、前記実施例１と同様に、アルファベットの大文字「Ｅ」の形状に接合膜（平均厚さ：約１００ｎｍ、各部の幅６０μｍ）が形成され、さらに、積層体のシリコン基板とガラス基板との間の接合強度が１０ＭＰａ以上であった。
Example 4
As a liquid material, a silicone material having a polydimethylsiloxane skeleton and a solvent-free liquid material (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., “KR-400”: viscosity (25 ° C.) 1.20 mPa · s) is used. A laminated body (joined body) was obtained in the same manner as in Example 1 except that.
Also in the fourth embodiment, as in the first embodiment, a bonding film (average thickness: about 100 nm, width of each part 60 μm) is formed in the shape of the capital letter “E” of the alphabet. The bonding strength between the glass substrate and the glass substrate was 10 MPa or more.
１……接合体 ２１……第１の基材 ２２……第２の基材 ２３、２４……接合面 ３……接合膜 ３０……液状被膜 ３１……液滴 ３２……表面 ３５……液状材料 ３Ｃ……空間 ４１……膜形成領域 ４２……非膜形成領域 ５００…液滴吐出装置 ５０１…タンク ５０２…吐出走査部 ５０３…液滴吐出手段 ５０４…第１位置制御装置 ５０６…ステージ ５０８…第２位置制御装置 ５１０…チューブ ５１２…制御手段 ５１４…液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド） ５１８…ノズル ５２０…キャビティ ５２２…隔壁 ５２４…振動子 ５２４Ａ、５２４Ｂ…電極 ５２４Ｃ…ピエゾ素子 ５２６…振動板 ５２８…ノズルプレート ５２９…液だまり ５５０…ＵＶランプ １０……インクジェット式記録ヘッド １１……ノズル板 １１１……ノズル孔 １１４……被膜 １２……インク室基板 １２１……インク室 １２２……側壁 １２３……リザーバ室 １２４……供給口 １３……振動板 １３１……連通孔 １４……圧電素子 １４１……上部電極 １４２……下部電極 １４３……圧電体層 １６……基体 １６１……凹部 １６２……段差 １７……ヘッド本体 ９……インクジェットプリンタ ９２……装置本体 ９２１……トレイ ９２２……排紙口 ９３……ヘッドユニット ９３１……インクカートリッジ ９３２……キャリッジ ９４……印刷装置 ９４１……キャリッジモータ ９４２……往復動機構 ９４３……キャリッジガイド軸 ９４４……タイミングベルト ９５……給紙装置 ９５１……給紙モータ ９５２……給紙ローラ ９５２ａ……従動ローラ ９５２ｂ……駆動ローラ ９６……制御部 ９７……操作パネル Ｐ……記録用紙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (19)
前記液状被膜を乾燥して、前記第１の基材および前記第２の基材の少なくとも一方に、前記所定形状にパターニングされた接合膜を得る工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に接着性を発現させ、当該接合膜を介して前記第１の基材と前記第２の基材とが接合された接合体を得る工程とを有することを特徴とする接合方法。 A first base material and a second base material that are bonded to each other via a bonding film are prepared, and a liquid material containing a silicone material is provided on at least one of the first base material and the second base material. Forming a liquid film patterned into a predetermined shape by supplying using a droplet discharge method;
Drying the liquid film to obtain a bonding film patterned into the predetermined shape on at least one of the first base material and the second base material;
By applying energy to the bonding film, adhesiveness is expressed in the vicinity of the surface of the bonding film, and the first base material and the second base material are bonded via the bonding film. And a step of obtaining the same.
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