JP4697243B2 - 接合体および接合方法 - Google Patents
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- B29C65/4865—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding containing additives
- B29C65/487—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding containing additives characterised by their shape, e.g. being fibres or being spherical
- B29C65/4875—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding containing additives characterised by their shape, e.g. being fibres or being spherical being spherical, e.g. particles or powders
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- B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
- B29C66/05—Particular design of joint configurations
- B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
- B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
- B29C66/112—Single lapped joints
- B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
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- B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
- B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
- B29C66/45—Joining of substantially the whole surface of the articles
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- B29C66/91411—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature of the parts to be joined, e.g. the joining process taking the temperature of the parts to be joined into account
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- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
- C09J5/06—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers involving heating of the applied adhesive
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- B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
- B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
- B29C2035/0827—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using UV radiation
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- B29C65/4865—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding containing additives
- B29C65/4885—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding containing additives characterised by their composition being non-plastics
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- B29C65/4865—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding containing additives
- B29C65/4885—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding containing additives characterised by their composition being non-plastics
- B29C65/489—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding containing additives characterised by their composition being non-plastics being metals
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- B29C65/52—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive
- B29C65/521—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive by spin coating
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- B29C65/52—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive
- B29C65/522—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive by spraying, e.g. by flame spraying
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- B29C65/52—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive
- B29C65/523—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive by dipping
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- B29C65/528—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive by CVD or by PVD, i.e. by chemical vapour deposition or by physical vapour deposition
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- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/78—Means for handling the parts to be joined, e.g. for making containers or hollow articles, e.g. means for handling sheets, plates, web-like materials, tubular articles, hollow articles or elements to be joined therewith; Means for discharging the joined articles from the joining apparatus
- B29C65/7802—Positioning the parts to be joined, e.g. aligning, indexing or centring
- B29C65/782—Positioning the parts to be joined, e.g. aligning, indexing or centring by setting the gap between the parts to be joined
- B29C65/7823—Positioning the parts to be joined, e.g. aligning, indexing or centring by setting the gap between the parts to be joined by using distance pieces, i.e. by using spacers positioned between the parts to be joined and forming a part of the joint
- B29C65/7826—Positioning the parts to be joined, e.g. aligning, indexing or centring by setting the gap between the parts to be joined by using distance pieces, i.e. by using spacers positioned between the parts to be joined and forming a part of the joint said distance pieces being non-integral with the parts to be joined, e.g. particles
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/731—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined
- B29C66/7311—Thermal properties
- B29C66/73111—Thermal expansion coefficient
- B29C66/73112—Thermal expansion coefficient of different thermal expansion coefficient, i.e. the thermal expansion coefficient of one of the parts to be joined being different from the thermal expansion coefficient of the other part
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Description
また、このような接合層を介した部材同士の接合では、寸法精度が低かったり、硬化時間に長時間を要する等の問題点がある。
ところが、固体接合法には、
・接合可能な部材の材質が限られる
・接合プロセスにおいて高温(例えば、700〜800℃程度)での熱処理を伴う
・接合プロセスにおける雰囲気が減圧雰囲気に限られる
・一部の領域を部分的に接合することができない
・リサイクルなどの所望時に部材毎に効率よく分割することができない
といった問題がある。
本発明の接合体は、第1の基材と、
第2の基材と、
前記第1の基材の接合面と前記第2の基材の接合面とを接合する接合膜とを有する接合体であって、
前記接合膜は、シリコーン材料を含有し、
前記接合膜は、その少なくとも一部の領域に接合用エネルギーを付与したことにより前記接合膜の表面付近の前記領域に発現した接着性によって、前記第1の部材と前記第2の部材とを接合しており、
前記接合膜には、前記第1の基材と前記第2の基材との間の距離を規制する機能を有する複数のギャップ材が設けられ、
前記複数のギャップ材は、樹脂材料を主材料として構成された複数の樹脂微粒子と、
前記複数の樹脂微粒子の他に、ガラスを主材料として構成された複数のガラス微粒子と、セラミックス材料を主材料として構成された複数のセラミックス微粒子と、金属を主材料として構成された複数の金属微粒子とのうちの少なくとも一種からなる複数の微粒子とを含み、
当該複数の微粒子の平均粒径が前記複数の樹脂微粒子の平均粒径よりも小さく、前記各樹脂微粒子は、前記接合膜中にその厚さ方向に弾性変形した状態で存在していることを特徴とする。
このような接合体は、寸法精度に優れ、かつ、固体接合法のような諸問題を生じることなく容易に製造することができる。
特に、セラミックス微粒子および/または金属微粒子が第1の基材と第2の基材との間の距離をより確実かつ正確に規制することができる。また、所望時には、剥離用エネルギー(特に熱エネルギー)を付与することで、樹脂微粒子の熱膨張係数とシリコーン部の熱膨張係数との差により接合膜に積極的にへき開を生じさせることができる。また、弾性変形した樹脂微粒子が元の状態へ復元する力が接合膜内に生じているため、この点でも、第1の基材と第2の基材とを剥離するに際し、接合膜内にへき開を積極的に生じさせることができる。
これにより、ギャップ材が第1の基材と第2の基材との間の距離を規制する機能を効果的に発揮させることができる。
本発明の接合体では、前記接合膜は、前記接合膜に剥離用エネルギーを付与して、前記シリコーン材料を構成する分子結合の一部を切断することにより、前記接合膜内にへき開を生じさせて、前記第1の基材から前記第2の基材を剥離し得るように構成されていることが好ましい。
これにより、リサイクルなどの所望時には、第1の基材から第2の基材を容易にかつ効率よく剥離することができる。
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、剥離用エネルギーを付与した際に、接合膜内で確実にへき開を生じさせることができる。
本発明の接合体では、前記エネルギー線は、紫外線であることが好ましい。
これにより、第1の基材および第2の基材に変質・劣化が生じるのを防止しつつ、接合膜にへき開を確実に生じさせることができる。
これにより、第1の基材および/または第2の基材を介して接合膜に紫外線を効率よく照射することができる。
本発明の接合体では、前記加熱の温度は、100〜400℃であることが好ましい。
これにより、第1の基材および第2の基材に変質・劣化が生じるのを防止しつつ、接合膜にへき開を確実に生じさせることができる。
これにより、雰囲気中には十分な量の水分子が含まれていることから、接合膜内にへき開を確実に生じさせることができる。
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。
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。
本発明の接合体では、前記接合膜の平均厚さは、1〜300μmであることが好ましい。
かかる範囲内とすれば、接合膜内にへき開を確実に生じさせて、第1の基材から第2の基材を剥離することができる。
前記各ギャップ材が前記第1の基材と前記第2の基材との間の距離を規制した状態で、前記液状被膜を介して前記第1の基材と前記第2の基材とを貼り合わせる工程と、
前記規制した状態を維持しつつ、前記液状被膜を乾燥して、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、
前記接合膜に接合用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の基材とを接合する工程とを有し、
前記複数のギャップ材は、樹脂材料を主材料として構成された複数の樹脂微粒子と、
前記複数の樹脂微粒子の他に、ガラスを主材料として構成された複数のガラス微粒子と、セラミックス材料を主材料として構成された複数のセラミックス微粒子と、金属を主材料として構成された複数の金属微粒子とのうちの少なくとも一種からなる複数の微粒子とを含み、
当該複数の微粒子の平均粒径が前記複数の樹脂微粒子の平均粒径よりも小さく、前記規制した状態において、前記各樹脂微粒子は、前記接合膜中にその厚さ方向に弾性変形した状態で存在することを特徴とする。
これにより、寸法精度に優れた接合体を、固体接合法のような諸問題を生じることなく容易に製造することができる。
<接合体>
図1は、本発明の接合体の実施形態を示す縦断面図である。
図1に示す接合体1は、第1の基材21と、第2の基材22と、これら基材21、22同士の間に介在する接合膜3とを備えている。
第1の基材21および第2の基材22は、接合膜3を介して互いに接合されるものである。
また、第1の基材21および第2の基材22の構成材料は、互いに同一であっても異なっていてもよい。なお、これら基材21、22が互いに異なる場合であっても、後述するような剥離方法を用いることにより、各基材21、22を簡単にリサイクルに供することができるため、リサイクル性に優れる。
この接合膜3は、シリコーン材料を主として構成されたシリコーン部31を有している。そして、接合膜3には、第1の基材21と第2の基材22との間の距離を規制する機能を有する複数のギャップ材32が設けられている。
このような接合膜3は、その少なくとも一部の領域に後述するように接合用エネルギーを付与したことにより接合膜3の表面付近の前記領域に発現した接着性によって、第1の基材21と第2の基材22とを接合している。
特に、接合膜3は、前述したように複数のギャップ材32が設けられているため、第1の基材21と第2の基材22との間の距離を均一化(すなわち接合膜3の厚さを均一化)することができる。その結果、接合体1の寸法精度を優れたものとすることができる。
このような接合体1は、後に詳述するように、固体接合法のような諸問題を生じることなく容易に製造することができる。なお、接合膜3の詳細な構成については、以下の接合体1の製造方法において説明する。
図2および図3は、それぞれ、本発明の接合体の製造方法(接合方法)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2および図3中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
上述した構成の接合体1の製造方法(すなわち接合方法)は、[A]第1の基材21および第2の基材22の少なくとも一方に、シリコーン材料および複数のギャップ材を含有する液状材料を供給することにより液状被膜3Aを形成する工程と、[B]液状被膜3Aを介して第1の基材21と第2の基材22とを貼り合わせる工程と、[C]液状被膜3Aを乾燥して接合膜3を得る工程と、[D]接合膜3に接合用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とを接合する工程とを有する。
[A]液状被膜3Aの形成
−A1−
まず、前述したような第1の基材21と第2の基材22とを用意する。なお、図2(a)では、第2の基材22を省略している。
なお、第1の基材21の接合面23および第2の基材22の接合面24は、巨視的に平坦面を有するものであれば、後述する透過型スクリーン100の凹部付き基板103、104のように微細な凹部が設けられていてもよい。
また、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、互いに同じでも異なっていてもよいが、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。
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。
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(接合面)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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を形成することができる。
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。
また、第1の基材21と同様、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。
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。
次に、シリコーン材料および複数のギャップ材32を含有する液状材料(より具体的には、シリコーン材料を含む液体31A中に複数のギャップ材32が分散した分散液)を塗布法を用いて接合面23上に供給する。これにより、第1の基材21の接合面23上に、液状被膜3Aが形成される(図2(b)参照)。
液滴吐出法としては、特に限定されないが、圧電素子による振動を利用して液状材料を吐出する方式(ピエゾ方式)のインクジェット法が好適に用いられる。このようなピエゾ方式のインクジェット法は、液状材料に熱を加えないため、材料の組成等に影響を与えないという利点を有する。そのため、液状材料の変質(不本意な性状の変化)を防止し、その結果、後述する工程において接合膜3が第1の基材21と第2の基材22とを確実かつ強固に接合することができる。なお、液滴吐出法としては、前述したピエゾ方式のインクジェット法の他に、液状材料を加熱して発生した泡(バブル)により液体を吐出させる方式のインクジェット法や、静電アクチュエータによる振動を利用して液状材料を吐出する方式のインクジェット法など、公知の種々の技術を適用することもできる。
さらに、接合面23の膜形成領域に供給する液滴35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。
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、シリコーン材料の溶液または分散液を液体31Aとし、この液体31Aにギャップ材を分散したものを液状材料として用いることができる。
シリコーン材料は、液状材料中に含まれ、後述する工程[C]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のシリコーン部31の主材料を構成するものである。
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。
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、後述する工程[C]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。
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。
本実施形態では、各ギャップ材32は、粒子状をなしている。このようなギャップ材32は、粒径の小さいものから大きいものまで容易に入手することができる。そして、ギャップ材32の粒径を適宜選択することにより、第1の基材21と第2の基材22との間の距離を所望の距離とすることができる。また、小粒径のギャップ材32を用いることで、接合膜3の厚さを薄くして、接合体1の寸法精度をより優れたものとすることができる。
ここで、複数のギャップ材32の平均粒径は、特に限定されないが、1〜300μm程度であるのが好ましく、3〜200μm程度であるのがより好ましい。
また、複数のギャップ材32の粒径の標準偏差(粒径のバラツキ度)は、できるだけ小さいほうが好ましいが、具体的には、1.0μm以下であるのが好ましく、0.8μm以下であるのがより好ましく、0.6μm以下であるのがさらに好ましい。
また、ギャップ材32は、第1の基材21と第2の基材22との間の距離を規制するという機能を効果的に発揮するには、できるだけ硬質であるのが好ましい。
このような観点から、複数のギャップ材32は、ガラス材料を主材料として構成された複数のガラス微粒子を含むのが好ましい。ガラス微粒子は、比較的硬質であるため、第1の基材21と第2の基材22との間の距離をより確実かつ正確に規制することができる。
さらに、複数のギャップ材32は、金属を主材料として構成された複数の金属微粒子を含むのが好ましい。金属微粒子も比較的硬質であるため、ギャップ材32を金属微粒子で構成すると、第1の基材21と第2の基材22との間の距離をより確実かつ正確に規制することができる。また、ギャップ材32を金属微粒子で構成することで、接合膜3に導電性を付与することができ、接合膜3または接合体1を通電のための配線として利用することができる。
一方、後述するように剥離用エネルギーの付与により第1の基材21と第2の基材22とを剥離するに際し、その剥離を容易なものとするためには、ギャップ材32の熱膨張係数とシリコーン部31の熱膨張係数との差が大きいのが好ましい。
このように複数種の微粒子を組み合わせる場合、複数のギャップ材32は、複数の樹脂微粒子の他に、複数のガラス微粒子と複数のセラミックス微粒子と複数の金属微粒子とのうちの少なくとも一種からなる複数の微粒子を含み、当該複数の微粒子の平均粒径が前記樹脂微粒子の平均粒径よりも大きいのが好ましい。これにより、セラミックス微粒子および/または金属微粒子が第1の基材21と第2の基材22との間の距離をより確実かつ正確に規制することができる。また、所望時には、剥離用エネルギー(特に熱エネルギー)を付与することで、ギャップ材32(樹脂微粒子)の熱膨張係数とシリコーン部31の熱膨張係数との差により接合膜3に積極的にへき開を生じさせることができる。
次に、図2(c)および図3(a)に示すように、液状被膜3Aを介して第1の基材21と第2の基材22とを貼り合わせる。
このとき、第1の基材21および第2の基材22を互いに近付く方向に付勢する。そして、ギャップ材32が第1の基材21と第2の基材22との間の距離を規制した状態となる(図3(a)参照)。
このように、複数のギャップ材32が第1の基材21と第2の基材22との間の距離を規制した状態で、液状被膜3Aを介して第1の基材21と第2の基材22とを貼り合わせる。
本工程において、第1の基材21と第2の基材22とを互いに押圧するが、その押圧力は、ギャップ材32、第1の基材21や第2の基材22の構成材料や硬さなどによって異なるが、少なくとも、ギャップ材32によって第1の基材21や第2の基材22が変形(埋没)しない程度の圧力とされる。
次に、液状被膜3Aを乾燥することにより、図3(b)に示すように、接合膜3を形成する。これにより、第1の基材21と第2の基材22とは接合膜3を介して仮接合される。
液状被膜3A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。
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の平均厚さが前記範囲内であれば、後述する接合体の剥離方法において、接合膜3内にへき開を確実に生じさせて、第1の基材21から第2の基材22を剥離することができる。
次に、図3(c)に示すように、接合膜3に対して接合用エネルギーを付与する。
接合膜3に接合用エネルギーを付与すると、この接合膜3では、その表面33、34(第1の基材21および第2の基材22との境界面)付近の分子結合(例えば、シリコーン材料の主骨格がポリジメチルシロキサンで構成されている場合、Si−CH3結合)の一部が切断し、かかる表面33、34が活性化される。これに起因して、表面33付近には第1の基材21に対する接着性、表面34付近には第2の基材22に対する接着性が発現する。
そして、かかる接着性により第1の基材21と第2の基材22とが化学的結合に基づいて強固に接合される。
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。
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、紫外線の波長は、より好ましくは、126〜200nm程度とされる。
また、紫外線は、時間的に連続して照射してもよいし、間欠的(パルス状)に照射してもよい。
また、エネルギー線を照射する方法によれば、付与する接合用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。
なお、付与する接合用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、短時間で大きな接合用エネルギーを付与することができるので、接合用エネルギーの付与をより効率よく行うことができる。
その結果、第1の基材21と第2の基材22とが、接合膜3により接合され、図3(c)に示すような接合体1が得られる。
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。
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。
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。
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、接合膜3の表面34と第2の基材22の接合面24とが接触した状態で、接合膜3の表面34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、接合膜3の表面34と第2の基材22の接合面24とが接合されると推察される。同様に、接合膜3の表面33と第1の基材21の接合面23とが接合され、その結果、第1の基材21と第2の基材22とが接合膜3を介して強固に接合される。
以上のようにして、図3(c)に示す接合体(本発明の接合体)1を得ることができる。
前述した工程[D]の後、必要に応じて、接合体1に対して、以下の3つの工程(−E1−、−E2−、および−E3−)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。
図3(d)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。
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。
図3(d)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。
また、前述した工程−E1−、−E2−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3(d)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。
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、前述した工程[D]に示した紫外線の条件と同等にすればよい。
また、本工程−E3−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。
なお、前述した実施形態では、工程[A]において、第1の基材21の接合面23に液状被膜3Aを形成したが、第2の基材22の接合面24に液状被膜3Aを形成してもよいし、接合面23および接合面24の双方にそれぞれ液状被膜3Aを形成してもよい。
また、接合面23および接合面24のいずれか一方の接合面に液状被膜3Aを形成する場合、工程[B]に先立ち、他方の接合面上に、シリコーン材料の溶液または分散液を塗布してもよいし、ギャップ材を配置してもよい。
次に、本発明の接合体の剥離方法について説明する。
図4は、図1に示す接合体を剥離する過程を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図4中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
なお、次工程[2]において、接合膜3に剥離用エネルギーを付与する方法として、エネルギー線(例えば、紫外線)を照射する方法を用いる場合には、第1の基材21および第2の基材22の少なくとも一方、すなわちエネルギー線を照射する側の基材に、エネルギー線(例えば、紫外線)透過性を有するものが用いられる。
ここで、剥離用エネルギーを付与することにより、接合膜3にへき開が生じるメカニズムとしては、次のようなことが考えられる。例えば、接合膜3に含まれるシリコーン材料の主骨格がポリジメチルシロキサンで構成されている場合、接合膜3に剥離用エネルギーを付与すると、Si−CH3結合が切断され、雰囲気中の水分子等と反応することにより、例えば、メタンが発生する。このメタンは、気体(メタンガス)として存在し、大きな体積を占有することから、気体が発生した部分で、接合膜3が押し上げられる。その結果、Si−O結合も切断され、最終的に接合膜3内にへき開が生じるものと推察される。
剥離用エネルギーを付与する際の雰囲気は、雰囲気中に水分子が含まれていればよく、特に限定されないが、大気雰囲気であるのが好ましい。大気雰囲気であれば、特に装置を必要とせず、雰囲気中に十分な量の水分子が含まれていることから、接合膜3内にへき開を確実に生じさせることができる。
シリコン原子と炭素原子の存在比が前記範囲内となっていることにより、接合膜3として優れた機能を発揮させることができるとともに、剥離用エネルギーの付与によりへき開が確実に生じる膜となる。
紫外線の波長は、好ましくは126〜300nm程度、より好ましくは126〜200nm程度とされる。
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。
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、Si−CH3結合を選択的に切断することができる。
また、加熱時間は、接合膜3内にへき開が生じる程度の時間に設定される。具体的には、加熱する温度、接合膜3の構成材料等に応じて若干異なるものの、10〜180分程度であるのが好ましく、30〜60分程度であるのがより好ましい。
次に、上述した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5は、本発明の接合体を適用し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6は、図5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7は、図5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5は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。
図5に示すインクジェット式記録ヘッド10は、図7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。
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。
ヘッドユニット93は、その下部に、多数のノズル孔111を備えるインクジェット式記録ヘッド10(以下、単に「ヘッド10」と言う。)と、ヘッド10にインクを供給するインクカートリッジ931と、ヘッド10およびインクカートリッジ931を搭載したキャリッジ932とを有している。
なお、インクカートリッジ931として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック(黒)の4色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。
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。
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。
制御部96は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子(振動源)14を駆動して、インクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置94(キャリッジモータ941)を駆動する駆動回路、給紙装置95(給紙モータ951)を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うCPUとを備えている。
また、CPUには、例えば、インクカートリッジ931のインク残量、ヘッドユニット93の位置等を検出可能な各種センサ等が、それぞれ電気的に接続されている。
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。
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。
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。
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。
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。
各圧電素子14は、それぞれ、振動源として機能し、振動板13は、圧電素子14の振動により振動し、インク室121の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
基体16は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で構成されており、この基体16にノズル板11が固定、支持されている。すなわち、基体16が備える凹部161に、ヘッド本体17を収納した状態で、凹部161の外周部に形成された段差162によりノズル板11の縁部を支持する。
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つの接合体に上述した本発明の接合体が適用されている。
また、非常に低温で信頼性の高い接合ができるため、線膨張係数の異なる材料でも大面積のヘッドができる点でも有利である。
また、ヘッド10の一部に上述した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。
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、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。
次に、上述した接合体を透過型スクリーンに適用した場合の実施形態について説明する。
図8は、本発明の接合体を適用した透過型スクリーンの好適な実施形態を示す模式的な縦断面図、図9は、図8に示す透過型スクリーンを備えるリア型プロジェクタの構成を模式的に示す図である。なお、以下の説明では、図8中の左側を「(光の)入射側」、右側を「(光の)出射側」と言う。また、本発明においては、特に断りのない限り、「(光の)入射側」、「(光の)出射側」とは、それぞれ、画像光(映像光)を得るための光の「入射側」、「出射側」のことを指し、外光等の「入射側」、「出射側」のことを指すものではない。
まず、透過型スクリーンについて説明する。
図8に示すように、透過型スクリーン100は、マイクロレンズ部101と、フレネルレンズ部102とを備えている。
このような透過型スクリーン100では、投射レンズからの映像光が、フレネルレンズ部102によって屈折し、平行光Laとなる。そして、この平行光Laは、マイクロレンズ部101によって拡散する。
マイクロレンズ部101は、1対の凹部付き基板103、104と、1対の凹部付き基板103、104に狭持されたマイクロレンズ基板105とで構成されている。
凹部付き基板103には、マイクロレンズ基板105の多数のマイクロレンズ(凸レンズ)105aに対応する多数の凹部が形成されている。一方、凹部付き基板104には、マイクロレンズ基板105の多数の凸曲面105bに対応する多数の凹部が形成されている。
また、凹部付き基板103、104は、それぞれ、マイクロレンズ基板105とは異なる屈折率を有する材料で構成されている。これにより、マイクロレンズ基板105のマイクロレンズ105aおよび凸曲面105bのそれぞれの光学的特性を発揮することができる。
ギャップ材105dは、シリコーン部105cと同程度の屈折率を有する材料で構成されている。このような材料で構成されたギャップ材105dを用いることにより、凹部付き基板103、104のそれぞれの凹部が形成された部位にギャップ材105dを配した場合であっても、ギャップ材105dが得られるマイクロレンズ基板105の光学特性に悪影響を及ぼすのを効果的に防止することができる。これにより、凹部付き基板103、104の主面(凹部が形成された面側)の広い領域に、比較的多くのギャップ材105dを配することが可能となり、結果として、凹部付き基板103、104のたわみ等による影響を効果的に排除し、マイクロレンズ基板105の厚さをより確実に制御することができる。
ギャップ材105dの形状は、特に限定されないが、略球状、略円柱状であるのが好ましい。ギャップ材105dがこのような形状のものである場合、その直径は、10〜300μmであるのが好ましく、30〜200μmであるのがより好ましく、30〜170μmであるのがさらに好ましい。
マイクロレンズ105aの平面視した際の形状(以下、単に「マイクロレンズ105aの形状」ともいう)は、特に限定されないが、略円形または略楕円形(ただし、略俵形を含み、更に略円の上下をカットした形状を含む)であるのが好ましい。マイクロレンズ105aの形状が略円形または略楕円形であることにより、視野角特性を特に優れたものとすることができる。特に、水平方向および鉛直方向の視野角特性をともに優れたものとすることができる。
また、マイクロレンズ105aの頂部(平面視したときの中心)と、凸曲面105bの頂部(平面視したときの中心)とが、平面視した際に重なり合うような配置であるのが好ましい。これにより、これにより、入射光の透過率の低下によるコントラストの低下をより確実に防止することができる。
また、マイクロレンズ基板105は、図示しない遮光部(ブラックマトリックス)を備えていてもよい。これにより、得られる画像のコントラストをさらに優れたものとすることができる。
フレネルレンズ部102は、光(画像光)の入射側に設置されており、フレネルレンズ部102を透過した光が、マイクロレンズ基板105に入射する構成になっている。
フレネルレンズ部102は、出射側表面にほぼ同心円状に形成されたプリズム形状のフレネルレンズ106を有している。このフレネルレンズ106は、接合膜107を介して、凹部付き基板103の光の入射側の面に接合されている。
フレネルレンズ106は、投射レンズ(図示せず)からの画像光を屈折させ、マイクロレンズ基板105の主面の垂直方向に平行な平行光Laにするものである。
以上説明したように構成された透過型スクリーン100では、投射レンズからの映像光が、フレネルレンズ部102によって屈折し、平行光Laとなる。そして、この平行光Laは、マイクロレンズ基板105の各マイクロレンズ105aによって集光し、焦点を結んだ後に拡散する。
図9は、図8に示す透過型スクリーンを備えるリア型プロジェクタの構成を模式的に示す図である。
同図に示すように、リア型プロジェクタ300は、投射光学ユニット310と、導光ミラー320と、透過型スクリーン100とが筐体340に配置された構成を有している。
そして、このリア型プロジェクタ300は、上記のような透過型スクリーン100を備えているので、コントラストに優れた画像を得ることができる。さらに、本実施形態では、上記のような構成を有しているので、視野角特性、光利用効率等も特に優れたものとなる。
また、前述した実施形態では、ギャップ材105dとして、シリコーン部105cと同程度の屈折率を有するものを用いるものとして説明したが、ギャップ材105dは、実質的に、凹部付き基板103、104の凹部が形成されていない領域のみ(非有効レンズ領域)に配されるものである場合、シリコーン部105cと同程度の屈折率を有するものでなくてもよい。
また、前述した実施形態では、透過型スクリーンが、マイクロレンズ基板(レンズ基板)とフレネルレンズとを備えるものとして説明したが、透過型スクリーンは、必ずしも、フレネルレンズを備えたものでなくてもよい。
また、前述した実施形態では、レンズ部として、マイクロレンズを備えた構成について説明したが、レンズ基板を構成するレンズ部(レンズ)は、これに限定されず、例えば、レンチキュラレンズであってもよい。
例えば、本発明の接合体では、必要に応じて、1以上の任意の構成を追加してもよいし、本発明の接合方法では、必要に応じて、1以上の任意の目的の工程を追加してもよい。
また、前述した接合体は、本実施形態で説明したような液滴吐出ヘッドや透過型スクリーン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、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。
また、前述した実施形態では、ギャップ材32の間を密に埋めるようにシリコーン部31が形成されていたが、ギャップ材32の間にシリコーン部31が形成されていない領域があってもよい。この場合、例えば、液状材料中のシリコーン材料の含有量を少なくすればよい。
(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の石英ガラス基板を用意し、シリコン基板と石英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。
一方、ギャップ材として、球形で平均粒径10μmのシリカ粉末(セラミックス粉末)を用意した。
そして、上記の液体100gと、ギャップ材1gとを混合し、液状材料を得た。
この液状材料をインクジェット法により5pLの液滴としてシリコン基板上に供給して、液状被膜を形成した。
次に、この液状被膜を、100℃で30分間乾燥させることにより、接合膜(平均厚さ:約10μm)を形成した。
また、接合体の最大厚さと最小厚さとの差(厚さのバラツキ)は、0.8μmであった。
<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
このとき、シリコン基板と石英ガラス基板とを3MPaで加圧しつつ、80℃で加熱し、15分間維持した。
以上のようにして、シリコン基板と石英ガラス基板とが接合膜を介して接合された接合体を得た。
この接合体(積層体)のシリコン基板と石英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。
<紫外線照射条件>
・雰囲気ガスの組成 :N2ガス
・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 :30分
ギャップ材として、シリカ粉末に代えて、ポリエチレン製の樹脂粉末を用いた以外は、前述した実施例1と同様にして接合体を得た後、その接合体の接合膜に紫外線を照射した。
本実施例2においても、前記実施例1と同様に、接合膜(平均厚さ:約10μm)が形成され、接合体のシリコン基板と石英ガラス基板との間の接合強度が10MPa以上であった。また、接合体の最大厚さと最小厚さとの差(厚さのバラツキ)は、1.0μmであった。
そして、このような積層体が備える接合膜に紫外線を照射することにより、シリコン基板から石英ガラス基板を剥離することができた。特に、本実施例2では、前述した実施例1よりも短時間で、シリコン基板から石英ガラス基板を剥離することができた。
ギャップ材として、シリカ粉末に代えて、銅製の金属粉末を用いた以外は、前述した実施例1と同様にして接合体を得た後、その接合体の接合膜に紫外線を照射した。
本実施例3においても、前記実施例1と同様に、接合膜(平均厚さ:約10μm)が形成され、積層体のシリコン基板と石英ガラス基板との間の接合強度が10MPa以上であった。また、接合体の最大厚さと最小厚さとの差(厚さのバラツキ)は、0.8μmであった。
そして、このような積層体が備える接合膜に紫外線を照射することにより、シリコン基板から石英ガラス基板を剥離することができた。また、本実施例3では、前述した実施例2よりは時間を要したものの、前述した実施例1よりも短時間で、シリコン基板から石英ガラス基板を剥離することができた。
ギャップ材として、シリカ粉末に加えて、ポリエチレン製の樹脂粉末を用いた以外は、前述した実施例1と同様にして接合体を得た後、その接合体の接合膜に紫外線を照射した。
ここで、上記の液体(信越化学工業社製、「KR−251」:粘度(25℃)18.0mPa・s)100gと、シリカ粉末1gと、樹脂粉末0.5gとを混合して液状材料を得た。また、シリカ粉末の平均粒径は10μm、樹脂粉末の平均粒径は12μmであった。
そして、このような積層体が備える接合膜に紫外線を照射することにより、シリコン基板から石英ガラス基板を剥離することができた。特に、本実施例4では、前述した実施例2よりも短時間で、シリコン基板から石英ガラス基板を剥離することができた。
ギャップ材として、金属粉末に加えて、ポリエチレン製の樹脂粉末を用いた以外は、前述した実施例3と同様にして接合体を得た後、その接合体の接合膜に紫外線を照射した。
ここで、上記の液体(信越化学工業社製、「KR−251」:粘度(25℃)18.0mPa・s)100gと、金属粉末1gと、樹脂粉末0.5gとを混合して液状材料を得た。また、金属粉末の平均粒径は10μm、樹脂粉末の平均粒径は8μmであった。
そして、このような積層体が備える接合膜に紫外線を照射することにより、シリコン基板から石英ガラス基板を剥離することができた。また、本実施例5では、前述した実施例4よりも時間を要したものの、前述した実施例2よりも短時間で、シリコン基板から石英ガラス基板を剥離することができた。
Claims (12)
- 第1の基材と、
第2の基材と、
前記第1の基材の接合面と前記第2の基材の接合面とを接合する接合膜とを有する接合体であって、
前記接合膜は、シリコーン材料を含有し、
前記接合膜は、その少なくとも一部の領域に接合用エネルギーを付与したことにより前記接合膜の表面付近の前記領域に発現した接着性によって、前記第1の部材と前記第2の部材とを接合しており、
前記接合膜には、前記第1の基材と前記第2の基材との間の距離を規制する機能を有する複数のギャップ材が設けられ、
前記複数のギャップ材は、樹脂材料を主材料として構成された複数の樹脂微粒子と、
前記複数の樹脂微粒子の他に、ガラスを主材料として構成された複数のガラス微粒子と、セラミックス材料を主材料として構成された複数のセラミックス微粒子と、金属を主材料として構成された複数の金属微粒子とのうちの少なくとも一種からなる複数の微粒子とを含み、
当該複数の微粒子の平均粒径が前記複数の樹脂微粒子の平均粒径よりも小さく、前記各樹脂微粒子は、前記接合膜中にその厚さ方向に弾性変形した状態で存在していることを特徴とする接合体。 - 前記各接合面は、平坦面をなしている請求項1に記載の接合体。
- 前記接合膜は、前記接合膜に剥離用エネルギーを付与して、前記シリコーン材料を構成する分子結合の一部を切断することにより、前記接合膜内にへき開を生じさせて、前記第1の基材から前記第2の基材を剥離し得るように構成されている請求項1または2に記載の接合体。
- 前記接合膜は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、および、前記接合膜を加熱する方法のうちの少なくとも一方の方法により前記剥離用エネルギーを付与することにより、前記へき開を生じるように構成されている請求項3に記載の接合体。
- 前記エネルギー線は、紫外線である請求項4に記載の接合体。
- 前記第1の基材および前記第2の基材のうちの少なくとも一方の基材は、前記紫外線に対する透過性を有する請求項5に記載の接合体。
- 前記加熱の温度は、100〜400℃である請求項4に記載の接合体。
- 前記接合膜は、大気中で前記剥離用エネルギーを付与することにより前記へき開を生じ得るように構成されている請求項3ないし7のいずれかに記載の接合体。
- 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請求項1ないし8のいずれかに記載の接合体。
- 前記シリコーン材料は、シラノール基を有する請求項1ないし9のいずれかに記載の接合体。
- 前記接合膜の平均厚さは、1〜300μmである請求項1ないし10のいずれかに記載の接合体。
- 第1の基材および第2の基材の少なくとも一方の基材の表面に、シリコーン材料および複数のギャップ材を含有する液状材料を付与することにより、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、
前記各ギャップ材が前記第1の基材と前記第2の基材との間の距離を規制した状態で、前記液状被膜を介して前記第1の基材と前記第2の基材とを貼り合わせる工程と、
前記規制した状態を維持しつつ、前記液状被膜を乾燥して、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、
前記接合膜に接合用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の基材とを接合する工程とを有し、
前記複数のギャップ材は、樹脂材料を主材料として構成された複数の樹脂微粒子と、
前記複数の樹脂微粒子の他に、ガラスを主材料として構成された複数のガラス微粒子と、セラミックス材料を主材料として構成された複数のセラミックス微粒子と、金属を主材料として構成された複数の金属微粒子とのうちの少なくとも一種からなる複数の微粒子とを含み、
当該複数の微粒子の平均粒径が前記複数の樹脂微粒子の平均粒径よりも小さく、前記規制した状態において、前記各樹脂微粒子は、前記接合膜中にその厚さ方向に弾性変形した状態で存在することを特徴とする接合方法。
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