JP4997512B2 - ポリカーボネート内部への導電性材料の作製法、ポリカーボネート窓材及びダイシング法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリカーボネート内部への導電性材料の作製法、ポリカーボネート窓材及びダイシング法に関する。

電子工学、光工学、建築工学あるいは自動車工学分野において、透明材料の表面乃至は内部に、導電性材料を形成することは必要不可欠である。現在、透明材料への導電性材料の形成は、シリカガラスなどの表面に導電性材料をコーティングする場合が多い。しかし、表面にコーティングした導電性材料は傷付きやすく、耐久性が十分とは言い難い。また、航空機や自動車などの窓材においては、従来のシリカガラスに代えて、軽量、透明で、耐衝撃性が高いポリカーボネートを代替材料として使用することが有効とされている。しかし、ポリカーボネートの内部に、導電性材料を形成することは困難であった。

ポリカーボネートの内部に導電性材料を形成する手法の確立を課題とする。

そこで、本発明は、上記の点に鑑み、ポリカーボネートの内部に、超短パルスレーザー光を照射し、照射部のみを高い導電性を有する炭素系材質に改質することにより、ポリカーボネート内部に導電性材料を作製する方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記の導電性材料の作製法を用いたポリカーボネート窓材、さらにはポリカーボネートのダイシング法を提供することをもう一つの目的とする。

本発明のその他の目的や新規の特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係るポリカーボネート内部への導電性材料の作製法は、ポリカーボネートの内部に、波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、パルス幅１ｆｓ以上１０００ｐｓ以下の超短パルスレーザー光を照射することにより、照射部のみを導電性を有する材料に改質することを特徴としている。

本発明の第２の態様に係るポリカーボネート内部への導電性材料の作製法は、ポリカーボネートの内部に、波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、パルス幅１ｆｓ以上１０００ｐｓ以下の超短パルスレーザー光を照射しながら、ポリカーボネート乃至は超短パルスレーザー光を１次元的、２次元的又は３次元的に移動させることにより、ポリカーボネートの内部に１次元的、２次元的又は３次元的に導電性を有する材料を形成することを特徴としている。

本発明の第３の態様に係るポリカーボネート窓材は、第１の態様又は第２の態様の作製法により、導電性材料が内部に形成されていることを特徴としている。

本発明の第４の態様に係るポリカーボネート窓材は、第１の態様又は第２の態様の作製法により内部に形成された導電性材料が、通電されることによって防曇効果を有することを特徴としている。

本発明の第５の態様に係るポリカーボネートのダイシング法は、ポリカーボネートの表面乃至は内部に、波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、パルス幅１ｆｓ以上１０００ｐｓ以下の超短パルスレーザー光を照射しながら、ポリカーボネート乃至は超短パルスレーザー光を１次元的乃至は２次元的に移動させることにより、ポリカーボネートの表面乃至は内部に１次元的乃至は２次元的に改質部を形成し、外部応力を加えることによって改質部に沿って分割することを特徴としている。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ポリカーボネートの内部に導電性材料を作製する手法を確立でき、電子工学、光工学、建築工学あるいは自動車工学分野での材料開発、デバイス作製ならびにポリカーボネート窓材開発の基盤技術として必要不可欠な技術となる。また本発明は、これら分野にとどまらず、今後ポリカーボネート材料を基にして発展する材料科学の分野に多大に利用可能である。

本発明の第１の実施の形態であって、ポリカーボネート内部への導電性材料の作製法を示す構成図である。 本発明の第２の実施の形態であって、ポリカーボネート内部への導電性材料の作製法により得られるポリカーボネート窓材の説明図である。 本発明の第３の実施の形態であって、ポリカーボネートのダイシング法の説明図である。 本発明の実施例におけるレーザー光照射後の試料の写真図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１で本発明の第１の実施の形態である、ポリカーボネート内部への導電性材料の作製法を説明する。図１は、ポリカーボネートの内部に、超短パルスレーザー光（波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、かつパルス幅１ｆｓ（フェムト秒）以上１０００ｐｓ（ピコ秒）以下）を照射することにより、照射部分のみが導電性材料に改質される場合の実施の形態で用いる実験概略構成であり、ポリカーボネート１（例えば透明な板状）の内部に、前記超短パルスレーザー光２が光学系としてのミラー３およびレンズ４を介して集光、照射されることにより、照射部のみが炭素系の導電性材料５に改質される。その際、超短パルスレーザー光２を照射しながら、ポリカーボネート１乃至はレーザー光２を１次元的、２次元的又は３次元的に移動させることによって、ポリカーボネート１の内部に１次元的、２次元的又は３次元的に導電性材料５を形成することができる。

なお、照射されるレーザー光２の波長（０．３８μｍ以上２．５μｍ）は可視光から近赤外の範囲であり、波長が０．３８μｍより短いと、ポリカーボネートの表面で吸収されてしまい、内部を改質できない不都合がある。また、波長が２．５μｍより長いと（例えば中赤外領域であると）、ポリカーボネート特有の吸収帯が存在するようになり、表面で吸収されて内部を改質できない場合が発生する。

また、波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、かつパルス幅１ｆｓ（フェムト秒）以上１０００ｐｓ（ピコ秒）以下の超短パルスレーザー光を用いるのは、吸収帯の無い波長において内部を改質するために、超短パルスとしてレーザー光のピーク強度を充分大きくするためである。

この第１の実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。

図１において、ポリカーボネート１の内部に位置選択的に改質部としての導電性材料５を形成することによって、使用の周囲環境に依存せず高い再現性を有する導電特性を、ポリカーボネート１の内部で実現できる。内部のみに存在する導電性材料５は耐久性、耐候性が極めて良好であると言える。

図２は本発明の第２の実施の形態であって、ポリカーボネート内部への導電性材料の作製法で得られたポリカーボネート窓材を示す。この図において、透明板状のポリカーボネート１の内部に、図１にて示したポリカーボネート内部への導電性材料の作製法によって、所定パターンの炭素系の導電性材料５を改質により形成する。これによって、透明板状のポリカーボネート１の内部に、導電性材料５が連続形成された導電線路６が作製されることになる。導電線路６の両端は、透明板状のポリカーボネート１の縁部に設けられた通電用端子部７（省略可能）にそれぞれ電気的に接続される。

この第２の実施の形態で示したポリカーボネート窓材は、通電用端子部７間に電流を流すことで、導電性材料５が連続形成された導電線路６を所定抵抗値を有する電熱線として利用し、その発熱により防曇効果を発揮できる。また、導電性材料５は通電用端子部７に接続する部分以外は外部に露出せず、ポリカーボネート１の内部のみに存在するから、耐久性、耐候性に優れている。

図３は本発明の第３の実施の形態であって、ポリカーボネートのダイシング法を示す。図３（Ａ）はダイシング対象のポリカーボネート１が薄板の場合であり、ポリカーボネート１乃至はレーザー光２が１次元的に移動することによって、ポリカーボネートの表面乃至は内部に１次元的に、つまり線状に改質部１１を形成する。使用するレーザー光２は第１の実施の形態で用いた超短パルスレーザー光（波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、かつパルス幅１ｆｓ以上１０００ｐｓ以下）であり、その他の照射条件も同様である。改質部１１（導電性材料５と実質的に同様の材質に改質される）はポリカーボネート本来の強靱性を失って脆くなっている。

線状に改質部１１を形成した後、外部応力（衝撃）をポリカーボネート１に加えることにより、ポリカーボネート１は線状の改質部１１に沿って分割される。つまり、薄板のポリカーボネート１に線状の改質部１１を任意の位置に形成しておくことで、ポリカーボネート１を任意の大きさに割ることができる。なお、改質部１１を予め格子状に形成しておけば、方形角状に分割可能である。

図３（Ｂ）はダイシング対象のポリカーボネート１が厚板の場合であり、ポリカーボネート１乃至はレーザー光２が２次元的に移動することによって、ポリカーボネートの表面乃至は内部に２次元的に、つまりポリカーボネート１の厚み方向に幅を持った層状（面状）に改質部１２を形成する。この場合、脆い性質の改質部１２がポリカーボネート１の厚み方向に幅を持った層状に形成されるため、厚板であっても外部応力（衝撃）をポリカーボネート１に加えることにより、層状の改質部１２に沿って任意寸法にて分割可能である。なお、改質部１２を予め格子状に形成しておけば、方形角状に分割可能である。

この第３の実施の形態に係るポリカーボネートのダイシング法によれば、ポリカーボネート１の表面乃至は内部に、波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、パルス幅１ｆｓ以上１０００ｐｓ以下の超短パルスレーザー光２を照射しながら、ポリカーボネート１乃至はレーザー光２を１次元的乃至は２次元的に移動させることにより、ポリカーボネート１の表面乃至は内部に１次元的改質部１１又は２次元的改質部１２を形成し、その後外部応力を加えることによって改質部１１，１２に沿って分割可能である。つまり、ポリカーボネート１に改質部１１，１２を任意の位置に（位置選択的に）形成しておくことで、ポリカーボネート１を任意の大きさに割ることができ、従来ダイシングが困難であったポリカーボネート１に、精密かつ微細にダイシングを施すことができる。

以下、本発明に係るポリカーボネート内部への導電性材料の作製法を実施例で詳述する。

厚さ３ｍｍのポリカーボネート板に、波長８００ｎｍ、パルス幅１３０ｆｓの超短パルスレーザー光を、ミラーならびにレンズ（顕微鏡用対物レンズ、倍率２０倍）を介して、ポリカーボネートの内部に集光した。そのときのレーザー照射条件は、パルスエネルギーを０．１〜０．５ｍＪ／ｐｕｌｓｅ、パルス繰り返し周波数を１ｋＨｚとした。またポリカーボネートは、パーソナルコンピュータにより制御された自動光学３軸ステージに設置し、レーザー照射中ＸＹＺ軸（直交３軸）方向に精密に移動させ、照射領域を３次元的に形成した。

レーザー光照射後の試料の写真を図４に示す。レーザー光照射部分は黒色に変化することがわかった。

ポリカーボネート内部に形成した黒色の改質物質の電気的特性を調べた結果、導電性を有することが判明した。

ポリカーボネートの内部に形成した改質物質（黒色）を、ラマン分光分析した結果、内部に形成した黒色物質はグラファイトを含むアモルファス炭素であることがわかった。

ポリカーボネートの表面乃至は内部に、同様のレーザー光照射条件にて超短パルスレーザー光を１次元的乃至は２次元的に移動させることにより、ポリカーボネートの表面乃至は内部に１次元的乃至は２次元的に改質層を形成させ、その後外部応力を加えることによって、厚さ３ｍｍのポリカーボネートを３ｍｍ角にダイシングすることができた。

上記実施例で述べたように、本発明によれば、ポリカーボネートの内部に、超短パルスレーザー光を照射することにより、従来困難とされてきたポリカーボネートの内部へ導電性材料を形成できるようになる。また、ダイシングを基にしたポリカーボネートの精密微細加工が可能となる。この結果は、電子工学、光工学、建築工学あるいは自動車工学分野での材料開発、デバイス作製ならびにポリカーボネート窓材の開発に適用可能になるなど、その用途はあらゆる分野で有用である。

以上本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

１ ポリカーボネート
２ レーザー光
３ ミラー
４ レンズ
５ 導電性材料
６ 導電線路
７ 通電用端子部
１１，１２ 改質部

Claims (5)

1. ポリカーボネートの内部に、波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、パルス幅１ｆｓ以上１０００ｐｓ以下の超短パルスレーザー光を照射することにより、照射部のみを導電性を有する材料に改質することを特徴とするポリカーボネート内部への導電性材料の作製法。
2. ポリカーボネートの内部に、波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、パルス幅１ｆｓ以上１０００ｐｓ以下の超短パルスレーザー光を照射しながら、ポリカーボネート乃至は超短パルスレーザー光を１次元的、２次元的又は３次元的に移動させることにより、ポリカーボネートの内部に１次元的、２次元的又は３次元的に導電性を有する材料を形成することを特徴とするポリカーボネート内部への導電性材料の作製法。
3. 請求項１又は２記載の作製法により、導電性材料が内部に形成されていることを特徴とするポリカーボネート窓材。
4. 請求項１又は２記載の作製法により内部に形成された導電性材料が、通電されることによって防曇効果を有することを特徴とするポリカーボネート窓材。
5. ポリカーボネートの表面乃至は内部に、波長０．３８μｍ以上２．５μｍ以下、パルス幅１ｆｓ以上１０００ｐｓ以下の超短パルスレーザー光を照射しながら、ポリカーボネート乃至は超短パルスレーザー光を１次元的乃至は２次元的に移動させることにより、ポリカーボネートの内部に１次元的乃至は２次元的に改質部を形成し、外部応力を加えることによって改質部に沿って分割することを特徴とするポリカーボネートのダイシング法。