JP6251935B2 - 接合方法 - Google Patents
接合方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6251935B2 JP6251935B2 JP2013184450A JP2013184450A JP6251935B2 JP 6251935 B2 JP6251935 B2 JP 6251935B2 JP 2013184450 A JP2013184450 A JP 2013184450A JP 2013184450 A JP2013184450 A JP 2013184450A JP 6251935 B2 JP6251935 B2 JP 6251935B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bonding
- irradiation
- cross
- peak
- substance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
Description
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
なお、本実施形態は、後述する第1材料11の形成材料を銅(Cu)、第2材料14の形成材料をポリジメチルシロキサン(PDMS)、架橋物質Cを水(H2O)とした場合を例示するものである。PDMSは、シロキサン結合を表面に有する樹脂である。
まず、本実施形態において用いる接合装置1について説明する。
図3から図7は、本実施形態の接合装置1を示す図である。図3は、正面図である。図4は、左側面図である。図5は、右側面図である。図6は、平面図である。図7は、図4におけるVII−VII断面図である。
なお、以下の説明においてはXYZ座標系を設定し、このXYZ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、鉛直方向をZ軸方向、水平方向をX軸方向及びY軸方向とする。
第1ホルダー20は、図7に示すように、上面20aに第1材料11を保持するホルダーである。第1ホルダー20は、チャンバー30における後述する本体部31の底面31aの中央に設けられている。第1ホルダー20には、加熱機構(加熱部)100が設けられている。
チャンバー30は、図3,4に示すように、本体部31と、蓋部32と、第1照射管部35と、第2照射管部36とを備える。
本体部31は、略円筒形状である。本体部31の側面には、図3に示すように、チャンバー30内を目視するための窓部34が設けられている。窓部34は、本実施形態においては、正面視(ZX面視)円形状である。窓部34は、例えば、ガラス等の透光性材料で構成されている。
また、本体部31の側面の下方側(−Z側)には、チャンバー30内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入管60と、チャンバー30内の温度及び湿度を調整する温湿度調整機構80とが設けられている。不活性ガスとしては、例えば、窒素(N2)や、希ガス等である。
蓋部32の上面32bには、移動機構40を支持する支持部33a,33bが設けられている。支持部33a,33bは、貫通孔32aを挟んで両側にそれぞれ設けられている。支持部33a,33bは、上面32bから上方側(+Z側)に突出している。
移動機構40は、図7に示すように、軸体41と、ハンドル部42,43と、駆動部(図示せず)とを備える。軸体41は、鉛直方向(Z軸方向)に延在する円筒状の軸体である。軸体41は、蓋部32の貫通孔32aに設けられたダンパー44を介して、チャンバー30内に挿入されている。軸体41は、軸回りに回転可能に設けられている。軸体41の下方側(−Z側)の端部には、前述したように、第2ホルダー21が設置されている。
すなわち、移動機構40は、第1材料11と第2材料14とが離間する離間状態ST1と、第1材料11と第2材料14とが当接する当接状態ST2との間で、第2ホルダー21を移動させる。
第1紫外線照射装置50及び第2紫外線照射装置51は、図7に示すように、紫外線Uを射出する装置である。第1紫外線照射装置50から射出された紫外線Uは、第1照射管部35と、第1照射用孔35aとを介して、第1ホルダー20上に設置された第1材料11に照射される。第2紫外線照射装置51から射出された紫外線Uは、第2照射管部36と、第2照射用孔36aとを介して、第2ホルダー21上に設置された第2材料14に照射される。第1紫外線照射装置50及び第2紫外線照射装置51から射出される紫外線Uは、例えば、真空紫外線(VUV:Vacuum Ultra Violet)である。本明細書において、真空紫外線とは、波長が200nm以下の紫外線を意味する。
第1噴射装置70及び第2噴射装置71は、図7に示すように、チャンバー30の本体部31を挟むようにして、それぞれ本体部31の側面に設けられている。
第1噴射装置70は、圧縮した空気を流入する空気流入管72と、架橋物質Cを流入する架橋物質流入管73と、第1噴射ノズル76とを備える。空気流入管72と架橋物質流入管73とは、共に第1噴射ノズル76に接続されている。これにより、圧縮した空気と架橋物質Cとが混ぜられ、第1噴射ノズル76から架橋物質Cが霧状となって噴射される。第1噴射ノズル76は、本体部31の内部に設けられており、第1噴射ノズル76の角度は、噴射した霧状の架橋物質Cが、第1材料11に噴霧されるように設定されている。本実施形態においては、第1噴射ノズル76は、第1ホルダー20よりも上方側(+Z側)に設けられているため、第1ホルダー20に向かうように斜め下方側を向いている。
本実施形態においては、架橋物質Cは、水であるため、第1噴射ノズル76及び第2噴射ノズル77からは、水蒸気が噴射される。
制御装置110は、上述した各部を、後述する接合方法を実施するように制御する装置である。すなわち、制御装置110は、チャンバー30内の雰囲気を不活性ガスに置換し、第1紫外線照射装置50及び第2紫外線照射装置51から第1材料11と第2材料14とに紫外線Uを照射した後、紫外線が照射された第1材料11と第2材料14とを第1噴射装置70及び第2噴射装置71によって架橋物質Cに曝露させ、移動機構40によって第1材料11と第2材料14とを当接させ、加熱機構100によって第1材料11と第2材料14とを加熱するように各部を制御する。
次に、上述した接合装置1を用いて、本実施形態の接合方法について説明する。
本実施形態の接合方法は、図1に示すように、雰囲気置換工程S1と、照射工程(洗浄工程)S2と、曝露工程S3と、当接工程S4と、加熱工程S5とを有する。以下、各工程について詳細に説明する。
なお、説明は省略するが、本実施形態において、下記の工程は、制御装置110によって各部が制御されることによって行われる。
チャンバー30内の気体の排出と、不活性ガスの導入とは、それぞれ同時に行ってもよい。
第1材料11は、支持基板10上に設けられた状態で、図7に示す第1ホルダー20に設けられている。第1材料11の接合面11aには、図2(A)に示すように、有機汚染物質12が形成されている。
第2材料14は、支持基板13上に設けられた状態で、図7に示す第2ホルダー21に設けられている。第2材料14の接合面14aには、第1材料11と同様に、有機汚染物質12が形成されている。
第1紫外線照射装置50から射出される紫外線Uの波長と、第2紫外線照射装置51から射出される紫外線Uの波長とは、同じであっても、異なっていてもよい。
第1噴射装置70によって架橋物質Cを第1材料11に噴霧することで、第1材料11の接合面11aを架橋物質Cに曝露する。同様にして、第2噴射装置71によって架橋物質Cを第2材料14に噴霧することで、第2材料14の接合面14aを架橋物質Cに曝露する。
この工程により、噴霧された架橋物質Cが、照射工程S2によって構造が変化した第1材料11の形成材料及び第2材料14の形成材料とそれぞれ反応し、架橋性被膜15,16が形成される(図2(C)参照)。
移動機構40の軸体41を、図6の矢印に示す方向に回転させ、軸体41を下方側(−Z側)へと移動させることで、第2ホルダー21を下方側(−Z側)に移動させる。これにより、第2ホルダー21に設置された第2材料14が、第1ホルダー20に設置された第1材料11へと接近し、第1材料11の接合面11aと第2材料14の接合面14aとが当接する。より詳細には、第1材料11の接合面11aに形成された架橋性被膜15と、第2材料14の接合面14aに形成された架橋性被膜16とが当接される。
この工程により、第1材料11と第2材料14とが当接した当接状態ST2となる。
したがって、本実施形態によれば、接合過程において、チャンバー30内を高真空とする必要がないため、大気圧下において材料同士を低温で接合することが可能な接合方法が実現できる。
第1材料11及び第2材料14の形成材料としては、それぞれ無機材料を選択することもできる。
下記の実施例において、X線電子分光法を用いた計測は、PerkinElmer社製のX線電子分光分析装置(機種5400MC)を用いて行った。励起X線は、AlのKα線とし、1.0×10−7Pa以上、4.0×10−7Pa以下の雰囲気下において、出力400Wで照射した。
また、X線電子分光法を用いて計測したスペクトルを波形分離する際には、Ulvac社製の波形分離ソフト(Multipak)を使用した。スペクトルを分離する際には、実測されたスペクトルを、フィッティングされた滑らかなスペクトル曲線に変換し、フィッティングされたスペクトルを波形分離した。
また、下記の実施例においては、接合する2つの材料として、それぞれPDMSを形成材料とする試験片(以下、PDMS片)またはCuを形成材料とする試験片(以下、Cu片)を使用した。
本実施例においては、PDMS片とCu片とにそれぞれ紫外線を照射した際の表面の結合状態の変化について計測を行った。
9.12×104Pa(0.9atm)の高純度窒素(99.999%)雰囲気中で、PDMS片とCu片のそれぞれに、波長が172nmのVUV(真空紫外線)を照射した。
VUVを照射する時間は、PDMS片においては、0秒(s)、60秒、300秒、600秒とし、Cu片においては、0秒、30秒、60秒、300秒とした。
それぞれの場合について、各材料の表面の結合状態を、上述したようにして、X線電子分光法を用いて計測した。そして、計測した結果を波形分離して、各ピークを表す波形に分離した。波形分離する波形としては、それぞれ表面の結合状態の違いが顕著に表れているスペクトル波形を選択した。
図8(A),(B)において、横軸は、光電子の結合エネルギー(単位:eV)を示しており、縦軸は計測された光電子の個数(単位:c/s)を示している。以下に説明する図9(A)から図12(B)においても同様である。図8(A),(B)において、縦軸は、規格化して示している。
本実施例においては、紫外線を照射したPDMS片及びCu片を水蒸気に曝露した際の表面構造の変化について計測を行った。
紫外線(VUV)を照射する条件は、実施例1と同様とし、照射時間を300秒とした。VUVを照射した後の材料表面に曝露させる水蒸気の量を、2.9g/m3、9.8g/m3、13.8g/m3とし、それぞれの場合について、各材料の表面の結合状態を、上述したX線電子分光法を用いて計測した。また、実施例1と同様にして、計測した結果を波形分離して、各ピークを表す波形に分離した。
また、水蒸気の曝露量が増加するに伴って、ピークP7よりも低エネルギー側にピークP8が発現していることが確かめられた。これにより、PDMS片の表面に、シラノール構造を含む架橋性被膜が形成されていることが確かめられた。
本実施例においては、PDMS片とCu片と、PDMS片とPDMS片と、Cu片とCu片とをそれぞれ接合させ、接合界面の観察を行った。また、Si−O結合を表面に有する無機材料の一例として、Quartz(石英,SiO2)を形成材料とする試験片(Quartz片)同士を結合させ、接合界面の観察を行った。また、他の金属同士の結合の一例として、Siチップ上に形成されたTi薄膜(Ti thin film)同士を結合させ、接合界面の観察を行った。
VUVを実施例2と同様にして照射した後、各材料を水蒸気に曝露した。曝露する水蒸気の量は、実施例2において、明確に架橋性被膜が形成されたと考えられる量、すなわち、ピークP8及びピークP10が発現し、それ以上ピークの変化が見られなかった量である13.8g/m3とした。各材料を当接させて、150℃で600秒加熱した。
図13(A),(B)は、PDMS片同士を接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図14(A),(B)は、PDMS片とCu片とを接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図15(A),(B)は、Cu片とCu片とを接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図16は、Quartz片同士を接合させた場合を示す電子顕微鏡写真である。図17は、Ti薄膜同士を結合させた場合を示す光学顕微鏡写真である。各図において示す黒い三角形は、架橋層の位置を示すものである。すなわち、各図と接している黒い三角形の頂点同士を結ぶようにして、架橋層が形成されている。
また、図13(A),(B)、図14(A),(B)、図15(A),(B)及び図17から、各材料同士の間に、約10nm以下の厚みのアモルファス状の架橋層が形成されていることが確かめられた。
Quartz片同士の接合の場合においては、図16に示すように、形成される架橋層が薄く、図16における縮尺の範囲において、各材料の接合界面(架橋層)が視認できないことが分かった。
以上の結果から、架橋物質として水を用いる場合には、接合する2つの材料の形成材料として、それぞれSi−O結合を有する材料または水和物を形成可能な金属のうちから任意の材料を選択できることが確かめられた。
本実施例においては、PDMS片同士を接合した接合材の光の透過性について計測した。
接合材としては、実施例3と同様にして接合させたPDMS−PDMSの接合材を用いた。比較例として、PDMSを形成材料とする厚みが接合材と同一であるバルク材を用いた。
各材料に可視光領域(波長が380nm以上、1000nm以下)の光を入射させ、光の透過性を計測した。
その結果、バルク材と比較して、接合材の光透過性は3%から5%程度しか損失しないことが確かめられた。すなわち、本実施例の接合方法によれば、接合層(架橋層)を薄くできるため、接合層によって光の透過性が低下することを抑制できることが分かった。
Claims (5)
- 第1材料と第2材料とを離間させた状態で、前記第1材料の接合面と前記第2材料の接合面とに、紫外線を照射する照射工程を含む洗浄工程と、
前記第1材料の接合面と前記第2材料の接合面とを、架橋物質に曝露する曝露工程と、
前記第1材料の接合面と前記第2材料の接合面とを当接させる当接工程と、
を備え、
前記第1材料は、水和物を形成可能な金属であり、
前記第2材料は、Si−O結合を有する材料であり、
前記曝露工程において、前記第1材料の接合面には、前記第1材料と前記架橋物質とが反応して前記金属の水和物を含む架橋性被膜が形成され、かつ、前記第2材料の接合面には、前記第2材料と前記架橋物質とが反応してシラノール構造を含む架橋性被膜が形成され、
前記当接工程において、前記第1材料の接合面に形成された前記架橋性被膜と前記第2材料の接合面に形成された前記架橋性被膜とが当接されて、架橋層が形成され、
前記架橋性被膜を縮合させて、前記第1材料と前記第2材料とを接合する工程をさらに備えることを特徴とする接合方法。 - 前記当接工程の後に、前記第1材料と前記第2材料とを加熱する加熱工程を備える、請求項1に記載の接合方法。
- 前記架橋物質は、水である、請求項1または2に記載の接合方法。
- 前記紫外線は、真空紫外線である、請求項1から3のいずれか一項に記載の接合方法。
- 前記洗浄工程は、前記照射工程の前に、前記第1材料の接合面と前記第2材料の接合面とを、置換物質に置換する置換工程を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013184450A JP6251935B2 (ja) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | 接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013184450A JP6251935B2 (ja) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | 接合方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015051542A JP2015051542A (ja) | 2015-03-19 |
JP6251935B2 true JP6251935B2 (ja) | 2017-12-27 |
Family
ID=52700954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013184450A Active JP6251935B2 (ja) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | 接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6251935B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110248792A (zh) * | 2017-02-03 | 2019-09-17 | 宝理塑料株式会社 | 树脂成型品的接合方法 |
JP6777168B2 (ja) * | 2017-02-20 | 2020-10-28 | ウシオ電機株式会社 | 接合構造体の製造方法 |
CN112105502B (zh) | 2018-05-18 | 2022-12-02 | 国立研究开发法人物质·材料研究机构 | 层叠体的制造方法、层叠体和加热马桶座装置 |
KR20230165328A (ko) | 2021-07-13 | 2023-12-05 | 코쿠리츠켄큐카이하츠호징 붓시쯔 자이료 켄큐키코 | 구리-구리 적층체의 분리 방법 및 구리-구리 적층체 |
WO2023234414A1 (ja) * | 2022-06-02 | 2023-12-07 | センエンジニアリング株式会社 | 表面に重合体を含有する基材の接合方法、接合装置、および積層体 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4030897B2 (ja) * | 2003-03-07 | 2008-01-09 | 株式会社クラレ | プラスチックの接着方法 |
JP4919474B2 (ja) * | 2006-07-13 | 2012-04-18 | 国立大学法人京都大学 | 光照射による樹脂の接着方法および樹脂物品の製造方法 |
KR20120055489A (ko) * | 2009-07-24 | 2012-05-31 | 야스노리 타가 | 접합구조체의 제조방법 및 접합구조체 |
-
2013
- 2013-09-05 JP JP2013184450A patent/JP6251935B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015051542A (ja) | 2015-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6251935B2 (ja) | 接合方法 | |
US9533327B2 (en) | Transparent resin plate and a method for producing the same | |
CN105143121B (zh) | 用于控制片材和载体之间的结合的促进的加工 | |
JP5704619B2 (ja) | 電子素子の封止方法及び基板接合体 | |
US9004135B2 (en) | Method and apparatus for bonding together two wafers by molecular adhesion | |
US10493451B2 (en) | Photochemical modification of a solid surface | |
JP6031038B2 (ja) | 基材の接合方法および複合構造体の製造方法 | |
JP2006515038A (ja) | 薄い膜と被膜を生成するための反応性蒸気を制御する装置と方法 | |
JP2011235556A (ja) | 励起エネルギー特定方法、励起エネルギー特定装置、接合方法および接合装置 | |
WO2006112408A1 (ja) | 自己組織化単分子膜の作製方法とその利用 | |
TW202106901A (zh) | 用於基板表面處理之方法及裝置 | |
Rupper et al. | Optimization of mica surface hydroxylation in water vapor plasma monitored by optical emission spectroscopy | |
Gilles | Chemical modification of silicon surfaces for the application in soft lithography | |
ES2927149T3 (es) | Material compuesto de sustrato, capa de plasma-polímero, capa mixta y capa de cubierta | |
US11332588B2 (en) | Process for modification of a solid surface | |
JP2008292292A (ja) | 微粒子固定方法 | |
JP5516954B2 (ja) | 微細構造を有する基板の接合方法および当該接合方法を利用したマイクロ流体デバイスの製造方法 | |
JP4757709B2 (ja) | 樹脂ガラス用積層体及びその製造方法 | |
US20190169467A1 (en) | Process for modification of a solid surface | |
Le et al. | When chemistry of the substrate drastically controls morphogenesis of plasma polymer thin films | |
Lundevall et al. | Improved glass bonding with plasma treatment | |
KR100697505B1 (ko) | 박막 필름 및 코팅을 생성하기 위해 반응성 증기를 제어도포하는 장치 및 방법 | |
US20140268335A1 (en) | Systems and methods for inhibiting contamination enhanced laser induced damage (celid) based on fluorinated self-assembled monolayers disposed on optics | |
Lingenfelser et al. | Stability and fragmentation of organic silicon functionalizations studied by laser desorption mass spectrometry | |
Sato et al. | Effect of oxide thickness on the degradation of organic silane monolayers on silicon wafer surface during XPS measurement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160727 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160727 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170518 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170523 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170721 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170808 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171005 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171024 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171110 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6251935 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |