TW202340079A - 黏接構造體 - Google Patents
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Abstract
一種黏接構造體(1)，具有：基體(2)、及被設於前述基體(2)的至少一部分的表面的三角波狀突起部(3)，由無機物所構成，前述三角波狀突起部(3)的平均間距是在100nm以上1000nm以下的範圍內，前述三角波狀突起部(3)的平均高度是100nm以上1000nm以下的範圍內。
Description
本發明，是有關於黏接構造體。
黏接構造體，已知具有基體、及設於該基體的表面的複數突起。在專利文獻1中揭示的黏接構造體，是具備突起，其前端是半徑300nm以下的球面，且長度方向的垂直剖面的半徑是500nm以下。具備此奈米級突起的黏接構造體，該突起，是奈米級地嵌入被黏接物的表面的凹凸，使可以發揮強力的黏接力。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2007/032164號公報(A)
[發明所欲解決之問題]
黏接構造體，是可以在各種的環境下穩定將被黏接物黏接保持，且不易污染被黏接物者較佳。但是，專利文獻1的黏接構造體，是由樹脂材料所形成。樹脂材料，因為會藉由熱而分解或變質，所以黏接強度有可能下降。且，樹脂材料的分解生成物，有可能污染被黏接物。
本發明，是有鑑於前述的狀況者，提供一種黏接構造體，不易由熱引起分解和變質，且黏接強度較高。
[用以解決問題之技術手段]
為了解決上述課題，本發明的黏接構造體，是具有：基體、及被設於前述基體的至少一部分的表面上的三角波狀突起部，由無機物所構成，前述三角波狀突起部的間距是在100nm以上1000nm以下的範圍內，前述三角波狀突起部的高度是100nm以上1000nm以下的範圍內。
依據本發明的黏接構造體的話，因為具有：基體、及被設於基體的至少一部分的表面的三角波狀突起部，由無機物所構成，所以不易由熱引起分解和變質，不易污染被黏接物。且，因為三角波狀突起部的平均間距是在100nm以上1000nm以下的範圍內，三角波狀突起部的平均高度是在100nm以上1000nm以下的範圍內，所以表面彈性率較高，由被黏接物加壓時三角波狀突起部的變形量大。因此，本實施方式的黏接構造體的黏接強度較高，可以在各種的環境下穩定將被黏接物黏接保持。
在此，在本發明的黏接構造體中，前述三角波狀突起部的前述高度對於前述間距的比，是在0.8以上2.0以下的範圍內也可以。
此情況，三角波狀突起部對於被黏接物的黏接力變高，並且被黏接物從三角波狀突起部脫離時，三角波狀突起部的黏接力容易回復。
且在本發明的黏接構造體中，前述三角波狀突起部的前述間距是500nm以下也可以。
此情況，因為三角波狀突起部的間距是藉由變窄，而使三角波狀突起部容易沿著被黏接物的表面形狀變形，所以黏接力更提高。
且在本發明的黏接構造體中，前述無機物是金屬也可以。
此情況，因為三角波狀突起部的表面彈性率是變更高，所以變形後的復原力可提高且反覆性可提高。
且在本發明的黏接構造體中，前述金屬是包含銅、銅合金、鋁、鋁合金、NiP合金的其中任一也可以。
此情況，因為三角波狀突起部的表面彈性率是進一步變高，所以黏接力是進一步變高。
且在本發明的黏接構造體中，使用奈米壓頭將直徑40μm的球狀壓子以壓入深度成為10nm或是20nm的至少一方的條件壓入前述三角波狀突起部時的黏接力是35N/cm
2以上也可以。
此情況，因為黏接強度較高，所以不易由熱引起分解和變質，且可以作為黏接強度較高的黏接構造體最佳利用。
[發明的效果]
依據本發明的話，可提供一種黏接構造體，不易由熱引起分解和變質，且黏接強度成為較高。
以下，對於本發明的實施方式的黏接構造體，參照隨附圖面進行說明。
圖1，是本發明的一實施方式的黏接構造體的立體圖。圖2，是圖1的II-II線剖面圖，圖3，是圖1所示的黏接構造體的俯視圖。
如圖1～3所示，本實施方式的黏接構造體1，是具有：基體2、及被設於基體2的一方的表面的三角波狀突起部3。基體2及三角波狀突起部3是成為一體。三角波狀突起部3，是具有在加壓狀態下變形，從加壓狀態被解放時可復原至原來的形狀的性質。
黏接構造體1，是由無機物所構成。無機物，雖無限定，但是可以使用金屬、陶瓷、玻璃。無機物的融點是100℃以上，且其分解溫度是100℃以上較佳，融點是300℃以上，分解溫度是300℃以上較佳，融點是500℃以上，分解溫度是500℃以上較佳。金屬，是金屬單體也可以，合金也可以。合金，是包含：由複數金屬元素所構成者、及由金屬元素及非金屬元素所構成者。金屬單體的例，可以舉例鋁、鎳、鐵、銅。合金的例，可以舉例鋁合金、NiP、不銹鋼、銅合金。陶瓷，可以使用氧化物、氮化物、碳化物。陶瓷的例，可以舉例氧化鋁。構成黏接構造體1的無機物，是金屬較佳，包含銅、銅合金、鋁、鋁合金、NiP合金的其中任一更佳。
基體2，是板狀。基體2的尺寸是無特別限制是。基體2的厚度，是例如，在10μm以上10cm以下的範圍內。
三角波狀突起部3，是使複數條(例如5條以上)的長條狀的突起4沿著長度方向被配列而構成。突起4的剖面形狀，是三角形狀。突起4的剖面形狀，是二等邊三角形較佳。突起4的底角(圖2的θ)，是60度以上較佳，在60度以上80度以下的範圍內較佳。
三角波狀突起部3的平均間距，是在100nm以上1000nm以下的範圍內，較佳是500nm以下。三角波狀突起部3的平均間距，是三角波狀突起部3的相鄰接的突起4的頂部4a之間的距離(圖2及圖3中的P)的平均值。三角波狀突起部3的平均間距，是可以從由SEM(掃描型電子顯微鏡)攝影的黏接構造體1的剖面SEM照片測量。
三角波狀突起部3的平均高度，是在100nm以上1000nm以下的範圍內，較佳是500nm以下。三角波狀突起部3的平均高度，是將三角波狀突起部3的突起4的谷部4b之間為底邊的突起4的高度(圖2中的H)的平均。三角波狀突起部3的平均高度，是可以從由SEM攝影的黏接構造體1的剖面SEM照片測量。
三角波狀突起部3的平均高度對於平均間距的比(平均高度/平均間距)，較佳是在0.8以上2.0以下的範圍內，更佳是在1.0以上1.5以下的範圍內。平均高度/平均間距是0.8以上的話，突起4成為容易沿著被黏接物變形，對於被黏接物的形狀的追從性是變高。三角波狀突起部3因為是將對於被黏接物的形狀的追從性較高的突起4週期地被配置，所以由被黏接物將三角波狀突起部3加壓時，三角波狀突起部3的變形量變大，被黏接物及三角波狀突起部3之間的接觸面積變大。因此，三角波狀突起部3對於被黏接物的黏接力變高。
且平均高度/平均間距是2.0以下的話，被黏接物從三角波狀突起部3脫離時，突起4容易復原至原來的形狀，三角波狀突起部3的黏接力是容易回復。因此，三角波狀突起部3可以長時間反覆利用。
突起4的長度方向的寬度，是例如，在0.0005mm以上1000mm以下的範圍內。
黏接構造體1的三角波狀突起部3的黏接力，可以藉由使用奈米壓頭作成對焦曲線而求得。
圖4，是使用奈米壓頭測量而得的黏接構造體1的三角波狀突起部3的對焦曲線。圖5，是顯示將奈米壓頭的探針10壓入黏接構造體1的三角波狀突起部3之前的狀態(圖4的A)的概念圖。圖6，是顯示將奈米壓頭的探針10壓入黏接構造體1的三角波狀突起部3之後的狀態(圖4的B)的概念圖，圖7，是顯示將壓入黏接構造體1的三角波狀突起部3之後的奈米壓頭的探針10拉起的狀態(圖4的C)的概念圖，圖8，是顯示將壓入黏接構造體1的三角波狀突起部3之後的奈米壓頭的探針10從黏接構造體1脫離的狀態(圖5的D)的概念圖。
如圖5所示，在黏接構造體1及探針10遠離的狀態下，在黏接構造體1的三角波狀突起部3及探針10之間無荷重被負荷(圖4的A)。又，在本實施方式中，探針10，是使用直徑40μm的球狀壓子。
在對焦曲線的作成中，首先，由規定的荷重將探針10壓入黏接構造體1的三角波狀突起部3。探針10的壓入的條件，是依據探針10的形狀而不同。探針10是直徑40μm的球狀壓子的情況時，以荷重成為20μN以上100μN以下的範圍內，壓入速度成為10nm/秒以上20nm/秒以下的範圍內的條件進行。藉由探針10的壓入，而使黏接構造體1的三角波狀突起部3沿著探針10的形狀變形。三角波狀突起部3的變形量是伴隨探針10的壓入深度漸深而變大。且，如圖6所示，探針10被壓入至規定的深度的話，就停止將探針10壓入(圖4的B)。又，在本實施方式中，探針10的壓入深度，是10nm或是20nm。
接著，在由規定的荷重將探針10壓入三角波狀突起部3的狀態下保持規定的時間之後，從三角波狀突起部3將探針10拉起。探針10的拉起的條件，是依據探針10的形狀而不同。探針10是直徑40μm的球狀壓子的情況，是以拉起速度成為10nm/秒以上20nm/秒以下的範圍內的條件進行。藉由將探針10拉起，在三角波狀突起部3被負荷的荷重是下降，三角波狀突起部3是返回至原來的形狀。進一步，即使將探針10拉起使荷重被去除，探針10及三角波狀突起部3仍未相互遠離的話，黏接力是作為負的荷重被觀測。進一步，將探針10拉起的話，探針10是從三角波狀突起部3脫離使被負荷在三角波狀突起部3的荷重是成為零。且，如圖7所示，探針10及三角波狀突起部3是完全地脫離(圖4的D)。將從此負的荷重被觀測至探針10從三角波狀突起部3脫離為止期間的負的極大值(圖4的C，單位：N)，由將探針10壓入時的探針10及三角波狀突起部3之間的接觸面積(cm
2)除算的值是三角波狀突起部3的黏接力。三角波狀突起部3的黏接力，是隨著探針10的形狀和探針10的壓入深度而變動。本實施方式的黏接構造體1中，壓入深度是10nm或是20nm的至少一方，黏接力是35N/cm
2以上較佳。
本實施方式的黏接構造體1，是例如，藉由包含研磨過程、切削過程、蝕刻過程的方法而製造也可以。
在研磨過程中，將原料的無機材料基材的表面研磨。無機材料基材的研磨，是可以使用例如砂輪機的研磨、耐水紙的研磨，拋光輪的研磨。研磨後的無機材料基材的表面，例如，表面粗度Ra是0.02μm以下較佳。
在切削過程中，對於由研磨過程研磨之後的無機材料基材的表面進行切削加工，而形成三角波狀突起部。切削加工方法，沒有特別限制，可以選擇各種方法。切削加工方法，可以使用例如，一邊將刀具週期地上下移動一邊將刀具朝對於刀面正交的方向移動而形成溝的方法(NP法：奈米啄法)、將刀具不上下移動而直線移動地形成溝的方法(習知法)的方法。
在NP法中使用的加工裝置，可以具有：刀具、及將刀具超音波振動的超音波振動裝置。刀具的刀面的形狀沒有特別限制，例如，可以作成三角形和四角形。在NP法中，例如，一邊將刀具超音波振動一邊傾斜地壓入無機材料基材的表面，接著，一邊將刀具週期地上下動作，一邊將刀具朝對於刀面正交的方向移動。藉此，在無機材料基材的表面形成具有朝與刀具的移動方向正交的方向延伸的倒三角形狀的複數條溝的三角波形狀的突起部。
在習知法中使用的加工裝置，可以具有：刀具、及將刀具超音波振動的超音波振動裝置。刀具的刀面的形狀，是三角形。在習知法中，例如，一邊將刀具超音波振動一邊垂直地壓入無機材料基材的表面，接著，將刀具不會上下移動地固定，將刀具朝對於刀面正交的方向移動。藉此，在無機材料基材的表面形成朝與刀具的移動方向平行延伸的倒三角形狀的溝。藉由反覆此操作，而在無機材料基材的表面形成具有朝與刀具的移動方向平行的方向延伸的倒三角形狀的複數條溝的三角波形狀的突起部。
如此的話，本實施方式的黏接構造體1被製成。
依據如以上的結構的本實施方式的黏接構造體1的話，因為具有：基體2、及被設於基體2的至少一部分的表面的三角波狀突起部3，三角波狀突起部3是由無機物所構成，所以不易由熱引起分解和變質，不易污染被黏接物。且，因為三角波狀突起部3的平均間距是在100nm以上1000nm以下的範圍內，三角波狀突起部3的平均高度是在100nm以上1000nm以下的範圍內，所以三角波狀突起部3的表面彈性率較高，由被黏接物加壓時突起部的變形量較大。因此，本實施方式的黏接構造體1中，黏接強度較高，可以在各種的環境下穩定將被黏接物黏接保持。
在本實施方式的黏接構造體1中，三角波狀突起部的間距是500nm以下的情況時，因為三角波狀突起部3的間距是藉由變窄，而使三角波狀突起部3容易沿著被黏接物的表面形狀變形，所以黏接力更提高。且，構成三角波狀突起部3的無機物是金屬的情況時，因為是三角波狀突起部3的表面彈性率變更高，所以變形後的復原力可提高且反覆性可提高。尤其是，構成三角波狀突起部3的無機物是銅、銅合金、鋁、鋁合金、NiP合金的其中任一的情況時，因為是三角波狀突起部3的表面彈性率變更高，所以黏接力變高。且，在本實施方式的黏接構造體1中，使用探針10為直徑40μm的球狀壓子的奈米壓頭，將探針10以壓入深度成為10nm或是20nm的至少一方的條件壓入三角波狀突起部3時的黏接力是35N/cm
2以上的情況時，因為黏接強度較高，所以不易由熱引起分解和變質，且可以作為黏接強度較高的黏接構造體最佳利用。
在本實施方式的黏接構造體1中，三角波狀突起部3的平均高度對於平均間距的比(平均高度/平均間距)是在0.8以上2.0以下的範圍內的情況時，三角波狀突起部3對於被黏接物的黏接力變高，並且被黏接物從三角波狀突起部3脫離時，三角波狀突起部3的黏接力容易回復。進一步，本實施方式的黏接構造體1，因為突起是三角波狀，所以具有黏接力不易有平面異方性的效果。
以上，雖說明了本發明的實施方式，但是本發明不限定於此，在不脫離其發明的技術思想的範圍內可適宜地變更。
例如，在本實施方式的黏接構造體1中，三角波狀突起部3，雖是被設置在基體2的一方的表面(上面)的全面，但是三角波狀突起部3的位置不限定於此。將三角波狀突起部3設於基體2的雙面也可以。且，將三角波狀突起部3設於基體2的表面的一部分也可以。
[實施例]
[本發明例1]
準備了金屬鋁基材(縱：30mm，橫：30mm，板厚：30mm)作為基材。將準備的金屬鋁基材的表面研磨成表面粗度Ra是成為0.02μm以下為止，並成為平滑面。
接著，在研磨之後的金屬鋁基材的表面，使用NP法形成三角波形狀的突起部。加工裝置，是使用具有刀具及將刀具超音波橢圓振動的超音波振動裝置者。將刀具一邊超音波振動一邊傾斜地壓入，接著，一邊將刀具超音波橢圓振動，一邊朝對於刀面正交的方向移動1000nm期間，藉由使刀尖由朝上下方向移動1000nm的週期動作，而在金屬鋁基材的表面形成朝與刀具的移動方向正交的方向延伸的倒正三角形狀的溝，製作了具有正三角波形狀的突起部之具有三角波狀突起部的基板。具有三角波狀突起部的基板中的三角波狀突起部的平均間距是1000nm，平均高度是1000nm，平均高度/平均間距是1.0。
[本發明例2～3，比較例1～2]
基材，是使用由如下述的表1的材料所構成的金屬基材，三角波狀突起部的平均間距、平均高度、平均高度/平均間距，除了以成為如下述的表1的值的方式進行切削加工以外，是與本發明例1同樣地製作了具有三角波狀突起部的基板。
[評價]
對於由本發明例1～3及比較例1～2製作的具有三角波狀突起部的基板，藉由下述的方法，測量了表面彈性率及黏接力。其結果，如表1所示。
(表面彈性率的測量方法)
使用奈米壓頭(股份有限公司愛麗尼克斯製，ENT-NEXUS)進行測量。探針是使用直徑40μm的球狀壓子(鈦製)。將荷重從20μN至100μN為止由10μN的間隔上昇，並測量了各荷重中的表面彈性率。探針的壓入深度成為三角波狀突起部的高度的1/10時的表面彈性率，如下述的表1所示。測量，是由室溫(25℃)進行。
(黏接力的評價方法)
使用奈米壓頭(股份有限公司愛麗尼克斯製，ENT-NEXUS)，藉由上述的方法測量了黏接力。探針，是使用直徑40μm的球狀壓子(鈦製)。球狀壓子的壓入深度，是與上述的表面彈性率的測量方法同樣地形成表1的深度。探針的壓入速度，是壓入深度是10nm時是設成10nm/秒，壓入深度是20nm時是設成20nm/秒。且，探針的拉起速度，是壓入深度是10nm時是設成10nm/秒，壓入深度是20nm時是設成20nm/秒。測量，是由室溫(25℃)進行。
從表1的結果可確認，對於三角波狀突起部的平均間距及平均高度，由本發明的範圍內的本發明例1～3獲得的具有三角波狀突起部的基板，與由比較例1～2獲得的具有三角波狀突起部的基板相比較，黏接力較高，作為黏接構造體是有用的。由本發明例1～3獲得的具有三角波狀突起部的基板的黏接力較高的原因，是表面彈性率較低，由被黏接物加壓時突起部的變形量較大。
對於三角波狀突起部的平均間距及平均高度，由比本發明的範圍更大的比較例1獲得的具有三角波狀突起部的基板，其平均高度/平均間距雖是與本發明例1～3相同，但是黏接力變低。這是因為平均間距變大，突起的尺寸變很大，所以表面彈性率變高。
對於三角波狀突起部的平均間距及平均高度，由比本發明的範圍更小的比較例2獲得的具有突起部的基板，其平均高度/平均間距雖是與本發明例1～3相同，但是探針未黏接。這是因為平均高度變很小，所以表面彈性率變高。
[產業上的可利用性]
本實施方式的黏接構造體，因為具有較高的耐熱性、及較高的黏接強度，所以可以作為黏接、暫時固定用的構造體利用。本實施方式的黏接構造體，特別是可以最佳利用於航空宇宙、半導體、醫療等的環境的變化大，要求不純物的污染少的領域。
1:黏接構造體
2:基體
3:三角波狀突起部
4:突起
4a:頂部
4b:谷部
10:探針
[圖1]本發明的一實施方式的黏接構造體的立體圖。
[圖2]圖1的II-II線剖面圖。
[圖3]圖1所示的黏接構造體的俯視圖。
[圖4]本發明的一實施方式的黏接構造體的三角波狀突起部的對焦曲線。
[圖5]顯示將奈米壓頭的探針壓入本發明的一實施方式的黏接構造體的三角波狀突起部之前的狀態(圖4的A)的概念圖。
[圖6]顯示將奈米壓頭的探針壓入本發明的一實施方式的黏接構造體的三角波狀突起部之後的狀態(圖4的B)的概念圖。
[圖7]顯示將壓入本發明的一實施方式的黏接構造體的三角波狀突起部之後的奈米壓頭的探針拉起之後的狀態(圖4的C)的概念圖。
[圖8]顯示將壓入本發明的一實施方式的黏接構造體的三角波狀突起部之後的奈米壓頭的探針從黏接構造體脫離的狀態(圖4的D)的概念圖。
1:黏接構造體
2:基體
3:三角波狀突起部
4:突起
4a:頂部
4b:谷部
Claims (6)
- 一種黏接構造體， 具有：基體、及被設於前述基體的至少一部分的表面上的三角波狀突起部， 前述三角波狀突起部是由無機物所構成， 前述三角波狀突起部的平均間距是在100nm以上1000nm以下的範圍內， 前述三角波狀突起部的平均高度是在100nm以上1000nm以下的範圍內。
- 如請求項1的黏接構造體，其中， 前述三角波狀突起部的前述平均高度對於前述平均間距的比，是在0.8以上2.0以下的範圍內。
- 如請求項1或2的黏接構造體，其中， 前述三角波狀突起部的前述平均間距是500nm以下。
- 如請求項1至3中任一項的黏接構造體，其中， 前述無機物是金屬。
- 如請求項4的黏接構造體，其中， 前述金屬是包含銅、銅合金、鋁、鋁合金、NiP合金的其中任一。
- 如請求項1至5中任一項的黏接構造體，其中， 使用奈米壓頭將直徑40μm的球狀壓子以壓入深度成為10nm或是20nm的至少一方的條件壓入前述三角波狀突起部時的黏接力是35N/cm 2以上。
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