JP7312946B2 - Bonding structure and bonding method - Google Patents
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Description
本発明は、接着剤を用いることなく、異種又は同種の基材を接着させる接着構造及び接着方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an adhesive structure and an adhesive method for adhering different or similar substrates without using an adhesive.
2枚の基材を接着剤によって接着させた場合、これらの基材からなる接着構造は、接着剤が熱に弱いので、耐熱性が要求される製品としては用いることができないし、接着剤により接着界面の誘電率が変わってしまうので、プリント基板等にも不向きである。 When two substrates are bonded together with an adhesive, the bonded structure consisting of these substrates cannot be used for products that require heat resistance because the adhesive is weak against heat, and the adhesive changes the dielectric constant of the bonding interface, making it unsuitable for printed circuit boards and the like.
そこで、接着剤を用いることなく2枚の基材を接着させる方法としては、特許文献1に示すように、フッ素樹脂シートの表面にプラズマ処理により-OH基を生成し、このフッ素樹脂シートの表面を金属部材に接合させる方法がある。 Therefore, as a method for bonding two substrates without using an adhesive, as shown in Patent Document 1, there is a method in which —OH groups are generated on the surface of a fluororesin sheet by plasma treatment, and the surface of this fluororesin sheet is bonded to a metal member.
しかしながら、-OH基による脱水縮合など、官能基の反応により得られる実際の接着力は決して強いとは言えず、例えばテフロン等のような難接着性の基材に対しては、これまで十分な接着力が得られていない。 However, it cannot be said that the actual adhesive strength obtained by reactions of functional groups such as dehydration condensation with —OH groups is strong, and for example, sufficient adhesive strength has not been obtained so far for difficult-to-adhere substrates such as Teflon.
そこで、本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、難接着性の基材であっても、接着剤を用いることなく強固に接着できるようにすることをその主たる課題とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the main object thereof is to enable strong adhesion without using an adhesive even to a difficult-to-adhere substrate.
すなわち、本発明に係る接着構造は、第1基材の表面と、前記第1基材の表面に接着された第2基材の表面とからなる接着構造であって、前記第1基材及び前記第2基材それぞれの表面に官能基が存在しており、それらの官能基の少なくとも一部が、互いに反応することなく結合されていることを特徴とするものである。 That is, the adhesive structure according to the present invention is an adhesive structure comprising a surface of a first base material and a surface of a second base material bonded to the surface of the first base material, wherein functional groups are present on the surfaces of the first base material and the second base material, and at least some of these functional groups are bonded without reacting with each other.
このような接着構造によれば、第1基材及び第2基材それぞれの表面に存在する官能基の少なくとも一部が、例えば分子結合などにより、互いに反応することなく結合されているので、仮に第1基材や第2基材がテフロン等の難接着性のものであっても、これらの基材を強固に接着させることができる。 According to such an adhesive structure, at least some of the functional groups present on the surfaces of the first and second substrates are bonded without reacting with each other, for example, by molecular bonding. Therefore, even if the first and second substrates are difficult-to-adhere materials such as Teflon, these substrates can be firmly adhered.
難接着性の基材に対して十分な接着力を得るための一実施態様としては、前記第1基材又は前記第2基材の一方の表面に存在する前記官能基が、-NHxであることが好ましい。なお、xは1以上の自然数である。 As an embodiment for obtaining sufficient adhesion to a difficult-to-adhere substrate, the functional group present on one surface of the first substrate or the second substrate is preferably —NHx. Note that x is a natural number of 1 or more.
-NHxと反応することなく結合する官能基としては、前記第1基材又は前記第2基材の他方の表面に存在する前記官能基が、-H、-NHx、-COH、-COOH、-OH、-F、-CFxの少なくとも一つであることが好ましい。なお、xは1以上の自然数である。 As the functional group that bonds to -NHx without reacting, the functional group present on the other surface of the first substrate or the second substrate is preferably at least one of -H, -NHx, -COH, -COOH, -OH, -F, and -CFx. Note that x is a natural number of 1 or more.
本発明に係る効果がより顕著に発揮させる一実施態様としては、前記第1基材又は前記第2基材が、フッ素樹脂、液晶ポリマー、COP樹脂、又はエンジニアリングプラスチック等の難接着材である場合が挙げられる。 One embodiment in which the effects of the present invention are exhibited more remarkably includes the case where the first base material or the second base material is a difficult-to-adhere material such as fluororesin, liquid crystal polymer, COP resin, or engineering plastic.
例えば樹脂製の基材表面に形成された官能基の具体的な構成としては、前記官能基が、前記第1基材又は前記第2基材の表面に形成されたダングリングボンドに結合しているものが挙げられる。 For example, as a specific configuration of the functional group formed on the surface of the resin base material, the functional group is bound to the dangling bond formed on the surface of the first base material or the second base material.
例えば金属製の基材表面に形成された官能基の具体的な構成としては、前記官能基が、前記第1基材又は前記第2基材の表面に形成されたマイクロクラックに結合しているものが挙げられる。なお、ここでいうマイクロクラックは、微小アンカーから原子格子欠損までを含むものである。 For example, as a specific configuration of the functional group formed on the surface of the metal base material, the functional group is bound to the microcracks formed on the surface of the first base material or the second base material. The term "microcracks" as used herein includes micro-anchors to atomic lattice defects.
また、本発明に係る接着方法は、第1基材の表面にプラズマ処理により官能基を生成し、前記第1基材とは別の第2基材の表面にプラズマ処理により官能基を生成し、前記第1基材及び前記第2基材それぞれの表面に生成された前記官能基の少なくとも一部を、互いに反応させることなく結合させることを特徴とする方法である。
このような接着方法であっても、上述した接着構造の作用効果と同様、仮に第1基材や第2基材がテフロン等の難接着性のものであっても、これらの基材を強固に接着させることができる。
Further, the bonding method according to the present invention is a method characterized in that functional groups are generated on the surface of a first substrate by plasma treatment, functional groups are generated on the surface of a second substrate different from the first substrate by plasma treatment, and at least part of the functional groups generated on the surfaces of the first substrate and the second substrate are bonded without reacting with each other.
Even with such an adhesion method, even if the first base material and the second base material are difficult to adhere to such as Teflon, these base materials can be strongly adhered, similar to the effects of the above-described adhesion structure.
このように構成した本発明によれば、難接着性の基材であっても、接着剤を用いることなく強固に接着させることができる。 According to the present invention configured as described above, it is possible to firmly bond even a difficult-to-bond substrate without using an adhesive.
本発明の一実施形態に係る接着構造及びこの接着方法について図面を参照しながら説明する。 A bonding structure and bonding method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<装置構成>
まず、接着構造を製造するための装置について説明する。
<Device configuration>
First, an apparatus for manufacturing a bonded structure will be described.
本装置は、基材の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置100であり、図1に示すように、真空チャンバ1と、真空チャンバ1内に設けられて基材Wを支持する下部電極2と、真空チャンバ1内において基材Wに対向配置された上部電極3と、高周波電源4とを具備し、高周波電源4から例えば13.50MHzの高周波電力を下部電極2に供給するとともに、上部電極3を接地することで、真空チャンバ1内にプラズマPを生成するように構成されている。また、本プラズマ処理装置100は、基材材質、反応ガスの種類などによっては、下部電極2を接地するとともに、上部電極3に高周波電力を供給する方式へ切り替え可能に構成されている。 This apparatus is a plasma processing apparatus 100 for plasma-processing the surface of a base material. As shown in FIG. 1, it comprises a vacuum chamber 1, a lower electrode 2 provided in the vacuum chamber 1 to support the base material W, an upper electrode 3 arranged opposite to the base material W in the vacuum chamber 1, and a high frequency power supply 4. The high frequency power supply 4 supplies high frequency power of, for example, 13.50 MHz to the lower electrode 2, and the upper electrode 3 is grounded to generate plasma P in the vacuum chamber 1. are Further, the plasma processing apparatus 100 is configured to be switchable between grounding the lower electrode 2 and supplying high-frequency power to the upper electrode 3 depending on the material of the base material, the type of reaction gas, and the like.
然して、この実施形態のプラズマ処理装置100は、基材Wの表面に官能基を生成するために用いられるものであり、生成する官能基に対応したプロセスガスGを真空チャンバ1内に供給するように構成されている。 Thus, the plasma processing apparatus 100 of this embodiment is used to generate functional groups on the surface of the base material W, and is configured to supply the process gas G corresponding to the functional groups to be generated into the vacuum chamber 1.
<接着方法>
次に、上述したプラズマ処理装置を用いて、異種又は同種の第1基材及び第2基材を、接着剤を用いることなく接着させる手順について、図2のフローチャートや図3の概念図を参照しながら説明する。
<Adhesion method>
Next, the procedure for bonding the first base material and the second base material of different types or the same type using the plasma processing apparatus described above without using an adhesive will be described with reference to the flowchart of FIG. 2 and the conceptual diagram of FIG.
第1基材及び第2基材としては、例えば平板状のものであり、具体的には、銅、アルミニウム、鉄等の金属製のものや、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(パーフルオロアルコキシアルカン)、FEP(パーフルオロエチレンプロペンコポリマー)、LCP(液晶ポリマー)、COP(シクロオレフィンポリマー)、PI(ポリイミド)、エンジニアリングプラスチック等の難接着性樹脂からなるものや、ガラス等の非晶質からなるものなどを挙げることができる。 The first base material and the second base material are, for example, plate-shaped ones, and specifically, those made of metals such as copper, aluminum, and iron, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxyalkane), FEP (perfluoroethylene propene copolymer), LCP (liquid crystal polymer), COP (cycloolefin polymer), PI (polyimide), engineering plastics and other difficult-to-adhesive resins, and amorphous materials such as glass.
以下では、例えばプリント基板等として用いられる異種の第1基材及び第2基材を接着させる方法について述べることとし、第1基材がフッ素樹脂製のものであり、第2基材が銅などの金属製のものである場合について説明するが、基材の用途や材質等はこれに限定されるものではない。 In the following, a method for bonding different types of first base material and second base material, which are used, for example, as printed circuit boards, will be described. The first base material is made of fluororesin, and the second base material is made of a metal such as copper.
まず、第1基材(以下、樹脂基材ともいう)を上述したプラズマ処理装置によりプラズマ処理することにより、図3に示すように、この樹脂基材の表面にダングリングボンドを形成する(S1)。基材の種類構造によっては、ダングリングボンドを形成させるプラズマ処理を官能基付与の前に別途実施する。 First, a first base material (hereinafter also referred to as a resin base material) is plasma-treated by the plasma treatment apparatus described above to form dangling bonds on the surface of the resin base material as shown in FIG. 3 (S1). Depending on the type and structure of the base material, a plasma treatment for forming dangling bonds may be separately performed prior to functional group impartation.
具体的には、樹脂基材をプラズマエッチングすることで、表面のC-F結合からF原子を切り離して、C原子のダングリングボンド(未結合手)を形成し、樹脂基材の表面の反応性を活性化させる。 Specifically, by plasma etching the resin base material, F atoms are separated from C—F bonds on the surface to form dangling bonds (dangling bonds) of C atoms, and the reactivity of the surface of the resin base material is activated.
次に、図3に示すように、ダングリングボンドに所望の官能基(以下、第1の官能基ともいう)を結合させる(S2)。 Next, as shown in FIG. 3, a desired functional group (hereinafter also referred to as a first functional group) is bonded to the dangling bond (S2).
具体的には、上述したプロセスガスとして、第1の官能基に対応するガス種を選択して、真空チャンバ内に供給することで、第1の官能基がプラズマ化されてダングリングボンドと結合する。 Specifically, by selecting a gas species corresponding to the first functional group as the process gas described above and supplying it into the vacuum chamber, the first functional group becomes plasma and bonds with the dangling bond.
本実施形態では、親水性の官能基であるアミノ基を第1の官能基として樹脂基材の表面に形成するようにしており、プロセスガスは、アンモニウムガス等のアミノ基含有ガスである。 In this embodiment, an amino group, which is a hydrophilic functional group, is formed on the surface of the resin substrate as the first functional group, and the process gas is an amino group-containing gas such as ammonium gas.
より詳細には、真空チャンバに1sccm以上の流量でアンモニウムガスを供給し、プロセス圧力を1~1,000Paに維持する雰囲気のもと、1~100MHzの高周波を0.01~3W/cm2のパワー密度で印加して高周波減圧プラズマ処理する。
なお、プロセスガスとしては、アミノ基含有ガスと希ガスや不活性ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xe、N2)との混合ガスであっても良い。
More specifically, ammonium gas is supplied to the vacuum chamber at a flow rate of 1 sccm or more, and under an atmosphere in which the process pressure is maintained at 1 to 1,000 Pa, a high frequency of 1 to 100 MHz is applied at a power density of 0.01 to 3 W/cm 2 to perform high frequency low pressure plasma treatment.
The process gas may be a mixed gas of an amino group-containing gas and a rare gas or inert gas (He, Ne, Ar, Kr, Xe, N 2 ).
これにより、アミノ基である-NH(2級アミノ基)や-NH2(1級アミノ基)がプラズマ化され、樹脂基材の表面に形成されたダングリングボンドと結合する。 As a result, the amino groups —NH (secondary amino group) and —NH 2 (primary amino group) are plasmatized and bonded to dangling bonds formed on the surface of the resin substrate.
ここで、S2における第1の官能基の形成は、例えば基材の材質や第1の官能基の種類などに鑑みて、S1におけるダングリングボンドの形成とともに行っても良いし、S1におけるダングリングボンドの形成の後に、S1とは別の工程として行っても良い。 Here, the formation of the first functional groups in S2 may be performed together with the formation of the dangling bonds in S1, or may be performed as a separate step from S1 after the formation of the dangling bonds in S1, in consideration of, for example, the material of the base material and the type of the first functional groups.
すなわち、真空チャンバ内にアミノ基含有ガスを供給しながら樹脂基材をプラズマエッチングすれば、ダングリングボンドの形成とともにアミノ基の形成が進行するので、S1の工程及びS2の工程が1つの工程として同時に進行する。 That is, if the resin substrate is plasma-etched while supplying the amino group-containing gas into the vacuum chamber, the formation of amino groups proceeds along with the formation of dangling bonds, so the steps S1 and S2 proceed simultaneously as one step.
一方、真空チャンバ内に例えばハロゲンガス等のアミノ基含有ガスとは別のプロセスガスを供給しながら樹脂基材をプラズマエッチングすれば、ダングリングボンドの形成後に、プロセスガスをハロゲンガスからアミノ基含有ガスに切り替えて、第1の官能基の形成することになり、S1の工程及びS2の工程が別工程として進行する。 On the other hand, if the resin substrate is plasma-etched while supplying a process gas other than the amino group-containing gas, such as a halogen gas, into the vacuum chamber, the process gas is switched from the halogen gas to the amino group-containing gas after the formation of the dangling bond to form the first functional groups, and the steps S1 and S2 proceed as separate steps.
次に、図3に示すように、第2基材(以下、銅基材ともいう)を上述したプラズマ処理装置によりプラズマ処理することにより、この銅基材の表面に所謂マイクロクラックを形成する(S3)。なお、ここでいうマイクロクラックは、微小アンカーから原子格子欠損までを含むものである。 Next, as shown in FIG. 3, the second base material (hereinafter also referred to as the copper base material) is plasma-treated by the above-described plasma processing apparatus to form so-called microcracks on the surface of the copper base material (S3). The term "microcracks" as used herein includes micro-anchors to atomic lattice defects.
具体的には、銅基材をプラズマエッチングすることで、表面に数nm~数百nm程度又はそれよりも小さい欠陥(微小アンカーから原子格子欠損までを含むマイクロクラック)を、官能基を結合させるための構造物として形成する。 Specifically, by plasma etching a copper base material, defects (microcracks including minute anchors to atomic lattice defects) on the surface of several nm to several hundred nm or smaller are formed as structures for binding functional groups.
次に、図3に示すように、微小構造物であるマイクロクラックに所望の官能基(以下、第2の官能基ともいう)を結合させる(S4)。
具体的には、上述したプロセスガスとして、第2の官能基に対応するガス種を選択して、真空チャンバ内に供給することで、第2の官能基がプラズマ化されてマイクロクラックに結合する。
Next, as shown in FIG. 3, desired functional groups (hereinafter also referred to as second functional groups) are bonded to the microcracks, which are microstructures (S4).
Specifically, by selecting a gas species corresponding to the second functional group as the process gas described above and supplying it into the vacuum chamber, the second functional group is plasmatized and bonded to the microcracks.
本実施形態では、銅基材の表面に-Hや-OH(ヒドロキシ基)を第2の官能基として形成するようにしており、プロセスガスとしては、水素ガスを含むものを用いており、例えば水素ガスそのものであっても良いし、水素ガスを希ガスや不活性ガスによって混合希釈したものであっても良い。 In this embodiment, —H or —OH (hydroxy group) is formed as a second functional group on the surface of the copper base material, and the process gas used includes hydrogen gas. For example, hydrogen gas itself may be used, or hydrogen gas may be mixed and diluted with a rare gas or an inert gas.
より詳細には、真空チャンバに1sccm以上の流量で水素ガスを供給し、プロセス圧力を1~1,000Paに維持する雰囲気のもと、1~100MHzの高周波を0.01~3W/cm2のパワー密度で印加して高周波減圧プラズマ処理する。
なお、プロセスガスとしては、水素ガスと希ガスや不活性ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xe、N2)との混合ガスであっても良い。
More specifically, hydrogen gas is supplied to the vacuum chamber at a flow rate of 1 sccm or more, and under an atmosphere in which the process pressure is maintained at 1 to 1,000 Pa, a high frequency of 1 to 100 MHz is applied at a power density of 0.01 to 3 W/cm 2 to perform high frequency low pressure plasma treatment.
The process gas may be a mixed gas of hydrogen gas and rare gas or inert gas (He, Ne, Ar, Kr, Xe, N 2 ).
これにより、-Hや-OHがプラズマ化され、銅基材の表面に形成されたマイクロクラックに結合する。 As a result, -H and -OH are plasmatized and bonded to microcracks formed on the surface of the copper substrate.
なお、S2における第1の官能基の形成と同様、S4における第2の官能基の形成は、例えば基材の材質や第2の官能基の種類などに鑑みて、S3におけるマイクロクラックの形成とともに行っても良いし、S3におけるマイクロクラックの形成の後に、S3とは別の工程として行われても良い。 As with the formation of the first functional group in S2, the formation of the second functional group in S4 may be performed together with the formation of the microcracks in S3, or may be performed as a separate step from S3 after the formation of the microcracks in S3, in consideration of, for example, the material of the substrate and the type of the second functional group.
すなわち、真空チャンバ内に例えば水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給しながら銅基材をプラズマエッチングすれば、マイクロクラックの形成とともに-Hや-OHの官能基形成が進行するので、S3の工程及びS4の工程が1つの工程として同時に進行する。 That is, if the copper substrate is plasma-etched while supplying a mixed gas of, for example, hydrogen gas and argon gas into the vacuum chamber, the formation of functional groups such as —H and —OH proceeds along with the formation of microcracks, so the steps S3 and S4 proceed simultaneously as one step.
一方、真空チャンバ内に例えばアルゴンガス等の水素ガスとは別のプロセスガスを供給しながら銅基材をプラズマ処理すれば、この銅基材にマイクロクラックを形成することができ、その後プロセスガスをアルゴンガスから水素ガス或いは水素ガスと希ガスや不活性ガスとの混合ガスに切り替えることで、第2の官能基を形成することができ、S3の工程及びS4の工程が別工程として進行する。 On the other hand, if the copper substrate is plasma-treated while supplying a process gas other than hydrogen gas, such as argon gas, into the vacuum chamber, microcracks can be formed in the copper substrate, and then the process gas can be switched from argon gas to hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and a rare gas or an inert gas to form a second functional group, and the steps S3 and S4 proceed as separate steps.
上述したS1~S4の工程により、第1の官能基及び第2の官能基は、それぞれ第1基材及び第2基材の表面から原子レベルから数十nm程度の厚みで形成される。 Through the steps S1 to S4 described above, the first functional group and the second functional group are formed from the surfaces of the first and second substrates, respectively, with a thickness ranging from the atomic level to several tens of nanometers.
なお、この実施形態では、第1基材である樹脂基材に第1の官能基を形成した後、第2基材である銅基材に第2の官能基を形成しているが、これらの工程の順序は逆であっても良いし、複数のプラズマ処理装置を用いて同時に行っても良い。 In this embodiment, the first functional group is formed on the resin base material, which is the first base material, and then the second functional group is formed on the copper base material, which is the second base material.
そして、図3に示すように、第1基材たる樹脂基材の第1の官能基が形成された表面と、第2基材たる銅基材の第2の官能基が形成された表面とを対向させ、第1基材及び第2基材を密接させる(S5)。 Then, as shown in FIG. 3, the surface of the resin base, which is the first base, on which the first functional group is formed faces the surface of the copper base, which is the second base, on which the second functional group is formed, and the first base and the second base are brought into close contact (S5).
この密接工程は、第1基材の表面と第2基材の表面とを可及的にフラットにして近づけるべく、第1基材及び第2基材に荷重を与える工程であり、具体的には、これらの表面を例えば数nm程度に近づけるために加圧している。
なお、第1基材の表面と第2基材の表面とを密接させる方法としては、加圧に限らず、真空引き等を利用した方法など、適宜変更して構わない。
This close contact step is a step of applying a load to the first substrate and the second substrate in order to make the surface of the first substrate and the surface of the second substrate as flat as possible and bring them close together.
The method for bringing the surface of the first base material and the surface of the second base material into close contact is not limited to pressurization, and may be appropriately changed to a method using vacuum drawing or the like.
本実施形態では、この密接工程において、樹脂基材及び銅基材を加熱しており、具体的には第1基材及び第2基材に加える荷重を0.5kg/cm2とし、加熱温度を100℃としている。 In the present embodiment, the resin base material and the copper base material are heated in the intimate contact step. Specifically, the load applied to the first base material and the second base material is 0.5 kg/cm 2 and the heating temperature is 100°C.
このようにして、第1基材の表面と第2基材の表面とが可及的にフラットになり、例えば数nm程度に近づくと、第1の官能基及び第2の官能基の間には互いに引き合う力が生じ、その結果、第1基材及び第2基材は、第1の官能基及び第2の官能基の間に生じる水素結合や分子結合によって接着される。 In this way, when the surface of the first base material and the surface of the second base material are flattened as much as possible, for example, when they are close to several nanometers, an attractive force is generated between the first functional group and the second functional group.
<接着構造>
このように接着された第1基材の表面、及び、第2基材の表面の間には、接着剤が介在しておらず、言い換えればこれらの表面の間には、第1基材及び第2基材とは異種の有機材が介在していない。
<Adhesion structure>
No adhesive is interposed between the surface of the first base material and the surface of the second base material that are bonded in this way, in other words, no organic material different from the first base material and the second base material is interposed between these surfaces.
そして、第1基材の表面、及び、第2基材の表面が接着してなる接着構造は、図4に示すように、第1基材の表面に存在する官能基の少なくとも一部と、第2基材の表面に存在する官能基の少なくとも一部とが、互いに反応することなく結合されていることを特徴とする。 Then, as shown in FIG. 4, the adhesive structure formed by bonding the surface of the first base material and the surface of the second base material is characterized in that at least part of the functional groups present on the surface of the first base material and at least part of the functional groups present on the surface of the second base material are bonded without reacting with each other.
具体的には、図4(a)に示す例では、第1基材及び第2基材の一方の表面に存在する末端官能基と、第1基材及び第2基材の一方の表面に存在する-Hとの間に、これらの極性が異なることにより引き付けあう力が生じ、この力により、第1基材及び第2基材の表面に存在する官能基の少なくとも一部が、水素結合により結合されている。 Specifically, in the example shown in FIG. 4(a), between the terminal functional group present on one surface of the first substrate and the second substrate and —H present on one surface of the first substrate and the second substrate, an attractive force is generated due to the different polarities of these, and by this force, at least part of the functional groups present on the surfaces of the first substrate and the second substrate are bonded by hydrogen bonding.
また、図4(b)に示す例では、分子内の電子の偏りにより発生した極性によって引き付けあう力が生じ、この力により第1基材及び第2基材の表面に存在する官能基が、分子間力(ファンデルワールス力)により結合がされている。 In the example shown in FIG. 4(b), an attractive force is generated by the polarity generated by the bias of electrons in the molecule, and this force causes the functional groups present on the surfaces of the first and second substrates to be bonded by intermolecular force (van der Waals force).
図5及び図6に示すスペクトルは、本実施形態の接着構造をX線解析した結果であり、具体的には、分子間結合を確認するべく、接着した樹脂基材(第1基材)及び銅基材(第2基材)を剥離して、銅基材の表面をXPSなどにより解析した結果である。
より詳細には、C1sピークを確認することで有機物の存在を確認するべく、銅基材の表面(測定面)を2nmずつエッチングしながら測定した。
なお、銅基材の表面を解析する理由は、銅基材よりも樹脂基材の破壊強度の方が弱く、樹脂基材を解析しても樹脂基材由来の元素や結合が解析されるだけであるが、銅基材には剥離された樹脂基材の極表面が残り、両基材やこれらの間の結合を解析できるからである。
The spectra shown in FIGS. 5 and 6 are the results of X-ray analysis of the adhesive structure of the present embodiment. Specifically, in order to confirm intermolecular bonding, the adhered resin base material (first base material) and copper base material (second base material) are peeled off, and the surface of the copper base material is analyzed by XPS or the like.
More specifically, in order to confirm the presence of organic matter by confirming the C1s peak, the measurement was performed while etching the surface (measurement surface) of the copper substrate by 2 nm at a time.
The reason for analyzing the surface of the copper base material is that the fracture strength of the resin base material is weaker than that of the copper base material, and even if the resin base material is analyzed, only the elements and bonds derived from the resin base material are analyzed.
まず、図6(a)に示すように、エッチング深さ0nm(エッチング前)では、C-F2結合の構成比が100%であり、樹脂のピークが確認された。
また、図6(d)に示すように、エッチング深さ6nmでは、C1sのピークが存在せず、有機物(樹脂)は確認されずに銅基材の内部に到達していることが分かる。
First, as shown in FIG. 6A, at an etching depth of 0 nm (before etching), the composition ratio of C—F2 bonds was 100%, and a resin peak was confirmed.
Moreover, as shown in FIG. 6(d), at an etching depth of 6 nm, there is no C1s peak, indicating that the organic substance (resin) reaches the inside of the copper substrate without being confirmed.
これに対して、図6(b)及び図6(c)に示すように、エッチング深さ2nm、4nmでは、第1の官能基であるアミノ基(-NHx)の存在を示すC-N結合由来のピークが確認された。
このことは、第1の官能基であるアミノ基(-NHx)や、第2の官能基であるヒドロキシ基(-OH)が、互いに反応することなく、接着構造に含まれていることの証左である。
On the other hand, as shown in FIGS. 6(b) and 6(c), at etching depths of 2 nm and 4 nm, peaks derived from C—N bonds indicating the presence of amino groups (—NHx), which are the first functional groups, were confirmed.
This proves that the amino group (--NHx), which is the first functional group, and the hydroxy group (--OH), which is the second functional group, are included in the adhesive structure without reacting with each other.
そして、本実施形態の接着構造によれば、下記の表1に示すように、従来の接着構造に比べて密着性を大幅に向上できていることが分かる。
このように、本実施形態に係る接着構造及び接着方法によれば、従来に比べて強固な接着力を得ることができ、難接着性の基材である例えばPTFE、PFA、FEP、PI等の樹脂製の基材であっても、接着剤を用いることなく、別の基材に強固に接着させることができる。 As described above, according to the bonding structure and the bonding method according to the present embodiment, it is possible to obtain stronger bonding strength than in the past, and it is possible to strongly bond even a difficult-to-bond substrate made of resin such as PTFE, PFA, FEP, or PI to another substrate without using an adhesive.
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments.
例えば、前記実施形態では、銅基材の表面に-Hを形成していたが、-NHx(アミノ基)、-COH(アルデヒド基)、-COOH(カルボキシ基)、-OH(ヒドロキシ基)、-F、-CFxからなる群から選択された一つ以上の官能基を銅基材の表面に形成しても良い。なお、xは1以上の自然数である(以下同じ)。 For example, in the above embodiment, —H was formed on the surface of the copper substrate, but one or more functional groups selected from the group consisting of —NHx (amino group), —COH (aldehyde group), —COOH (carboxy group), —OH (hydroxy group), —F, and —CFx may be formed on the surface of the copper substrate. Note that x is a natural number of 1 or more (same below).
また、前記実施形態では、樹脂基材と銅基材とを接着する場合について説明したが、同種の基材、例えば2枚の銅基材同士や2枚の樹脂基材同士を接着しても良い。
例えば2枚の樹脂基材同士を接着させる場合、図7に示すように、一方の基材の表面にアミノ基を形成し、他方の基材の表面に-H、-NHx(アミノ基)、-COH(アルデヒド基)、-COOH(カルボキシ基)、-OH(ヒドロキシ基)、-F、-CFxからなる群から選択された一つ以上の官能基を形成すれば良い。
Further, in the above embodiment, the case of bonding the resin base material and the copper base material is described, but the same kind of base material, for example, two copper base materials or two resin base materials may be bonded together.
For example, when bonding two resin base materials together, as shown in FIG. 7, amino groups are formed on the surface of one base material, and one or more functional groups selected from the group consisting of -H, -NHx (amino group), -COH (aldehyde group), -COOH (carboxy group), -OH (hydroxy group), -F, and -CFx are formed on the surface of the other base material.
加えて、前記実施形態では第2基材として、銅基材について説明したが、アルミニウム基材や鉄鋼基材などであっても良い。
この場合、アルミニウム基材や鉄鋼基材の表面に-H、-NHx(アミノ基)、-COH(アルデヒド基)、-COOH(カルボキシ基)、-OH(ヒドロキシ基)、-F(フルオロ基)、-CFxからなる群から選択された一つ以上の官能基を形成すれば良い。
In addition, although the copper base material was described as the second base material in the above embodiment, an aluminum base material, a steel base material, or the like may be used.
In this case, one or more functional groups selected from the group consisting of —H, —NHx (amino group), —COH (aldehyde group), —COOH (carboxy group), —OH (hydroxy group), —F (fluoro group), and —CFx may be formed on the surface of the aluminum or steel substrate.
さらに加えて、第1基材及び第2基材との組み合わせとしては、フッ素樹脂、COP、LCP、PI、PET、エンジニアリングプラスチック、鉄、銅、アルミからなる群から選択された同種又は異種の基材とすることができる。 In addition, the combination of the first base material and the second base material may be the same or different base material selected from the group consisting of fluororesin, COP, LCP, PI, PET, engineering plastics, iron, copper, and aluminum.
そのうえ、前記実施形態では2枚の基材を接着させる場合について説明したが、異種又は同種の3枚以上の基材を接着させる場合に、本発明に係る接着構造や接着方法を適用しても良い。 Moreover, in the above embodiment, the case of bonding two substrates was described, but the bonding structure and bonding method according to the present invention may be applied when bonding three or more substrates of the same type or different types.
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。 In addition, various modifications and combinations of the embodiments may be made as long as they do not contradict the gist of the present invention.
X ・・・プラズマ処理装置
P ・・・プラズマ
1 ・・・真空チャンバ
2 ・・・下部電極
3 ・・・上部電極
4 ・・・高周波電源
X...Plasma processing apparatus P...Plasma 1...Vacuum chamber 2...Lower electrode 3...Upper electrode 4...High frequency power supply
Claims (3)
前記第1基材が、PTFE、PFA、FEP、又は、LCPの難接着性樹脂のうちの少なくとも1つからなるものであり、
前記第1基材の表面に形成されたダングリングボンドに結合した官能基が存在しており、
前記第2基材の表面に形成されたダングリングボンド又はマイクロクラックに結合した官能基が存在しており、
前記第1基材の表面に存在する前記官能基が、-NHxを含み、
前記第2基材の表面に存在する前記官能基が、-H、-NHx、-COH、-COOH、-OH、-F、-CFxの少なくとも一つであり、
前記第1基材の表面に存在する官能基と前記第2基材の表面に存在する官能基との少なくとも一部が、互いに反応することなく結合されており、接着性を向上させるための改質剤が前記第1基材及び前記第2基材に含まれていないことを特徴とする接着構造。 An adhesive structure comprising a surface of a first substrate and a surface of a second substrate bonded to the surface of the first substrate,
The first base material is made of at least one of PTFE, PFA, FEP, or LCP difficult-to-adhere resins ,
There is a functional group bonded to the dangling bond formed on the surface of the first base material,
There are functional groups bonded to dangling bonds or microcracks formed on the surface of the second substrate,
the functional group present on the surface of the first substrate includes —NHx,
the functional group present on the surface of the second substrate is at least one of —H, —NHx, —COH, —COOH, —OH, —F, and —CFx;
At least part of the functional groups present on the surface of the first substrate and the functional groups present on the surface of the second substrate are bonded without reacting with each other, and the adhesive structure is characterized in that the first substrate and the second substrate do not contain a modifier for improving adhesion.
前記第1基材とは別の第2基材の表面にプラズマ処理によりダングリングボンド又はマイクロクラックを形成し、前記ダングリングボンド又は前記マイクロクラックに官能基を結合させ、
前記第1基材の表面に存在する前記官能基が、-NHxを含み、
前記第2基材の表面に存在する前記官能基が、-H、-NHx、-COH、-COOH、-OH、-F、-CFxの少なくとも一つであり、
前記第1基材の表面に存在する官能基と前記第2基材の表面に存在する官能基との少なくとも一部を、接着性を向上させるための改質剤を用いることなく、且つ、互いに反応させることなく結合させることを特徴とする接着方法。 Forming dangling bonds on the surface of a first substrate made of at least one of PTFE, PFA, FEP, or LCP difficult-to-adhesive resins by plasma treatment, binding functional groups to the dangling bonds,
Forming dangling bonds or microcracks by plasma treatment on the surface of a second substrate different from the first substrate, bonding a functional group to the dangling bonds or the microcracks,
the functional group present on the surface of the first substrate includes —NHx,
the functional group present on the surface of the second substrate is at least one of —H, —NHx, —COH, —COOH, —OH, —F, and —CFx;
At least part of the functional groups present on the surface of the first substrate and the functional groups present on the surface of the second substrate are bonded without using a modifier for improving adhesiveness and without reacting with each other.
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