接合高分子薄膜與高分子薄膜的方法、接合高分子薄膜與無機材料基板的方法、高分子薄 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種不使用有機系粘接劑、而是在低溫下以低成本將高分子薄膜牢固地接合在其他高分子薄膜或玻璃基板上的方法。一種接合高分子薄膜的方法，其中，該方法包括以下步驟：在第一高分子薄膜上的局部或整個第一高分子薄膜上形成第一無機材料層的步驟(S1)；在第二高分子薄膜上的局部或整個第二高分子薄膜上形成第二無機材料層的步驟(S3)；通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第一無機材料層的表面來對第一無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟(S2)；通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第二無機材料層的表面來對第二無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟(S4)；以及使表面活性化處理后的第一無機材料層的表面抵接于表面活性化處理后的第二無機材料層的表面來接合第一高分子薄膜與第二高分子薄膜的步驟(S5)。
【專利說明】接合高分子薄膜與高分子薄膜的方法、接合高分子薄膜與無機材料基板的方法、高分子薄膜層疊體及高分子薄膜與無機材料基板的層疊體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不使用有機系粘接劑來接合高分子薄膜的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]在電子設(shè)備領(lǐng)域中，薄型大面積的電子器件的開發(fā)正在進行。例如，在使用有機EL元件的平面顯示器中，一般采用有機EL元件被夾持配置在兩片玻璃等無機材料基板之間的構(gòu)造。在該情況下，這兩片基板在外周部使用所謂的玻璃(frit)材料來緊密接合，從而有機EL元件被密封而與外部環(huán)境隔離，并受到保護而不會接觸到造成不良影響的氧、水分坐寸。
[0003]近年來，薄型大面積的電子器件進一步要求撓性化。為了順應(yīng)該要求，作為器件的基板，提倡使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等高分子薄膜作為基板。
[0004]但是，為了將上述玻璃材料進行接合而需要進行激光照射，因此不適合于熔點較低的高分子薄膜的密封材料。再者，玻璃材料缺乏彈性，不適合于撓性顯示器等電子設(shè)備。
[0005]另一方面，為了在低溫下對高分子薄膜進行接合并層疊，開發(fā)有使用了有機系粘接劑的技術(shù)(專利文獻1)。但是，難以與電子器件的安裝相配合地使所涂布的有機系粘接劑細(xì)微地圖案化，因此利用了有機系粘接劑的接合方法并不適合于接合界面的構(gòu)造日益細(xì)微化的電子器件的安裝。再者，在真空等特殊環(huán)境下，隨著時間的推移，有機溶劑會自最終產(chǎn)品的粘接劑層蒸發(fā)等而逐漸脫離，因此有時會造成接合部的機械強度降低。
[0006]另外，不僅高分子薄膜彼此的接合使用了有機材料作為粘接劑，例如高分子薄膜接合于玻璃基板的智能手機等的觸摸面板也使用了有機材料作為粘接劑。但是，面板越大型化，有機系粘接劑產(chǎn)生氣泡等缺陷的機率越上升，成品率越降低，因此導(dǎo)致最終成本提聞。
_7] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2008-150550


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的問題
[0011]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不使用有機系粘接劑、而是在低溫下以低成本將高分子薄膜牢固地接合在其他高分子薄膜或無機材料基板上的方法。
[0012]用于解決問題的方案
[0013]為了解決上述技術(shù)課題，本發(fā)明的接合多個高分子薄膜的方法包括以下步驟:在第一高分子薄膜上的局部或整個第一高分子薄膜上形成第一無機材料層的步驟；在第二高分子薄膜上的局部或整個第二高分子薄膜上形成第二無機材料層的步驟；通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第一無機材料層的表面來對第一無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟；通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第二無機材料層的表面來對第二無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟；以及使表面活性化處理后的第一無機材料層的表面抵接于表面活性化處理后的第二無機材料層的表面來接合第一高分子薄膜與第二高分子薄膜的步驟。根據(jù)本發(fā)明，對于從具有細(xì)微圖案的接合部到大面積的接合部的各種形狀的接合部，能夠不使用有機系粘接劑、而是在低溫下牢固且低成本地接合高分子薄膜。
[0014]本發(fā)明的接合方法設(shè)為，形成在第一高分子薄膜上的第一無機材料層與形成在第二高分子薄膜上的第二無機材料層分別使用濺射法形成。由此，能夠相對于高分子薄膜形成粘接力較強的無機材料層。
[0015]本發(fā)明的接合方法設(shè)為，第一高分子薄膜與第二高分子薄膜是以聚酰亞胺樹脂、或選自由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)組成的組的聚酯樹脂為主要成分形成的。據(jù)此，能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于撓性且通用性較高的應(yīng)用范圍內(nèi)。
[0016]本發(fā)明的接合方法設(shè)為，第一高分子薄膜與第二高分子薄膜由不同的材料形成。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)各種高分子薄膜的層疊構(gòu)造。
[0017]本發(fā)明的接合方法設(shè)為，第一無機材料層與第二無機材料層是以選自由銅(Cu)、鋁(A1)及鐵(Fe)組成的組的金屬或這些金屬的合金為主要成分形成的。通過無機材料層采用金屬，能夠提供粘接強度較高、且柔軟性較高的高分子材料的層疊體。
[0018]本發(fā)明的接合方法設(shè)為，第一無機材料層與第二無機材料層是以硅(Si)為主要成分形成的。由此，通過使用在半導(dǎo)體工序中頻繁使用的材料，能夠容易地調(diào)節(jié)表面處理的處理。
[0019]本發(fā)明的接合方法設(shè)為，第一無機材料層與第二無機材料層是以硅(Si)為主要成分形成的，并含有鐵。由此，能夠提供能夠牢固地結(jié)合、且在一般的半導(dǎo)體零件制造工序中能夠容易地進行使用的高分子薄膜的層疊體。
[0020]本發(fā)明的接合方法設(shè)為，第一無機材料層與第二無機材料層由多種材料的層構(gòu)成。由此，能夠形成與高分子薄膜之間的接合強度較高、并且與其他無機材料層之間的接合強度較高的無機材料層。
[0021]本發(fā)明的接合方法設(shè)為，表面活性化處理是通過使具有0.1keV至2keV的動能的氬(Ar)粒子撞擊第一無機材料層的表面和第二無機材料層的表面來進行的。由此，能夠提供接合強度較高的高分子薄膜的層疊體。
[0022]本發(fā)明的接合方法還包括以下步驟:在形成第一無機材料層之前、以第一高分子薄膜的熔點以下或熱分解溫度以下的溫度對第一高分子薄膜進行加熱的步驟；以及在形成第二無機材料層之前、以第二高分子薄膜的熔點以下或熱分解溫度以下的溫度對第二高分子薄膜進行加熱的步驟。由此，能夠減少高分子薄膜所含有的水量，提高接合工藝中的真空度，縮短工藝整體所需的時間，并且能夠促進表面活性化處理中的表面的活性化。
[0023]本發(fā)明的接合方法設(shè)為，在表面活性化處理后的第一無機材料層的表面抵接于表面活性化處理后的第二無機材料層的表面時，沿與第一高分子薄膜和第二高分子薄膜之間的接合界面垂直的方向施加5MPa以上的壓力。由此，能夠增大表面活性化后的無機材料層彼此的實質(zhì)的接觸面積，提高接合強度。
[0024]本發(fā)明的接合高分子薄膜的方法包括以下步驟:從第一供給輥供給帶狀的第一高分子薄膜的步驟；從第二供給輥供給帶狀的第二高分子薄膜的步驟；在從第一供給輥供給的第一高分子薄膜的局部或整個該第一高分子薄膜上形成第一無機材料層的步驟；在從第二供給輥供給的第二高分子薄膜的局部或整個該第二高分子薄膜上形成第二無機材料層的步驟；通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第一無機材料層的表面來對第一無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟；通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第二無機材料層的表面來對第二無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟；利用接合輥使表面活性化處理后的第一無機材料層的表面接觸表面活性化處理后的第二無機材料層的表面來接合第一高分子薄膜與第二高分子薄膜的步驟；以及將通過第一高分子薄膜與第二高分子薄膜的接合而形成的層疊高分子薄膜卷繞于卷取輥的步驟。由此，能夠高效且不使用有機系粘接劑地制造出高分子薄膜的層疊體。
[0025]本發(fā)明的將高分子薄膜接合于無機材料基板的方法包括以下步驟:在高分子薄膜上的局部或整個高分子薄膜上形成第一無機材料層的步驟；在無機材料基板上的局部或整個無機材料基板上形成第二無機材料層的步驟；通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第一無機材料層的表面來對第一無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟；通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第二無機材料層的表面來對第二無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟；以及使表面活性化處理后的第一無機材料層的表面抵接于表面活性化處理后的第二無機材料層的表面來接合高分子薄膜與無機材料基板的步驟。根據(jù)本發(fā)明，能夠不使用有機系粘接劑、而是在低溫下將高分子薄膜牢固地接合在無機材料基板上。
[0026]本發(fā)明的高分子薄膜層疊體包括:第一高分子薄膜；第二高分子薄膜；以及無機材料層，其配置于第一高分子薄膜與第二高分子薄膜之間的局部或全部，并粘接第一高分子薄膜與第二高分子薄膜。由此，能夠在廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)提供不使用有機系粘接材料并且具有較高的抗拉強度的高分子薄膜的層疊體。
[0027]本發(fā)明的高分子薄膜層疊體設(shè)為，第一高分子薄膜與第二高分子薄膜是以聚酰亞胺樹脂或聚酯樹脂為主要成分形成的。由此，能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于使用了聚酰亞胺樹脂系的高分子薄膜或聚酯樹脂系的高分子薄膜等大范圍的撓性材料的應(yīng)用范圍內(nèi)。
[0028]本發(fā)明的高分子薄膜層疊體設(shè)為，第一無機材料層與第二無機材料層是以選自由銅(Cu)、鋁(A1)及鐵(Fe)組成的組的金屬或這些金屬的合金為主要成分形成的。這樣，通過無機材料層采用金屬，能夠提供粘接強度較高、且柔軟性較高的高分子材料的層疊體。
[0029]本發(fā)明的高分子薄膜層疊體設(shè)為，第一無機材料層與第二無機材料層是以硅(Si)為主要成分形成的。由此，通過使用在半導(dǎo)體工序中頻繁使用的材料，能夠容易地調(diào)節(jié)表面處理的處理。
[0030]本發(fā)明的高分子薄膜層疊體設(shè)為，第一無機材料層與第二無機材料層是以硅(Si)為主要成分形成的，并含有鐵。由此，能夠提供能夠牢固地結(jié)合、且在一般的半導(dǎo)體零件制造工序中能夠容易地進行使用的高分子薄膜的層疊體。
[0031 ]本發(fā)明的高分子薄膜層疊體設(shè)為，第一無機材料層與第二無機材料層由多種材料的層構(gòu)成。由此，能夠形成與高分子薄膜之間的接合強度較高、并且與其他無機材料層之間的接合強度較高的無機材料層。
[0032]本發(fā)明的高分子薄膜層疊體包括:高分子薄膜；無機材料基板；以及無機材料的粘接層，其配置于高分子薄膜與無機材料基板之間的局部或全部，并粘接高分子薄膜與無機材料基板。由此，能夠在廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)提供不含有機系粘接材料且具有較高的抗拉強度的高分子薄膜與無機材料基板的層疊體。
[0033]發(fā)明的效果
[0034]根據(jù)本發(fā)明，能夠不使用有機系粘接劑、而是在低溫下牢固地接合高分子薄膜。另夕卜，由于未使用有機系粘接劑，因此能夠使用于從具有細(xì)微圖案的區(qū)域直到大面積形成各種形狀的接合界面的用途。另外，由于未經(jīng)過高溫下的加熱工序，因此能夠以低成本提供不會失去高分子薄膜原有的特性的層疊體。而且，由于未使用有機系粘接劑，因此能夠提供即使在真空中等特殊的空間內(nèi)、接合強度也不會降低的高分子薄膜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是表示第一實施方式的接合方法的流程圖。
[0036]圖2是概略表示進行第一實施方式的接合方法的裝置結(jié)構(gòu)的圖。
[0037]圖3是表示第一實施方式的接合方法的各個工序的概略剖視圖。
[0038]圖4是表示線型高速原子束源的立體圖。
[0039]圖5是表示接合區(qū)域的立體圖。
[0040]圖6是表示接合區(qū)域的立體圖。
[0041]圖7是表示接合區(qū)域的立體圖。
[0042]圖8是表示接合區(qū)域的立體圖。
[0043]圖9是概略表示實施第二實施方式的接合方法的裝置結(jié)構(gòu)的一例的圖。

【具體實施方式】
[0044]以下，參照附加的【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0045]< 1.第一實施方式>
[0046]圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的接合兩片高分子薄膜的方法的流程圖。
[0047]在工序S1中，在第一高分子薄膜上形成第一無機材料層。之后，在工序S2中，對形成在第一高分子薄膜上的第一無機材料層的表面進行表面活性化處理。同樣地，在第二高分子薄膜上形成第二無機材料層(工序S3)，之后，對第二無機材料層的表面進行表面活性化處理(工序S4)。在工序S2與工序S4之后，在工序S5中，使進行了表面活性化處理后的第一無機材料層的表面與第二無機材料層的表面以互相對合的方式抵接。進行了表面活性化處理后的無機材料層的表面處于活性化的狀態(tài)，因此通過互相抵接，即使不經(jīng)過高溫下的加熱工序，也能夠形成具有足夠的接合強度的接合界面。以下，參照示意性表示用于實施本發(fā)明的裝置的圖2和表示各個工序中的生成物的概略截面的圖3，說明各個工序。
[0048]< 1.1高分子薄膜上的無機材料層的形成>
[0049]工序S1和工序S3中的無機材料層在高分子薄膜上的形成能夠通過各種方法來進行，但是優(yōu)選的是，通過利用濺射使預(yù)定的無機材料堆積在高分子薄膜上來進行。
[0050]在該情況下，如圖2的(a)所示，在接合裝置1的真空室2內(nèi)，配置有在其表面上形成有無機材料層的高分子薄膜F1、F2和由無機材料構(gòu)成的濺射靶3。優(yōu)選的是構(gòu)成為，通過從粒子束源4向濺射靶3照射粒子束5，從而上述無機材料的原子或團簇7朝向高分子薄膜F1或F2上放射。
[0051]在圖2中，第一高分子薄膜F1與第二高分子薄膜F2由能夠移動的支承體6來支承。由此，使高分子薄膜在無機材料層的形成中和表面活性化處理中相對于濺射靶或粒子束源相對移動，能夠形成均勻厚度的無機材料層或以均勻的條件對無機材料層進行表面活性化處理。另外，在第一無機材料層在第一高分子薄膜F1上的形成完成之后，使支承體6移動并將第二高分子薄膜F2配置在預(yù)定的位置，使用相同的濺射靶3與粒子束源4，能夠在第二高分子薄膜F2上形成第二無機材料層12(圖2的(b)、圖3的(a)及圖3的(c))。
[0052]作為形成上述濺射靶的材料，采用鋁(A1)、銅(Cu)、鐵(Fe)或這些金屬的合金等，從而能夠形成以鋁(A1)、銅(Cu)、鐵(Fe)或這些金屬的合金等金屬為主要成分的無機材料層。作為形成無機材料層的材料，并不限于上述金屬。例如，也可以采用鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、金(Au)、鉬(Pt)等過渡金屬、含有錫(Sn)、銀(Ag)的焊料合金等。
[0053]另外，作為形成濺射靶的材料，采用硅(Si)等其他非金屬材料，從而能夠形成以硅(Si)等其他非金屬材料為主要成分的無機材料層。作為非金屬材料，也能夠采用除硅(Si)以外的材料。例如，能夠采用氧化硅(Si02)、氧化鋁(A1203)等或含有這些材料的氧化物、氮化硅(SiN)、氮化鋁(A1N)、氮化鈦(TiN)等或含有這些材料的氮化物、碳化硅(SiC)、碳化鈦(TiC)等或含有這些材料的碳化物、或者含有上述氧化物、氮化物或碳化物的無機材料的復(fù)合材料等。
[0054]此外，上述無機材料層中，也可以形成層疊了多層上述無機材料層中的同種物質(zhì)層而成的材料層、或?qū)盈B了多層多種物質(zhì)層而成的材料層作為本發(fā)明的無機材料層。
[0055]在以非金屬材料為主要成分形成無機材料層的情況下，優(yōu)選的是，將預(yù)定量的金屬混合在無機材料層中。例如，在以硅(Si)為主要成分形成無機材料層的情況下，優(yōu)選的是，將鐵等過渡金屬以存在小于1原子層的比例的方式混合于無機材料層的表面。由此，能夠提高接合強度。
[0056]無機材料層既可以形成在全部高分子薄膜上，也可以形成于高分子薄膜上的局部。例如，為了利用兩片高分子薄膜夾住預(yù)定的器件并進行密封，優(yōu)選的是僅在有助于接合的高分子薄膜的外周部形成無機材料層。另外，應(yīng)用半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】中的細(xì)微構(gòu)造制作技術(shù)，也能夠?qū)⒕哂屑?xì)微圖案的無機材料層形成在高分子薄膜上。
[0057]<無機材料層的表面活性化處理>
[0058]在工序S2和工序S4中的無機材料層的表面活性化處理中，能夠通過各種方法來進行，但是優(yōu)選的是，從粒子束源4放射具有預(yù)定的動能的粒子(粒子束5)，并使該粒子撞擊無機材料層的表面。
[0059]在進行表面活性化處理時，如圖2的(b)所示，在高分子薄膜F1及F2上形成了無機材料層II及12之后(圖3的(a)和圖3的(c))，使粒子束源4繞旋轉(zhuǎn)軸4A轉(zhuǎn)動，以朝向高分子薄膜F1及F2的方式改變粒子束源4的姿勢。然后，從粒子束源4朝向無機材料層II及12的表面放射具有預(yù)定的動能的粒子(粒子束5)。通過該表面活性化處理，無機材料層II及12的表面A1(圖3的(b))和表面A2(圖3的(d))成為表面能量較高的狀態(tài)。
[0060]在圖2的(a)和(b)所示的裝置結(jié)構(gòu)中，第一高分子薄膜F1與第二高分子薄膜F2由能夠移動的支承體6來支承。由此，能夠在形成在第一高分子薄膜F1上的第一無機材料層II的表面活性化處理完成之后，使支承體6移動并將第二高分子薄膜F2配置在預(yù)定的位置，使用相同的粒子束源4，對形成在第二高分子薄膜F2上的第二無機材料層12實施表面活性化處理。
[0061 ] 在上述說明中，在進行了工序S1與工序S3之后，進行了工序S2與工序S4，但是工序S1到工序S4的順序并不限于此。只要在工序S1之后進行工序S2、在工序S3之后進行工序S4、在工序S2和工序S4之后進行工序S5，就能夠適當(dāng)?shù)馗淖児ば騍1到工序S4的時間順序。例如，也能夠在進行了工序S1與工序S2之后進行工序S3與工序S4，之后進行工序S5。
[0062]<粒子束源>
[0063]如上所述，通過利用相同的粒子束源構(gòu)成濺射所使用的粒子束源與表面活性化處理所使用的粒子束源，能夠簡化裝置結(jié)構(gòu)。另外，僅靠使粒子束源轉(zhuǎn)動，就能夠從無機材料層的形成處理切換為表面活性化處理，因此能夠縮短工序之間的所需時間。(圖2的(a)和圖2的(b))
[0064]作為粒子束源4，能夠采用如圖4所示的線型的粒子束源。線型的粒子束源具有線型(線狀)的粒子束放射口 4B，能夠從該放射口 4B呈線型(線狀)放射粒子束。優(yōu)選的是，放射口 4B的長度大于相對于粒子束源相對移動的高分子薄膜的放射口延伸的方向的最大尺寸。
[0065]從線型的粒子束源放射出的粒子束在表面活性化處理中的某個時間點照射無機材料層的表面上的線狀的區(qū)域。然后，從線型的粒子束源朝向形成有無機材料層的高分子薄膜放射粒子束，并且使粒子束源沿與放射口延伸的方向垂直的方向進行掃描。其結(jié)果，線狀的粒子束的照射區(qū)域通過接合的無機材料層的所有區(qū)域。若線型的粒子束源在高分子薄膜上完全通過，則通過對高分子薄膜上的無機材料層照射粒子束而完成表面活性化處理。
[0066]使線型的粒子束源進行掃描的方法適合于對面積比較大的薄膜表面比較均勻地照射粒子束的用途。另外，線型的粒子束源能夠與表面活性化的對象的各種表面形狀相對應(yīng)地比較均勻地照射粒子束。
[0067]若對高分子薄膜等導(dǎo)電性較低的材料照射離子等具有電荷的粒子，則電荷蓄積于導(dǎo)電性較低的高分子薄膜。蓄積于該高分子薄膜的電荷使照射到高分子薄膜的離子減速，因此無法對高分子薄膜進行期望的表面活性化處理。因而，優(yōu)選的是，通過使暫時被加速的離子通過電子云等來使離子的一部分或全部中性化。中性化后的離子成為中性原子，幾乎不會失去動能，而撞擊高分子薄膜。作為粒子束源，優(yōu)選的是采用在內(nèi)部具有這種中性化的機構(gòu)(中和器)而構(gòu)成的高速原子束源等(未圖示)。在以下所示的實施例中，高速原子束源具有中和器，該中和器是為了粒子束的中性化而使用的。
[0068]另外，優(yōu)選的是，濺射靶形成為向與線型粒子束源的放射口相同方向延伸并且具有與放射口對應(yīng)的長度的線型，構(gòu)成為能夠相對于高分子薄膜相對移動(未圖示)。通過線型濺射靶，能夠呈線型(線狀)放射出無機材料的原子或團簇。
[0069]因而，通過是線型粒子束源與線型濺射靶以保持著彼此的相對空間位置關(guān)系的狀態(tài)、即一體地相對于高分子薄膜相對地進行掃描，能夠在面積比較大的薄膜的表面上堆積期望的厚度的無機材料。無機材料的堆積厚度或堆積速度能夠利用粒子束從線型粒子束源放射出的放射特性、以及線型粒子束源與線型濺射靶的相對于高分子薄膜的相對掃描速度、掃描次數(shù)來進行控制。
[0070]<表面活性化處理后的無機材料層的接合>
[0071]在使用粒子束源進行無機材料層的表面活性化處理的情況下，優(yōu)選的是，不破壞真空地進行從無機材料層的表面活性化處理S2及S4直到使表面活性化處理后的無機材料層II及12的表面A1及A2互相抵接的工序。特別優(yōu)選的是，工藝開始前的真空度達到lX10_5Pa(帕斯卡)以下的壓力。該真空度對于粒子束源的驅(qū)動而言是必須的，并且減少存在于殘存氣氛中的氧、水或污染粒子等的附著，僅通過使表面活性化處理后的無機材料層抵接，就能夠形成具有足夠的接合強度的接合界面。
[0072]例如，如圖2的(c)所示，支承體6也可以構(gòu)成為借助設(shè)置于支承高分子薄膜F1與F2的部位之間的旋轉(zhuǎn)軸6A進行折疊。由此，如圖2的(d)所示，能夠使用簡單的結(jié)構(gòu)使高分子薄膜F1與F2被表面活性化處理后的無機材料層II與12的表面A1和A2大致全部抵接，能夠容易地形成無機材料層II與12的接合界面(圖3的(e))。
[0073]在本發(fā)明的高分子薄膜中含有聚酯樹脂或聚酰亞胺樹脂。聚酯樹脂包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等。聚酰亞胺樹脂包括ΚΑΡΤ0Ν(力:/卜 >，日本注冊商標(biāo))等。但是，高分子薄膜并不限定于聚酯樹脂與聚酰亞胺樹脂，也可以適當(dāng)?shù)剡x擇其他高分子材料。另夕卜，聚酯樹脂和聚酰亞胺樹脂也并不限定于上述所示的材料。
[0074]高分子薄膜的厚度在以下所示的實施例中為125 μ m(微米)，但是并不限定于此。高分子薄膜的厚度能夠根據(jù)高分子薄膜的用途適當(dāng)?shù)剡M行選擇。
[0075]在以下所示的實施例中，作為高分子薄膜的表面尺寸，可采用7cm見方，在其中直徑5cm左右的圓形區(qū)域內(nèi)進行接合，但是并不限定于此。本發(fā)明能夠接合更大面積的高分子薄膜、基板，原則上，所接合的高分子薄膜、基板的大小不受限制。
[0076]另外，也可以在形成無機材料層的工序S1或工序S3之前使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊高分子薄膜的表面以實施表面活性化處理。高分子薄膜有時因具有較高的動能的粒子的撞擊而使表面附近改性并失去高分子薄膜的期望的特性，或者表面粗糙度變大且無法獲得足夠的接合強度。因而，優(yōu)選的是，粒子的動能設(shè)定得比工序S2或工序S4的表面活性化處理時的粒子的動能低。
[0077]〈實施例1>
[0078]作為第一實施方式的一實施例，分別說明高分子薄膜采用了 PET、無機材料層采用了鋁(A1)、銅(Cu)或硅(Si)時的接合。
[0079]在該實施例中，使用了厚度125μπι(測微計)且約7cm見方大小的一對PET薄膜。
[0080]當(dāng)在高分子薄膜中含有水時，會在真空氣氛中蒸發(fā)而使真空度降低，因此使開始工藝前的抽真空所需的時間變長。因此，為了減少PET薄膜所含有的水量，在將PET薄膜導(dǎo)入真空室之前，以攝氏80度(80°C )加熱1小時。優(yōu)選的是，該加熱的溫度為形成高分子薄膜的材料的熔點以下或熱分解溫度以下。
[0081]首先，說明采用鋁(A1)或硅(Si)作為無機材料層的情況。在相同的線型高速原子束源的動作條件下進行鋁(A1)的無機材料層的形成和硅(Si)的無機材料層的形成。從線型高速原子束源對鋁(A1)或硅(Si)的濺射靶照射利用等離子產(chǎn)生并以1.2kV的電位差被加速的氬(Ar)粒子。線型高速原子束源以93sCCm的氬(Ar)供給量在1.2kV、400mA的條件下進行驅(qū)動。被加速的氬離子的大部分利用中和器一邊大致保持動能一邊中性化。通過基于從粒子束源放射出的氬原子束的撞擊的濺射現(xiàn)象，鋁(A1)或硅(Si)的原子或團簇從濺射靶朝向PET薄膜放射。使線型高速原子束源和線型濺射靶一體地相對于高分子薄膜以1200mm/min的相對速度掃描共計3次。在上述條件下,在高分子薄膜上形成10nm左右的鋁(A1)或硅(Si)層。
[0082]接下來，不破壞真空氣氛地對所形成的鋁(A1)層或硅(Si)層的表面實施表面活性化處理。表面活性化處理使用了與形成無機材料層時所使用的線型高速原子束源相同的線型高速原子束源。通過以70sccm的気(Ar)供給量在1.0kV、100mA的條件下驅(qū)動線型高速原子束源，從而使氬粒子束朝向高分子薄膜進行放射，并相對于高分子薄膜以1200mm/min的相對速度掃描1次。
[0083]接下來，說明采用銅作為無機材料層的情況。從線型高速原子束源對銅(Cu)濺射靶照射利用等離子產(chǎn)生并以1.2kV的電位差被加速的氬(Ar)粒子。線型高速原子束源以93sccm的氬(Ar)供給量在1.2kV、400mA的條件下進行驅(qū)動。被加速的氬離子的大部分利用中和器一邊大致保持動能一邊中性化。通過基于從粒子束源放射出的氬原子束的撞擊的濺射現(xiàn)象，使銅(Cu)的原子或團簇從濺射靶朝向PET薄膜放射。使線型高速原子束源和線型派射祀一體地相對于高分子薄膜以1200mm/min的相對速度掃描共計6次。在上述條件下，在高分子薄膜上形成10nm左右的銅層。
[0084]接下來，不破壞真空氣氛地對所形成的銅層的表面實施表面活性化處理。表面活性化處理使用了與形成無機材料層時所使用的線型高速原子束源相同的線型高速原子束源。以70SCCm的氬(Ar)供給量在1.0kV、100mA的條件下驅(qū)動線型高速原子束源并使氬粒子束朝向高分子薄膜放射，相對于高分子薄膜以1200mm/min的相對速度掃描共計2次。
[0085]使在上述條件下表面活性化后的、由作為鋁、銅或硅的相同材料形成的兩個無機材料層互相抵接，并接合高分子薄膜。此時，利用直徑50mm左右的具有大致平坦的表面的圓形的夾具對薄膜的大致中央部施加3分鐘的10kN左右的力，即施加約5MPa左右的壓力。
[0086]將真空室內(nèi)的工藝開始前的真空度設(shè)為IX 10_5帕斯卡(Pa)以下。不破壞真空地進行從上述無機材料層的形成開始、經(jīng)由表面活性化處理直至接合的工序。
[0087]圖5是拍攝接合后的高分子薄膜而得到的圖像。確認(rèn)了在利用夾具加壓的部分的大致整體上形成有良好的接合區(qū)域51。在接合區(qū)域內(nèi)，顏色不同的兩個區(qū)域52被認(rèn)為是未接合的區(qū)域。在各種實驗結(jié)果(參照圖5、圖7、圖8)中，該區(qū)域出現(xiàn)在相對于夾具而言相同的地方，因此認(rèn)為是由于夾具并非完全平坦、因此高分子薄膜未被充分地加壓、且無機材料層并未接觸的區(qū)域。
[0088]在接合時施加lkN至7kN的力，在使其他條件相同的實驗中，相比于施加10kN的力的情況，未接合的區(qū)域的面積較大。因而，在利用與本實施例相同的接合裝置進行接合的情況下，為了增加接合面積，考慮優(yōu)選的是在接合時施加10kN以上的力、即5MPa以上的壓力。另外，在使除施加10kN的力以外的條件相同的實驗中，在1分鐘的加壓時間內(nèi)，未接合的區(qū)域的面積較大。因此，在利用與本實施例相同的接合裝置進行接合的情況下，考慮優(yōu)選的是在接合時施加10kN以上的力3分鐘以上。
[0089]其另一方面，未接合的區(qū)域52通過在接合后將高分子薄膜從真空系統(tǒng)中取出后、用手指輕輕按壓而消滅(圖6)。因而可知，只要無機材料層互相接觸，即使是較輕的力也能夠完成高分子薄膜的接合。
[0090]認(rèn)為上述實驗結(jié)果表明:利用使薄膜彼此抵接的機構(gòu)對薄膜的所有與薄膜接合相關(guān)的部位施加壓力以增大無機材料層之間的實質(zhì)的接觸面積的做法是有用的。
[0091]圖2所示的裝置結(jié)構(gòu)是例示的結(jié)構(gòu)，也能夠采用除此以外的結(jié)構(gòu)。
[0092]〈實施例2>
[0093]在實施例1中，高分子薄膜使用了 PET，但是實施例2是以PEN作為高分子薄膜進行相同的接合實驗。與PET的情況相同地確認(rèn)在任意的無機材料層的情況下，皆在被夾具加壓的部分的大致整個區(qū)域形成了接合界面。圖7是采用銅作為無機材料層的情況下的、拍攝接合后的高分子薄膜的接合區(qū)域而得到的圖像。
[0094]〈實施例3>
[0095]在實施例3中，高分子薄膜采用了 PEN，層疊硅層與鋁層而形成無機材料層。在本實施例中，無機材料層的形成條件和表面活性化處理的條件與實施例1不同，除此以外的條件相同。以下，說明無機材料層的形成條件和表面活性化處理的條件。
[0096]首先，為了在高分子薄膜上形成硅層，利用線型高速原子束源，對硅(Si)的濺射靶照射被等離子化且以1.2kV的電位差被加速的氬(Ar)粒子。以93sccm的氬(Ar)供給量在1.2kV、400mA的條件下驅(qū)動線型高速原子束源。被加速的氬離子的大部分利用中和器一邊大致保持動能一邊中性化。通過基于從粒子束源放射出的氬粒子的撞擊的濺射現(xiàn)象，硅(Si)的原子或團簇從濺射靶朝向PET薄膜放射。使線型高速原子束源和線型濺射靶一體地相對于高分子薄膜以1200mm/min的相對速度掃描1次。
[0097]接著，將濺射靶從硅(Si)替換為鋁(A1)，以相同的條件將鋁(A1)層堆積在硅
(Si)層上。由此，形成了 5nm左右的無機材料層。
[0098]接下來，不破壞真空氣氛地對所形成的鋁(A1)層的表面實施表面活性化處理。表面活性化處理使用了與形成無機材料層時所使用的線型高速原子束源相同的線型高速原子束源。以70SCCm的氬(Ar)供給量在1.0kVUOOmA的條件下驅(qū)動線型高速原子束源，使氬粒子束朝向高分子薄膜放射，相對于高分子薄膜以1200mm/min的相對速度掃描1次。
[0099]圖8是拍攝接合后的高分子薄膜而得到的圖像。確認(rèn)在被夾具加壓的部分的大致整個區(qū)域形成了接合界面。
[0100]另外，改變無機材料層內(nèi)的材料的層疊順序，首先在高分子薄膜上形成鋁(A1)層，在其上形成硅(Si)層，也進行使其他條件相同的實驗，能夠獲得相同的結(jié)果。(未圖示)
[0101]<拉伸試驗>
[0102]在將這些接合后的高分子薄膜的接合體自接合區(qū)域的一端剝離的測試中，高分子薄膜發(fā)生破壞，而在接合界面不會發(fā)生破壞。而且，針對高分子薄膜的接合體，進行在高分子薄膜上牢固地粘接一對夾具、并向與接合面垂直的方向拉伸這些夾具的拉伸試驗。之后，在該拉伸試驗中，將在接合體發(fā)生破壞時所施加的力除以接合面積而得到的值稱作抗拉強度。在任意試料的情況下，在拉伸試驗中接合界面都不會發(fā)生破壞，而破壞在高分子薄膜中發(fā)生。因而可知，接合界面的抗拉強度高于高分子薄膜的抗拉強度。在任意情況下，直至超過約50kgf/cm2的值，都未觀察到破壞。根據(jù)以上可確認(rèn)，根據(jù)本發(fā)明的高分子薄膜的接合方法，能夠不經(jīng)過加熱工序地形成具有足夠的機械強度的高分子薄膜的接合體。
[0103]在實施例1至3中，將濺射時的線型高速原子束源的加速電壓設(shè)定為1.2kV。在將該加速電壓設(shè)定為1.5kv的情況下，與將加速電壓設(shè)定為1.2kV的情況相比，未接合的區(qū)域增大。因而，在這些實施例中，優(yōu)選的是，濺射時的線型高速原子束源的加速電壓小于
1.5kV。即，優(yōu)選的是，從線型高速原子束源放射出的粒子的動能小于1.5keV。
[0104]在實施例1至3中，將濺射時的線型高速原子束源的加速電壓設(shè)定為1.0kV。但是，并不限定于該加速電壓的值。根據(jù)無機材料層的特性、無機材料層的表面活性化處理前的表面的狀態(tài)、線型原子束源的除電壓以外的諸條件等，調(diào)節(jié)為0.lkV至2kV的值。即，將從線型高速原子束源放射出的粒子的動能調(diào)節(jié)成為1.0keV至2.0keV。
[0105]另外，在實施例1至3中，以厚度為10nm左右的方式形成了無機材料層，但是無機材料層的厚度并不限于此。但是，這些實施例中，由于在無機材料層的厚度小于3nm的情況下，未接合的區(qū)域增大，因此優(yōu)選的是，無機材料層的厚度為3nm以上。
[0106]< 2.第二實施方式>
[0107]圖9是表示用于更有效率地進行第一實施方式的高分子薄膜彼此的接合的、所謂的卷對卷(Roll-to-Roll)方式的裝置結(jié)構(gòu)的一例的概略主視圖。
[0108]從第一供給輥R1和第二供給輥R2供給被卷繞于各個供給輥的帶狀的第一高分子薄膜F1和第二高分子薄膜F2。在位置P11及P12處，通過基于由從粒子束源41及42放射出的粒子的濺射現(xiàn)象，從濺射靶31及32朝向高分子薄膜F1及F2照射預(yù)定種類的無機材料，從而在高分子薄膜F1及F2上形成無機材料層。接著，針對在裝置內(nèi)行進的高分子薄膜F1及F2，在位置P21及P22處，從粒子束源43及44照射粒子，對無機材料層的表面進行表面活性化處理。然后，在位置P31處，在一對接合輥R3之間，使兩個高分子薄膜相接觸，并利用接合輥R3施加必要的壓力，從而接合高分子薄膜。將通過接合而制造出的層疊高分子薄膜F3卷繞于卷取棍R4。
[0109]供給輥、粒子束源、濺射靶、接合輥、卷取輥等各個構(gòu)成要素并不限定于圖9的實施例，能夠適當(dāng)?shù)馗淖兣渲貌课?、個數(shù)等構(gòu)成形態(tài)。另外，優(yōu)選的是該各個構(gòu)成要素配置在能夠達到10_5Pa的氣壓的真空室內(nèi)。
[0110]<3.第三實施方式>
[0111]在第一及第二實施方式中，接合了高分子薄膜與高分子薄膜，但是在第三實施方式中，將高分子薄膜接合于作為無機材料的一例的玻璃基板。在本實施方式中，通過在高分子薄膜與玻璃基板上形成無機材料層，對所形成的無機材料層的表面進行表面活性化處理，并使表面活性化處理后的無機材料層彼此抵接，從而接合高分子薄膜與玻璃基板。
[0112]在形成無機材料層之前，也可以對玻璃基板的表面進行表面活性化處理。能夠設(shè)定表面活性化處理時的粒子束源的動作條件以提高在無機材料層與玻璃基板之間獲得的接合界面的強度。
[0113]雖未圖示，但是發(fā)明人確認(rèn)了通過本發(fā)明，高分子薄膜與玻璃基板牢固地接合在一起。
[0114]在第三實施方式中，作為無機材料基板的一例采用了玻璃基板，但是并不限于此。作為形成無機材料基板的材料，除了玻璃以外，還能夠采用藍寶石等氧化物、碳化硅等碳化物、氮化物、化合物半導(dǎo)體、硅、鍺等半導(dǎo)體、陶瓷、一般在光學(xué)器件中使用的無機材料等。
[0115]以上，說明了本發(fā)明的幾個實施方式，但是這些實施方式是例示說明本發(fā)明的實施方式。例如，在上述實施例中，通過一次接合工序接合了兩片高分子薄膜，但是根據(jù)本發(fā)明，也能夠通過重復(fù)接合工序來層疊三片以上的高分子薄膜。同樣地也能夠在一片玻璃基板上層疊兩片以上的高分子薄膜，亦能夠?qū)盈B多個玻璃基板與一片或多片高分子薄膜。另夕卜，實驗條件也根據(jù)所使用的裝置的特性、配置等諸條件來進行調(diào)節(jié)。在上述實施例中，作為用于濺射或表面活性化處理的粒子，使用了氬(Ar)，但是并不限定于此。例如，也能夠采用氙(Xe)等稀有氣體、氮、氧或這些氣體的混合氣體。權(quán)利要求的范圍在不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)包括了許多針對實施方式的變形方式。因而，本說明書所公開的實施方式和實施例是為了例示而示出的，不應(yīng)該認(rèn)為是限定了本發(fā)明的保護范圍。
[0116]附圖標(biāo)記說明
[0117]1接合裝置；2真空室；3、31、32濺射靶；4、41、42、43、44粒子束源；4A粒子束源的旋轉(zhuǎn)軸；4B粒子束放射口 ；5粒子束；6支承體；6A支承體的旋轉(zhuǎn)軸；7無機材料的原子或團簇；51接合區(qū)域；52未接合的區(qū)域；F1、F2高分子薄膜；11、12無機材料層；A1、A2無機材料層的表面；R1、R2供給輥；R3接合輥；R4卷取輥。
【權(quán)利要求】
1.一種高分子薄膜的接合方法，其用于接合高分子薄膜，其中，該接合方法包括以下步驟: 在第一高分子薄膜上的局部或整個第一高分子薄膜上形成第一無機材料層的步驟；在第二高分子薄膜上的局部或整個第二高分子薄膜上形成第二無機材料層的步驟；通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第一無機材料層的表面來對第一無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟； 通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第二無機材料層的表面來對第二無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟；以及 使表面活性化處理后的第一無機材料層的表面抵接于表面活性化處理后的第二無機材料層的表面來接合第一高分子薄膜與第二高分子薄膜的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子薄膜的接合方法，其中， 形成在第一高分子薄膜上的第一無機材料層與形成在第二高分子薄膜上的第二無機材料層分別使用濺射法形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高分子薄膜的接合方法，其中， 第一高分子薄膜與第二高分子薄膜是以聚酰亞胺樹脂、或選自由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)組成的組的聚酯樹脂為主要成分形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的高分子薄膜的接合方法，其中， 第一高分子薄膜與第二高分子薄膜由不同的材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的高分子薄膜的接合方法，其中， 第一無機材料層與第二無機材料層是以選自由銅(Cu)、鋁(A1)及鐵(Fe)組成的組的金屬或這些金屬的合金為主要成分形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的高分子薄膜的接合方法，其中， 第一無機材料層與第二無機材料層是以硅(Si)為主要成分形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高分子薄膜的接合方法，其中， 在第一無機材料層與第二無機材料層中含有鐵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的高分子薄膜的接合方法，其中， 第一無機材料層與第二無機材料層由多種材料的層構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的高分子薄膜的接合方法，其中， 上述表面活性化處理是通過使具有0.1keV至2keV的動能的氬(Ar)粒子撞擊第一無機材料層的表面和第二無機材料層的表面來進行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的高分子薄膜的接合方法，其中，該高分子薄膜的接合方法還包括以下步驟: 在形成上述第一無機材料層之前、以第一高分子薄膜的熔點以下或熱分解溫度以下的溫度對第一高分子薄膜進行加熱的步驟；以及 在形成上述第二無機材料層之前、以第二高分子薄膜的熔點以下或熱分解溫度以下的溫度對第二高分子薄膜進行加熱的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的高分子薄膜的接合方法，其中， 在使表面活性化處理后的第一無機材料層的表面抵接于表面活性化處理后的第二無機材料層的表面時，沿與第一高分子薄膜和第二高分子薄膜之間的接合界面垂直的方向施加5MPa以上的壓力。
12.—種高分子薄膜的接合方法，其用于接合高分子薄膜，其中，該接合方法包括以下步驟: 從第一供給輥供給帶狀的第一高分子薄膜的步驟； 從第二供給輥供給帶狀的第二高分子薄膜的步驟； 在從第一供給輥供給的第一高分子薄膜上形成第一無機材料層的步驟； 在從第二供給輥供給的第二高分子薄膜上形成第二無機材料層的步驟； 通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第一無機材料層的表面來對第一無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟； 通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第二無機材料層的表面來對第二無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟； 使表面活性化處理后的第一無機材料層的表面接觸表面活性化處理后的第二無機材料層的表面來接合第一高分子薄膜與第二高分子薄膜的步驟；以及 將通過第一高分子薄膜與第二高分子薄膜的接合而形成的層疊高分子薄膜卷繞于卷取輥的步驟。
13.—種將高分子薄膜接合于無機材料基板的方法，其中，該方法包括以下步驟: 在高分子薄膜上的局部或整個高分子薄膜上形成第一無機材料層的步驟； 在無機材料基板上的局部或整個無機材料基板上形成第二無機材料層的步驟； 通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第一無機材料層的表面來對第一無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟； 通過使具有預(yù)定的動能的粒子撞擊第二無機材料層的表面來對第二無機材料層的表面進行表面活性化處理的步驟；以及 使表面活性化處理后的第一無機材料層的表面抵接于表面活性化處理后的第二無機材料層的表面來接合高分子薄膜與無機材料基板的步驟。
14.一種高分子薄膜層疊體，其中，該高分子薄膜層疊體包括: 第一高分子薄膜； 第二高分子薄膜；以及 無機材料層，其配置于第一高分子薄膜與第二高分子薄膜之間的局部或全部，并粘接第一高分子薄膜與第二高分子薄膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高分子薄膜層疊體，其中， 第一高分子薄膜與第二高分子薄膜是以聚酰亞胺樹脂或聚酯樹脂為主要成分形成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的高分子薄膜層疊體，其中， 第一無機材料層與第二無機材料層是以選自由銅(Cu)、鋁(A1)及鐵(Fe)組成的組的金屬或這些金屬的合金為主要成分形成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的高分子薄膜層疊體，其中， 第一無機材料層與第二無機材料層是以硅(Si)為主要成分形成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的高分子薄膜層疊體，其中， 在第一無機材料層與第二無機材料層中含有鐵。
19.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的高分子薄膜層疊體，其中， 第一無機材料層與第二無機材料層由多種材料的層構(gòu)成。
20.一種高分子薄膜與無機材料基板的層疊體，其中，該層疊體包括: 高分子薄膜； 無機材料基板；以及 無機材料的粘接層，其配置于高分子薄膜與無機材料基板之間的局部或全部，并粘接高分子薄膜與無機材料基板。
【文檔編號】B23K20/00GK104245280SQ201380019398
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月10日
【發(fā)明者】須賀唯知, 松本好家 申請人:須賀唯知, 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)株式會社