JPH04182364A - 接着素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一方の被接着部に設けた孔部に撰択堆積法に
よって金属単結晶を結晶成長させ、結果としてアンカー
効果を持たせた後、接着時、金属単結晶のファセット部
を他方の被接着面に押し付ける事によって塑性変形させ
、両者の間隙を原子間引力の作用する付近まで近づけて
接着を可能とする常温接着に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、常温接着に於いて高分子接着剤を用いない場合、
一般に摩擦圧接による手法が用いられており、この摩擦
圧接法の中でも特に超音波接着法は良く知られている。

この超音波接着は、被接着部を高い周波数で振動させる
ので大きな加速度を伴うため、微小部材を接着する場合
、結果として接着部以外の個所を破壊し易い。そこで、
電気的、熱的あるいは音波等を用いないで、単に静的荷
重を印加するだけで接着を可能とする常温接着法がある
が、微小荷重印加のみて接着力を増すためには、塑性変
形能の大きな金属単結晶を用いる必要があり、かつ、接
着部分を凸型の形状にする必要があった（日本金属学会
誌；第４６巻、第９号、超高真空中におけるＡ！単結晶
の常温圧接に及ぼす接合面での変形の影響について（１
，９８２）Ｐ９３５〜９４３）。すなわち、微小領域に
アスペクト比の大きい金属単結晶を作る事は極めて困難
であり、かつ接着部分を凸型形状にする事は極めて手間
の要する作業であり、極めて困難であった。

さらに最近、真空中に於ける接合技術の応用についての
研究（トライホロシスト、第３４巻、第１２号（１９８
９）Ｐ、１２〜１７、真空中に於ける摩擦現象の接合技
術への応用）結果からも接着部材をテーパ状に加工する
ことによって、接着力の増加を確認している。しかし、
いずれの場合も、マイクロな接着素子をテーパ状に加工
する事は極めて困難である。

〔発明が解決しようとしている課題〕

従来から、常温での接着は高分子接着剤を用いない場合
、常温圧接による手法によって可能であるが、接着部の
酸化皮膜を除去し清浄表面にした後、互いに接着面同士
を突き合わせて、大きな荷重を印加する必要があった。

そして、この常温圧接による手法を用いる場合、平面同
士の部材を接着するためには大きな押し付は力を必要と
していた。一方、上記従来例と同様な方法で金属単結晶
同士を接着する場合、接着部材の片方を凸型の形状にし
た方が、平板状の部材同士を接着する場合に比較して、
少ない押し付は力で接着が可能となり、かつ接着力も大
きい。さらにこの接着力の大きさに大きなバラツキが無
く、安定した接着が得られる。しかしながら、上記従来
例では出来るだけ小さな押し付は力で微小部材同士を接
着するためには、それなりに小さな形状をした金属単結
晶が必要であり、かつ金属単結晶の接着部を凸型形状に
する為の加工をする必要があった。しかし、マイクロマ
シーンを製造及び組立てる時、あるいはマイクロな部品
同士の接着によってさらに高機能の機能機素を製作する
時、極めて小さい、すなわちミクロンあるいはサブミク
ロンオーダーの接着素子の接着部を上記同様に凸型形状
に加工する事は細かい作業であるので、極めて困難であ
る。

さらに、極めて小さい接着素子の接着部を凸型形状に加
工する場合、金属単結晶表面の加工変質層の生成という
様な、接着に対して悪影響を及ぼす新たな要因が出てく
る場合がある。従って、従来、極めて小さいすなわち接
着部に於いてミクロンあるいはサブミクロンサイズの凸
型形状の接着素子を製作する事は極めて困難であった。

そこで、本発明は従来製作困難とされていたマイクロサ
イズの接着素子を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、選択堆積法を用いる事により微小領域
の微小な穴のｒ４月コ金属単結晶層を結晶成長させ、そ
して結晶成長の最終段階で形成されたファセット部を接
着素子として作用させることができる。すなわち、ある
任意のアスペクト比でミクロンあるいはサブミクロンの
幅あるいは径に加工された絶縁体の穴の中で、導電性単
結晶から成る底面から選択堆積法によって前記絶縁体に
設けられた穴の形状に沿って金属単結晶は結晶成長する
。

そして、前記穴を全て埋めた状態、すなわち絶縁体表面
と結晶成長して来た金属単結晶表面との間の段差がなく
なった状態から、さらに結晶成長する過程でファセット
を形成し、その後結晶成長は極めて遅くなりやがて殆と
停止状態となる。この様に、本撰択堆積法によると金属
単結晶の結晶成長は導電性物質表面で生ずるが、絶縁体
表面では生じない。従って、絶縁体に設けた穴に沿って
のみ金属単結晶が結晶成長する。そして、本結晶成長の
終了段階で凸型のファセットが形成されるため、前記の
様に改めて凸部を作るための加工を必要としないので便
利である。すなわち、本撰択堆積法の使用により、絶縁
体に設ける穴の径あるいは幅をミクロンあるいはサブミ
クロンに加工するならば、ミクロンあるいはサブミクロ
ンの径あるいは幅をした柱状の金属単結晶及びファセッ
トを得る事ができる。この様に、本撰択堆積法によると
、上記ファセットを有する金属単結晶の形状及び寸法は
、前記ファセット部以外、殆と絶縁体に設けられた穴の
形状及び寸法に依存する。よって、絶縁体に設ける穴の
径あるいは幅の寸法を次第に小さく加工して行くに従っ
て、柱状晶の金属単結晶の径あるいは幅は微小になり、
結果として、極めて微小なすなわちマイクロマシーン組
立て用のマイクロな接着素子を提供できる。尚、絶縁体
に穴を設ける工程は、半導体製作技術として現在用いら
れているリソクラフィー及びＣＶＤ等の手法によって可
能である。

さて、本撰択堆積法によって、接着素子の両側に上記と
同様に柱状の金属単結晶を成長させた場合、この接着素
子の両側にそれぞれ異種物質の接着を可能とする。すな
わち、結果として、接着素子を介在して異種物質同士の
接着を可能とする。

この場合、上記の金属単結晶としてＡβ単結晶を接着素
子として用いた場合、へ！単結晶はアルミナセラミック
ス、ザファイヤ、銅、８１基板等の物質の組合せに於い
ても接着か可能であった。

一方、断面を短冊形状としたリンク状のＡ！単結晶から
なる接着素子を真空封入する時のカスケラトとして使用
するならば、この接着素子はマイクロな真空槽のバッキ
ングの働きをする蓋としても利用できる。

〔実施例〕

実施例１ 第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、第
７図、第８図、第９図は本発明の特徴を最も良く表わす
図面である。すなわち、第１図、第２図、第３図、第４
図の１はＳ１単結晶からなる被接着部材、第１図、第２
図、第３図、第５図、第６図、第７図、第８図、第９図
の２−１は接着部となるファセットからなるＡｎ単結晶
、第３図の２−２はＡｌ単結晶２−１と結合しているΔ
ｐ単結晶層、第１図、第２図、第３図、第４図、第５図
、第６図、第７図、第８図、第９図の３−１は絶縁体か
らなりかつＡｌ単結晶２−１を選択堆積法により埋込む
為の微小な穴を有する８１０２層、第３図の３−２は絶
縁体からなりかつＡｌ単結晶２−２を選択堆積法により
埋込む為の微小な穴を有する８１０２層、第１図、第２
図、第５図、第８図の４はＡｌ単結晶２−１を選択堆積
法によって結晶成長させる為の導電体であるＳｉ単結晶
、第３図の４はＡｌ単結晶２−２を選択堆積法によって
結晶成長させる為の導電体であるＳ１単結晶であること
から前記第１．２．５．８、図の４と同様である。第４
図の２′−］は接着時の荷重Ｐの印加によって塑性変形
したＡβ単結晶である。

尚、第１図はＳ１単結晶から成る被接着部利１及びファ
セットを有する金属単結晶２−１からなる接着素子を立
体的に示したものである。この場合、第１図のＡ−Ａ矢
視図、すなわち接着部の断面形状は第２図のファセット
を有するＡｌ単結晶２−１となるが、あるいは第３図の
様にファセットを有するＡｌ単結晶２−１の下引層とし
てＡｆ２単結晶２−２を新たに設けても良い。そして、
第２図、第３図のファセットを有するＡｌ単結晶２−１
、及び第３図の下引層としてのへ！単結晶層２−２の紙
面に直角な断面形状は、円形あるいは多角形でも良い。

さて、接着時、第１図、第２図、第３図に於ける被接着
素子］と２．３．４からなる接着素子は外荷重Ｐて互い
に押し付けられることによって、Ａｎ単結晶２−１のフ
ァセット部は塑性変形し、第４図の２′−１となる。こ
の塑性変形過程で前記被接着素子１と２．３．４から成
る接着素子は互いに接着する。この接着過程に於いて、
電圧印加あるいは加熱環−切加えられていない。この接
着時に印加した荷重はｍｇオーターてあり、極めて微小
である。そして接着後の引剥がし荷重はＡβ単結晶の破
断応力に近い値、すなわち数ｋ　ｇ／　ｍ　ｍ’であっ
た。尚、この接着前に両方の接着表面、すなわち第１図
、第２図、第３図に於いて被接着素子およびファセット
を有するＡｌ単結晶２−１の表面をＡｒ”イオンシャワ
ーで清浄化した。

さて一方、第５図、第６図、第７図に見る様に、１つの
接着素子の中に占めるファセットを有するＡｆｆ単結晶
２−１の個数は４個、すなわち複数個でも良い。そして
、第５図に於いて、接着素子のファセットを有するＡｆ
ｆ単結晶２−１の平面形状、すなわちＢ−Ｂ矢視図であ
る。第６図、第７図に於いてファセットを有するＡβ単
結晶の形状は、円形あるいは多角形状でも良い。さらに
、第８図に見る様に、接着素子のファセットを有するＡ
ｎ単結晶２−１は、連続した線状でも良く、そしてＣ−
Ｃ矢視図である第９図に於いて、接着素子のファセット
を有するＡｌ単結晶２−１の紙面に直角な断面形状は、
第２図のファセットを有するＡｌ単結晶２−１あるいは
、第３図のファセットを有するＡｌ単結晶２−１モして
下引層としてのＡｌ単結晶２−２を設けたものでも良い
。

実施例２ 第１０図、第１１図、第１２図、第１３図、第１４図、
第１５図、第１６図、第１７図、第１８図、第１９図は
本発明の特徴を最も良く表わす図面である。すなわち、
第１８図は本発明の立体図であり、この立体図の断面す
なわちＤ−Ｄ矢視図が第１１図であり、接着前の前記Ｄ
−Ｄ矢視図か第１０図である。

そして、第１２図、第１３図、第１４図、第１５図、第
１６図、第１７図、第１８図は、第１０図に於いてそれ
ぞれＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ、Ｊ、に矢視図である。さて、
第１０図、第１１図、第１２図、第１３図、第１４図、
第１５図、第１６図、第１７図、第１８図に於いて、２
−１はファセットを有するＡＩ！単結晶、３−１は絶縁
体からなりかつＡｌ単結晶２−１を撰択堆積法によって
埋込む為の微小な穴を有するＳｉＯ□層、４はＡｌ単結
晶２−１を撰択堆積法によって結晶成長させる為の導電
体であるＳｉ単結晶、５はサファイア、６Ａβは導電膜
、７はＡｌ導電膜からなるグリッド、８はアルミナから
なる絶縁体、９は電子放出素子である。さてこの電子放
出素子を内蔵したマイクロな真空槽の製作について以下
に説明することにする。まず、第１０図に於いて、接着
に先立って予め、それぞれ接着の対をなす面、すなわち
サファイア５及び導電膜６とファセットを有するＡｆｆ
単結晶２−１の表面、そしてアルミナセラミックス７の
両表面及びアルミナセラミックス８の両表面に相対向し
た位置にある二組の接着素子のファセットを有するＡｌ
単結晶２−１の各表面を真空中に於いてＡｒ’イオンシ
ャワーあるいは中性粒子で清浄化した。この後、引き続
いて、第１１図に見る様に外荷重Ｐの印加によって、前
記した様な対をなす接着面は、それぞれファセットを有
するＡＡ単結晶２−１の塑性変形によって接着する。こ
の様な一連の表面清浄化及び接着は真空中で行うので、
上記の接着後、ただちに第１１図に見る様な電子放出電
極を有するマイクロ真空槽を得る事ができた。このよう
に、溶接、カスケラト及びネジ止めによる真空シール等
の手法を用いないで、単純に接着部を押し付けるだけの
接着手法である為、単純な構造を持つマイクロな真空槽
の組立及び製作が可能となった。（但し、この場合、Ａ
β導電体からなるグリッド７とアルミナからなる絶縁体
８との接着は、前記各パーツを組み立てる前に先立って
、行ったものである。尚この部分の接着は２組のアルミ
ナからなる絶縁体８の表面にＡｐ７を蒸着した後、Ａβ
蒸着面同士を互いに突き合わせた状態で加熱により接着
したものである。） 実施例３ 実施例１と同様な撰択堆積法をＡｐに代わってＡｕで行
った例である。本実施例に於いても実施例１と同様に金
属単結晶のファセットから成る接着素子を得ることが可
能であった。すなわち、第１図、第２図に於いて金属単
結晶２−１をＡｕ単結晶とした場合でも、Ｓ１単結晶か
ら成る被接着部材１とＡｕ単結晶２−１との間の接着が
可能てあった。さらに、被接着部材１を８１単結晶から
Ａ、　１２２０３セラミツクスに変えた場合でも、Ａ！
、０３セラミツクスから成る被接着部材子とＡｕ単結晶
２−１との間の接着か可能であった。

実施例４ 実施例１に於いて、Ｓ１単結晶から成る被接着部利１と
Ａβ単結晶２−１との間の接着性は、ＡＩ単結晶の低指
数面で比較した場合、（１００）面で最も良かった。

実施例５ 実施例１に於いて、被接着部利１をＣｕとした場合、Ｃ
ｕから成る被接着部材１とＡｎ単結晶２−１との間の接
着が可能であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した接着素子及び被接着板の立体
図、 第２図は第１図のＡ−Ａ断面矢視図、 第３図は第２図とは異なる形状をした接着素子の断面図
、 第４図は接着後の接着素子と被接着板の断面図、第５図
は複数の接着部を有する接着素子、第６図は第５図のＢ
−Ｂ矢視図、 第７図は第６図と同様であるが接着部の平面形状を角型
とした場合の接着素子、 第８図は接着部を連続の線状とした接着素子、第９図は
第８図のＣ，Ｃ矢視図、 第１０図はマイクロ真空槽の立体図である第１９図の接
着前のＤ−Ｄ断面矢視図、 第１］図はマイクロ真空槽の立体図である第１９図の接
着後のＤ−Ｄ断面図、 第１２図は第１０図のＥ矢視図、 第１３図は第１０図のＦ矢視図、 第１４図は第１０図のＣ矢視図、 第１５図は第１０図の１１矢視図、 第１６図は第１０図の１矢視図、 第１７図は第１０図のＪ矢視図、 第１８図は第１０図のＩぐ矢視図、 第１９図は本発明を実施したマイクロ真空槽の立体図で
ある。 １・・Ｓ１単結晶からなる被接着部材 ２−トファセットを有するＡβ単結晶 ２−２　・Ａβ単結晶 ３−１・・・絶縁体である５Ｉ０２ ３−２・・絶縁体である５１０２ ４・導電体であるＳ１単結晶層 ５・サファイアからなる被接着部材 ６　・Ａｎ導電膜 ７・ＡＩ導電層から成るグリッド電極 ８　・アルミナから成る絶縁体 ９　電子放出電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）選択堆積法によって一方の被接着面上の任意の個
   所に金属単結晶を結晶成長させ、前記金属単結晶の結晶
   面を他方の被接着面上に押し付けることにより接着させ
   ることを特徴とする接着素子。
2. （２）前記金属単結晶がＡｌ、Ａｕのいずれかによって
   形成されることを特徴とする請求項１に記載の接着素子
   。
3. （３）前記金属単結晶の面方位が、前記接着面を｛１０
   ０｝面とするような、面方位であることを特徴とする請
   求項２に記載の接着素子。
4. （４）前記金属単結晶の凸型をしたファセット部分を接
   着部とすることを特徴とする請求項２に記載の接着素子
   。
5. （５）前記金属単結晶のファセット部だけを塑性変形さ
   せる様な低加重印加により接着することを特徴とする請
   求項１に記載の接着素子。
6. （６）前記被接着面を構成する材料の組み合わせが、同
   種金属、異種金属、セラミックス同士、半導体同士、セ
   ラミックス−金属、セラミツクス−半導体、金属−半導
   体のうちのいずれかの組み合わせであることを特徴とす
   る請求項５に記載の接着素子。
7. （７）前記金属単結晶の形状が、接着面から見た場合、
   すなわち結晶成長方向の逆方向から見た場合に円形状、
   多角形状、あるいは線状であることを特徴とする請求項
   ４に記載の接着素子。