複合体の製造方法
【課題】熱可塑性樹脂成形体およびガラス基材からなる複合体において、その接合強度を高める。
【解決手段】この複合体の製造方法には、熱可塑性樹脂成形体２とガラス基材３とを接触させる接触工程と、熱可塑性樹脂成形体２におけるガラス基材３との接触部２ａの温度が所定の温度になるようにガラス基材３を通じてレーザー光Ｂを照射して加熱する加熱工程とが含まれる。熱可塑性樹脂成形体２におけるガラス基材３との接触部２ａの温度をＴ１、熱可塑性樹脂成形体２を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度および分解開始温度をそれぞれＴ２、Ｔ３としたとき、加熱工程において、関係式（１）を満たすように制御する。これにより、熱可塑性樹脂の分解を防ぎつつ、熱可塑性樹脂成形体２とガラス基材３との接合強度を高めることができる。
（１）Ｔ２≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【解決手段】この複合体の製造方法には、熱可塑性樹脂成形体２とガラス基材３とを接触させる接触工程と、熱可塑性樹脂成形体２におけるガラス基材３との接触部２ａの温度が所定の温度になるようにガラス基材３を通じてレーザー光Ｂを照射して加熱する加熱工程とが含まれる。熱可塑性樹脂成形体２におけるガラス基材３との接触部２ａの温度をＴ１、熱可塑性樹脂成形体２を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度および分解開始温度をそれぞれＴ２、Ｔ３としたとき、加熱工程において、関係式（１）を満たすように制御する。これにより、熱可塑性樹脂の分解を防ぎつつ、熱可塑性樹脂成形体２とガラス基材３との接合強度を高めることができる。
（１）Ｔ２≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂成形体およびガラス基材からなる複合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の複合体の具体例としては、容器（熱可塑性樹脂成形体）に蓋（ガラス基材）がはめ込まれて一体化された半導体素子収納用ケースを挙げることができる。
【０００３】
従来、このような複合体を製造する一手法として、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを接着剤で接着して一体化する方法が採用されている。また、別の手法として、インサート成形により、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを一体化する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７１３５７６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、接着剤を用いる方法では、接着剤を塗布する工程などの管理が複雑で、工程が煩雑になりやすかった。加えて、接着剤に含有されている低沸点成分の一部が揮発したり、接着剤から形成された接着層が吸湿性を有していたりするなどの理由から、接合部の気密性（封止性）をあまり高くすることができなかった。
【０００６】
他方、インサート成形による方法では、ガラス基材が破損しないように、その位置決めなどの取扱いに慎重さが求められるため、接着剤を用いる方法と同様、工程が煩雑になりやすかった。
【０００７】
そこで、本発明は、こうした不都合を伴うことなく、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材との接合強度を高めることが可能な複合体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、本発明者は、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材との接合強度を高めるべく、両者のレーザー溶着に際して、両者の接触部の温度範囲を規定することに着目し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを接触させる接触工程と、前記熱可塑性樹脂成形体における前記ガラス基材との接触部の温度が所定の温度になるように前記ガラス基材を通じてレーザー光を照射して加熱する加熱工程とが含まれる複合体の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂成形体における前記ガラス基材との接触部の温度をＴ１、前記熱可塑性樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度および分解開始温度をそれぞれＴ２、Ｔ３としたとき、前記加熱工程において、以下の関係式（１）を満たすように制御する複合体の製造方法としたことを特徴とする。
（１）Ｔ２≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記ガラス基材のガラス転移温度をＴ４としたとき、前記加熱工程において、以下の関係式（２）を満たすように制御することを特徴とする。
（２）Ｔ４≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、前記接触工程において、前記熱可塑性樹脂成形体と前記ガラス基材とが密着するように押圧し、前記加熱工程において、前記熱可塑性樹脂成形体と前記ガラス基材とが密着した状態のまま前記レーザー光の照射を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成に加え、前記ガラス基材における前記熱可塑性樹脂成形体との接触部が、フッ化マグネシウム、ジルコニア、酸化アルミニウムからなる群より選択される１種以上の処理剤によって表面処理されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成に加え、前記熱可塑性樹脂成形体が、レーザー光吸収性着色剤を含有していることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の構成に加え、前記レーザー光吸収性着色剤が、カーボンブラック、チタン黒、黒色酸化鉄からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の構成に加え、前記熱可塑性樹脂成形体が、液晶ポリエステルから構成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の構成に加え、前記レーザー光の照射条件が、エネルギー１００Ｗ以下で、走査速度２ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の構成に加え、前記ガラス基材の前記レーザー光照射される面に、前記レーザー光の透過率が５０％以上であるとともに、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上であるヒートシンク材を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とのレーザー溶着に際して、両者の接触部の温度範囲が規定されることから、熱可塑性樹脂の分解を防ぎつつ、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材との接合強度を高めることができる。
【００１９】
しかも、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを一体化するのに、接着剤を用いる必要もなく、インサート成形を行なう必要もないので、工程を簡素化することが可能となる。また、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とが直接、すなわち接着層などを介さずに接合されているため、両者の接合部の気密性を十分に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体素子収納用ケースを示す図であって、（ａ）はその分解斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図２】同実施の形態１に係るレーザー溶着装置を示す正面図である。
【図３】図１に示す半導体素子収納用ケースの製造方法を示す工程図であって、（ａ）は被溶着材準備工程を示す断面図、（ｂ）は接触工程を示す断面図、（ｃ）は加熱工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
【００２２】
図１乃至図３には、本発明の実施の形態１を示す。
【００２３】
この実施の形態１では、複合体の一例として半導体素子収納用ケース１を用い、熱可塑性樹脂成形体の一例として容器２を用い、ガラス基材の一例として蓋３を用いている。以下、半導体素子収納用ケースの構成、レーザー溶着装置の構成および半導体素子収納用ケースの製造方法について順に説明する。
＜半導体素子収納用ケースの構成＞
【００２４】
この実施の形態１に係る半導体素子収納用ケース１は、図１に示すように、容器２に蓋３がレーザー溶着で一体に接合されて構成されている。
【００２５】
この容器２は、正方形板状の底板２１を有しており、底板２１の周縁部には、蓋３を支持するためのＬ字断面形の蓋支持段差部２２が一体に立設されている。蓋支持段差部２２の内側には半導体素子収納空間Ｓが形成されており、半導体素子収納空間Ｓには、ＣＣＤ（電荷結合素子）などの半導体素子Ｄを収納することができる。蓋支持段差部２２は、上面２２ａ、内壁面２２ｂおよび底面２２ｃを有している。
【００２６】
このような容器２の材料としては、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、液晶ポリエステル、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂などを例示することができるが、これらの中でも、流動性、耐熱性、剛性の観点から液晶ポリエステルが好ましい。
【００２７】
この液晶ポリエステルとは、サーモトロピック液晶ポリマーと呼ばれるポリエステルであり、４５０℃以下で光学的に異方性を示す溶融体を形成するものである。かかる液晶ポリエステルとしては、例えば、下記（イ）〜（ニ）に示されるものが挙げられる。
（イ）芳香族ヒドロキシカルボン酸と芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールとを組み合わせて重合させて得られるもの。
（ロ）複数種の芳香族ヒドロキシカルボン酸を重合させて得られるもの。
（ハ）芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールとを組み合わせて重合させて得られるもの。
（ニ）ポリエチレンテレフタレートなどの結晶性ポリエステルに芳香族ヒドロキシカルボン酸を反応させて得られるもの。
【００２８】
なお、液晶ポリエステルの製造に関し、前記の芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸または芳香族ジオールの代わりに、それらのエステル形成性誘導体を使用することも可能である。このエステル形成性誘導体を用いれば液晶ポリエステルの製造がより容易になるという利点がある。
【００２９】
分子内にカルボキシル基を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸や芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体としては、例えば、このカルボキシル基がハロホルミル基やアシルオキシカルボニル基などの高反応性の基に転化したもの、このカルボキシル基が、エステル交換反応によりポリエステルを生成するように、アルコール類やエチレングリコールとエステルを形成しているものが挙げられる。また、分子内にフェノール性ヒドロキシル基（フェノール性水酸基）を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸や芳香族ジオールのエステル形成性誘導体としては、例えば、このフェノール性ヒドロキシル基が、エステル交換反応によりポリエステルを生成するように、低級カルボン酸類とエステルを形成しているものが挙げられる。
【００３０】
さらに、エステル形成性を阻害しない程度であれば、上述の芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸または芳香族ジオールは、その芳香環に、フッ素原子、塩素原子などのハロゲン原子；メチル基、エチル基などのアルキル基；フェニル基などのアリール基を置換基として有していてもよい。
【００３１】
液晶ポリエステルを構成する芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する構造単位としては、例えば、化１に示すものが挙げられる。
【化１】
【００３２】
上記の構造単位は、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基を置換基として有していてもよい。
【００３３】
液晶ポリエステルを構成する芳香族ジカルボン酸に由来する構造単位としては、例えば、化２に示すものが挙げられる。
【化２】
【００３４】
上記の構造単位は、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基を置換基として有していてもよい。
【００３５】
液晶ポリエステルを構成する芳香族ジオールに由来する構造単位としては、例えば、化３に示すものが挙げられる。
【化３】
【００３６】
上記の構造単位は、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基を置換基として有していてもよい。
【００３７】
好適な液晶ポリエステルとしては、下記（ａ）〜（ｈ）に示される構造単位の組み合わせを有するものが挙げられる。
（ａ）：（Ａ1 ）、（Ｂ1 ）および（Ｃ1 ）の組み合わせ、または、（Ａ1 ）、（Ｂ1 ）、（Ｂ2 ）および（Ｃ1 ）の組み合わせ。
（ｂ）：（Ａ2 ）、（Ｂ3 ）および（Ｃ2 ）の組み合わせ、または、（Ａ2 ）、（Ｂ1 ）、（Ｂ3 ）および（Ｃ2 ）の組み合わせ。
（ｃ）：（Ａ1 ）および（Ａ2 ）の組み合わせ。
（ｄ）：（ａ）の構造単位の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ａ1 ）の一部または全部を（Ａ2 ）で置きかえたもの。
（ｅ）：（ａ）の構造単位の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｂ1 ）の一部または全部を（Ｂ3 ）で置きかえたもの。
（ｆ）：（ａ）の構造単位の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ1 ）の一部または全部を（Ｃ3 ）で置きかえたもの。
（ｇ）：（ｂ）の構造単位の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ａ2 ）の一部または全部を（Ａ1 ）で置きかえたもの。
（ｈ）：（ｃ）の構造単位の組み合わせに、（Ｂ1 ）と（Ｃ2 ）を加えたもの。
【００３８】
前記（ａ）〜（ｈ）のように、本発明で用いられる液晶ポリエステルとしては、芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する構造単位として、（Ａ1 ）および／または（Ａ2 ）を有し、芳香族ジカルボン酸に由来する構造単位として、（Ｂ1 ）、（Ｂ2 ）および（Ｂ3 ）からなる群から選ばれる少なくとも１種を有し、芳香族ジオールに由来する構造単位として、（Ｃ1 ）、（Ｃ2 ）および（Ｃ3 ）からなる群から選ばれる少なくとも１種を有するものが好ましい。なお、上述のように、これらの構造単位は、その芳香環に置換基を有していてもよいが、得られる容器２が一層優れた耐熱性を必要とする場合には、置換基を有していないことが望ましい。
【００３９】
液晶ポリエステルの製造方法としては、種々公知の方法を採用することができるが、本出願人が、特開２００４−２５６６７３号公報で提案したような液晶ポリエステルの製造方法が好ましい。
【００４０】
そして、容器２は、これらの熱可塑性樹脂から公知の方法（例えば、射出成形法など）によって製造することができる。
【００４１】
また、容器２には、レーザー光吸収性着色剤が含有されている。このレーザー光吸収性着色剤としては、カーボンブラック、モノアゾ染料、アントラキノン染料、ペリレン染料、フタロシアニン染料、ニグロシン染料、チタン黒、黒色酸化鉄、黄色酸化鉄、赤色酸化鉄、カドミウム黄、ニッケルチタン黄、ストロンチウム黄、含水酸化クロム、酸化クロム、アルミン酸コバルト、ウルトラマリン青などが挙げられ、１種または２種以上を使用してもよい。これらの中でも、耐熱性の観点から、カーボンブラック、チタン黒、黒色酸化鉄が好ましい。
【００４２】
熱可塑性樹脂成形体１００質量部に対して、レーザー光吸収性着色剤が０．０１〜１０質量部が好ましく、０．０５〜５質量部であることがさらに好ましい。
【００４３】
さらに、容器２には、必要に応じて、無機フィラーや種々の添加剤などが含有されていてもよい。
【００４４】
一方、蓋３は、正方形板状の本体３１を有しており、蓋３の厚さｔ１は、容器２の蓋支持段差部２２の深さｄ１（上面２２ａと底面２２ｃとの高さの差）にほぼ等しくなっている。
【００４５】
蓋３の外周縁部３２は、フッ化マグネシウム、ジルコニア、酸化アルミニウムからなる群より選択される１種以上の処理剤によって表面処理されている。この表面処理は、例えば、上記処理剤を適切な溶媒により溶液または分散液を調製して、これをスピンコート等により塗布したり、上記処理剤からなるターゲットが得られる場合は、このターゲットを用いてスパッタ処理したり、蒸着処理したりすることにより、実施することができる。
【００４６】
フッ化マグネシウムによる表面処理としては、例えば、スパッタガスとしてアルゴンガス、反応ガスとしてアルゴンで希釈したフッ素ガスを用いて、マグネシウムターゲットをスパッタし、スパッタにより発生したガスを外周縁部３２の表面に堆積させる方法、蒸着材料としてフッ化マグネシウムを用い、これに電子線を照射して加熱蒸着させ、蒸発ガスを外周縁部３２の表面に蒸着する方法、フッ酸および酢酸マグネシウムで調整したゾル液をスピンコートなどによって外周縁部３２の表面に塗工する方法などが挙げられる。
【００４７】
ジルコニアによる表面処理としては、例えば、蒸着材料としてジルコニアを用い、これに電子線を照射して加熱蒸着させ、蒸発ガスを外周縁部３２の表面に蒸着する方法、酸化ジルコニウムゾルをスピンコートなどによって塗工する方法などが挙げられる。
【００４８】
酸化アルミニウムによる表面処理としては、例えば、スパッタガスとしてアルゴンガス、反応ガスとして酸素を用い、アルミニウムターゲットをスパッタし、スパッタにより発生したガスを外周縁部３２の表面に堆積させる方法、蒸着材料として金属アルミニウムを用い、これに電子線を照射して加熱し、発生する蒸発ガスを酸素ガスとともに外周縁部３２の表面に蒸着する方法、酸化アルミニウムゾルを用い、スピンコート等により塗工する方法などが挙げられる。
【００４９】
また、蓋３の外周縁部３２は、表面処理に代えて、または、表面処理に加えて、粗化処理されていてもよい。この粗化処理は、例えば、クロム酸および硫酸の混合水溶液、フッ酸などのエッチング液によりエッチング処理する方法や、サンドブラスト法により、実施することができる。
【００５０】
このような蓋３の材料としては、ソーダ石灰ガラス、石英ガラス、リン珪酸ガラス、フッ化物ガラス、鉛ガラス、ランタンガラス、バリウムガラス、硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラスなどを例示することができる。
＜レーザー溶着装置の構成＞
【００５１】
レーザー溶着装置５は、図２に示すように、平板状のフレーム６を有している。フレーム６上には、レーザー溶着すべき容器２および蓋３を載置するための支持台９が、螺旋状のばね７を介して弾性的に昇降自在に設けられている。また、フレーム６の周縁部には複数本の支柱１０が支持台９を包囲するように立設されており、これら支柱１０の上側には平板状のヒートシンク材１１が着脱自在に設けられている。
【００５２】
このヒートシンク材１１は、後述するレーザー発振器１２から照射されるレーザー光Ｂの透過率が５０％以上（好ましくは、９０％以上）であるとともに、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上（好ましくは、５Ｗ／ｍＫ以上）であり、かつ赤外線を透過する特性を有している。こうしたヒートシンク材１１の材料としては、例えば、透明アルミナ、透明ベリリア、透明マグネシウム、石英ガラス、サファイア、シリコン等を挙げることができる。
【００５３】
さらに、支持台９の上方にはレーザー発振器１２が、図２に示すように、レーザー光Ｂを下向き、つまり支持台９側に照射しうるように設置されている。レーザー発振器１２の近傍には赤外線サーモグラフィ１３が、支持台９上に載置された容器２における蓋３との接触部２ａの温度を測定しうるように設置されている。
＜半導体素子収納用ケースの製造方法＞
【００５４】
次に、レーザー溶着装置５を用いて半導体素子収納用ケース１を製造する方法について説明する。
【００５５】
まず、被溶着材準備工程で、図３（ａ）に示すように、容器２および蓋３を用意する。このとき、容器２の蓋支持段差部２２の深さｄ１を蓋３の厚さｔ１より少し浅くする。
【００５６】
次いで、接触工程に移行し、図３（ｂ）に示すように、これらの容器２と蓋３とを接触させる。それには、支持台９上に容器２を載置し、容器２の半導体素子収納空間Ｓに半導体素子Ｄを収納した後、容器２上に蓋３を嵌着する。すると、蓋３は、その外周縁部３２が容器２の蓋支持段差部２２の底面２２ｃおよび内壁面２２ｂに接する。このとき、上述したとおり、容器２の蓋支持段差部２２の深さｄ１が蓋３の厚さｔ１より少し浅いので、蓋３の表面が容器２の蓋支持段差部２２の上面２２ａから上方にΔｔ（＝ｔ１−ｄ１）だけ突出した状態となる。
【００５７】
さらに、この蓋３の上側にヒートシンク材１１を載置し、ヒートシンク材１１を支柱１０に固定する。すると、蓋３および容器２は、ヒートシンク材１１および支持台９によって上下から挟み込まれる形で加圧される。
【００５８】
このとき、蓋３の表面が容器２の蓋支持段差部２２の上面２２ａから上方に突出しているので、ヒートシンク材１１からの荷重がすべて蓋３に作用する。その結果、蓋３が容器２側に所定の圧力で押圧されて両者が互いに密着する。この圧力は、容器２や蓋３の形状を損ないにくくする観点から、１０ＭＰａ以下が好ましい。
【００５９】
この状態で、加熱工程に移行し、図３（ｃ）に示すように、レーザー発振器１２を用いて、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１が所定の温度になるように、この接触部２ａに蓋３を通じてレーザー光Ｂを照射して加熱する。すると、蓋３の外周縁部３２が容器２の蓋支持段差部２２の底面２２ｃおよび内壁面２２ｂにレーザー溶着される。
【００６０】
このレーザー光Ｂの照射条件は、容器２の分解・劣化や変形を抑制するため、エネルギー１００Ｗ以下で、走査速度２ｍｍ／ｓ以上とする。
【００６１】
レーザー光Ｂの種類としては、色素レーザー、エキシマレーザー、アルゴンレーザー、クリプトンレーザー、ヘリウムーネオンレーザーなどの気体レーザー、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザーなどの固体レーザー、半導体レーザー等が挙げられる。これらの中でも、８００〜１２００ｎｍの範囲の波長を有するレーザー光Ｂが、熱可塑性樹脂成形体を劣化させず、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材を安定的に溶着させることができるため、好ましい。
【００６２】
レーザー光Ｂの伝達・照射方法としては、光学ミラー、ファイバー、レンズなどを用いることにより、レーザー光Ｂを微小領域に選択的に照射したり、レーザー光Ｂの焦点距離をずらして照射したりするなど、用途に応じてレーザー光Ｂの伝達経路を変えることができる。
【００６３】
このとき、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１を赤外線サーモグラフィ１３によって測定し、その測定結果をレーザー発振器１２にフィードバックすることにより、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１と、容器２を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２および分解開始温度Ｔ３との間に、以下の関係式（１）が成り立つように制御する。
（１）Ｔ２≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【００６４】
なお、熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２は、例えば次のようにして求めることができる。すなわち、（株）島津製作所製のフローテスター「ＣＦＴ−５００型」を用いて、昇温速度４℃／分で被測定サンプル（熱可塑性樹脂）を加熱する。そして、加熱により溶融体を形成した熱可塑性樹脂を荷重９．８ＭＰａで内径１ｍｍ、長さ１０ｍｍのノズルから押し出すときに、その溶融粘度が４８００Ｐａ・ｓを示す温度を測定する。この温度が熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２となる。
【００６５】
また、熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３は、例えば次のようにして求めることができる。すなわち、（株）島津製作所製の熱重量分析計「ＴＧＡ−５０」を用いて、窒素雰囲気中にて昇温速度１０℃／分で加熱したときに、重量が１％減少した温度を測定する。この温度が熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３となる。
【００６６】
容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１の範囲（上限温度および下限温度）をこのように規定することにより、容器２と蓋３とのレーザー溶着に際して、容器２を構成する熱可塑性樹脂の分解を防ぎつつ、容器２と蓋３との接合強度を高めることができる。すなわち、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１が、容器２を構成する熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３に４００℃を加えた温度を超えないため（Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃）、熱可塑性樹脂が分解する事態を防止することができる。また、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１が、容器２を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２を下回らないため（Ｔ２≦Ｔ１）、容器２における蓋３との接触部２ａを十分に流動させ、容器２と蓋３との接合強度を高めて両者を強固に溶着することができる。
【００６７】
なお、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１の上限温度を定めるに当たって、熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３ではなく、この分解開始温度Ｔ３に４００℃を加えた温度を採用したのは、通常、レーザー溶着におけるレーザー走査速度が概ね１０ｍｍ／ｓ以上と速いため、一時的に熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３を超えたからといって直ちに熱可塑性樹脂が分解し始めるわけではないとの知見に基づくものである。
【００６８】
しかも、容器２と蓋３とを一体化するのに、接着剤を用いる必要もなく、インサート成形を行なう必要もないので、工程を簡素化することが可能となる。また、容器２と蓋３とが直接、すなわち接着層などを介さずに互いに密着して接合されているため、両者の接合部の気密性を十分に高めることができる。
【００６９】
また、蓋３の上側には、レーザー光Ｂの透過率が５０％以上で、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上のヒートシンク材１１が載置されているため、レーザー溶着時の発熱を吸収・発散させることにより、蓋３の過熱を抑制することができる。その結果、容器２とレーザー溶着しうる蓋３の範囲を広げることが可能となる。
【００７０】
また、上述したとおり、容器２にはレーザー光吸収性着色剤が含有されているため、容器２における蓋３との接触部２ａにレーザー光Ｂが照射されたときに、この接触部２ａが十分に流動する。したがって、容器２と蓋３との接合部の気密性を一層高めることができる。
【００７１】
さらに、蓋３は、上述したとおり、その外周縁部３２、つまり容器２との接触部が表面処理および／または粗化処理を施されているため、容器２と蓋３との接合部の気密性をますます高めることができる。
【００７２】
ここで、半導体素子収納用ケース１の製造方法が終了し、半導体素子Ｄが収納された半導体素子収納用ケース１が完成する。
［発明のその他の実施の形態］
【００７３】
なお、上述した実施の形態１では、加熱工程において、上記の関係式（１）が成り立つように制御する場合について説明した。しかし、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１と、蓋３のガラス転移温度Ｔ４および容器２を構成する熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３との間に、以下の関係式（２）が成り立つように制御することもできる。なお、蓋３のガラス転移温度Ｔ４は、ＪＩＳ Ｒ３１０３−３に準拠して測定することができる。
（２）Ｔ４≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【００７４】
この場合、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１が蓋３のガラス転移温度Ｔ４以上となるため、容器２と蓋３との接触部がより流動することから、容器２と蓋３との接合部の気密性をますます高めることができるという利点がある。
【００７５】
なお、一般に蓋３のガラス転移温度Ｔ４は容器２を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２より大きいので（Ｔ２＜Ｔ４）、この関係式（２）を満たせば、上記の関係式（１）をも必ず満たすことになる。そのため、この場合も、上述した実施の形態１と同じ作用効果を奏する。
【００７６】
また、上述した実施の形態１では、蓋３の外周縁部３２を容器２の蓋支持段差部２２の底面２２ｃおよび内壁面２２ｂにレーザー溶着する場合について説明した。しかし、容器２の蓋支持段差部２２の別の部位（例えば、上面２２ａなど）に蓋３の外周縁部３２をレーザー溶着する場合に本発明を同様に適用することも勿論できる。
【００７７】
さらに、上述した実施の形態１では、複合体として半導体素子収納用ケース１を製造する場合を例にとって説明したが、半導体素子収納用ケース１以外の複合体（例えば、コンタクトイメージセンサー、イメージスキャナー、金融機械、ＣＣＤカメラカバーなど）を製造する場合に本発明を同様に適用することも可能である。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
【００７９】
（株）ファインディバイス製のレーザー発振器「ＦＤ−２００−５０」を用意した。住友化学（株）製の液晶ポリエステル「スミカスーパーＬＣＰ Ｅ６８０８ＴＨＦ ＢＺ」（流動開始温度３０６℃、分解開始温度４９９℃、放射率０．８６）から板状に成形された容器をこのレーザー溶着装置の成形体保持具に取り付けた。一方、フッ化マグネシウムで表面処理された松浪硝子工業（株）製のガラス板「Ｄ２６３」（ガラス転移温度５５７℃、厚さ０．４０ｍｍ）をこのレーザー溶着装置のガラス基材保持具に取り付けた。
【００８０】
そして、ガラス板を容器にばねで押圧して密着させた状態で、容器におけるガラス板との接触部に半導体レーザー（波長９４０ｎｍ、焦点におけるレーザー径２．１６ｍｍ、レーザー出力６Ｗ、レーザー走査速度１０ｍｍ／ｓ）を照射した。このとき、容器におけるガラス板との接触部の温度Ｔ１を（株）アピステ製の赤外線サーモグラフィ「ＦＳＶ−７０００Ｅ」にて測定したところ、７１２℃であった。その後、容器およびガラス板を冷却し、複合体としての蓋を得た。
【００８１】
このような容器とガラス板とのレーザー溶着を５回実施した。
＜実施例２＞
【００８２】
半導体レーザーのレーザー出力を５Ｗとしたことを除き、上述した実施例１と同様にして、容器とガラス板とのレーザー溶着を５回実施した。容器におけるガラス板との接触部の温度Ｔ１は、５９２℃であった。
＜実施例３＞
【００８３】
半導体レーザーのレーザー出力を４Ｗとしたことを除き、上述した実施例１と同様にして、容器とガラス板とのレーザー溶着を５回実施した。容器におけるガラス板との接触部の温度Ｔ１は、４７３℃であった。
＜比較例１＞
【００８４】
上述した実施例１と同様の容器およびガラス板を用いて、レーザー溶着に代えて超音波溶着を５回実施した。すなわち、日本エマソン（株）製の超音波溶着機「２０００ｅａ２０」（出力１１００Ｗ、最大振幅９２μｍ）を用いて、下記条件において超音波溶着を行なった。
加振周波数：２０ｋＨｚ
振幅：７０％
加圧力：０．３ＭＰａ
発振時間：０．３秒
冷却保持時間：０．１秒
＜容器とガラス板との溶着性の評価＞
【００８５】
これらの実施例１〜３および比較例１についてそれぞれ、容器とガラス板との溶着性の良否を判定するため、５回のレーザー溶着のうち溶着に成功した回数を計数した。その結果をまとめて表１に示す。
【表１】
【００８６】
表１から明らかなように、比較例１では、５回とも溶着に失敗し、密着性に劣る結果となった。これに対して、実施例１〜３では、５回のうち３〜５回（つまり、６０〜１００％）が溶着する結果が得られた。とりわけ実施例１、２では、５回とも溶着し、極めて優れた密着性を示した。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、レンズ、プリズム、ミラーなどのガラス基材と熱可塑性樹脂成形体との一体成形品、コンタクトイメージセンサー、イメージスキャナー、金融機械（紙幣読取装置など）、ＣＣＤカメラカバーなどの光学機械部品、半導体製造装置用治具部品、照明器具、自動車やビルなどの窓パネルその他の複合体の製造に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１……半導体素子収納用ケース（複合体）
２……容器（熱可塑性樹脂成形体）
２ａ……接触部
３……蓋（ガラス基材）
５……レーザ溶着装置
６……フレーム
７……ばね
９……支持台
１０……支柱
１１……ヒートシンク材
１２……レーザー発振器
１３……赤外線サーモグラフィ
２１……底板
２２……蓋支持段差部
２２ａ……上面
２２ｂ……内壁面
２２ｃ……底面
３１……本体
３２……外周縁部
Ｂ……レーザー光
ｄ１……蓋支持段差部の深さ
Ｄ……半導体素子
Ｓ……半導体素子収納空間
ｔ１……蓋の厚さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂成形体およびガラス基材からなる複合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の複合体の具体例としては、容器（熱可塑性樹脂成形体）に蓋（ガラス基材）がはめ込まれて一体化された半導体素子収納用ケースを挙げることができる。
【０００３】
従来、このような複合体を製造する一手法として、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを接着剤で接着して一体化する方法が採用されている。また、別の手法として、インサート成形により、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを一体化する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７１３５７６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、接着剤を用いる方法では、接着剤を塗布する工程などの管理が複雑で、工程が煩雑になりやすかった。加えて、接着剤に含有されている低沸点成分の一部が揮発したり、接着剤から形成された接着層が吸湿性を有していたりするなどの理由から、接合部の気密性（封止性）をあまり高くすることができなかった。
【０００６】
他方、インサート成形による方法では、ガラス基材が破損しないように、その位置決めなどの取扱いに慎重さが求められるため、接着剤を用いる方法と同様、工程が煩雑になりやすかった。
【０００７】
そこで、本発明は、こうした不都合を伴うことなく、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材との接合強度を高めることが可能な複合体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、本発明者は、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材との接合強度を高めるべく、両者のレーザー溶着に際して、両者の接触部の温度範囲を規定することに着目し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを接触させる接触工程と、前記熱可塑性樹脂成形体における前記ガラス基材との接触部の温度が所定の温度になるように前記ガラス基材を通じてレーザー光を照射して加熱する加熱工程とが含まれる複合体の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂成形体における前記ガラス基材との接触部の温度をＴ１、前記熱可塑性樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度および分解開始温度をそれぞれＴ２、Ｔ３としたとき、前記加熱工程において、以下の関係式（１）を満たすように制御する複合体の製造方法としたことを特徴とする。
（１）Ｔ２≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記ガラス基材のガラス転移温度をＴ４としたとき、前記加熱工程において、以下の関係式（２）を満たすように制御することを特徴とする。
（２）Ｔ４≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、前記接触工程において、前記熱可塑性樹脂成形体と前記ガラス基材とが密着するように押圧し、前記加熱工程において、前記熱可塑性樹脂成形体と前記ガラス基材とが密着した状態のまま前記レーザー光の照射を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成に加え、前記ガラス基材における前記熱可塑性樹脂成形体との接触部が、フッ化マグネシウム、ジルコニア、酸化アルミニウムからなる群より選択される１種以上の処理剤によって表面処理されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成に加え、前記熱可塑性樹脂成形体が、レーザー光吸収性着色剤を含有していることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の構成に加え、前記レーザー光吸収性着色剤が、カーボンブラック、チタン黒、黒色酸化鉄からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の構成に加え、前記熱可塑性樹脂成形体が、液晶ポリエステルから構成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の構成に加え、前記レーザー光の照射条件が、エネルギー１００Ｗ以下で、走査速度２ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の構成に加え、前記ガラス基材の前記レーザー光照射される面に、前記レーザー光の透過率が５０％以上であるとともに、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上であるヒートシンク材を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とのレーザー溶着に際して、両者の接触部の温度範囲が規定されることから、熱可塑性樹脂の分解を防ぎつつ、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材との接合強度を高めることができる。
【００１９】
しかも、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを一体化するのに、接着剤を用いる必要もなく、インサート成形を行なう必要もないので、工程を簡素化することが可能となる。また、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とが直接、すなわち接着層などを介さずに接合されているため、両者の接合部の気密性を十分に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体素子収納用ケースを示す図であって、（ａ）はその分解斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図２】同実施の形態１に係るレーザー溶着装置を示す正面図である。
【図３】図１に示す半導体素子収納用ケースの製造方法を示す工程図であって、（ａ）は被溶着材準備工程を示す断面図、（ｂ）は接触工程を示す断面図、（ｃ）は加熱工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
【００２２】
図１乃至図３には、本発明の実施の形態１を示す。
【００２３】
この実施の形態１では、複合体の一例として半導体素子収納用ケース１を用い、熱可塑性樹脂成形体の一例として容器２を用い、ガラス基材の一例として蓋３を用いている。以下、半導体素子収納用ケースの構成、レーザー溶着装置の構成および半導体素子収納用ケースの製造方法について順に説明する。
＜半導体素子収納用ケースの構成＞
【００２４】
この実施の形態１に係る半導体素子収納用ケース１は、図１に示すように、容器２に蓋３がレーザー溶着で一体に接合されて構成されている。
【００２５】
この容器２は、正方形板状の底板２１を有しており、底板２１の周縁部には、蓋３を支持するためのＬ字断面形の蓋支持段差部２２が一体に立設されている。蓋支持段差部２２の内側には半導体素子収納空間Ｓが形成されており、半導体素子収納空間Ｓには、ＣＣＤ（電荷結合素子）などの半導体素子Ｄを収納することができる。蓋支持段差部２２は、上面２２ａ、内壁面２２ｂおよび底面２２ｃを有している。
【００２６】
このような容器２の材料としては、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、液晶ポリエステル、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂などを例示することができるが、これらの中でも、流動性、耐熱性、剛性の観点から液晶ポリエステルが好ましい。
【００２７】
この液晶ポリエステルとは、サーモトロピック液晶ポリマーと呼ばれるポリエステルであり、４５０℃以下で光学的に異方性を示す溶融体を形成するものである。かかる液晶ポリエステルとしては、例えば、下記（イ）〜（ニ）に示されるものが挙げられる。
（イ）芳香族ヒドロキシカルボン酸と芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールとを組み合わせて重合させて得られるもの。
（ロ）複数種の芳香族ヒドロキシカルボン酸を重合させて得られるもの。
（ハ）芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールとを組み合わせて重合させて得られるもの。
（ニ）ポリエチレンテレフタレートなどの結晶性ポリエステルに芳香族ヒドロキシカルボン酸を反応させて得られるもの。
【００２８】
なお、液晶ポリエステルの製造に関し、前記の芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸または芳香族ジオールの代わりに、それらのエステル形成性誘導体を使用することも可能である。このエステル形成性誘導体を用いれば液晶ポリエステルの製造がより容易になるという利点がある。
【００２９】
分子内にカルボキシル基を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸や芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体としては、例えば、このカルボキシル基がハロホルミル基やアシルオキシカルボニル基などの高反応性の基に転化したもの、このカルボキシル基が、エステル交換反応によりポリエステルを生成するように、アルコール類やエチレングリコールとエステルを形成しているものが挙げられる。また、分子内にフェノール性ヒドロキシル基（フェノール性水酸基）を有する芳香族ヒドロキシカルボン酸や芳香族ジオールのエステル形成性誘導体としては、例えば、このフェノール性ヒドロキシル基が、エステル交換反応によりポリエステルを生成するように、低級カルボン酸類とエステルを形成しているものが挙げられる。
【００３０】
さらに、エステル形成性を阻害しない程度であれば、上述の芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸または芳香族ジオールは、その芳香環に、フッ素原子、塩素原子などのハロゲン原子；メチル基、エチル基などのアルキル基；フェニル基などのアリール基を置換基として有していてもよい。
【００３１】
液晶ポリエステルを構成する芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する構造単位としては、例えば、化１に示すものが挙げられる。
【化１】
【００３２】
上記の構造単位は、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基を置換基として有していてもよい。
【００３３】
液晶ポリエステルを構成する芳香族ジカルボン酸に由来する構造単位としては、例えば、化２に示すものが挙げられる。
【化２】
【００３４】
上記の構造単位は、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基を置換基として有していてもよい。
【００３５】
液晶ポリエステルを構成する芳香族ジオールに由来する構造単位としては、例えば、化３に示すものが挙げられる。
【化３】
【００３６】
上記の構造単位は、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基を置換基として有していてもよい。
【００３７】
好適な液晶ポリエステルとしては、下記（ａ）〜（ｈ）に示される構造単位の組み合わせを有するものが挙げられる。
（ａ）：（Ａ1 ）、（Ｂ1 ）および（Ｃ1 ）の組み合わせ、または、（Ａ1 ）、（Ｂ1 ）、（Ｂ2 ）および（Ｃ1 ）の組み合わせ。
（ｂ）：（Ａ2 ）、（Ｂ3 ）および（Ｃ2 ）の組み合わせ、または、（Ａ2 ）、（Ｂ1 ）、（Ｂ3 ）および（Ｃ2 ）の組み合わせ。
（ｃ）：（Ａ1 ）および（Ａ2 ）の組み合わせ。
（ｄ）：（ａ）の構造単位の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ａ1 ）の一部または全部を（Ａ2 ）で置きかえたもの。
（ｅ）：（ａ）の構造単位の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｂ1 ）の一部または全部を（Ｂ3 ）で置きかえたもの。
（ｆ）：（ａ）の構造単位の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ1 ）の一部または全部を（Ｃ3 ）で置きかえたもの。
（ｇ）：（ｂ）の構造単位の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ａ2 ）の一部または全部を（Ａ1 ）で置きかえたもの。
（ｈ）：（ｃ）の構造単位の組み合わせに、（Ｂ1 ）と（Ｃ2 ）を加えたもの。
【００３８】
前記（ａ）〜（ｈ）のように、本発明で用いられる液晶ポリエステルとしては、芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する構造単位として、（Ａ1 ）および／または（Ａ2 ）を有し、芳香族ジカルボン酸に由来する構造単位として、（Ｂ1 ）、（Ｂ2 ）および（Ｂ3 ）からなる群から選ばれる少なくとも１種を有し、芳香族ジオールに由来する構造単位として、（Ｃ1 ）、（Ｃ2 ）および（Ｃ3 ）からなる群から選ばれる少なくとも１種を有するものが好ましい。なお、上述のように、これらの構造単位は、その芳香環に置換基を有していてもよいが、得られる容器２が一層優れた耐熱性を必要とする場合には、置換基を有していないことが望ましい。
【００３９】
液晶ポリエステルの製造方法としては、種々公知の方法を採用することができるが、本出願人が、特開２００４−２５６６７３号公報で提案したような液晶ポリエステルの製造方法が好ましい。
【００４０】
そして、容器２は、これらの熱可塑性樹脂から公知の方法（例えば、射出成形法など）によって製造することができる。
【００４１】
また、容器２には、レーザー光吸収性着色剤が含有されている。このレーザー光吸収性着色剤としては、カーボンブラック、モノアゾ染料、アントラキノン染料、ペリレン染料、フタロシアニン染料、ニグロシン染料、チタン黒、黒色酸化鉄、黄色酸化鉄、赤色酸化鉄、カドミウム黄、ニッケルチタン黄、ストロンチウム黄、含水酸化クロム、酸化クロム、アルミン酸コバルト、ウルトラマリン青などが挙げられ、１種または２種以上を使用してもよい。これらの中でも、耐熱性の観点から、カーボンブラック、チタン黒、黒色酸化鉄が好ましい。
【００４２】
熱可塑性樹脂成形体１００質量部に対して、レーザー光吸収性着色剤が０．０１〜１０質量部が好ましく、０．０５〜５質量部であることがさらに好ましい。
【００４３】
さらに、容器２には、必要に応じて、無機フィラーや種々の添加剤などが含有されていてもよい。
【００４４】
一方、蓋３は、正方形板状の本体３１を有しており、蓋３の厚さｔ１は、容器２の蓋支持段差部２２の深さｄ１（上面２２ａと底面２２ｃとの高さの差）にほぼ等しくなっている。
【００４５】
蓋３の外周縁部３２は、フッ化マグネシウム、ジルコニア、酸化アルミニウムからなる群より選択される１種以上の処理剤によって表面処理されている。この表面処理は、例えば、上記処理剤を適切な溶媒により溶液または分散液を調製して、これをスピンコート等により塗布したり、上記処理剤からなるターゲットが得られる場合は、このターゲットを用いてスパッタ処理したり、蒸着処理したりすることにより、実施することができる。
【００４６】
フッ化マグネシウムによる表面処理としては、例えば、スパッタガスとしてアルゴンガス、反応ガスとしてアルゴンで希釈したフッ素ガスを用いて、マグネシウムターゲットをスパッタし、スパッタにより発生したガスを外周縁部３２の表面に堆積させる方法、蒸着材料としてフッ化マグネシウムを用い、これに電子線を照射して加熱蒸着させ、蒸発ガスを外周縁部３２の表面に蒸着する方法、フッ酸および酢酸マグネシウムで調整したゾル液をスピンコートなどによって外周縁部３２の表面に塗工する方法などが挙げられる。
【００４７】
ジルコニアによる表面処理としては、例えば、蒸着材料としてジルコニアを用い、これに電子線を照射して加熱蒸着させ、蒸発ガスを外周縁部３２の表面に蒸着する方法、酸化ジルコニウムゾルをスピンコートなどによって塗工する方法などが挙げられる。
【００４８】
酸化アルミニウムによる表面処理としては、例えば、スパッタガスとしてアルゴンガス、反応ガスとして酸素を用い、アルミニウムターゲットをスパッタし、スパッタにより発生したガスを外周縁部３２の表面に堆積させる方法、蒸着材料として金属アルミニウムを用い、これに電子線を照射して加熱し、発生する蒸発ガスを酸素ガスとともに外周縁部３２の表面に蒸着する方法、酸化アルミニウムゾルを用い、スピンコート等により塗工する方法などが挙げられる。
【００４９】
また、蓋３の外周縁部３２は、表面処理に代えて、または、表面処理に加えて、粗化処理されていてもよい。この粗化処理は、例えば、クロム酸および硫酸の混合水溶液、フッ酸などのエッチング液によりエッチング処理する方法や、サンドブラスト法により、実施することができる。
【００５０】
このような蓋３の材料としては、ソーダ石灰ガラス、石英ガラス、リン珪酸ガラス、フッ化物ガラス、鉛ガラス、ランタンガラス、バリウムガラス、硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラスなどを例示することができる。
＜レーザー溶着装置の構成＞
【００５１】
レーザー溶着装置５は、図２に示すように、平板状のフレーム６を有している。フレーム６上には、レーザー溶着すべき容器２および蓋３を載置するための支持台９が、螺旋状のばね７を介して弾性的に昇降自在に設けられている。また、フレーム６の周縁部には複数本の支柱１０が支持台９を包囲するように立設されており、これら支柱１０の上側には平板状のヒートシンク材１１が着脱自在に設けられている。
【００５２】
このヒートシンク材１１は、後述するレーザー発振器１２から照射されるレーザー光Ｂの透過率が５０％以上（好ましくは、９０％以上）であるとともに、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上（好ましくは、５Ｗ／ｍＫ以上）であり、かつ赤外線を透過する特性を有している。こうしたヒートシンク材１１の材料としては、例えば、透明アルミナ、透明ベリリア、透明マグネシウム、石英ガラス、サファイア、シリコン等を挙げることができる。
【００５３】
さらに、支持台９の上方にはレーザー発振器１２が、図２に示すように、レーザー光Ｂを下向き、つまり支持台９側に照射しうるように設置されている。レーザー発振器１２の近傍には赤外線サーモグラフィ１３が、支持台９上に載置された容器２における蓋３との接触部２ａの温度を測定しうるように設置されている。
＜半導体素子収納用ケースの製造方法＞
【００５４】
次に、レーザー溶着装置５を用いて半導体素子収納用ケース１を製造する方法について説明する。
【００５５】
まず、被溶着材準備工程で、図３（ａ）に示すように、容器２および蓋３を用意する。このとき、容器２の蓋支持段差部２２の深さｄ１を蓋３の厚さｔ１より少し浅くする。
【００５６】
次いで、接触工程に移行し、図３（ｂ）に示すように、これらの容器２と蓋３とを接触させる。それには、支持台９上に容器２を載置し、容器２の半導体素子収納空間Ｓに半導体素子Ｄを収納した後、容器２上に蓋３を嵌着する。すると、蓋３は、その外周縁部３２が容器２の蓋支持段差部２２の底面２２ｃおよび内壁面２２ｂに接する。このとき、上述したとおり、容器２の蓋支持段差部２２の深さｄ１が蓋３の厚さｔ１より少し浅いので、蓋３の表面が容器２の蓋支持段差部２２の上面２２ａから上方にΔｔ（＝ｔ１−ｄ１）だけ突出した状態となる。
【００５７】
さらに、この蓋３の上側にヒートシンク材１１を載置し、ヒートシンク材１１を支柱１０に固定する。すると、蓋３および容器２は、ヒートシンク材１１および支持台９によって上下から挟み込まれる形で加圧される。
【００５８】
このとき、蓋３の表面が容器２の蓋支持段差部２２の上面２２ａから上方に突出しているので、ヒートシンク材１１からの荷重がすべて蓋３に作用する。その結果、蓋３が容器２側に所定の圧力で押圧されて両者が互いに密着する。この圧力は、容器２や蓋３の形状を損ないにくくする観点から、１０ＭＰａ以下が好ましい。
【００５９】
この状態で、加熱工程に移行し、図３（ｃ）に示すように、レーザー発振器１２を用いて、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１が所定の温度になるように、この接触部２ａに蓋３を通じてレーザー光Ｂを照射して加熱する。すると、蓋３の外周縁部３２が容器２の蓋支持段差部２２の底面２２ｃおよび内壁面２２ｂにレーザー溶着される。
【００６０】
このレーザー光Ｂの照射条件は、容器２の分解・劣化や変形を抑制するため、エネルギー１００Ｗ以下で、走査速度２ｍｍ／ｓ以上とする。
【００６１】
レーザー光Ｂの種類としては、色素レーザー、エキシマレーザー、アルゴンレーザー、クリプトンレーザー、ヘリウムーネオンレーザーなどの気体レーザー、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザーなどの固体レーザー、半導体レーザー等が挙げられる。これらの中でも、８００〜１２００ｎｍの範囲の波長を有するレーザー光Ｂが、熱可塑性樹脂成形体を劣化させず、熱可塑性樹脂成形体とガラス基材を安定的に溶着させることができるため、好ましい。
【００６２】
レーザー光Ｂの伝達・照射方法としては、光学ミラー、ファイバー、レンズなどを用いることにより、レーザー光Ｂを微小領域に選択的に照射したり、レーザー光Ｂの焦点距離をずらして照射したりするなど、用途に応じてレーザー光Ｂの伝達経路を変えることができる。
【００６３】
このとき、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１を赤外線サーモグラフィ１３によって測定し、その測定結果をレーザー発振器１２にフィードバックすることにより、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１と、容器２を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２および分解開始温度Ｔ３との間に、以下の関係式（１）が成り立つように制御する。
（１）Ｔ２≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【００６４】
なお、熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２は、例えば次のようにして求めることができる。すなわち、（株）島津製作所製のフローテスター「ＣＦＴ−５００型」を用いて、昇温速度４℃／分で被測定サンプル（熱可塑性樹脂）を加熱する。そして、加熱により溶融体を形成した熱可塑性樹脂を荷重９．８ＭＰａで内径１ｍｍ、長さ１０ｍｍのノズルから押し出すときに、その溶融粘度が４８００Ｐａ・ｓを示す温度を測定する。この温度が熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２となる。
【００６５】
また、熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３は、例えば次のようにして求めることができる。すなわち、（株）島津製作所製の熱重量分析計「ＴＧＡ−５０」を用いて、窒素雰囲気中にて昇温速度１０℃／分で加熱したときに、重量が１％減少した温度を測定する。この温度が熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３となる。
【００６６】
容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１の範囲（上限温度および下限温度）をこのように規定することにより、容器２と蓋３とのレーザー溶着に際して、容器２を構成する熱可塑性樹脂の分解を防ぎつつ、容器２と蓋３との接合強度を高めることができる。すなわち、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１が、容器２を構成する熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３に４００℃を加えた温度を超えないため（Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃）、熱可塑性樹脂が分解する事態を防止することができる。また、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１が、容器２を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２を下回らないため（Ｔ２≦Ｔ１）、容器２における蓋３との接触部２ａを十分に流動させ、容器２と蓋３との接合強度を高めて両者を強固に溶着することができる。
【００６７】
なお、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１の上限温度を定めるに当たって、熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３ではなく、この分解開始温度Ｔ３に４００℃を加えた温度を採用したのは、通常、レーザー溶着におけるレーザー走査速度が概ね１０ｍｍ／ｓ以上と速いため、一時的に熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３を超えたからといって直ちに熱可塑性樹脂が分解し始めるわけではないとの知見に基づくものである。
【００６８】
しかも、容器２と蓋３とを一体化するのに、接着剤を用いる必要もなく、インサート成形を行なう必要もないので、工程を簡素化することが可能となる。また、容器２と蓋３とが直接、すなわち接着層などを介さずに互いに密着して接合されているため、両者の接合部の気密性を十分に高めることができる。
【００６９】
また、蓋３の上側には、レーザー光Ｂの透過率が５０％以上で、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上のヒートシンク材１１が載置されているため、レーザー溶着時の発熱を吸収・発散させることにより、蓋３の過熱を抑制することができる。その結果、容器２とレーザー溶着しうる蓋３の範囲を広げることが可能となる。
【００７０】
また、上述したとおり、容器２にはレーザー光吸収性着色剤が含有されているため、容器２における蓋３との接触部２ａにレーザー光Ｂが照射されたときに、この接触部２ａが十分に流動する。したがって、容器２と蓋３との接合部の気密性を一層高めることができる。
【００７１】
さらに、蓋３は、上述したとおり、その外周縁部３２、つまり容器２との接触部が表面処理および／または粗化処理を施されているため、容器２と蓋３との接合部の気密性をますます高めることができる。
【００７２】
ここで、半導体素子収納用ケース１の製造方法が終了し、半導体素子Ｄが収納された半導体素子収納用ケース１が完成する。
［発明のその他の実施の形態］
【００７３】
なお、上述した実施の形態１では、加熱工程において、上記の関係式（１）が成り立つように制御する場合について説明した。しかし、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１と、蓋３のガラス転移温度Ｔ４および容器２を構成する熱可塑性樹脂の分解開始温度Ｔ３との間に、以下の関係式（２）が成り立つように制御することもできる。なお、蓋３のガラス転移温度Ｔ４は、ＪＩＳ Ｒ３１０３−３に準拠して測定することができる。
（２）Ｔ４≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【００７４】
この場合、容器２における蓋３との接触部２ａの温度Ｔ１が蓋３のガラス転移温度Ｔ４以上となるため、容器２と蓋３との接触部がより流動することから、容器２と蓋３との接合部の気密性をますます高めることができるという利点がある。
【００７５】
なお、一般に蓋３のガラス転移温度Ｔ４は容器２を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度Ｔ２より大きいので（Ｔ２＜Ｔ４）、この関係式（２）を満たせば、上記の関係式（１）をも必ず満たすことになる。そのため、この場合も、上述した実施の形態１と同じ作用効果を奏する。
【００７６】
また、上述した実施の形態１では、蓋３の外周縁部３２を容器２の蓋支持段差部２２の底面２２ｃおよび内壁面２２ｂにレーザー溶着する場合について説明した。しかし、容器２の蓋支持段差部２２の別の部位（例えば、上面２２ａなど）に蓋３の外周縁部３２をレーザー溶着する場合に本発明を同様に適用することも勿論できる。
【００７７】
さらに、上述した実施の形態１では、複合体として半導体素子収納用ケース１を製造する場合を例にとって説明したが、半導体素子収納用ケース１以外の複合体（例えば、コンタクトイメージセンサー、イメージスキャナー、金融機械、ＣＣＤカメラカバーなど）を製造する場合に本発明を同様に適用することも可能である。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
【００７９】
（株）ファインディバイス製のレーザー発振器「ＦＤ−２００−５０」を用意した。住友化学（株）製の液晶ポリエステル「スミカスーパーＬＣＰ Ｅ６８０８ＴＨＦ ＢＺ」（流動開始温度３０６℃、分解開始温度４９９℃、放射率０．８６）から板状に成形された容器をこのレーザー溶着装置の成形体保持具に取り付けた。一方、フッ化マグネシウムで表面処理された松浪硝子工業（株）製のガラス板「Ｄ２６３」（ガラス転移温度５５７℃、厚さ０．４０ｍｍ）をこのレーザー溶着装置のガラス基材保持具に取り付けた。
【００８０】
そして、ガラス板を容器にばねで押圧して密着させた状態で、容器におけるガラス板との接触部に半導体レーザー（波長９４０ｎｍ、焦点におけるレーザー径２．１６ｍｍ、レーザー出力６Ｗ、レーザー走査速度１０ｍｍ／ｓ）を照射した。このとき、容器におけるガラス板との接触部の温度Ｔ１を（株）アピステ製の赤外線サーモグラフィ「ＦＳＶ−７０００Ｅ」にて測定したところ、７１２℃であった。その後、容器およびガラス板を冷却し、複合体としての蓋を得た。
【００８１】
このような容器とガラス板とのレーザー溶着を５回実施した。
＜実施例２＞
【００８２】
半導体レーザーのレーザー出力を５Ｗとしたことを除き、上述した実施例１と同様にして、容器とガラス板とのレーザー溶着を５回実施した。容器におけるガラス板との接触部の温度Ｔ１は、５９２℃であった。
＜実施例３＞
【００８３】
半導体レーザーのレーザー出力を４Ｗとしたことを除き、上述した実施例１と同様にして、容器とガラス板とのレーザー溶着を５回実施した。容器におけるガラス板との接触部の温度Ｔ１は、４７３℃であった。
＜比較例１＞
【００８４】
上述した実施例１と同様の容器およびガラス板を用いて、レーザー溶着に代えて超音波溶着を５回実施した。すなわち、日本エマソン（株）製の超音波溶着機「２０００ｅａ２０」（出力１１００Ｗ、最大振幅９２μｍ）を用いて、下記条件において超音波溶着を行なった。
加振周波数：２０ｋＨｚ
振幅：７０％
加圧力：０．３ＭＰａ
発振時間：０．３秒
冷却保持時間：０．１秒
＜容器とガラス板との溶着性の評価＞
【００８５】
これらの実施例１〜３および比較例１についてそれぞれ、容器とガラス板との溶着性の良否を判定するため、５回のレーザー溶着のうち溶着に成功した回数を計数した。その結果をまとめて表１に示す。
【表１】
【００８６】
表１から明らかなように、比較例１では、５回とも溶着に失敗し、密着性に劣る結果となった。これに対して、実施例１〜３では、５回のうち３〜５回（つまり、６０〜１００％）が溶着する結果が得られた。とりわけ実施例１、２では、５回とも溶着し、極めて優れた密着性を示した。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、レンズ、プリズム、ミラーなどのガラス基材と熱可塑性樹脂成形体との一体成形品、コンタクトイメージセンサー、イメージスキャナー、金融機械（紙幣読取装置など）、ＣＣＤカメラカバーなどの光学機械部品、半導体製造装置用治具部品、照明器具、自動車やビルなどの窓パネルその他の複合体の製造に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１……半導体素子収納用ケース（複合体）
２……容器（熱可塑性樹脂成形体）
２ａ……接触部
３……蓋（ガラス基材）
５……レーザ溶着装置
６……フレーム
７……ばね
９……支持台
１０……支柱
１１……ヒートシンク材
１２……レーザー発振器
１３……赤外線サーモグラフィ
２１……底板
２２……蓋支持段差部
２２ａ……上面
２２ｂ……内壁面
２２ｃ……底面
３１……本体
３２……外周縁部
Ｂ……レーザー光
ｄ１……蓋支持段差部の深さ
Ｄ……半導体素子
Ｓ……半導体素子収納空間
ｔ１……蓋の厚さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを接触させる接触工程と、前記熱可塑性樹脂成形体における前記ガラス基材との接触部の温度が所定の温度になるように前記ガラス基材を通じてレーザー光を照射して加熱する加熱工程とが含まれる複合体の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂成形体における前記ガラス基材との接触部の温度をＴ１、前記熱可塑性樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度および分解開始温度をそれぞれＴ２、Ｔ３としたとき、前記加熱工程において、以下の関係式（１）を満たすように制御することを特徴とする複合体の製造方法。
（１）Ｔ２≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【請求項２】
前記ガラス基材のガラス転移温度をＴ４としたとき、前記加熱工程において、以下の関係式（２）を満たすように制御することを特徴とする請求項１に記載の複合体の製造方法。
（２）Ｔ４≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【請求項３】
前記接触工程において、前記熱可塑性樹脂成形体と前記ガラス基材とが密着するように押圧し、前記加熱工程において、前記熱可塑性樹脂成形体と前記ガラス基材とが密着した状態のまま前記レーザー光の照射を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の複合体の製造方法。
【請求項４】
前記ガラス基材における前記熱可塑性樹脂成形体との接触部が、フッ化マグネシウム、ジルコニア、酸化アルミニウムからなる群より選択される１種以上の処理剤によって表面処理されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂成形体が、レーザー光吸収性着色剤を含有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【請求項６】
前記レーザー光吸収性着色剤が、カーボンブラック、チタン黒、黒色酸化鉄からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする請求項５に記載の複合体の製造方法。
【請求項７】
前記熱可塑性樹脂成形体が、液晶ポリエステルから構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【請求項８】
前記レーザー光の照射条件が、エネルギー１００Ｗ以下で、走査速度２ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【請求項９】
前記ガラス基材の前記レーザー光照射される面に、前記レーザー光の透過率が５０％以上であるとともに、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上であるヒートシンク材を設けることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【請求項１】
熱可塑性樹脂成形体とガラス基材とを接触させる接触工程と、前記熱可塑性樹脂成形体における前記ガラス基材との接触部の温度が所定の温度になるように前記ガラス基材を通じてレーザー光を照射して加熱する加熱工程とが含まれる複合体の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂成形体における前記ガラス基材との接触部の温度をＴ１、前記熱可塑性樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂の流動開始温度および分解開始温度をそれぞれＴ２、Ｔ３としたとき、前記加熱工程において、以下の関係式（１）を満たすように制御することを特徴とする複合体の製造方法。
（１）Ｔ２≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【請求項２】
前記ガラス基材のガラス転移温度をＴ４としたとき、前記加熱工程において、以下の関係式（２）を満たすように制御することを特徴とする請求項１に記載の複合体の製造方法。
（２）Ｔ４≦Ｔ１≦Ｔ３＋４００℃
【請求項３】
前記接触工程において、前記熱可塑性樹脂成形体と前記ガラス基材とが密着するように押圧し、前記加熱工程において、前記熱可塑性樹脂成形体と前記ガラス基材とが密着した状態のまま前記レーザー光の照射を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の複合体の製造方法。
【請求項４】
前記ガラス基材における前記熱可塑性樹脂成形体との接触部が、フッ化マグネシウム、ジルコニア、酸化アルミニウムからなる群より選択される１種以上の処理剤によって表面処理されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂成形体が、レーザー光吸収性着色剤を含有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【請求項６】
前記レーザー光吸収性着色剤が、カーボンブラック、チタン黒、黒色酸化鉄からなる群より選択される１種以上であることを特徴とする請求項５に記載の複合体の製造方法。
【請求項７】
前記熱可塑性樹脂成形体が、液晶ポリエステルから構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【請求項８】
前記レーザー光の照射条件が、エネルギー１００Ｗ以下で、走査速度２ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【請求項９】
前記ガラス基材の前記レーザー光照射される面に、前記レーザー光の透過率が５０％以上であるとともに、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上であるヒートシンク材を設けることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の複合体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２０７０５６（Ｐ２０１１−２０７０５６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７７２９１（Ｐ２０１０−７７２９１）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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