JP7494721B2

JP7494721B2 - 金属部材の製造方法

Info

Publication number: JP7494721B2
Application number: JP2020205718A
Authority: JP
Inventors: 将大内村; 博道中田; 雅志古川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2024-06-04
Anticipated expiration: 2040-12-11
Also published as: JP2022028587A

Description

本発明は、金属部材及び金属部材の製造方法に関する。

近年では、金属部材と他部材との間の密着性を向上させるため、当該金属部材の表面に微細な凹凸を設けて粗面化することが検討されている。

例えば、特許文献１には、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇのうち少なくとも一つを主成分とする材料で構成された金属薄膜の表面に低エネルギー密度のエネルギービームを照射して、当該金属薄膜の表面を溶融、凝固させることで、当該金属薄膜の表面を粗面化することが開示されている。

特開２０１６－２０００１号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、文献中にも記載されているように、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの融点の低い材料を主成分とする金属薄膜の表面を粗面化することができない、という課題があった。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、少なくとも表面に融点の低い材料が用いられた基材の表面に微細な凹凸形状を設けることで、他部材との密着性を向上させることが可能な金属部材及び金属部材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様に係る金属部材の製造方法は、少なくとも表面がＣｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅのうち少なくとも何れかを主成分とする材料によって構成された基材と、前記基材の表面に形成された凹凸形状を有する凹凸部と、を備えた金属部材の製造方法であって、前記凹凸部を形成するステップでは、前記基材の表面のうち第１領域にパルス発振のレーザビームを照射して、当該第１領域における前記基材の表面を溶融させるステップと、前記第１領域における前記基材の表面が溶融することによって所定の雰囲気中に放出された金属の蒸気又はプラズマから、金属の粒子を生成し、前記第１領域に堆積させるステップと、前記基材の表面のうち前記第１領域に隣接する第２領域に前記レーザビームを照射して、当該第２領域における前記基材の表面を溶融させるステップと、前記第２領域における前記基材の表面が溶融することによって前記所定の雰囲気中に放出された金属の蒸気又はプラズマから、金属の粒子を生成し、前記第２領域及びそれに隣接する前記第１領域のそれぞれに堆積させるステップと、を備える。この金属部材の製造方法は、少なくとも表面にＣｕやＡｌなどの融点の低い材料が用いられた基材の表面にも、微細な凹凸形状を設けることができるため、当該金属部材と他部材との間の密着性を向上させることができる。

前記基材は、表面にＣｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅのうち少なくとも何れかを主成分とする材料によって構成された金属薄膜を有し、前記凹凸部は、前記金属薄膜の表面に形成されても良い。この金属部材の製造方法は、ＣｕやＡｌなどの融点の低い材料を主成分とする金属薄膜の表面にも、微細な凹凸形状を設けることができるため、金属部材と他部材との間の密着性を向上させることができる。

前記基材は、Ａｌを主成分とする材料によって構成され、前記レーザビームの照射条件は、ピーク出力が３ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、第１領域及び第２領域のそれぞれの直径であるレーザスポット径が２００μｍ以下、第１領域及び第２領域の間隔であるスポット間隔が前記レーザスポット径以下であることが好ましい。

前記基材は、Ｃｕを主成分とする材料によって構成され、前記レーザビームの照射条件は、ピーク出力が６ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、第１領域及び第２領域のそれぞれの直径であるレーザスポット径が２００μｍ以下、第１領域及び第２領域の間隔であるスポット間隔が前記レーザスポット径以下であることが好ましい。

前記基材は、Ｓｎを主成分とする材料によって構成され、前記レーザビームの照射条件は、ピーク出力が１ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、第１領域及び第２領域のそれぞれの直径であるレーザスポット径が２５０μｍ以下、第１領域及び第２領域の間隔であるスポット間隔が前記レーザスポット径以下であることが好ましい。

前記基材は、Ｔｉを主成分とする材料によって構成され、前記レーザビームの照射条件は、ピーク出力が１ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、第１領域及び第２領域のそれぞれの直径であるレーザスポット径が２５０μｍ以下、第１領域及び第２領域の間隔であるスポット間隔が前記レーザスポット径以下であることが好ましい。

前記基材は、Ｆｅを主成分とする材料によって構成され、前記レーザビームの照射条件は、ピーク出力が１ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、第１領域及び第２領域のそれぞれの直径であるレーザスポット径が２５０μｍ以下、第１領域及び第２領域の間隔であるスポット間隔が前記レーザスポット径以下であることが好ましい。

前記凹凸部を形成するステップの後に、前記凹凸部の凹凸形状を部分的に緻密化するステップをさらに備え、前記凹凸部の凹凸形状を部分的に緻密化するステップでは、前記基材の表面に形成された前記凹凸部の所定領域に、前記凹凸部を形成するステップにおいて用いられたレーザビームよりも微弱なレーザビームを照射して、前記所定領域において前記凹凸部の凹凸形状を形成する堆積物を溶融させるステップを有する。この金属部材の製造方法では、当該金属部材の表面に形成された凹凸部の凹凸形状を部分的に他の部分よりも緻密化させることができ、緻密化された部分において、絶縁抵抗の性能、耐食性能、及び、耐摩耗性を向上させることができる。

本発明の一実施態様に係る金属部材は、少なくとも表面がＣｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅのうち少なくとも何れかを主成分とする材料によって構成された基材と、前記基材の表面に形成された凹凸形状を有する凹凸部と、を備え、前記凹凸部は、前記基材の表面に用いられている材料を主成分とする、堆積された金属の粒子によって構成されている。この金属部材は、少なくとも表面にＣｕやＡｌなどの融点の低い材料が用いられた基材の表面に微細な凹凸形状が形成されているため、当該金属部材と他部材との間の密着性を向上させることができる。

前記基材は、表面にＣｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅのうち少なくとも何れかを主成分とする材料によって構成された金属薄膜を有し、前記凹凸部は、前記金属薄膜の表面に形成されていることが好ましい。この金属部材は、ＣｕやＡｌなどの融点の低い材料を主成分とする金属薄膜の表面に微細な凹凸形状が形成されているため、当該金属部材と他部材との間の密着性を向上させることができる。

本発明により、少なくとも表面に融点の低い材料が用いられた基材の表面に微細な凹凸形状を設けることで、他部材との密着性を向上させることが可能な金属部材及び金属部材の製造方法を提供することができる。

実施の形態１に係る金属部材の概略断面図である。図１に示す金属部材の製造方法を示すフローチャートである。図１に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。図１に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。図１に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。図１に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。図１に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。図１に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。図１に示す金属部材の製造時におけるレーザ照射方法を説明するための概略平面図である。実施の形態１に係る金属部材に設けられた、Ｃｕを主成分とする金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図１０に示す金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図１０に示す金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。実施の形態１に係る金属部材に設けられた、Ａｌを主成分とする金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図１３に示す金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図１３に示す金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。比較例に係る金属部材に設けられた、Ｃｕを主成分とする金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図１６に示す金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図１６に示す金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。実施の形態１に係る金属部材に設けられた、Ｓｎを主成分とする金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図１９に示す金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図１９に示す金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。実施の形態１に係る金属部材に設けられた、Ｔｉを主成分とする金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図２２に示す金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図２２に示す金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。実施の形態１に係る金属部材に設けられた、Ｆｅを主成分とする金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図２５に示す金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図２５に示す金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。実施の形態２に係る金属部材の製造方法を示すフローチャートである。図２８に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。図２８に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。図２８に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。図２８に示す金属部材の製造方法を説明するための概略断面図である。実施の形態２に係る金属部材に設けられた、Ｃｕを主成分とする金属薄膜の表面のうち、微弱レーザによって凹凸形状が緻密化された部分を拡大したＳＥＭ画像である。図３３に示す金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図３３に示す金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る金属部材１の概略断面図である。金属部材１は、例えば、半導体チップが搭載されるリードフレームとして用いられ、金属部材１と封止樹脂（他部材）とによって半導体チップを封止する。そのため、金属部材１には、封止樹脂との間の密着性を向上させることが求められている。

図１に示すように、金属部材１は、基材１１と、金属薄膜１２と、凹凸部１３と、を備える。基材１１は、平板状の部材であって、ＣｕやＡｌ等の導電性の金属材料によって構成されている。金属薄膜１２は、基材１１の表面１１ａに形成されている。より詳細には、金属薄膜１２は、基材１１の一方の主面（表面）に形成されている。ここで、金属薄膜１２は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ等よりも融点の低いＣｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅの何れかを主成分とする金属材料によって構成されている。なお、金属薄膜１２は、基材１１の一部ということもできる。

さらに、金属薄膜１２の表面１２ａには、微細な凹凸形状を有する凹凸部１３が形成されている。凹凸部１３は、金属薄膜１２の表面１２ａの一部が、パルスレーザ（パルス発振のレーザビーム）によって照射され、溶融し、蒸発し、その後、粒子になって、当該金属薄膜１２の表面１２ａに堆積することによって形成される（詳しくは後述）。したがって、凹凸部１３は、金属薄膜１２と同じ金属（Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅの何れか）を主成分とする金属材料によって構成されている。

このように、金属部材１は、金属薄膜１２の表面１２ａに、微細な凹凸形状を有する凹凸部１３を備える。それにより、金属薄膜１２と他部材（封止樹脂など）との間の密着性を向上させることができる。

また、例えば、金属薄膜１２と他部材とを接着剤を用いて接着する場合には、微細な凹凸形状によってアンカー効果を高めることができる。或いは、他の用途として、金属薄膜１２と他部材とを潤滑剤を用いて摺動させる場合には、潤滑剤が拡散してしまうのを防ぐことができる。

（金属部材１の製造方法）
続いて、金属部材１の製造方法について説明する。
図２は、金属部材１の製造方法を示すフローチャートである。また、図３～図８は、金属部材１の製造方法を説明するための概略断面図である。なお、図３～図８は、それぞれ、図２のステップＳ１０１～Ｓ１０６の処理に対応している。

まず、凹凸部１３が形成される前の金属部材１（以下、金属部材１＿ｐｒｅと称す）を準備する。なお、金属部材１＿ｐｒｅに設けられた金属薄膜１２は、既に説明したように、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ等よりも融点の低いＣｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅの何れかを主成分とする金属材料によって構成されている。ここでは、金属薄膜１２が、Ｃｕを主成分とする金属材料によって構成されている場合を例に説明する。

その後、金属部材１＿ｐｒｅに設けられた金属薄膜１２の表面１２ａの所定領域Ａ１にパルスレーザを照射する（図２のステップＳ１０１及び図３参照）。なお、所定領域Ａ１とは、例えばパルスレーザが一度に照射可能な領域である。

それにより、所定領域Ａ１における金属薄膜１２の一部は溶融する（図２のステップＳ１０２及び図４参照）。以下、金属薄膜１２が溶融したものを溶融金属１２ｂと称す。

その後、溶融金属１２ｂは、蒸発して、ガス雰囲気中に放出される（図２のステップＳ１０３及び図５参照）。以下、溶融金属１２ｂが蒸発したものを金属蒸気１２ｃと称す。

金属蒸気１２ｃは、ガス雰囲気中に留まり、時間が経過すると、凝縮してそのまま粒子になったり、ガスと反応して粒子になったりする（図２のステップＳ１０４及び図６参照）。以下、金属蒸気１２ｃが粒子になったものを金属粒子１２ｄと称す。

その後、金属粒子１２ｄは、金属薄膜１２の表面１２ａ（所定領域Ａ１含む）に堆積する（図２のステップＳ１０５及び図７参照）。

所定領域Ａ１に堆積した金属粒子１２ｄが凝固すると、次に、金属薄膜１２の表面１２ａのうち所定領域Ａ１に隣接する所定領域Ａ２に対しても、所定領域Ａ１に対して行った処理（ステップＳ１０１～Ｓ１０５の処理）と同様の処理を行う。それにより、所定領域Ａ１の堆積物には、所定領域Ａ２の金属が、溶融し、蒸発し、その後、粒子になって堆積する。換言すると、所定領域Ａ１の堆積物は、所定領域Ａ２からの粒子の堆積によって成長する（図２のステップＳ１０６及び図８参照）。

なお、所定領域Ａ１の堆積物のうち、隣接領域から飛んでくる金属粒子の飛散方向に対して影になる部分には、当該金属粒子は堆積しない（射影効果）。そのため、所定領域Ａ１の堆積物は、微細になりすぎず、例えばｎｍオーダーの凹凸形状を有するように成長する。

所定領域Ａ２に堆積した金属粒子１２ｄが凝固すると、次に、金属薄膜１２の表面１２ａのうち所定領域Ａ２に隣接する所定領域Ａ３に対しても、所定領域Ａ１や所定領域Ａ２に対して行った処理と同様の処理を行う。それにより、所定領域Ａ２の堆積物には、所定領域Ａ３の金属が、溶融し、蒸発し、その後、粒子になって堆積する。換言すると、所定領域Ａ３の堆積物は、所定領域Ａ２からの粒子の堆積によって成長する。このような処理は、金属薄膜１２の表面１２ａの全部又は一部の領域において繰り返される（図９参照）。

上述のような工程を経て、凹凸部１３を有する金属部材１が製造される。

なお、本実施の形態では、ステップＳ１０３の処理において、溶融金属１２ｂが蒸発して金属蒸気１２ｃになる場合を例に説明したが、これに限られない。ステップＳ１０３の処理では、溶融金属１２ｂが、プラズマ化して金属プラズマになってもよい。この場合、金属プラズマは、プラズマ雰囲気中に放出される。

このように、金属部材１の製造方法では、金属薄膜１２の表面１２ａのうち所定領域Ａ１の金属が、パルスレーザの照射によって溶融し、蒸発し、その後、粒子になって、所定領域Ａ１に堆積し、次に、金属薄膜１２の表面１２ａのうち所定領域Ａ１に隣接する所定領域Ａ２の金属が、パルスレーザの照射によって溶融し、蒸発し、その後、粒子になって、所定領域Ａ１，Ａ２のそれぞれに堆積する。このとき、所定領域Ａ１の堆積物は、所定領域Ａ２からの粒子の堆積によって成長する。同様にして、所定領域Ａ２の堆積物は、所定領域Ａ２に隣接する所定領域Ａ３からの粒子の堆積によって成長する。それにより、金属部材１の製造方法では、ＡｌやＣｕなどの融点の低い材料を主成分とする金属薄膜１２の表面にも、微細な凹凸形状を有する凹凸部１３を形成することができるため、金属薄膜１２（換言すると金属部材１）と他部材との間の密着性を向上させることができる。

（金属部材１の製造結果の一例（Ｃｕ主成分））
続いて、図１０～図１２を用いて、実際に製造された金属部材１の観察結果について説明する。図１０は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像である。図１１は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図１２は、金属部材１に設けられた金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。

ここで、図１０～図１２の例では、金属部材１に設けられた金属薄膜１２が、Ｃｕを主成分とする金属材料（Ｃ１１００材）によって構成されている。

また、本例では、パルスレーザの照射条件が、レーザ波長が１０６４ｎｍ、ピーク出力が２０ｋＷ、パルス幅が５０ｎｓ、レーザスポット径（所定領域Ａ１，Ａ２等のそれぞれの直径）が７５μｍ、スポット間隔（隣接する所定領域Ａ１，Ａ２等の間隔）が５９μｍとなっている。

まず、図１０を参照すると、図中の点線に示すように、金属薄膜１２の表面１２ａには、パルスレーザの照射によって加工溝が形成されているのが分かる。

また、図１１を参照すると、金属薄膜１２の表面１２ａには、ｎｍオーダーの凹凸形状を有する凹凸部１３が形成されているのが分かる。さらに、図１２を参照すると、凹凸部１３を構成する堆積物が成長して長く延びていることが分かる。

なお、パルスレーザの照射条件は、上述の場合に限られず、少なくとも、ピーク出力が６ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、レーザスポット径が２００μｍ以下、スポット間隔がレーザスポット径以下であればよい。

（金属部材１の製造結果の他の例（Ａｌ主成分））
次に、図１３～図１５を用いて、実際に製造された金属部材１の観察結果の他の例について説明する。図１３は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図１４は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図１５は、金属部材１に設けられた金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。

ここで、図１３～図１５の例では、金属部材１に設けられた金属薄膜１２が、Ａｌを主成分とする金属材料（Ａ１０５０材）によって構成されている。

また、本例では、パルスレーザの照射条件が、レーザ波長が１０６４ｎｍ、ピーク出力が５．３ｋＷ、パルス幅が１５０ｎｓ、レーザスポット径が８０μｍ、スポット間隔が７５μｍとなっている。

図１３及び図１４を参照すると、金属薄膜１２の表面１２ａがまだら模様になっており、金属薄膜１２の表面１２ａに、凹凸形状を有する凹凸部１３が形成されていると推測することができる。また、図１５を参照すると、ｎｍオーダーの凹凸形状を有する凹凸部１３が形成され、かつ、その凹凸形状を構成する堆積物が成長して長く延びていることが分かる。

なお、パルスレーザの照射条件は、上述の場合に限られず、少なくとも、ピーク出力が３ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、レーザスポット径が２００μｍ以下、スポット間隔がレーザスポット径以下であればよい。

なお、Ｃｕを主成分とする金属薄膜の表面に照射されるパルスレーザの照射条件を、Ａｌを主成分とする金属薄膜の表面に照射されるパルスレーザの照射条件と同じにしても、所望の凹凸形状が形成されるとは限らない（図１６～図１８のＳＥＭ画像参照）。つまり、最適なパルスレーザの照射条件は、金属薄膜１２の主成分によって異なる。

（金属部材１の製造結果の他の例（Ｓｎ主成分））
次に、図１９～図２１を用いて、実際に製造された金属部材１の観察結果の他の例について説明する。図１９は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図２０は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図２１は、金属部材１に設けられた金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。

ここで、図１９～図２１の例では、金属部材１に設けられた金属薄膜１２が、Ｓｎを主成分とする金属材料（Ｓｎめっき）によって構成されている。

図１９及び図２０を参照すると、金属薄膜１２の表面１２ａがまだら模様になっており、金属薄膜１２の表面１２ａに、凹凸形状を有する凹凸部１３が形成されていると推測することができる。また、図２１を参照すると、ｎｍオーダーの凹凸形状を有する凹凸部１３が形成され、かつ、その凹凸形状を構成する堆積物が成長して長く延びていることが分かる。

なお、パルスレーザの照射条件は、上述の場合に限られず、少なくとも、ピーク出力が１ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、レーザスポット径が２５０μｍ以下、スポット間隔がレーザスポット径以下であればよい。

（金属部材１の製造結果の他の例（Ｔｉ主成分））
次に、図２２～図２４を用いて、実際に製造された金属部材１の観察結果の他の例について説明する。図２２は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図２３は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図２４は、金属部材１に設けられた金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。

ここで、図２２～図２４の例では、金属部材１に設けられた金属薄膜１２が、Ｔｉを主成分とする金属材料によって構成されている。

また、本例では、パルスレーザの照射条件が、レーザ波長が１０６４ｎｍ、ピーク出力が２０ｋＷ、パルス幅が５０ｎｓ、レーザスポット径が７５μｍ、スポット間隔が５９μｍとなっている。

図２２及び図２３を参照すると、金属薄膜１２の表面１２ａがまだら模様になっており、金属薄膜１２の表面１２ａに、凹凸形状を有する凹凸部１３が形成されていると推測することができる。また、図２４を参照すると、ｎｍオーダーの凹凸形状を有する凹凸部１３が形成され、かつ、その凹凸形状を構成する堆積物が成長して長く延びていることが分かる。

（金属部材１の製造結果の他の例（Ｆｅ主成分））
次に、図２５～図２７を用いて、実際に製造された金属部材１の観察結果の他の例について説明する。図２５は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面を拡大したＳＥＭ画像である。図２６は、金属部材１に設けられた金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図２７は、金属部材１に設けられた金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。

ここで、図２５～図２７の例では、金属部材１に設けられた金属薄膜１２が、Ｆｅを主成分とする金属材料（ＳＵＳ３０４）によって構成されている。

図２５及び図２６を参照すると、金属薄膜１２の表面１２ａがまだら模様になっており、金属薄膜１２の表面１２ａに、凹凸形状を有する凹凸部１３が形成されていると推測することができる。また、図２７を参照すると、ｎｍオーダーの凹凸形状を有する凹凸部１３が形成され、かつ、その凹凸形状を構成する堆積物が成長して長く延びていることが分かる。

このように、金属部材１の製造方法では、金属薄膜１２の表面１２ａのうち所定領域Ａ１の金属が、パルスレーザの照射によって溶融し、蒸発し、その後、粒子になって、所定領域Ａ１に堆積し、次に、金属薄膜１２の表面１２ａのうち所定領域Ａ１に隣接する所定領域Ａ２の金属が、パルスレーザの照射によって溶融し、蒸発し、その後、粒子になって、所定領域Ａ１，Ａ２のそれぞれに堆積する。このとき、所定領域Ａ１の堆積物は、所定領域Ａ２からの粒子の堆積によって成長する。同様にして、所定領域Ａ２の堆積物は、所定領域Ａ２に隣接する所定領域Ａ３からの粒子の堆積によって成長する。それにより、金属部材１の製造方法では、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｆｅなどの融点の低い材料を主成分とする金属薄膜１２の表面にも、微細な凹凸形状を有する凹凸部１３を形成することができるため、金属薄膜１２（換言すると金属部材１）と他部材との間の密着性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上記実施の形態では、基材１１の表面に金属薄膜１２が形成され、金属薄膜１２の表面に凹凸形状を有する凹凸部１３が形成された場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、基材１１の全部又は少なくとも表面が、融点の低いＣｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅの何れか主成分とする金属材料によって構成され、その基材１１の表面に凹凸形状を有する凹凸部１３が形成されても良い。

＜実施の形態２＞
以下、実施の形態２に係る金属部材２について説明する。本実施の形態に係る金属部材２は、金属部材１の表面（より具体的には金属薄膜１２の表面１２ａ）に形成された凹凸部１３の凹凸形状を部分的に緻密化した部材である。

金属部材２は、表面に形成された凹凸部１３の凹凸形状により、金属部材１の場合と同様に、金属部材２と他部材との密着性を向上させること等ができる。また、金属部材２は、表面に形成された凹凸部１３の凹凸形状を部分的に他の部分よりも緻密化させることにより、緻密化された部分において、絶縁抵抗の性能、耐食性能、及び、耐摩耗性を向上させることができる。

（金属部材２の製造方法）
続いて、金属部材２の製造方法について説明する。
図２８は、金属部材２の製造方法を示すフローチャートである。また、図２９～図３２は、金属部材２の製造方法を説明するための概略断面図である。なお、図２９～図３２は、それぞれ、図２８のステップＳ２０１～Ｓ２０４の処理に対応している。

まず、既に説明したステップＳ１０１～Ｓ１０６の処理を経て、凹凸部１３を有する金属部材１が製造される。

その後、金属部材１の表面に形成された凹凸部１３の所定領域Ｂ１に、凹凸部１３を形成する際に用いられた（ステップＳ１０１の処理において用いられた）パルスレーザよりも微弱なパルスレーザを照射する（図２８のステップＳ２０１及び図２９参照）。なお、所定領域Ｂ１とは、例えば微弱なパルスレーザが一度に照射可能な領域である。

ここで、微弱なパルスレーザの照射は、例えば低酸素雰囲気中で行われる必要は無く、大気雰囲気中などで行われてもよい。したがって、例えば、金属部材１の表面に凹凸部１３を形成した後に、雰囲気調整することなく、当該凹凸形状を部分的に緻密化させることができる。

この微弱なパルスレーザの照射により、所定領域Ｂ１において凹凸部１３の凹凸形状を形成している堆積物（金属粒子１２ｄ）は、溶融する（図２８のステップＳ２０２及び図３０参照）。

所定領域Ｂ１における堆積物の溶融が進むにつれて、当該堆積物は緻密化する（図２８のステップＳ２０３及び図３１参照）。

その後、所定領域Ｂ１において緻密化された堆積物は、凝固する（図２８のステップＳ２０４及び図３２参照）。

上述のような工程を経て、部分的に緻密化された凹凸部１３を有する金属部材２が製造される。

（金属部材１の製造結果の一例（Ｃｕ主成分））
続いて、図３３～図３５を用いて、実際に製造された金属部材２のうち緻密化された部分の観察結果について説明する。

図３３は、金属部材２に設けられた金属薄膜の表面のうち、微弱レーザによって凹凸形状が緻密化された部分を拡大したＳＥＭ画像である。図３４は、図３３に示す金属薄膜の表面をさらに拡大したＳＥＭ画像である。図３５は、図３３に示す金属薄膜の断面を拡大したＳＥＭ画像である。

ここで、図３３～図３５の例では、金属部材２に設けられた金属薄膜１２が、Ｃｕを主成分とする金属材料（Ｃ１１００材）によって構成されている。そのため、緻密化されていない部分では、図１０～図１２に示すＳＥＭ画像と同様のものが観察される。

また、本例では、微弱なパルスレーザの照射条件が、パルス幅が１～１０００ｎｓ、パルスエネルギーが０．００１～０．１ｍＪ／ｐｕｌｓｅ、エネルギー密度が０．０１～１０ｍＪ／ｍｍ^２となっている。

図３３～図３５を参照すると、金属薄膜１２の表面１２ａに形成されていた凹凸部１３の凹凸形状は、図１０～図１２と比較してもわかるように、緻密化されている（換言すると滑らかになっている）。

このように、本実施の形態に係る金属部材２の製造方法では、金属部材２の表面に凹凸部１３を形成した後に、雰囲気調整することなく、当該凹凸形状を部分的に緻密化させることができる。また、本実施の形態に係る金属部材２の製造方法では、その表面に形成された凹凸部１３の凹凸形状により、金属部材１の場合と同様に、金属部材２と他部材との密着性を向上させること等ができる。さらに、本実施の形態に係る金属部材２の製造方法では、その表面に形成された凹凸部１３の凹凸形状を部分的に他の部分よりも緻密化させることにより、緻密化された部分において、絶縁抵抗の性能、耐食性能、及び、耐摩耗性を向上させることができる。

１金属部材
１＿ｐｒｅ金属部材
２金属部材
１１基材
１１ａ基材の表面
１２金属薄膜
１２ａ金属薄膜の表面
１２ｂ溶融金属
１２ｃ金属蒸気
１２ｄ金属粒子
１３凹凸部

Claims

表面がＣｕを主成分とする材料によって構成された基材と、前記基材の表面に形成された凹凸形状を有する凹凸部と、を備えた金属部材の製造方法であって、
前記凹凸部を形成するステップでは、
前記基材の表面のうち第１領域にパルス発振のレーザビームを照射して、当該第１領域における前記基材の表面を溶融させるステップと、
前記第１領域における前記基材の表面が溶融することによって所定の雰囲気中に放出された金属の蒸気又はプラズマから、金属の粒子を生成し、前記第１領域に堆積させるステップと、
前記基材の表面のうち前記第１領域に隣接する第２領域に前記レーザビームを照射して、当該第２領域における前記基材の表面を溶融させるステップと、
前記第２領域における前記基材の表面が溶融することによって前記所定の雰囲気中に放出された金属の蒸気又はプラズマから、金属の粒子を生成し、前記第２領域及びそれに隣接する前記第１領域のそれぞれに堆積させるステップと、
を備え、
前記レーザビームの照射条件は、ピーク出力が６ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、第１領域及び第２領域のそれぞれの直径であるレーザスポット径が２００μｍ以下、第１領域及び第２領域の間隔であるスポット間隔が前記レーザスポット径以下である、
金属部材の製造方法。
前記基材は、表面にＣｕを主成分とする材料によって構成された金属薄膜を有し、
前記凹凸部は、前記金属薄膜の表面に形成される、
請求項１に記載の金属部材の製造方法。
表面がＴｉを主成分とする材料によって構成された基材と、前記基材の表面に形成された凹凸形状を有する凹凸部と、を備えた金属部材の製造方法であって、
前記凹凸部を形成するステップでは、
前記基材の表面のうち第１領域にパルス発振のレーザビームを照射して、当該第１領域における前記基材の表面を溶融させるステップと、
前記第１領域における前記基材の表面が溶融することによって所定の雰囲気中に放出された金属の蒸気又はプラズマから、金属の粒子を生成し、前記第１領域に堆積させるステップと、
前記基材の表面のうち前記第１領域に隣接する第２領域に前記レーザビームを照射して、当該第２領域における前記基材の表面を溶融させるステップと、
前記第２領域における前記基材の表面が溶融することによって前記所定の雰囲気中に放出された金属の蒸気又はプラズマから、金属の粒子を生成し、前記第２領域及びそれに隣接する前記第１領域のそれぞれに堆積させるステップと、
を備え、
前記レーザビームの照射条件は、ピーク出力が１ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、第１領域及び第２領域のそれぞれの直径であるレーザスポット径が２５０μｍ以下、第１領域及び第２領域の間隔であるスポット間隔が前記レーザスポット径以下である、
金属部材の製造方法。
前記基材は、表面にＴｉを主成分とする材料によって構成された金属薄膜を有し、
前記凹凸部は、前記金属薄膜の表面に形成される、
請求項３に記載の金属部材の製造方法。
表面がＦｅを主成分とする材料によって構成された基材と、前記基材の表面に形成された凹凸形状を有する凹凸部と、を備えた金属部材の製造方法であって、
前記凹凸部を形成するステップでは、
前記基材の表面のうち第１領域にパルス発振のレーザビームを照射して、当該第１領域における前記基材の表面を溶融させるステップと、
前記第１領域における前記基材の表面が溶融することによって所定の雰囲気中に放出された金属の蒸気又はプラズマから、金属の粒子を生成し、前記第１領域に堆積させるステップと、
前記基材の表面のうち前記第１領域に隣接する第２領域に前記レーザビームを照射して、当該第２領域における前記基材の表面を溶融させるステップと、
前記第２領域における前記基材の表面が溶融することによって前記所定の雰囲気中に放出された金属の蒸気又はプラズマから、金属の粒子を生成し、前記第２領域及びそれに隣接する前記第１領域のそれぞれに堆積させるステップと、
を備え、
前記レーザビームの照射条件は、ピーク出力が１ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、第１領域及び第２領域のそれぞれの直径であるレーザスポット径が２５０μｍ以下、第１領域及び第２領域の間隔であるスポット間隔が前記レーザスポット径以下である、
金属部材の製造方法。
前記基材は、表面にＦｅを主成分とする材料によって構成された金属薄膜を有し、
前記凹凸部は、前記金属薄膜の表面に形成される、
請求項５に記載の金属部材の製造方法。
前記凹凸部を形成するステップの後に、前記凹凸部の凹凸形状を部分的に緻密化するステップをさらに備え、
前記凹凸部の凹凸形状を部分的に緻密化するステップでは、
前記基材の表面に形成された前記凹凸部の所定領域に、前記凹凸部を形成するステップにおいて用いられたレーザビームよりも微弱なレーザビームを照射して、前記所定領域において前記凹凸部の凹凸形状を形成する堆積物を溶融させるステップを有する、
請求項１～６の何れか一項に記載の金属部材の製造方法。