JPWO2016117711A1 - 金属部材と樹脂モールドとの複合体および樹脂モールドとの複合体形成用金属部材 - Google Patents
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Abstract
高温使用環境下においても、金属と樹脂との間の優れた密着性を実現し、高い気密性を発揮し得る金属部材と樹脂モールドとの複合体およびこの複合体形成に適した金属部材を提供する。本発明の複合体(1)は、金属部材(20)と、金属部材(20)の表面に接合状態で形成された樹脂モールド(30)とを含み、金属部材(20)は、該表面の樹脂モールド(30)との接合部(40)に、粗化部分(21)を有し、粗化部分(21)と樹脂モールド(30)との接合界面(41)を含む特定界面領域(43)において、粗化部分(21)と樹脂モールド(30)との間の空隙の平均体積割合は、接合界面(41)に略平行な平面1μm3あたり0.05μm3であり、かつ、前記空隙の最大寸法が1000μm以下であることを特徴とする。
Description
本発明は、電子機器、家電機器、車両用部品、車両搭載用品等に用いる、金属部材と樹脂モールドとの複合体およびこの複合体形成に適した金属部材に関するものである。
エレクトロニクス、自動車等諸産業の急速な発展と共に、材料の多様化と高機能化が進む中で、特に、樹脂と金属との異種材料を効率的に組み合わせた部材は、部品の軽量化、設計自由度の向上およびコストの削減等の観点から、その需要が拡大してきている。
一般に、異種材料を組み合わせた部材では、接合部の密着性を高めることが難しく、例えば、基材を樹脂でモールドする半導体パッケージ構造では、特に高温時に樹脂と金属とのくっつきが不十分であったり、樹脂とリードフレーム(金属)と間の熱膨張率の差やパッケージ内の水分の膨張により、樹脂クラックやチップ剥がれが生じたりするなどの問題があった。
上記のような問題を解決するため、特許文献1〜3では、金属部材の表面を粗面化することで、特に異種材料との接合部に凹凸を形成し、接合部における密着性を高める技術が提案されている。
しかし、従来の金属部材と樹脂モールドとの複合体の成形法では、特に高温における金属と樹脂との密着強度が不十分であり、金属と樹脂との接合界面から水蒸気クラスタなどの分子が透過し、内部の機能部品が劣化する恐れがあった。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、特に高温使用環境下においても、金属と樹脂との間の優れた密着性を実現し、高い気密性を発揮し得る金属部材と樹脂モールドとの複合体およびこの複合体形成に適した金属部材を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、金属部材と樹脂モールドとの複合体において、金属部材は、該表面の樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有し、前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙が所定の平均体積割合および所定の最大寸法であることにより、高温使用環境下においても、金属と樹脂との間の優れた密着性を実現し、高い気密性を発揮し得る金属部材と樹脂モールドとの複合体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
[1] 金属部材と、前記金属部材の表面に接合状態で形成された樹脂モールドとを含む複合体であって、
前記金属部材は、該表面の前記樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有し、
前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面1μm2あたり、0.05μm3以下であり、かつ、
前記空隙の最大寸法が1000nm以下であることを特徴とする、金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[2] 前記粗化部分の算術平均粗さが、0.13μm〜100μmである、上記[1]に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[3] 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含まない非粗化領域を有し、
前記粗化部分における酸素の存在比率は、前記非粗化領域の酸素の存在比率よりも大きい、上記[2]に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[4] 前記粗化部分の酸素元素の存在比率が、前記非粗化領域の酸素の存在比率の1.3倍以上である、上記[3]に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[5] 前記粗化部分は、ドット状の凹凸部の集合体を有する、上記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[6] 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部の外周から100μm以内の領域を含む、上記[5]に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[7] 前記ドット状の凹凸部の深さが、100nm以上50μm以下である、上記[5]または[6]記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[8] 前記ドット状の凹凸部の密度が、20〜2000個/mm2である、上記[5]〜[7]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[9] 前記ドット状の凹凸部の径が、200μm以下である、上記[5]〜[8]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[10] 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部が連続して配置された粗化パターンを有する、上記[5]〜[9]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[11] 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含む粗化領域を有し、
前記粗化領域の幅の最小値が、200μm以上である、上記[5]〜[10]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[12] 前記複合体は、前記樹脂モールド中に機能部品をさらに備え、
前記粗化部分は、少なくとも前記機能部品の周囲を取り巻くように形成されている、上記[1]〜[11]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[13] 前記複合体は、前記樹脂モールド中に密閉空間を有し、前記密閉空間に樹脂モールドで覆われていない前記金属部材の表面を備えている、上記[1]〜[12]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[14] 表面の一部に、樹脂モールドと接合するための粗化部分を備える金属部材であって、
前記粗化部分を含むように前記金属部材の表面に前記樹脂モールドを接合した場合、
前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面1μm2あたり、0.05μm3以下であり、かつ、前記空隙の最大寸法が1000nm以下であることを特徴とする、樹脂モールドとの複合体形成用金属部材。
[1] 金属部材と、前記金属部材の表面に接合状態で形成された樹脂モールドとを含む複合体であって、
前記金属部材は、該表面の前記樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有し、
前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面1μm2あたり、0.05μm3以下であり、かつ、
前記空隙の最大寸法が1000nm以下であることを特徴とする、金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[2] 前記粗化部分の算術平均粗さが、0.13μm〜100μmである、上記[1]に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[3] 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含まない非粗化領域を有し、
前記粗化部分における酸素の存在比率は、前記非粗化領域の酸素の存在比率よりも大きい、上記[2]に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[4] 前記粗化部分の酸素元素の存在比率が、前記非粗化領域の酸素の存在比率の1.3倍以上である、上記[3]に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[5] 前記粗化部分は、ドット状の凹凸部の集合体を有する、上記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[6] 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部の外周から100μm以内の領域を含む、上記[5]に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[7] 前記ドット状の凹凸部の深さが、100nm以上50μm以下である、上記[5]または[6]記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[8] 前記ドット状の凹凸部の密度が、20〜2000個/mm2である、上記[5]〜[7]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[9] 前記ドット状の凹凸部の径が、200μm以下である、上記[5]〜[8]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[10] 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部が連続して配置された粗化パターンを有する、上記[5]〜[9]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[11] 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含む粗化領域を有し、
前記粗化領域の幅の最小値が、200μm以上である、上記[5]〜[10]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[12] 前記複合体は、前記樹脂モールド中に機能部品をさらに備え、
前記粗化部分は、少なくとも前記機能部品の周囲を取り巻くように形成されている、上記[1]〜[11]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[13] 前記複合体は、前記樹脂モールド中に密閉空間を有し、前記密閉空間に樹脂モールドで覆われていない前記金属部材の表面を備えている、上記[1]〜[12]のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
[14] 表面の一部に、樹脂モールドと接合するための粗化部分を備える金属部材であって、
前記粗化部分を含むように前記金属部材の表面に前記樹脂モールドを接合した場合、
前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面1μm2あたり、0.05μm3以下であり、かつ、前記空隙の最大寸法が1000nm以下であることを特徴とする、樹脂モールドとの複合体形成用金属部材。
本発明により、特に高温使用環境下においても、金属と樹脂との間の優れた密着性を実現し、高い気密性を発揮し得る金属部材と樹脂モールドとの複合体およびこの複合体形成に適した金属部材を提供することに成功した。
本発明に従う金属部材と樹脂モールドとの複合体の実施形態について、以下で詳細に説明する。
<金属部材と樹脂モールドとの複合体>
本発明に従う複合体は、金属部材と、前記金属部材の表面に形成された樹脂モールドとを含む複合体であって、前記金属部材は、該表面の前記樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有する。
本発明に従う複合体は、金属部材と、前記金属部材の表面に形成された樹脂モールドとを含む複合体であって、前記金属部材は、該表面の前記樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有する。
図1は、本発明に従う複合体の一実施形態を示したものであって、図1中、符号1は複合体、20は金属部材、30は樹脂モールドである。また、図2は、図1に示す複合体の、金属部材20の表面を含む、I−I断面図(X−Y面)である。図2中、符号40は金属部材20の表面で、樹脂モールド30との接合部である。
本実施形態に係る複合体1は、図1および2に示されるように、金属部材20の一部が樹脂モールド30の内部に埋め込まれ、他の一部は樹脂モールド30の外部に露出した形態である。このとき、金属部材20は、その表面に樹脂モールド30との接合部40を有する。接合部40は、金属部材20の表面の一部であり、樹脂モールド30の内部に埋め込まれている部分20aと、外部に露出した部分20bとの間に存在する。すなわち図2では、金属部材20の表面のうち破線で区切られた部分40である。なお、複合体1の形態は、図1および2に示されるものに限定されず、例えば、樹脂モールド30が金属部材20の片面に貼り付けられている形態であってもよい。
さらに、図3(A)は、図1に示す複合体1のII−II断面図(X−Z面)であり、さらに図3(A)中、一点破線の矩形枠で囲んだ(B)を拡大して示したのが図3(B)である。図3(B)中、符号21は粗化部分、41は粗化部分21と前記樹脂モールド30との接合界面、43は接合界面41を含む特定界面領域である。
図3(B)に示されるように、金属部材20は、その表面の樹脂モールド30との接合部40に、粗化部分21を有する。また、金属部材20の粗化部分21と、樹脂モールド30の間には、接合界面41が存在する。ここで、接合界面41を含む一定の領域を特定界面領域43とする。特定界面領域43は、接合界面41を含み、接合界面41位置から、樹脂モールド30と、粗化部分21を構成する金属部材20との、厚さ方向(深さ方向)にそれぞれ15μm程度の厚み形成された領域(図3(B)の二点破線で示す領域)である。
このような特定界面領域43において、粗化部分21と樹脂モールド30との間の空隙の平均体積割合は、接合界面41に略平行な平面1μm2あたり、0.05μm3以下であり、かつ、上記空隙の最大寸法が1000nm以下である。上記関係を充足することにより、本発明に係る複合体は、高温使用環境化においても樹脂モールドと金属部材との間で優れた気密性を発揮し、内部に存在する機能部品の劣化を有効に防止できる。
ここで、接合界面に略平行な平面とは、特定界面領域内の接合界面の凹凸接合界面を平滑面とみなし、この平滑面に対して平行な面を意味する。このような面は、接合界面の延長線上の、粗化部分を形成していない金属部材の表面に対しても実質的に平行である。
また、空隙の平均体積割合とは、空隙の体積の総和を金属部材の粗化部分と樹脂モールドとの接合界面に略平行な平面の面積で割って、この平面1μm2あたりに存在する空隙の体積に直した値である。また、空隙の最大寸法とは、特定界面領域に存在する各空隙の最も長い幅のうち最大の値である。なお、それぞれの具体的な測定法については、後述する実施例で説明する。
また、空隙の平均体積割合とは、空隙の体積の総和を金属部材の粗化部分と樹脂モールドとの接合界面に略平行な平面の面積で割って、この平面1μm2あたりに存在する空隙の体積に直した値である。また、空隙の最大寸法とは、特定界面領域に存在する各空隙の最も長い幅のうち最大の値である。なお、それぞれの具体的な測定法については、後述する実施例で説明する。
また、本発明の複合体は、樹脂モールド中に密閉空間を有し、前記密閉空間に樹脂モールドで覆われていない金属表面を備えていることが好ましい。このような密閉空間を有することにより、その内部に機能部品を格納することができる。このような本発明の複合体は、樹脂モールド中に機能部品をさらに備えることが好ましい。
このような機能部品は、樹脂モールドおよび金属部材からなる閉鎖空間に存在することを特徴とする。機能部品は、部品の表面は樹脂モールドまたは金属部材と密着していてもよいし、一部のみが樹脂モールドまたは金属部材と密着していてもよいし、樹脂モールドまたは金属部材のいずれとも密着していなくてもよい。
機能部品の例としては、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、メモリ、半導体センサなどの集積回路が挙げられる。
以下、上記複合体の構成部材について詳しく説明する。
(金属部材)
金属部材は、板状、線状、箱状、球状、これらを曲げ加工した形状、これらを複数接合した形状など任意の形状でよい。
(金属部材)
金属部材は、板状、線状、箱状、球状、これらを曲げ加工した形状、これらを複数接合した形状など任意の形状でよい。
金属部材の素材としては、特に制限は無く、用途に応じて公知の金属から適宜選択することができる。例えば、銅、アルミニウム、鉄、チタン、亜鉛、マグネシウム、鉛および錫から選択される1種からなる金属または2種以上を含む合金を挙げることができ、鉄合金としては、例えば鉄ニッケル合金(42アロイ)や各種ステンレス鋼等が挙げられる。また、金属部材は、その一部(例えば表面)がめっきされていてもよい。
特に、金属部材は、銅やアルミニウムであることが好ましい。一般にレーザを用いた加工においては、可視光から近赤外光の波長のレーザが、比較的入手が容易であるため、広く用いられる。そのため、可視光から近赤外の波長の吸収率が高い銅やアルミニウムは、上記波長域のレーザ加工に対して、加工性が良い点で特に好ましい。
金属部材は、略板状である場合、厚さは1μm〜10mmであることが好ましく、30μm〜2mmであることがより好ましい。略板状の金属部品の厚さが薄い場合、部分的に粗化部分を設けた場合に形状のゆがみが生じやすい。
本実施形態に係る金属部材は、樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有する。このような構成により、樹脂モールドとの接合が良好となり、樹脂モールドとの複合体を形成した際に高い気密性が実現される。なお、粗化部分は、金属部材の表面の、樹脂モールドとの接合部の少なくとも一部に形成されていればよく、接合部の一部分であってもよいし、接合部の全面であってもよいし、さらに接合部を超えて形成されていてもよい。また、粗化部分は、樹脂モールド形成後の処理(バリの除去など)の容易さの観点から、樹脂モールドに埋め込まれない部分(図1の金属部材20の外部に露出した部分20b)には形成されないことが好ましく、密着性を高める観点からは、接合部内の全面に形成させていることが好ましい。
上記のような粗化部分を形成する方法は、特に限定されず、金属部材の表面の一部に凹凸を形成することができる、公知の粗化方法を用いればよい。公知の粗化方法としては、例えば、レーザ照射や、エッチング処理、粗化めっき、ブラスト処理、破断処理等が挙げられる。
なお、粗化部分とは、金属部材の表面の一部に凹凸を形成するための処理が行われ、金属部材の表面形状が変化した部分を意味する。例えば、粗化方法がレーザ照射による場合には、粗化部分はレーザ照射の影響を受けた部分である。特にパルスレーザの場合、複数のレーザ照射によりドット状の凹凸部が金属表面にパターンを形成することで粗化部分が形成される。この場合、レーザ照射のスポット1個で加工された部分(スポット照射部:ドット状の凹凸部)の外周から100μm以内に入る領域が粗化部分である。また、粗化方法がエッチング処理による場合には、粗化部分はエッチング処理された部分である。また、例えば、厚さ2mm以下のリードフレームなどの金属部材を破断処理した場合には、表面が荒れた状態にある破断面が粗化部分である。なお、いずれの方法で処理した場合であっても、不純物の付着は粗化部分には含まれない。
このような粗化部分は、金属部材の表面に凹凸が形成されており、この凹凸に樹脂が入り込むことによって密着性が向上する構造であることを特徴とする。
さらに、金属部材は、その表面の一部に上記粗化部分を含む粗化領域を有することが好ましい。粗化領域とは、粗化部分を含む領域である。なお、粗化部分が連続する一定の領域である場合には、粗化領域と粗化部分は同じ領域である。
また、粗化部分が、帯状、ドット状、マーブル状等の不連続な領域の場合には、粗化領域はこれら粗化部分の全体を取り囲む領域である。この場合、粗化領域は、粗化部分と、それ以外の部分(非粗化部分:粗化処理されていない部分)とからなる。また、粗化部分同士の最短距離(外周間の長さ)が1000μm以上離れている場合には、それぞれの粗化部分は、別の粗化領域に含まれるものとする(図5(B)参照)。
また、金属部材の表面は、好ましくは上記粗化部分を含む粗化領域と、上記粗化部分を含まない非粗化領域とからなる。非粗化領域とは、粗化領域以外の金属部材の表面である。すなわち、非粗化領域は、粗化処理された粗化部分を含まず、非粗化部分のみからなる。
粗化部分の算術平均粗さ(Ra)は、0.13μm〜100μmが好ましく、0.2μm〜10μmがより好ましい。なお、算術平均粗さは、レーザ顕微鏡によって測定した表面形状のデータから、ISO規格(ISO 25178)に記載の方法で算出できる。
金属部材の表面粗さは、樹脂モールドと金属部材の接合界面を透過する気体の透過率に大きく影響する。すなわち、表面粗さが大きい場合、樹脂モールドと金属部材の熱膨張率の違いや、内部と外部の圧力差によって、樹脂と金属の接合界面に力が掛かることで生じる部分的な剥離が大きくなり、気体分子が透過しやすくなる。他方、金属部材の表面粗さが小さい場合、上記のような部分的な剥離は小さくなり、気体分子または気体分子から形成されるクラスタが透過しにくくなるが、表面粗さが小さすぎると、十分な密着性が得られなくなる恐れがある。したがって、気体分子または気体分子から形成されるクラスタのサイズおよび密着性の観点から、金属部材の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で0.13μm〜100μmが好ましく、0.2μm〜10μmがより好ましい。なお、表面粗さおよびその物性を表す算術平均粗さについては、粗化方法やその条件に応じて適宜調整することができる。
また、粗化部分における酸素の存在比率は、非粗化領域における酸素の存在比率よりも大きいことが好ましい。すなわち、粗化部分における酸素の存在比率は、非粗化部分における酸素の存在比率よりも大きいことが好ましい。したがって、粗化領域における酸素の存在比率については、粗化領域が非粗化部分をほとんど含まず、実質的に粗化部分と同じ領域である場合には、粗化部分における酸素の存在比率と実質的に同じであり、また、粗化領域が非粗化部分を多く含むほど、粗化領域における酸素の存在比率は、粗化部分における酸素の存在比率よりも小さくなる。しかし、粗化領域は、粗化部分を含む領域であるため、その酸素の存在比率は、非粗化領域の酸素の存在比率よりも実質的に大きくなる。なお、具体的な測定法については、後述する実施例のところで説明する。
粗化部分における酸素の存在比率は、樹脂モールドと金属部材の密着性に大きく影響する。すなわち、粗化部分における酸素の存在比率が非粗化領域の酸素の存在比率と同じか、または小さい場合には、成形時に溶融した樹脂の濡れ性が低く、金属と樹脂の界面に空隙が生じやすくなる、と推測される。他方、粗化部分における酸素の存在比率が非粗化領域の酸素の存在比率より大きい場合には、成形時において溶融した樹脂が金属表面の酸素によって酸化される際に生じるエネルギーによって粗化構造の微細な部分まで樹脂が入り込むことが可能になり、金属と樹脂の界面の空隙が生じにくくなる、と推測される。したがって、樹脂モールドと金属部材の間の密着性の向上の観点から、粗化部分における酸素の存在比率は、非粗化領域の酸素の存在比率よりも大きいことが好ましく、より好ましくは、非粗化領域の酸素の存在比率の1.3倍以上である。
なお、粗化部分における酸素の存在比率については、粗化部分の形成条件(粗化方法やその条件、粗化部分の形成密度等)に応じて適宜調整することができる。
また、粗化部分は、ドット状の凹凸部の集合体を有することが好ましい。なお、この場合、ドット状の凹凸部の外周から100μm以内に入る領域が粗化部分である。このようなドット状の凹凸部の形成方法は、特に限定されないが、例えば、レーザ照射等によって形成することができる。
ドット状の凹凸部の深さは、十分な密着強度を得る観点から、100nm以上であることが好ましく、500nm以上であることがより好ましい。また、金属部品のひずみを抑える観点および酸化による金属の劣化を抑制する観点から、50μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましく、10μm以下がさらに好ましい。
ドット状の凹凸部の密度は、金属部材のひずみを抑える観点および酸化による劣化を抑制する観点から、20〜2000個/mm2であることが好ましく、より好ましくは50〜1000個/mm2である。
ドット状の凹凸部の径は、微細な形状の凹凸を形成する観点から、200μm以下であることが好ましく、より好ましくは100μm以下、更に好ましくは50μm以下である。
また、1つのドット状の凹凸部は、その外周から100μm以内に入る領域を粗化部分とする。したがって、粗化部分が、ドット状の凹凸部の集合体を有する場合、一つのドット状の凹凸部により形成される粗化部分は、他のドット状の凹凸部により形成された別の粗化部分と、互いに重なり合っていることが好ましく、更に、このような粗化部分が複数互いに連続して重なり合っていることがより好ましい。粗化部分が連続することで、気密性がより確実に確保できる。このような粗化部分は、個別のドット状の凹凸部により形成される複数の粗化部分が、互いに連続して重なった、粗化パターンを有していることが好ましい。具体的には、粗化部分は、ドット状の凹凸部が連続して配置された粗化パターンを有していることがより好ましい。
また、上記のような粗化パターンの形状は、特に限定されないが、例えば帯状や縞状のパターンが挙げられる。また、このような粗化パターンは、樹脂モールドとの接合部の形状に沿って形成されていることが好ましく、金属部材上に形成された樹脂モールドとの平面上の境目と略平行に形成されていてもよい。また、このような粗化パターンは、樹脂モールドの内側の空間に機能部品が配置される場合には、少なくともこの機能部品の周囲を取り巻くように形成されていることが好ましい。
粗化部分が、上記のような粗化パターンからなる場合、粗化領域の幅の最小値は200μm以上であることが好ましく、500μm以上であることがより好ましい。粗化領域の幅の最小値が大きいほど、樹脂と金属の接合界面を透過する水蒸気分子等の量を抑制することができる。なお、粗化領域の幅の最小値とは、金属部材の表面上の、樹脂モールドとの接合部を最短距離で横断する線L(金属部材表面の、樹脂モールド内の点aと樹脂モールドの外に露出している点bを結ぶ線、図4参照)上における、粗化領域の長さである。さらに、上記線L上における、粗化部分が連続している部分の長さは、好ましくは200μm以上であることが好ましく、500μm以上であることが好ましい。
金属部材の一部がめっきされている場合は、粗化部分は、めっきがされている部分に存在してもよいし、下地露出部分に存在してもよく、あるいは、めっき部分と下地露出部分に跨って存在してもよい。
上述のように、粗化部分の形成方法は限定されないが、上記のような部分的な粗化では、レーザを用いた粗化方法が好ましい。以下、図4〜6を参照しながら、レーザを用いた粗化方法を一例として説明する。
レーザとしては、CW(連続波)レーザやパルスレーザが使用できる。例えば、パルスレーザを用いる場合の場合、複数のレーザ照射による処理部(レーザのスポット照射部)が金属表面にパターンを形成することで、ドッド状の凹凸部の集合体を容易に形成できる。さらに、このような集合体を組み合わせることにより、縞状に繰り返されるパターンを形成できる。
図4は、図1の複合体1から、金属部材20だけを抜き出して、樹脂モールド30との接合部40を拡大して示した概略図である。図4中、符号22は非粗化部分、23は粗化領域、25は非粗化領域、27はレーザのスポット照射部である。また、図5(A)は、特にスポット照射部27と粗化部分21との関係を、図5(B)は、特に粗化部分21、非粗化部分22、粗化領域23および非粗化領域25の関係を示した概略図である。また、図6は、粗化部分を縞状に繰り返される粗化パターンで形成した場合の概略図である。
図4に示す金属部材では、樹脂モールド30との接合部40に、パレスレーザを用いたレーザ照射により、ドッド状の凹凸部の集合体を形成した場合を示した。ここで、粗化部分21は、図5(A)に示すようにレーザ照射のスポット1個で加工された部分(スポット照射部:ドット状の凹凸部)の外周から100μm以内の領域である。また、このような粗化部分は、他の粗化部分と重なり合って連続した粗化部分となっていてもよいし、2以上の粗化部分が互いに重なり合うことなく、間隔をあけて形成されていてもよい。
さらに、図5(B)に示すように、粗化領域23は、例えば、2以上の粗化部分21を含む場合、接合部40内に含まれる粗化部分21のうち最も外側の粗化部分21の外周を内接し面積が最小となる多角形で区切られる領域である。また、粗化領域23内の粗化部分21同士は、互いに、それぞれの外周から500μmの範囲内で隣接することが好ましい。また、最も近接する粗化部分21同士は、その外周が互いに1000μm以上離れている場合には、その間の領域は粗化領域23ではない(非粗化領域25である)ものとする。
パルスレーザの場合、上記のような加工形状を達成する観点から、パルス幅は0.1ピコ秒から1ミリ秒程度のものが好ましく使用できる。1パルスあたりのエネルギーについては、10μJから1000μJのものが好ましく使用できる。
スポット径は、エネルギー密度を高め、かつ微細な形状の凹凸を形成する観点から、200μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましく、50μm以下がさらに好ましい。また、レーザ集光の観点から、20μm以上が好ましい。
スポットの照射密度は20個/mm2以上が好ましく、50個/mm2以上がより好ましく、100個/mm2以上がさらに好ましい。また、金属部材のひずみを抑える観点、飛散物の発生を抑制する観点、および酸化による劣化を抑制する観点から、2000個/mm2以下が好ましく、1000個/mm2以下がより好ましく、500個/mm2以下がさらに好ましい。
スポットのエネルギー密度は、1〜50J/cm2が好ましい。ここでエネルギー密度は、パルスエネルギーをスポット照射部の面積で割った値である。エネルギー密度が1J/cm2より小さいと十分な加工ができない。また、エネルギー密度が50J/cm2より大きいと、レーザ照射によって溶融あるいは破断した金属が周辺に飛散し、付着する現象が生じる。この付着物は、例えばワイヤボンディングするときに接合力を低下させることから、付着物が生じることは好ましくない。
波長は、300nm〜20000nmが好ましく使用できる。例えば銅やアルミニウムの場合、吸収が高い波長である300nm〜600nm程度の波長のレーザを用いることが好ましい。
なお、粗化部分の算術平均粗さや酸素濃度については、粗化処理の方法に応じて適宜調整することができるが、例えばレーザ照射時のレーザの出力、スポット径、スポット間隔(図4のp、q)のようなスポット分布等を調整することにより、適宜調整可能である。
(樹脂モールド)
本実施形態に係る樹脂モールドは、少なくとも金属部材の表面の一部に形成される樹脂材料からなる部材である。
本実施形態に係る樹脂モールドは、少なくとも金属部材の表面の一部に形成される樹脂材料からなる部材である。
樹脂材料は、金属材料の融点よりも低い温度で接合可能な材料であれば特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー又はプラスチックアロイを挙げることができる。更には、光硬化型樹脂のような熱以外のエネルギーで硬化するものや、複数の成分を混合することにより化学的に固化させる等、熱以外で硬化する材料であってもよい。
より詳細には、熱可塑性樹脂(汎用樹脂)としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル/スチレン樹脂(AS)、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン樹脂(ABS)、メタクリル樹脂(PMMA)、塩化ビニル(PVC)等が挙げることができる。
また、熱可塑性樹脂(汎用エンジニアリング樹脂)としては、例えば、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、超高分子量ポリエチレン(UHPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、GF強化ポリエチレンテレフタレート(GF−PET)、ポリメチルペンテン(TPX)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(PPE)等が挙げることができる。
また、熱可塑性樹脂(スーパーエンジニアリング樹脂)としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアリレート(PAR)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリアミドイミド(PAI)等が挙げることができる。
また、熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート等が挙げることができる。
また、エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーやゴム、例えば、スチレン・ブタジエン系、ポリオレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、1,2−ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル系、アイオノマー等を挙げることができる。
更には、熱可塑性樹脂にガラスファイバーを添加したものや、ポリマーアロイ等も挙げることができる。なお、気密性を悪化させない範囲において、従来公知の各種無機・有機充填剤、難燃剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光安定剤、着色剤、カーボンブラック、離型剤、可塑剤等の添加剤を含有せしめたものであっても構わない。
これらの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーには、公知の繊維状充填材を配合することができる。公知の繊維状充填材としては、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、有機繊維等を挙げることができる。
より詳細には、炭素繊維は周知のものであり、PAN系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等のものを用いることができる。
無機繊維としては、ガラス繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化ケイ素繊維等を挙げることができる。
金属繊維としては、ステンレス、アルミニウム、銅等からなる繊維を挙げることができる。
有機繊維としては、ポリアミド繊維(全芳香族ポリアミド繊維またはジアミンとジカルボン酸が芳香族化合物である半芳香族ポリアミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維)、ポリビニルアルコール繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリエステル繊維(全芳香族ポリエステル繊維を含む)、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維などの合成繊維や天然繊維(セルロース系繊維など)や再生セルロース(レーヨン)繊維などを用いることができる。
また、この金属材料に樹脂モールドを接合するに際しては、周知の射出成形で接合を行うことが好適である。なお、射出成形としては、アウトサート成形・インサート成形のいずれでもよい。また、熱融着、ワニス塗布、およびポッティングなどの方法も含まれる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
また、本発明の複合体は、樹脂モールドと金属部材との密着性に優れるため、内部を気密状態に保つ必要がある用途や、金属部材と樹脂モールドの密着性を要求する用途に好適に使用することができる。例えば、本発明の複合体は、湿度や水分により悪影響を受けやすい電気・電子部品等を内部に備える複合成形体として好適である。特に、高レベルで防水が求められる分野、例えば、川、プール、スキー場、お風呂等での使用が想定される、水分や湿気の侵入が故障に繋がる電気又は電子機器用の部品として用いることが好適である。例えば、内部に樹脂製のボスや保持部材等を備えた、電気・電子機器用筐体として有用である。ここで、電気・電子機器用筐体としては、携帯電話の他に、カメラ、ビデオ一体型カメラ、デジタルカメラ等の携帯用映像電子機器の筐体、ノート型パソコン、ポケットコンピュータ、電卓、電子手帳、PDC、PHS等の携帯用情報あるいは通信端末の筐体、MD、カセットヘッドホンステレオ、ラジオ等の携帯用音響電子機器の筐体、液晶TV・モニター、電話、ファクシミリ、ハンドスキャナー等の家庭用電化機器の筐体等を挙げることができる。また高温使用環境での密着性に優れることから、高温環境で使用される部品等に好適に適用できる。例えば自動車部品が挙げられる。
次に、本発明の効果をさらに明確にするために、実施例および比較例について詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(実施例1〜7および比較例1〜5)
20mm×70mm×2mmの銅板を準備し、レーザを用いて銅板の表面に粗化部分を形成した。なお、レーザ照射の条件は下記のとおりである。
20mm×70mm×2mmの銅板を準備し、レーザを用いて銅板の表面に粗化部分を形成した。なお、レーザ照射の条件は下記のとおりである。
レーザは、MD−V9600A(株式会社キーエンス製)を用いた。スポット径およびスポット間隔pは、表1に示す条件とし、スポット間隔qは200μm、スポット列の本数は3本(図4に示すパターン)、粗化領域の幅630μmとした。
なお、スポット間隔(p、q)は、図4に準ずる。即ち、スポット間隔(p、q)は、互いに隣接したスポット照射部の中心を結ぶ直線距離である。
なお、粗化部分の形成位置は、図4に示すように、樹脂モールドとの接合部となる位置の内側とした。
なお、スポット間隔(p、q)は、図4に準ずる。即ち、スポット間隔(p、q)は、互いに隣接したスポット照射部の中心を結ぶ直線距離である。
なお、粗化部分の形成位置は、図4に示すように、樹脂モールドとの接合部となる位置の内側とした。
粗化部分を形成した上記銅板を、ポリアミド樹脂(東レ株式会社製、CM3001G−30)を用いて、樹脂肉厚が1.5mm、30mm×50mm×20mmのボックスとなるようにインサート成形し、図1に示すような複合体を得た。なお、上記銅板と樹脂との接合は、銅板の表面に形成された粗化部分で行った。
<評価>
上記実施例および比較例に係る複合体について、下記に示す測定および評価を行った。各評価条件は下記の通りである。結果を表1に示す。
上記実施例および比較例に係る複合体について、下記に示す測定および評価を行った。各評価条件は下記の通りである。結果を表1に示す。
[空隙の観察]
(1) まず、上記実施例および比較例に係る複合体の金属部材と樹脂モールドとの接合部付近を、集束イオンビーム(FIB)によって切断し、図3に示すような、樹脂モールドと金属部材との接合界面に垂直な断面を切り出した。次に、切り出した断面のうち、粗化部分と樹脂モールドとの接合界面が含まれる、30μm×30μmの領域を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。なお、ここでは、観察領域の接合界面に平行な辺の長さを30μmとしたが、この辺の長さは、観察する粗化部分の接合界面に平行方向の長さの範囲内で調節すればよい。
(2) 続いて、FIBによって、上記観察領域に対して垂直方向(上記断面に対して奥行き方向)に100nm削り、新しい断面を切り出し、上記(1)と同様に粗化部分と樹脂モールドとの接合界面が含まれる、30μm×30μmの領域をSEM観察した。
(3) その後、上記(2)の作業を、さらに28回繰り返した。
(4) 次に、上記(1)〜(3)のSEM観察で撮影された、粗化部分と樹脂モールドとの接合界面が含まれる、30μm×30μmの領域のSEM画像(30枚)を用い、粗化部分と樹脂モールドとの接合界面付近の3次元の立体図(高さ30×幅30×奥行き3μm)を構築した。
(5) さらに、金属部材の粗化部分と樹脂モールドとの接合界面における任意の10箇所について、上記(1)〜(4)を行い、合計で10点の3次元の立体図を作製した。
(6) 得られた各立体図から、各立体図内に含まれる各空隙の寸法(距離が最も長い部分)を計測し、各立体図内での最も大きい空隙の寸法を評価した。さらに、この最も大きい空隙の寸法を、任意の10箇所の立体図でさらに評価し、最も大きい値を最大寸法とした。結果を表1に示す。
(7)また、各立体図内に含まれる空隙の体積の和を、測定領域の立体の接合界面に略平行な平面の面積(ここでは30μm×3μm=90μm2)で割って、接合界面に略平行な平面1μm2あたりに存在する空隙の体積を算出した。同様の測定を、粗化部分の異なる場所で10か所測定し、平均値を算出した。結果を表1に示す。
(1) まず、上記実施例および比較例に係る複合体の金属部材と樹脂モールドとの接合部付近を、集束イオンビーム(FIB)によって切断し、図3に示すような、樹脂モールドと金属部材との接合界面に垂直な断面を切り出した。次に、切り出した断面のうち、粗化部分と樹脂モールドとの接合界面が含まれる、30μm×30μmの領域を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。なお、ここでは、観察領域の接合界面に平行な辺の長さを30μmとしたが、この辺の長さは、観察する粗化部分の接合界面に平行方向の長さの範囲内で調節すればよい。
(2) 続いて、FIBによって、上記観察領域に対して垂直方向(上記断面に対して奥行き方向)に100nm削り、新しい断面を切り出し、上記(1)と同様に粗化部分と樹脂モールドとの接合界面が含まれる、30μm×30μmの領域をSEM観察した。
(3) その後、上記(2)の作業を、さらに28回繰り返した。
(4) 次に、上記(1)〜(3)のSEM観察で撮影された、粗化部分と樹脂モールドとの接合界面が含まれる、30μm×30μmの領域のSEM画像(30枚)を用い、粗化部分と樹脂モールドとの接合界面付近の3次元の立体図(高さ30×幅30×奥行き3μm)を構築した。
(5) さらに、金属部材の粗化部分と樹脂モールドとの接合界面における任意の10箇所について、上記(1)〜(4)を行い、合計で10点の3次元の立体図を作製した。
(6) 得られた各立体図から、各立体図内に含まれる各空隙の寸法(距離が最も長い部分)を計測し、各立体図内での最も大きい空隙の寸法を評価した。さらに、この最も大きい空隙の寸法を、任意の10箇所の立体図でさらに評価し、最も大きい値を最大寸法とした。結果を表1に示す。
(7)また、各立体図内に含まれる空隙の体積の和を、測定領域の立体の接合界面に略平行な平面の面積(ここでは30μm×3μm=90μm2)で割って、接合界面に略平行な平面1μm2あたりに存在する空隙の体積を算出した。同様の測定を、粗化部分の異なる場所で10か所測定し、平均値を算出した。結果を表1に示す。
[算術平均粗さ]
金属部材の表面に形成された粗化部分について、レーザ顕微鏡(株式会社キーエンス製VK−X250)を用い、ISO規格(ISO 25178)に従った算術平均粗さ(Ra)を計測した。レーザ顕微鏡測定の条件は、倍率1000倍、カットオフ値80μmとし、500μm×350μmの長方形の領域を測定した。算術平均粗さは、任意の10箇所の粗化部分について同様に測定し、その平均値(N=10)を、本試験における粗化部分の算術平均粗さとした。なお、比較例1に係る金属部材については、粗化部分を形成していないので、接合部に対応する金属部材の表面について本測定を行った。また、樹脂モールドを形成する前の金属部材の粗化部分の算術平均粗さと、樹脂モールド形成後の特定界面領域を断面観察した際の粗化部分の算術平均粗さとの間には、相関があることが確認されている。
金属部材の表面に形成された粗化部分について、レーザ顕微鏡(株式会社キーエンス製VK−X250)を用い、ISO規格(ISO 25178)に従った算術平均粗さ(Ra)を計測した。レーザ顕微鏡測定の条件は、倍率1000倍、カットオフ値80μmとし、500μm×350μmの長方形の領域を測定した。算術平均粗さは、任意の10箇所の粗化部分について同様に測定し、その平均値(N=10)を、本試験における粗化部分の算術平均粗さとした。なお、比較例1に係る金属部材については、粗化部分を形成していないので、接合部に対応する金属部材の表面について本測定を行った。また、樹脂モールドを形成する前の金属部材の粗化部分の算術平均粗さと、樹脂モールド形成後の特定界面領域を断面観察した際の粗化部分の算術平均粗さとの間には、相関があることが確認されている。
[酸素の存在比率]
電子線マイクロアナライザ(EPMA)によって、金属表面から10μmまでの領域の酸素元素存在量を評価した。装置はJXA8800RL(日本電子株式会社製)を用いた。
(1)まず、測定対象として、上記実施例および比較例に係る複合体の金属部材と樹脂モールドとの接合部付近で算術平均粗さが0.10μm〜100μmの範囲にある領域に該当する箇所を選択し、FIBによって切断し、図3に示すような、樹脂モールドと金属部材との接合界面に垂直な断面を切り出した。
(2)次に、切り出した断面のうち粗化部分について、金属表面から金属部材の深さ方向に10μmまでの部分が含まれるように、100μm四方の領域を、加速電圧15kVでO‐Kα線の強度のマッピングを行った。得られたマッピングデータから、金属表面から金属部材の深さ方向に10μmまでの領域における、O‐Kα線の強度の平均値を算出した。
(3) さらに、粗化部分を含む任意の10箇所について、上記(2)を行い、各10箇所で、それぞれO‐Kα線の強度の平均値を算出した。さらに、この平均値を、任意の10箇所の値でさらに平均し、粗化部分におけるO‐Kα線の平均強度(N=10)を算出した。
(4)続いて、切り出した断面のうち粗化部分を含まない部分(非粗化領域)の、任意の10箇所について、上記(2)および(3)と同様の測定を行い、粗化部分を含まない非粗化領域におけるO‐Kα線の平均強度(N=10)を算出した。
(5)上記、(1)〜(4)で得られた粗化部分と非粗化領域におけるそれぞれO‐Kα線の平均強度から、非粗化領域に対する粗化部分の強度の比率(粗化部分/非粗化領域)を算出した。結果を表1に示す。
電子線マイクロアナライザ(EPMA)によって、金属表面から10μmまでの領域の酸素元素存在量を評価した。装置はJXA8800RL(日本電子株式会社製)を用いた。
(1)まず、測定対象として、上記実施例および比較例に係る複合体の金属部材と樹脂モールドとの接合部付近で算術平均粗さが0.10μm〜100μmの範囲にある領域に該当する箇所を選択し、FIBによって切断し、図3に示すような、樹脂モールドと金属部材との接合界面に垂直な断面を切り出した。
(2)次に、切り出した断面のうち粗化部分について、金属表面から金属部材の深さ方向に10μmまでの部分が含まれるように、100μm四方の領域を、加速電圧15kVでO‐Kα線の強度のマッピングを行った。得られたマッピングデータから、金属表面から金属部材の深さ方向に10μmまでの領域における、O‐Kα線の強度の平均値を算出した。
(3) さらに、粗化部分を含む任意の10箇所について、上記(2)を行い、各10箇所で、それぞれO‐Kα線の強度の平均値を算出した。さらに、この平均値を、任意の10箇所の値でさらに平均し、粗化部分におけるO‐Kα線の平均強度(N=10)を算出した。
(4)続いて、切り出した断面のうち粗化部分を含まない部分(非粗化領域)の、任意の10箇所について、上記(2)および(3)と同様の測定を行い、粗化部分を含まない非粗化領域におけるO‐Kα線の平均強度(N=10)を算出した。
(5)上記、(1)〜(4)で得られた粗化部分と非粗化領域におけるそれぞれO‐Kα線の平均強度から、非粗化領域に対する粗化部分の強度の比率(粗化部分/非粗化領域)を算出した。結果を表1に示す。
[気密試験(圧力損失)]
まず、上記実施例および比較例に係る複合体に穴を開け、チューブを通し、複合体の内部を、圧縮空気を用いて100kPaで加圧し、1分後の圧力損失を測定した。なお、測定は、常温と高温(60℃)の2種類の環境下で行った。
圧力の測定は、微差圧計(株式会社コスモ計器製、DPゲージMODEL DP−330BA)を使用した。また、各サンプルN=3で実施し、測定値を平均して、それぞれの圧力損失値(Pa)とした。
本実施例では、常温時は、750Pa以下を良好とし、500Pa以下を特に良好とした。また、高温(60℃)時は、1500Pa以下を良好とし、1000Pa以下を特に良好とした。
まず、上記実施例および比較例に係る複合体に穴を開け、チューブを通し、複合体の内部を、圧縮空気を用いて100kPaで加圧し、1分後の圧力損失を測定した。なお、測定は、常温と高温(60℃)の2種類の環境下で行った。
圧力の測定は、微差圧計(株式会社コスモ計器製、DPゲージMODEL DP−330BA)を使用した。また、各サンプルN=3で実施し、測定値を平均して、それぞれの圧力損失値(Pa)とした。
本実施例では、常温時は、750Pa以下を良好とし、500Pa以下を特に良好とした。また、高温(60℃)時は、1500Pa以下を良好とし、1000Pa以下を特に良好とした。
表1に示されるように、特に、粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合および最大寸法が共に所定の範囲内にある、実施例1〜7の複合体は、圧力損失値が小さく、気密性に優れていることが確認された。
一方、粗化部分が形成されていない比較例1、および粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合および最大寸法の少なくとも一方が所定の範囲内にない実施例2〜5の複合体は、特に高温での圧力損失値が大きく、本発明の複合体に比べて気密性に劣ることが確認された。
(実施例8〜13)
実施例8〜13は、金属部材の材料、樹脂の種類、スポット間隔(p、q)、スポット列の本数、粗化領域の幅を、表2のように変更した以外は、実施例1と同様に複合体を作製し、評価した。条件および評価結果を表2および3に示す。なお、表2および3において、実施例1は、表1に示したものと同じものである。
実施例8〜13は、金属部材の材料、樹脂の種類、スポット間隔(p、q)、スポット列の本数、粗化領域の幅を、表2のように変更した以外は、実施例1と同様に複合体を作製し、評価した。条件および評価結果を表2および3に示す。なお、表2および3において、実施例1は、表1に示したものと同じものである。
また、表2中、銅は上記銅板を、アルミは20mm×70mm×2mmのアルミニウム板を、PAは上記ポリアミド樹脂を、PBTはポリブチレンテレフタレート樹脂(東レ株式会社製、1101G−X54)をそれぞれ意味する。
表2および3に示されるように、金属部材の材料、樹脂モールドを構成する樹脂材料、レーザ照射時のスポット間隔pスポット列の数および粗化領域の幅を変更しても、特に、粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合および最大寸法が共に所定の範囲内にある場合には、圧力損失値が小さく、気密性に優れていることが確認された。
(実施例14〜19)
実施例14〜19は、レーザはJenLas fiber ns 20−advanced(イエナオプティック社製)を用い、パルスエネルギーを500μJとし、スポット間隔(p、q)を表4のように変更した以外は、実施例1と同様に複合体を作製し、評価した。条件および評価結果を表4および5に示す。
実施例14〜19は、レーザはJenLas fiber ns 20−advanced(イエナオプティック社製)を用い、パルスエネルギーを500μJとし、スポット間隔(p、q)を表4のように変更した以外は、実施例1と同様に複合体を作製し、評価した。条件および評価結果を表4および5に示す。
なお、実施例14〜19では、各粗化部分を形成した銅板について、スポット深さ、スポット密度、ゆがみおよび飛散物の有無を確認した。スポット深さ(凹凸の深さ)はレーザ顕微鏡(株式会社キーエンス製VK−X250)で測定した。また、スポット密度は、単位面積(mm2)あたりのスポットの個数をカウントした。ゆがみの有無は、粗化部分の周囲を目視にて観察し、飛散物は、特にレーザスポットの周囲を光学顕微鏡で観察した。
表4および5に示されるように、レーザ照射の装置、スポット間隔(p、q)、スポット深さおよびスポット密度を変更しても、特に、粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合および最大寸法が所定の範囲内にある場合には、圧力損失値が小さく、気密性に優れていることが確認された。
また、表4に示すような条件とすることで、ゆがみや飛散物の少ない金属部材が得られることが確認された。なお、ゆがみについては、金属部材として厚みの大きいものを選択すれば問題ない。
1 複合体
20 金属部材
21 粗化部分
22 非粗化部分
23 粗化領域
25 非粗化領域
27 スポット照射部
30 樹脂モールド
40 接合部
41 接合界面
43 特定界面領域
20 金属部材
21 粗化部分
22 非粗化部分
23 粗化領域
25 非粗化領域
27 スポット照射部
30 樹脂モールド
40 接合部
41 接合界面
43 特定界面領域
Claims (14)
- 金属部材と、前記金属部材の表面に接合状態で形成された樹脂モールドとを含む複合体であって、
前記金属部材は、該表面の前記樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有し、
前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面1μm2あたり、0.05μm3以下であり、かつ、
前記空隙の最大寸法が1000nm以下であることを特徴とする、金属部材と樹脂モールドとの複合体。 - 前記粗化部分の算術平均粗さが、0.13μm〜100μmである、請求項1に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
- 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含まない非粗化領域を有し、
前記粗化部分における酸素の存在比率は、前記非粗化領域の酸素の存在比率よりも大きい、請求項2に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。 - 前記粗化部分の酸素元素の存在比率が、前記非粗化領域の酸素の存在比率の1.3倍以上である、請求項3に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
- 前記粗化部分は、ドット状の凹凸部の集合体を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
- 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部の外周から100μm以内の領域を含む、請求項5に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
- 前記ドット状の凹凸部の深さが、100nm以上50μm以下である、請求項5または6記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
- 前記ドット状の凹凸部の密度が、20〜2000個/mm2である、請求項5〜7のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
- 前記ドット状の凹凸部の径が、200μm以下である、請求項5〜8のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
- 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部が連続して配置された粗化パターンを有する、請求項5〜9のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
- 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含む粗化領域を有し、
前記粗化領域の幅の最小値が、200μm以上である、請求項5〜10のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。 - 前記複合体は、前記樹脂モールド中に機能部品をさらに備え、
前記粗化部分は、少なくとも前記機能部品の周囲を取り巻くように形成されている、請求項1〜11のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。 - 前記複合体は、前記樹脂モールド中に密閉空間を有し、前記密閉空間に樹脂モールドで覆われていない前記金属部材の表面を備えている、請求項1〜12のいずれか1項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
- 表面の一部に、樹脂モールドと接合するための粗化部分を備える金属部材であって、
前記粗化部分を含むように前記金属部材の表面に前記樹脂モールドを接合した場合、
前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面1μm2あたり、0.05μm3以下であり、かつ、前記空隙の最大寸法が1000nm以下であることを特徴とする、樹脂モールドとの複合体形成用金属部材。
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