JP2013159085A

JP2013159085A - 樹脂成形品の製造法

Info

Publication number: JP2013159085A
Application number: JP2012024794A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Iwatsuki; 保仁岩月
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】金属板の圧延材から加工された金属部材を使用した場合においても、ワイヤーボンディング時の接合強度を充分に確保できる樹脂成形品を製造する。
【解決手段】電気配線用金属部材２，３をインサート部品として有し、電気配線用金属部材２，３の一部が電気絶縁性の樹脂に埋設されるようにインサート成形された樹脂成形品１の製造法であって、電気配線用金属部材２，３は、金属板の圧延材から加工されたものであり、かつ、接続用導電線材が超音波溶接により溶接される溶接面にレーザー光を照射することにより、表面粗さＲａを０．５μｍ以下とする。前記電気配線用金属部材は、好ましくは、アルミニウム又はアルミニウム合金である。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成形品、特に、その表面に超音波振動によるテープボンディング又はワイヤーボンディングが行なわれる金属部材をインサート成形してなる樹脂成形品の製造法に関する。

パワー素子を実装した配線基板を収容する樹脂ケースとして、金属部材を樹脂部にインサート成形して構成した樹脂成形品が用いられている。前記樹脂部から露出した金属部材の表面に、配線基板あるいはその実装部品から導出された接続用導電線材が接続される。
金属部材にはアルミニウム板やニッケルめっきを施した銅板が用いられ、接続用導電線材にはアルミニウム線材（テープ状や断面円形の線材）が用いられ、接続用導電線材を金属部材の表面（溶接面）に超音波溶接する技術が採用されている。

しかし、上記インサート成形の工程において、ガスが発生し、これがインサートされている金属部材の溶接面に付着し、汚れていることが多い。このため、テープボンディング又はワイヤーボンディングが行なわれる溶接面は、有機溶剤等によって洗浄されている。また有機溶剤による洗浄では除去できない汚れについては、レーザー光の照射によって除去することが提案されている。

特許文献１には、プリント配線板の回路パターンにレーザー光を照射することによって、回路パターン表面に付着した異物（有機物）を分解，除去して洗浄する技術が開示されている。特許文献２には、半導体チップ電極にレーザー光を照射することによって、電極表面上の不純物（酸化膜や有機物）を分解，除去して洗浄する技術が開示されている。

特許第３６３３１６７号公報特開平８−２３６５７４号公報

しかし、上記特許文献１、２に開示された技術は、金属表面の汚れ（酸化膜や有機物）を分解，除去できるものの、この技術を金属板の圧延材から加工された金属部材に適用した場合、所望の効果（テープボンディング又はワイヤーボンディング時の接合強度）が得られないという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、電気配線用金属部材をインサート部品として有し、前記電気配線用金属部材の一部が電気絶縁性の樹脂に埋設されるようにインサート成形された樹脂成形品の製造法であって、金属板の圧延材から加工された金属部材を使用した場合においても、テープボンディング又はワイヤーボンディング時の接合強度を充分に確保することができる樹脂成形品を製造することである。

金属板の圧延材から加工された金属部材を使用する場合、テープボンディング又はワイヤーボンディング時の接合強度を充分に確保するためには、金属部材表面の汚れを除去することに加えて、金属部材表面の表面粗さを改善することが重要であることを見い出し、本発明に至った。

上記課題を解決するために、本発明に係る樹脂成形品の製造法は、電気配線用金属部材をインサート部品として有し、前記電気配線用金属部材の一部が電気絶縁性の樹脂に埋設されるようにインサート成形された樹脂成形品の製造法であって、前記電気配線用金属部材は、金属板の圧延材から加工されたものであり、かつ、接続用導電線材が超音波溶接により溶接される溶接面にレーザー光を照射することにより、表面粗さＲａを０．５μｍ以下とすることを特徴とする（請求項１）。

好ましくは、前記電気配線用金属部材が、アルミニウム又はアルミニウム合金である（請求項２）。
また、金属部材の溶接面の酸化膜厚みが１０ｎｍ以下であり（請求項３）、金属部材の溶接面の不純物含有率が０．５質量％以下である（請求項４）。

本発明によれば、接続用導電線材が超音波溶接により溶接される金属部材の溶接面にレーザー光を照射することにより、金属部材の溶接面の汚れを除去するとともに、金属部材の溶接面の表面粗さを平滑にする。これにより、金属板の圧延材から加工された金属部材を使用した場合においても、テープボンディング又はワイヤーボンディング時の接合強度を充分に確保することができる。

本発明で製造される樹脂成形品の実施形態を示す説明図である。本発明で製造される樹脂成形品の表面状態を示す説明図であり、（ａ）はレーザー光照射前の表面状態、（ｂ）はレーザー光照射後の表面状態である。本発明の実施例で使用した電気配線用金属部材の実施形態を示す説明図である。

本発明で製造される樹脂成形品の具体的な形態は、例えば、図１に示すような構成とすることができる。
電気配線用金属部材２、３には、接続用導電線材を超音波溶接する溶接面を有し、この溶接面を露出させた状態で電気配線用金属部材を樹脂部にインサート成形して樹脂成形品１とする。成形は、射出成形が好ましく、成形に用いる樹脂は、特に限定するものではないが、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、エポキシ等である。特に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）は、難燃性、高い耐熱性を有しているため、好ましい。

電気配線用金属部材の材質は、特に限定するものではないが、例えば、電気導電率が高い、銅や銅合金、アルミニウムやアルミニウム合金等である。特に、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いた場合は、融点が低く、レーザー光照射による表面粗さの改善が容易となるため、好ましい。
そして、本発明では、金属板の圧延材から加工されたものを使用する。電気配線用金属部材は、打ち抜きプレス加工等で形状を加工するため、厚みが薄くなるように圧延されていることが多い。金属材料の圧延では、金属材料表面の一定の方向にすじ状のラインが形成されており、このラインを横断する方向では表面に凹凸を有しているため、表面粗さが粗くなってしまう。そのため、テープボンディング又はワイヤーボンディング時の接合強度を充分に確保することができなかった。

本発明では、接続用導電線材が超音波溶接により溶接される溶接面にレーザー光を照射することにより、表面粗さＲａを０．５μｍ以下とすることを特徴とする。レーザー光を照射することによって、前記凹凸の凸部を溶融させることにより表面粗さを平滑に改善することができる（図２参照）。これにより、圧延材から加工された金属部材を使用した場合においても、テープボンディング又はワイヤーボンディング時の接合強度を充分に確保することができる。このとき、レーザー光の移動方向を、前記すじ状のラインに対して直交方向とした場合は、短時間で効率よく表面粗さを改善できるため、好ましい。

また、金属部材の溶接面の酸化膜厚みを１０ｎｍ以下とした場合は、接合強度をさらに向上できるため、好ましい。
さらに、金属部材の溶接面の不純物含有率を０．５質量％以下とした場合は、接合強度をさらに向上できるため、好ましい。

なお、測定方法は、以下のとおりである。
表面粗さＲａ：レーザー顕微鏡（キーエンス社製ＶＫ−９７００）を使用し、金属部材の溶接面の面粗さ（範囲：１０ｍｍ×１０ｍｍ）を測定した。
溶接面の酸化膜厚み：イオンミリングした金属部材断面の電子顕微鏡観察（１００００倍）により測定した。
溶接面の不純物含有率：Ｘ線光電子分光分析により、金属部材に含まれる、主成分以外の金属成分の合計質量（質量％）を測定した。

照射するレーザー光は、特に限定するものではないが、例えば、半導体レーザー、ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー等である。特に、半導体レーザーは、微細なレーザー出力調整や時間調整が可能であるため、好ましい。

実施例１
ＰＰＳ樹脂を射出成形して、厚み１ｍｍの板状体を得た。この板状体を電気配線用金属部材の形状に合せるようにＮＣルータで形状加工をした。形状加工した板状体（スペーサ）は、電気配線用金属部材の縁より１ｍｍはみ出す大きさとした。
上記スペーサの両側に電気配線用金属部材として厚み２ｍｍの銅バスバー（Ｃ２８００）を配置（図３参照）し、金型温度１５０℃の金型の中へインサートし、射出圧力２０ＭＰａの条件で溶融したＰＰＳ樹脂を射出成形して、電気配線用金属部材をインサート部品として有する樹脂成形品を得た。なお、上記銅バスバーは、銅板の圧延材から打ち抜きプレス加工により形状加工されたものを使用している。

そして、接続用導電線材が超音波溶接により溶接される溶接面に、レーザー光照射（出力：２５Ｗ）を２回実施した。尚、レーザー光照射は、ＳＵＮＸ社製ＬＰ−Ｚ２５６を使用し実施した。
この溶接面の表面粗さ、酸化膜厚み、不純物含有率を測定した。測定結果を表１に示す。

また、超音波ボンダーにて、φ４００μｍのアルミニウムワイヤー（接続用導電線材）を超音波溶接し、ボンドテスターにてシェア強度（接合強度）を測定した。測定結果を表１に示す。
尚、超音波ボンダーは、Ｏｒｔｈｏｄｙｎｅ社製Ｍ３６０Ｃを使用し、ボンディング条件は、超音波周波数：６０ｋＨｚ、ボンディング荷重：３．４〜１１．８Ｎ（３５０〜１２００ｇｆ）、時間：１３０ｍｓで行った。また、ボンドテスターは、Ｄａｇｅ社製Ｓｅｒｉｅｓ４０００を使用した。このボンドテスターは、ウエッジボンドされたアルミワイヤと基盤（バスバー）との接合面を、シェアツールで横から水平方向に押して、接合面が破断された時の強度（シェア強度）を測定するものである。

実施例２
電気配線用金属部材として厚み２ｍｍのアルミニウムバスバー（Ａ６０６１）を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、樹脂成形品を作製した。なお、上記アルミニウムバスバーは、アルミニウム板の圧延材から打ち抜きプレス加工により形状加工されたものを使用している。

実施例３
レーザー光照射（出力：２５Ｗ）を３回実施したこと以外は、実施例２と同様にして、樹脂成形品を作製した。

実施例４
レーザー光照射（出力：２５Ｗ）を４回実施したこと以外は、実施例２と同様にして、樹脂成形品を作製した。

比較例１
レーザー光照射（出力：２５Ｗ）を実施しないこと以外は、実施例１と同様にして、樹脂成形品を作製した。

比較例２
レーザー光照射（出力：２５Ｗ）を１回実施したこと以外は、実施例１と同様にして、樹脂成形品を作製した。

表１から明らかなように、本発明で製造される樹脂成形品は、接続用導電線材が超音波溶接により溶接される溶接面にレーザー光を照射することで、表面粗さＲａを０．５μｍ以下とすることにより、金属板の圧延材から加工された金属部材を使用した場合においても、テープボンディング又はワイヤーボンディング時の接合強度を充分に確保することができることが理解できる（実施例１〜４と比較例１〜２の対照）。比較例１では、レーザー光を照射していないため、接合強度が大幅に低下している。比較例２では、レーザー光を照射しているものの、表面粗さＲａが０．５μｍを超えているため、接合強度が不充分である。

また、金属部材の溶接面の酸化膜厚みを１０ｎｍ以下とした場合には、接合強度をさらに向上できることが理解できる（実施例３〜４と実施例２の対照）。
さらに、金属部材の溶接面の不純物含有率を０．５質量％以下とした場合には、接合強度をさらに向上できることが理解できる（実施例３と実施例２〜３の対照）。

１…樹脂成形品、２，３…電気配線用金属部材、４…スペーサ

Claims

電気配線用金属部材をインサート部品として有し、前記電気配線用金属部材の一部が電気絶縁性の樹脂に埋設されるようにインサート成形された樹脂成形品の製造法であって、
前記電気配線用金属部材は、金属板の圧延材から加工されたものであり、かつ、接続用導電線材が超音波溶接により溶接される溶接面にレーザー光を照射することにより、表面粗さＲａを０．５μｍ以下とすることを特徴とする樹脂成形品の製造法。
前記電気配線用金属部材が、アルミニウム又はアルミニウム合金である請求項１記載の樹脂成形品の製造法。
前記電気配線用金属部材の溶接面の酸化膜厚みが１０ｎｍ以下である請求項１又は２記載の樹脂成形品の製造法。
前記電気配線用金属部材の溶接面の不純物含有率が０．５質量％以下である請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂成形品の製造法。