JP2018130925A - Resin-metal bonded body and semiconductor sensor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属部材の表面と樹脂部材とが接合された樹脂金属接合体およびこれを備えた半導体センサに関する。 The present invention relates to a resin-metal bonded body in which a surface of a metal member and a resin member are bonded, and a semiconductor sensor including the same.
この種の樹脂金属接合体(以下「接合体」という)としては、例えば特許文献1に記載された接合体が知られている。特許文献1に記載の接合体において、金属表面は、マイクロオーダーの凹凸が形成された領域(以下「粗化領域」という)を有している。このマイクロオーダーの凹凸は、凹凸が1〜10μm周期で設けられていて、凹凸の高低差が周期の半分程度となるように形成されている。また、この凹凸が形成された面における凹部の内壁面には、ナノオーダーの10〜500nm周期の微細凹凸が形成されている。これにより、金属表面の凹部に樹脂部材が入り込むことでアンカー効果が生じ、金属表面と樹脂とが強固に接合された接合体が得られる。 As this type of resin-metal bonded body (hereinafter referred to as “bonded body”), for example, a bonded body described in Patent Document 1 is known. In the joined body described in Patent Document 1, the metal surface has a region in which micro-order irregularities are formed (hereinafter referred to as “roughened region”). The micro-order unevenness is provided such that the unevenness is provided with a period of 1 to 10 μm, and the height difference of the unevenness is about half of the period. Further, nano-order fine irregularities with a period of 10 to 500 nm are formed on the inner wall surface of the recesses on the surface where the irregularities are formed. Thereby, an anchor effect arises because a resin member enters into the crevice of a metal surface, and the joined object by which the metal surface and resin were joined firmly is obtained.
また、このような接合体を半導体センサの一部に用いることができる。例えば、樹脂部材としてコネクタケースを、金属部材として表面に粗化領域が形成されたコネクタピンを用い、コネクタピンの一部がコネクタケースに封止された接合体とする。そして、このような接合体とセンサチップとを備え、コネクタピンがセンサチップに接続された半導体センサとする。このような接合体を備える半導体センサ、例えば圧力センサは、金属部材の表面と樹脂部材とが強固に接続されているため、金属部材の表面のうち粗化領域と樹脂部材との界面における剥離が起こりにくく、接合の信頼性が高いデバイスとなる。 Such a joined body can be used as a part of a semiconductor sensor. For example, a connector case is used as the resin member, and a connector pin having a roughened area formed on the surface is used as the metal member, and a part of the connector pin is sealed to the connector case. And it is set as the semiconductor sensor provided with such a joined body and a sensor chip, and the connector pin was connected to the sensor chip. In a semiconductor sensor including such a joined body, for example, a pressure sensor, since the surface of the metal member and the resin member are firmly connected, the peeling at the interface between the roughened region and the resin member on the surface of the metal member is prevented. The device is less likely to occur and has high bonding reliability.
上記のように特許文献1に記載の接合体は、金属部材の粗化領域と樹脂部材とが強固に接合されているため、これらの界面においては樹脂部材が金属部材の粗化領域から剥離しにくい。 As described above, in the joined body described in Patent Document 1, since the roughened region of the metal member and the resin member are firmly joined, the resin member peels from the roughened region of the metal member at these interfaces. Hateful.
しかしながら、このような接合体としては、金属部材の表面と樹脂部材との界面において、粗化領域と粗化領域が形成されていない平坦な領域(以下「非粗化領域」という)とを金属部材の表面に備えるものがある。非粗化領域は、凹部等のように樹脂部材が入り込んでアンカー効果を発揮する形状を備えていないため、樹脂部材と密着しているものの、粗化領域と比較して樹脂部材と強く接合されていない領域である。このような粗化領域および非粗化領域を有する金属部材を備える接合体においては、非粗化領域で金属部材と樹脂部材との剥離が発生すると、当該剥離が粗化領域にまで進行し得る。 However, as such a joined body, a roughened region and a flat region in which a roughened region is not formed (hereinafter referred to as “non-roughened region”) at the interface between the surface of the metal member and the resin member are made of metal. Some are provided on the surface of the member. The non-roughened area does not have a shape that allows the resin member to enter and exhibits an anchor effect as in the case of a recess, etc., but is in close contact with the resin member, but is strongly bonded to the resin member compared to the roughened area. This is not an area. In a joined body including a metal member having such a roughened region and a non-roughened region, when peeling between the metal member and the resin member occurs in the non-roughened region, the peeling can proceed to the roughened region. .
具体的には、非粗化領域においては、金属部材と樹脂部材とが強く接合されていないため、このような接合体が例えば冷熱サイクルなどの環境変化に晒されると、金属部材と樹脂部材との熱膨張係数差に起因する応力発生により、樹脂部材が金属部材から剥離し得る。そして、非粗化領域で発生した剥離が非粗化領域と粗化領域との境界まで進行すると、非粗化領域での剥離が粗化領域にまで進行してしまい、金属部材と樹脂部材との接合の信頼性が低下してしまう。 Specifically, since the metal member and the resin member are not strongly bonded in the non-roughened region, when such a bonded body is exposed to an environmental change such as a thermal cycle, the metal member and the resin member are The resin member can be peeled off from the metal member due to the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient. Then, when the peeling that occurs in the non-roughened region proceeds to the boundary between the non-roughened region and the roughened region, the peeling in the non-roughened region proceeds to the roughened region, and the metal member and the resin member The reliability of bonding will be reduced.
また、特許文献1に記載の接合体のように、金属部材と樹脂部材とが金属部材の表面のうち粗化領域でのみ接触し、かつ接合された接合体であっても、何らかの原因でこれらの界面の一部に剥離が発生すると、その進行を止めることが難しい。 Moreover, even if it is a joined body in which the metal member and the resin member are in contact with each other only in the roughened region of the surface of the metal member and joined, as in the joined body described in Patent Document 1, these are caused for some reason. When peeling occurs at a part of the interface, it is difficult to stop the progress.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、樹脂金属接合体であって、金属表面に粗化領域と非粗化領域とが存在していても、接合の信頼性が高い樹脂金属接合体およびこれを備えた半導体センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and is a resin-metal bonded body, which is a resin having high bonding reliability even when a roughened region and a non-roughened region are present on the metal surface. An object is to provide a metal bonded body and a semiconductor sensor including the metal bonded body.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の樹脂金属接合体は、金属部材(10)と樹脂部材(20)とが接合された樹脂金属接合体であって、金属部材は、樹脂部材から露出する一端(11a)および他端(11b)を有する金属ピン(11)と、金属ピンと一体化され、金属ピンが伸びる方向である長さ方向において一端と他端との間に形成されると共に、長さ方向を軸とする径方向からなる平面上において、金属ピンの最大厚みよりも厚みが厚い鍔部(12)と、を備える。このような構成において、金属部材のうち鍔部および金属ピンのうち鍔部に隣接する領域が樹脂部材に封止されており、鍔部の表面には、マイクロオーダーの高さの凹凸を有してなる粗化領域(121)が形成されている。 In order to achieve the above object, a resin-metal bonded body according to claim 1 is a resin-metal bonded body in which a metal member (10) and a resin member (20) are bonded, and the metal member is made of a resin member. The metal pin (11) having one end (11a) and the other end (11b) that are exposed and the metal pin are formed between the one end and the other end in the length direction that is integrated with the metal pin and extends. And a flange (12) having a thickness larger than the maximum thickness of the metal pin on a plane composed of a radial direction with the length direction as an axis. In such a configuration, a region adjacent to the flange portion of the metal member and the flange portion of the metal member is sealed by the resin member, and the surface of the flange portion has unevenness of micro-order height. A roughened region (121) is formed.
これにより、金属部材のうち非粗化領域において、金属部材と樹脂部材との界面剥離が生じた場合であっても、鍔部が形成された構造とされることで剥離の進行方向が直線的とならず、当該界面剥離の進行が阻害される構造の接合体となる。その結果、従来の接合体と比較して、金属部材と樹脂部材との界面剥離が進行しにくく、接合の信頼性の高い接合体となる。 As a result, even if interface peeling between the metal member and the resin member occurs in the non-roughened region of the metal member, the peeling progress direction is linear due to the structure in which the collar portion is formed. In other words, the bonded body has a structure in which the progress of the interfacial peeling is hindered. As a result, compared with the conventional joined body, the interfacial peeling between the metal member and the resin member is less likely to proceed, and the joined body has high joining reliability.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態の接合体について、図1〜図6を参照して述べる。図1では、本実施形態の接合体の概要を分かり易くするために図を簡略化してあり、後述する金属ピン11および鍔部12に形成された粗化領域111、121については省略している。
(First embodiment)
The joined body of 1st Embodiment is described with reference to FIGS. In FIG. 1, the drawing is simplified for easy understanding of the outline of the joined body of the present embodiment, and roughened
本実施形態の接合体は、図1に示すように、樹脂成形体30と、樹脂成形体30の表面の一部および樹脂成形体30のうち一面30aから突出する金属部材10の一部を被覆する樹脂部材20とを有してなる。また、樹脂成形体30は、測定媒体の圧力、磁気や光量等の物理量に応じた電気出力を発生するセンサチップ32を備える。そして、センサチップ32は、樹脂成形体30内において、例えばA1やAuなどの導電材料によりなるワイヤ33を介して金属部材10に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the joined body of the present embodiment covers the resin molded
本実施形態の接合体は、例えば樹脂成形体30を金型等にセットし、樹脂部材20を構成する樹脂材料を射出成形して樹脂成形体30の一部表面および突出する金属部材10の一部を封止することにより、図1に示す形態とされている。
In the joined body of the present embodiment, for example, the resin molded
本実施形態の接合体は、例えば自動車等の車両に搭載され、測定媒体の物理量に対応する電気出力を発生する半導体センサ等に適用されると好適であり、図1に示すように、全体として圧力センサを構成している。 The joined body of the present embodiment is preferably applied to a semiconductor sensor or the like that is mounted on a vehicle such as an automobile and generates an electrical output corresponding to the physical quantity of the measurement medium. As shown in FIG. It constitutes a pressure sensor.
金属部材10は、本実施形態では、図1に示すように、棒状の金属によりなる金属ピン11と金属ピン11と一体化するように形成された鍔部12とによりなる。金属部材10のうち金属ピン11の一部および鍔部12は、樹脂部材20に封止されている。
In this embodiment, the
金属ピン11は、センサチップ32と外部の図示しない配線部材とを電気的に接続するためのものであり、本実施形態では、四角柱状とされている。金属ピン11の一端側11aについては、樹脂成形体30に被覆されており、残部については樹脂成形体30における一面30aより突出している。また、金属ピン11の残部は、図1に示すように、鍔部12と一体化するように形成され、かつ、樹脂成形体30の外部にて樹脂部材20により鍔部12と共に封止されている。そして、金属ピン11の残部の先端部である他端側11bは、樹脂部材20に形成された開口部21から突き出ており、樹脂部材20から露出している。
The
金属ピン11は、本実施形態では、図2に示すように、その表面のうち少なくとも鍔部12と隣接する領域に、樹脂部材20が入り込むことでアンカー効果を生じ、金属部材10と樹脂部材20との接合強度を向上させるための粗化領域111が形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
粗化領域111は、例えば、日本工業規格(JIS規格)において規定する算術平均粗さである表面粗さRaがミクロンオーダー(例えば1〜10μm)とされた凹凸(以下「マイクロ凹凸」という)が形成された領域である。粗化領域111は、例えば、マイクロ凹凸の表面に、さらに表面粗さRaがナノオーダー(例えば10〜500nm)とされた微細凹凸(以下「ナノ凹凸」という)が形成されていてもよい。
The roughened
粗化領域111は、金属部材10と樹脂部材20との剥離の進行抑制の観点から、金属ピン11のうち少なくとも後述する鍔部12に隣接する領域に形成されることが好ましい。
The roughened
粗化領域111は、樹脂部材20により被覆する際に樹脂部材20の材料が入り込みやすい形状とされている。例えば、粗化領域111のマイクロ凹凸については、レーザー加工、ブラスト加工、研磨、プラズマ照射、化学的薬液処理など、粗化領域111のナノ凹凸については、レーザー加工、ブラスト加工、化学的薬液処理などの任意の加工方法により形成される。
The roughened
具体的には、例えば、粗化領域111をレーザー照射により形成する場合、所定のエネルギー密度を有するレーザー光を金属ピン11の表面に照射し、表面付近の金属材料を部分的に溶融もしくは蒸発させることにより、マイクロ凹凸を形成することができる。また、例えば、レーザー照射により蒸発した金属材料をマイクロ凹凸上や他の領域に堆積させ、これを固化させることによりナノ凹凸を形成することができる。
Specifically, for example, when the roughened
金属ピン11のうち少なくとも一端側11aおよび他端側11bについては、ワイヤ33や図示しない配線部材との接続安定性の観点から、粗化領域111が形成されていない領域である非粗化領域112とされることが好ましい。金属ピン11のうち非粗化領域112は、樹脂部材20が入り込めるような凹凸が形成されておらず、例えば平坦な形状とされている。そのため、非粗化領域112は、ワイヤボンディングなどの接続や他部材への差し込み等の接触接続等がされやすく、ワイヤ33や図示しない配線部材との接続が安定して行われる領域である。
At least one
なお、金属ピン11は、図1等では、四角柱棒状とされた例を示しているが、円柱棒状にされてもよいし、他の任意の棒形状とされてもよい。また、金属ピン11は、直線的な棒状とされているが、必要に応じて曲げなどの加工がされていてもよい。
In addition, in FIG. 1 etc., although the
鍔部12は、金属ピン11と一体化するように形成され、金属ピン11と樹脂部材20との界面で剥離が生じた場合であっても、金属部材10と樹脂部材20との接合領域にてその剥離がさらに進行することを妨げ、密着性を保持するために設けられる部材である。
The
具体的には、金属部材10のうち鍔部12の径方向における寸法は、金属部材10のうち鍔部12が形成されていない領域の径方向における寸法よりも大きくなる。つまり、鍔部12は、径方向において金属ピン11よりも膨らんでいる。
Specifically, the dimension in the radial direction of the
これにより、金属ピン11と樹脂部材20との間で剥離が発生しても、鍔部12が形成された領域で剥離の進行方向が変化することで、鍔部12と樹脂部材10との剥離が抑制され、金属部材10と樹脂部材20との接合の信頼性が向上する。この鍔部12の形成による接合信頼性の向上については、後ほど詳しく説明する。
Thereby, even if peeling occurs between the
鍔部12は、本実施形態では、例えば同じ大きさの2つの円錐同士を底面で繋げてなる形状(以下「そろばん球状」という)とされており、金属等によりなる。鍔部12は、例えば、金属ブロックを金属ピン11にかしめたり、金属粉を金属溶射により金属ピン11に接合したり、はんだをディップしたりすることにより形成される。
In the present embodiment, the
具体的には、例えば、金属ピン11とは別にドーナツ形状の金属ブロックを用意し、この金属ブロックの中心の穴に金属ピン11を通した上で金型などを用いてかしめることで鍔部12を形成することができる。また、例えば、プラズマなどを用いて金属粉を溶解した溶射材を金属ピン11に吹き付ける金属溶射によって、鍔部12を形成することもできる。
Specifically, for example, a doughnut-shaped metal block is prepared separately from the
なお、鍔部12を金属材料で構成する場合、鍔部12は、金属ピン11と接合しつつ、後述する粗化領域121が形成できるものであればよく、金属ピン11と同じ金属材料で構成されてもよいし、金属ピン11と異なる金属材料で構成されてもよい。
In addition, when the
鍔部12は、金属材料を常温環境下でかしめなどの方法による塑性変形、すなわち冷間鍛造により形成されることが好ましい。冷間鍛造は、金属を加熱する必要がないことから加工精度が高いことに加え、切削加工などのように金属材料のファイバーフローラインを途中で途切れさせることも少なく強度の高い部材を得ることができる加工方法であるためである。また、冷間鍛造による鍔部12の形成と同時に、後述する粗化領域121を鍔部12に形成することもでき、製造工程を短縮して低コスト化が期待できるためである。
The
鍔部12の表面には、図2に示すように、樹脂部材20を入り込ませることでアンカー効果を生じさせ、樹脂部材20との接合強度を向上させるための粗化領域121が形成されている。この粗化領域121は、金属ピン11の粗化領域111と同様の任意の加工方法により形成される。粗化領域121は、金属部材10と樹脂部材20との剥離抑制の観点から、少なくとも粗化領域111に隣接する領域に形成されることが好ましく、鍔部12の表面の全領域に形成されることがより好ましい。
As shown in FIG. 2, a roughened
なお、粗化領域121は、例えば、粗化領域111と同様にマイクロ凹凸が形成された領域である。具体的には、鍔部12の表面に粗化領域121が形成されない場合において平滑化された表面を仮想表面として、粗化領域121は、仮想表面に対する法線方向における高さがマイクロオーダーであるマイクロ凹凸が形成された領域である。また、粗化領域121のマイクロ凹凸の表面には、粗化領域111と同様に、ナノオーダーのナノ凹凸が形成されていてもよい。
Note that the roughened
また、粗化領域121は、金属ピン11に粗化領域111を形成する際にこれに併せて形成されてもよいし、上記のように鍔部12を冷間鍛造により形成する場合には、鍔部12の形成と同時に形成されてもよい。具体的には、金属ピン11に鍔部12を形成した後に、レーザー照射等により粗化領域111および粗化領域121を形成したり、レーザー照射等による粗化領域111を形成した金属ピン11に鍔部12を形成するのと同時に形成したりすることができる。なお、図2に示す金属部材10は、前者による工程で形成された例である。
Further, the roughened
樹脂部材20は、本実施形態では、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド)やPBT(ポリブチレンテレフタレート)等の熱可塑性樹脂によりなるものであり、樹脂成形体30の一部を封止するように射出成形を行うことにより形成されたものである。樹脂部材20は、樹脂成形体30との密着を向上させるために、必要に応じて水酸基やエポキシ基などの官能基を有する添加剤が添加されていてもよい。
In this embodiment, the
樹脂部材20は、図2に示すように、金属部材10のうち金属ピン11の粗化領域111および鍔部12を含む領域を封止している。これにより、金属部材10のうち非粗化領域112である一端側11aもしくは他端側11bにおいて、金属部材10と樹脂部材20との界面に剥離が発生したとしても、鍔部12により剥離の進行が抑制される。この詳細については、後ほど詳しく説明する。
As shown in FIG. 2, the
樹脂成形体30は、図1に示すように、本実施形態では、金属部材10と、センサチップ32と、これらを電気的に接続するワイヤ33と、被覆樹脂31とを有してなる。
As shown in FIG. 1, the resin molded
被覆樹脂31は、本実施形態では、センサチップ32の一部、ワイヤ33および金属部材10のうちワイヤ33と接続された一端側11aを封止しており、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂によりなる。被覆樹脂31は、線膨張係数の調整等の観点から、必要に応じて、シリカやアルミナ等の絶縁性材料によりなるフィラーが含有されていてもよい。被覆樹脂31は、例えばトランスファー成形やコンプレッション成形などの成形および熱硬化処理を行うことにより形成される。
In this embodiment, the
なお、被覆樹脂31には、樹脂部材20との密着性向上の観点から、樹脂部材20に添加剤を含有させる場合、当該添加剤と化学的に反応する官能基を有する添加剤が含有されていてもよい。
In addition, from the viewpoint of improving the adhesion to the
センサチップ32は、測定媒体の圧力、磁気や光量などの物理量に応じて電気出力を発生する半導体素子、例えば圧力センサ、磁気センサや光センサなどに用いられる素子であり、シリコンなどの半導体材料によりなる。センサチップ32は、本実施形態では、ワイヤ33を介して金属ピン11の一端11a側と電気的に接続されている。センサチップ32は、公知の半導体プロセスにより形成されるものであり、本実施形態では、例えば圧力を検出する素子とされている。
The
なお、本実施形態のようにセンサチップ32が圧力を検出する素子とされる場合には、図1に示すように、被覆樹脂31には、センサチップ32を露出させると共に、圧力を測定する測定空間31aが形成される。
When the
以上が、本実施形態の接合体の基本的な構成である。次に、金属部材10を鍔部12が形成された構成とすることにより、樹脂部材20との剥離の進行を抑制できることについて、図3〜図6を参照して説明する。なお、図3〜図6では、分かり易くするために、金属部材10と樹脂部材20との接合部位およびその近傍以外の部位については省略している。
The above is the basic configuration of the joined body of the present embodiment. Next, it will be described with reference to FIG. 3 to FIG. 6 that the
図3では、鍔部12が形成されていない従来の金属部材101と樹脂部材200とが接合された従来の接合体について示している。金属部材101は、樹脂部材200との接合強度を向上させるための粗化領域1011と粗化されていない非粗化領域1012とを備え、粗化領域1011および非粗化領域1012の一部が樹脂部材200により封止されている。金属部材101のうち非粗化領域1012とされている一端側101aは、樹脂部材200から突出し、露出している。
FIG. 3 shows a conventional joined body in which the
樹脂部材200と非粗化領域1012との間にはアンカー効果等が働いておらず、これらは粗化領域1011に比べて強く接合されていない。そのため、例えば冷熱サイクルなどにおける部材間の熱膨張係数差に起因する応力などのストレスにより、樹脂部材200と非粗化領域1012の界面で剥離が発生し得る。このような剥離が発生すると、図3もしくは図4に示すように、非粗化領域1012から粗化領域1011へ向かう方向であるY1方向に沿って当該剥離が進行する。このとき、図3に示すように、金属部材101が直線的に伸びる形状とされていると、Y1方向に沿って剥離が進行し、樹脂部材200とアンカー効果により強く接合されている粗化領域1011においても金属部材101と樹脂部材200との剥離が生じる。その結果、金属部材101の一端側101aから生じた剥離がその他端側にまで進行し、金属部材101と樹脂部材200との接合信頼性が低下してしまう。
The anchor effect or the like does not work between the
つまり、従来の接合体では、金属部材101と樹脂部材200との接合界面が直線的に配置された構造であったため、剥離が発生してしまうと金属部材101に粗化領域1011が設けられていてもY1方向に沿った剥離の進行抑制が難しかった。
That is, in the conventional joined body, since the joining interface between the
これに対して、本実施形態の接合体では、図5に示すように、金属部材10は、粗化領域121を備えた鍔部12が形成された構成とされている。そして、金属ピン11に鍔部12が形成された領域においては、金属ピン11の長さ方向を軸として、この軸を中心軸とする径方向における寸法が大きくなっている。つまり、金属部材10は、金属部材101と異なり、金属ピン11の長さ方向に沿って直線的に伸びる部分と鍔部12により径方向に膨らんだ部分とを備える構造とされている。このため、本実施形態の接合体は、金属部材10と樹脂部材20との接合界面が直線的に配置された構造とされていない。ただし、上述の従来の接合体と同様に、金属ピン11のうち非粗化領域112とされた他端側11bが樹脂部材20から突出し、露出している。
On the other hand, in the joined body of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
本実施形態の接合体において、図6に示すように、応力等のストレスにより非粗化領域112と樹脂部材20との間で剥離が発生した場合、従来の接合体と同様に、剥離はY1方向に沿って進行する。しかし、剥離がY1方向に沿って金属ピン11の粗化領域111にまで進行したとしても、鍔部12が形成された構成とされているため、次に剥離が進行する方向が鍔部12と樹脂部材20と界面の面方向、すなわち、図5もしくは図6に示すY2方向へと変化する。つまり、金属ピン11に鍔部12が形成されることで、剥離の進行方向がY1方向からY2方向へと変わる。その結果、粗化領域111と樹脂部材20との剥離が鍔部12で止まり、粗化領域121と樹脂部材20との界面まで進行することが抑制される。また、鍔部12に粗化領域121が形成された構造とされた本実施形態の接合体は、アンカー効果により金属部材10と樹脂部材20とが強固に密着する領域が、従来の接合体におけるそれよりも広くなる。そのため、本実施形態の接合体では、他端側11bから非粗化領域112と樹脂部材20との剥離が生じても、鍔部12により当該剥離の進行が抑制され、一端側11aまで当該剥離が到達することはない。したがって、本実施形態の接合体は、従来の接合体に比べて金属部材10と樹脂部材20との接合信頼性の高い接合体となる。
In the joined body of this embodiment, as shown in FIG. 6, when peeling occurs between the
なお、上記の説明では、他端側11bから金属部材10と樹脂部材20との剥離が進行した例について述べたが、一端側11aからこれらの界面剥離が進行した場合であっても同様の作用により、これらの界面剥離の進行は、鍔部12により抑制される。
In the above description, the example in which the peeling of the
本実施形態によれば、金属部材10と樹脂部材20との界面のうち非粗化領域112において、界面剥離が生じた場合であっても、鍔部12が形成された構造とされることで剥離の進行方向が直線的とならない。そのため、非粗化領域112での界面剥離の進行が鍔部12により阻害されて進行しにくく、従来の接合体に比べて金属部材10と樹脂部材20との接合信頼性の高い接合体となる。
According to the present embodiment, even in the case where interface peeling occurs in the
(第2実施形態)
第2実施形態の接合体について、図7〜図9を参照して述べる。図7〜図9では、構成を分かり易くするためにデフォルメしており、金属部材10と樹脂部材20とが接合された領域以外の領域や粗化領域111、121については省略している。また、図7および図8では、別断面における鍔部12については破線で示している。また、図8では、紙面上の左右方向をX方向とし、当該紙面上においてX方向と直交する方向をY方向としている。
(Second Embodiment)
The joined body of 2nd Embodiment is described with reference to FIGS. 7 to 9 are deformed for easy understanding of the configuration, and the regions other than the region where the
本実施形態の接合体は、図8に示すように、複数の金属部材10を備え、これらの金属部材10が長さ方向を揃えて併設され、かつ互いに離れて配置されている。そして、各金属部材10に形成された鍔部12が、当該鍔部12が形成された金属部材10にX方向およびY方向に沿って隣接する他の金属部材10(以下「隣接金属部材」という)と樹脂部材20を隔てて配置されている。つまり、鍔部12は、隣接金属部材に形成された他の鍔部12(以下「隣接鍔部」という)と接触しないように、金属ピン11の径方向よりなる平面を径平面として、必要に応じて、金属ピン11のうち隣接鍔部の属する径平面上の位置と異なる位置に形成されている。これらの点が上記第1実施形態と相違する。本実施形態では、これらの相違点について主に説明する。
As shown in FIG. 8, the joined body of the present embodiment includes a plurality of
金属部材10は、本実施形態では、複数、例えば6つ形成され、それぞれセンサチップ32等に電気的に接続されている。そして、これらの金属部材10は、図8に示すように、X方向およびY方向に沿って互いに離れて配置されている。本実施形態では、X方向に沿って直線的に並べられた3つの金属部材10が、Y方向に2列配置されていると共に、Y方向に沿って2つの金属部材10が互いに向き合うように配置されている。
In the present embodiment, a plurality of, for example, six
なお、金属部材10の数やその配置については、任意であり、上記の例に限られず、他の数や配置とされてもよい。
In addition, about the number of
鍔部12は、本実施形態では、各金属部材10に1つずつ形成されると共に、図7もしくは図8に示すように、当該鍔部12が形成された金属部材10に隣接する他の金属部材10と接触しないように配置されている。具体的には、本実施形態では、鍔部12は、X方向もしくはY方向に沿って隣接金属部材と樹脂部材20を隔てて配置されている。言い換えると、鍔部12は、隣接金属部材と接触しない位置、すなわち金属ピン11の長さ方向における形成位置が隣接鍔部の属する径平面上の位置(以下「隣接鍔部位置」という)と異なることとなるように形成されている。
In this embodiment, the
より具体的には、図8に示すように、6つの金属部材10を他端11b側から見たとき、X方向およびY方向において互いに隣接していない3つの金属部材10に形成された3つの鍔部12は、千鳥状に配置されている。そして、千鳥状に配置されたこれら3つの鍔部12は、同一の径平面上に属するように配置されている。また、残り3つの金属部材10に形成された3つの鍔部12は、先の3つの鍔部12と同様に千鳥状に配置されると共に、先の3つの鍔部12と接触しないように金属ピン11の長さ方向にずらして配置されている。
More specifically, as shown in FIG. 8, when the six
鍔部12は、他の鍔部12と接触しなければ、当該鍔部12が形成された金属ピン11のうち隣接鍔部位置と同じ位置に形成されてもよいが、隣接鍔部位置と異なる位置に形成されることが好ましい。これは、鍔部12が隣接鍔部位置と同じ位置に形成される場合に比べて、鍔部12が隣接鍔部位置と異なる位置に形成される場合のほうが、鍔部12を大きく形成できるためである。つまり、鍔部12を大きくすることで、粗化領域121が形成された鍔部12と樹脂部材20との接合面積を大きくでき、金属部材10と樹脂部材20との接合信頼性をより高めることができるためである。
The
なお、鍔部12の配置については、鍔部12が隣接する他の金属部材10と接触しないようになされていればよく、上記の千鳥状の配置に限られず、他の配置にされてもよい。
In addition, about the arrangement | positioning of the
次に、鍔部12が形成されることによる後述する樹脂部材20の薄肉部の形成およびこれによる接合信頼性の向上について、図9を参照して説明する。
Next, the formation of a thin portion of the
図9に示すように、隣接する金属部材10同士の隙間に充填される樹脂部材20のうち鍔部12が形成されていない領域における幅をA1、鍔部12が形成された領域における幅をA2とすると、A1>A2となる。つまり、隣接する金属部材10同士の隙間のうち鍔部12が形成された領域における樹脂部材20の厚み(A2)は、鍔部12が形成されていない領域における厚み(A1)よりも薄くなる。
As shown in FIG. 9, among the
このように鍔部12が形成された金属部材10とされることで、鍔部12が形成された領域における樹脂部材20の厚みが薄くされた領域(以下「薄肉部」という)が形成されることが好ましい。樹脂部材20の薄肉部における気泡、すなわちボイドの発生が抑制されることで、ボイドの発生による亀裂等の不具合を抑制でき、鍔部12近傍における金属部材10と樹脂部材20との接合の信頼性が高くなるためである。具体的には、樹脂の成形物を射出成形等により成形する場合、樹脂の厚みを薄くするほど、成形物の内部から空気を逃がすのに要する時間が短くなることで内部に気泡として残りにくくなるため、大きなサイズのボイドを内部に含んだ成形物となりにくい。これにより、樹脂部材20の薄肉部においては、大きなサイズのボイド発生が抑制される。
By using the
これに対して、金属ピン11からなる金属部材を複数備え、これらと樹脂部材とが接合された従前の接合体では、隣接する金属部材間における樹脂部材の厚みが全体的に厚くなるため、大きなサイズのボイドを含んだものとなり易く、接合の信頼性が低下する。 On the other hand, since the thickness of the resin member between adjacent metal members is generally increased in the conventional joined body in which a plurality of metal members including the metal pins 11 are provided and these are joined to the resin member, it is large. It is likely to include voids of size, and the reliability of bonding is lowered.
したがって、鍔部12が形成された金属部材10と樹脂部材20とにより構成された接合体とすることで、従前の接合体よりも接合信頼性が向上する。
Therefore, by using a joined body constituted by the
本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様に、非粗化領域112での界面剥離の進行が鍔部12により阻害されて進行しにくく、従来の接合体に比べて金属部材10と樹脂部材20との接合信頼性の高い接合体となる。また、金属部材10を複数備える構成において、鍔部12が形成されることで、隣接する金属部材10間における樹脂部材20の薄肉部が生じることによりボイド発生が抑制され、従来の接合体に比べて、接合信頼性の高い接合体となる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, the progress of the interfacial peeling in the
(第3実施形態)
第3実施形態の接合体について、図10、図11を参照して述べる。図10、図11では、構成を分かり易くするためにデフォルメしており、金属部材10と樹脂部材20とが接合された領域以外の領域や粗化領域111、121については省略している。また、図10、図11では、別断面における鍔部12については破線で示している。
(Third embodiment)
The joined body of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In FIGS. 10 and 11, the structure is deformed for easy understanding, and the regions other than the region where the
本実施形態の接合体は、図10もしくは図11に示すように、上記第2実施形態の構成に加え、鍔部12に粗化領域121のマイクロ凹凸の高さの寸法よりも大きな寸法で凹んだ窪み部122が形成されている点が上記第2実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。
As shown in FIG. 10 or FIG. 11, the joined body of the present embodiment is recessed with a dimension larger than the height of the micro unevenness of the roughened
なお、ここでいう「マイクロ凹凸の高さ」とは、マイクロ凹凸の形成面において当該凹凸の凹部の底を繋いで得られる平面を仮想平面とし、当該仮想平面に対する法線方向における当該凹凸の凹部の底と当該凹凸の凸部の頂点との距離のうち、最大のものをいう。 Here, “the height of the micro unevenness” refers to a plane obtained by connecting the bottoms of the recesses of the unevenness on the micro unevenness forming surface, and the recesses of the unevenness in the normal direction to the virtual plane. Among the distances between the bottom of the projections and the tops of the projections of the projections and depressions, it is the maximum distance.
窪み部122は、鍔部12に形成され、粗化領域121におけるマイクロ凹凸の高さ寸法よりも大きな寸法、例えばミリオーダー(例えば1mm以上)で凹んだ形状とされている。窪み部122は、図10もしくは図11に示すように、ミリオーダーの窪みに樹脂部材20を入り込ませることで粗化領域121と異なる領域でのアンカー効果により、金属部材10と樹脂部材20との密着性を向上させるために形成されるものである。窪み部122は、例えば金型による冷間鍛造などの鍔部12の形成と同時に、もしくはパンチ加工、エッチングなどの鍔部12形成後の後加工により形成される。
The
窪み部122の形成位置については、アンカー効果を発揮すればよいため、任意であるが、上記第2実施形態で説明した樹脂部材20の薄肉部を形成する観点から、隣接金属部材と向き合う位置と異なる位置であることが好ましい。これにより、樹脂部材20の薄肉部を形成してボイドの発生を抑制しつつ、窪み部122によるアンカー効果により金属部材10と樹脂部材20との接合信頼性を高めた接合体にできる。
About the formation position of the
なお、図10もしくは図11では、金属部材10のすべての鍔部12に窪み部122を1つずつ設けた例を示しているが、必ずしもすべての鍔部12に形成しなくてもよい。また、1つの鍔部12に複数の窪み部122が形成されていてもよい。
Although FIG. 10 or FIG. 11 shows an example in which one
窪み部122は、上述のアンカー効果を発揮すればよいため、図10もしくは図11に示す鍔部12に球体の一部が欠けた凹み形状に限られず、円柱状、多角柱状などの凹み形状とされてもよく、他の任意の凹み形状とされてもよい。また、窪み部122は、図10もしくは図11に示す例では、鍔部12の他の表面まで貫通する形状とされているが、鍔部12の他の表面まで貫通する形状とされていなくてもよい。
The
本実施形態によれば、上記各実施形態と同様に、従来の接合体に比べて金属部材10と樹脂部材20との接合信頼性の高い接合体となる。また、窪み部122を有する鍔部12が形成された金属部材10を複数備える構成とされることで、樹脂部材20の薄肉部の形成によるボイド発生の抑制と窪み部122によるアンカー効果により、従来の接合体に比べて、接合信頼性の高い接合体となる。
According to the present embodiment, similarly to the above-described embodiments, a bonded body having higher bonding reliability between the
(他の実施形態)
なお、上記した各実施形態に示した接合体は、本発明の接合体の一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
Note that the joined body shown in each of the above embodiments is an example of the joined body of the present invention, and is not limited to each of the above embodiments, and is within the scope described in the claims. Can be changed as appropriate.
例えば、上記各実施形態において、鍔部12がそろばん球状とされた例について述べたが、鍔部12は、金属ピン11の厚みが厚くなる形状とされていればよく、図12(a)〜(c)に示すように円板状、球状、鼓状とされてもよい。また、鍔部12は、図12(d)に示すように、そろばん球状の最も厚みの厚い部分を金属ピン11の長さ方向に広げた形状や楕円球状などにされてもよく、他の形状とされてもよい。
For example, in each of the above-described embodiments, the example in which the
上記各実施形態では、1つの金属部材10に1つの鍔部12が形成された例について説明したが、これに限られず、1つの金属部材10に複数の鍔部12が形成されていてもよい。また、鍔部12は、金属ピン11と接合し、かつ粗化領域121を形成できるものであればよいため、金属材料に限らず、金属酸化物などのセラミックなどで構成されてもよい。
Although each said embodiment demonstrated the example in which the one
上記各実施形態では、粗化領域111および粗化領域121に形成されるマイクロ凹凸については、Raが1nm〜10nm、ナノ凹凸については、Raが10nm〜500nmの範囲とされた例について説明した。しかし、マイクロ凹凸およびナノ凹凸のRaについては、マイクロオーダーもしくはナノオーダーとされ、樹脂部材20とのアンカー効果が発揮されればよく、上記の例以外の任意の数値とされてもよい。
In each of the above-described embodiments, an example has been described in which Ra is 1 nm to 10 nm for the micro unevenness formed in the roughened
上記各実施形態では、粗化領域111および粗化領域121にマイクロ凹凸やナノ凹凸が形成された例について説明した。しかし、粗化領域111や粗化領域121は、樹脂部材20が入り込むことによりアンカー効果を発揮する形状とされていればよく、凹凸だけに限らず、穴を多数設けた形状や多数の穴が網目状に繋がった形状等にされていてもよい。なお、このような形状は、例えばレーザー照射等の任意の加工方法により形成することができる。
In each of the above-described embodiments, examples in which the micro unevenness and the nano unevenness are formed in the roughened
上記各実施形態では、接合体が全体として圧力センサを構成する例について述べたが、センサチップ32が磁気や光量に応じて電気出力を発生する素子であってもよく、そのような場合には、当該接合体は、全体として磁気センサや光センサとされる。なお、当該接合体が磁気センサや光センサとされる場合には、センサチップ32は、被覆樹脂31により全体が覆われたものとされていてもよい。これは、他の実施形態であっても同様である。
In each of the above-described embodiments, the example in which the joined body constitutes the pressure sensor as a whole has been described. However, the
上記各実施形態では、センサチップ32を備える樹脂成形体30の表面の一部を樹脂部材20により封止され、全体として圧力センサを構成する接合体の例について説明したが、樹脂成形体30が金属成形体とされていてもよい。
In each of the above embodiments, an example of a joined body in which a part of the surface of the resin molded
具体的には、圧力に応じて変位するダイヤフラムが形成された金属ステムと、該ダイヤフラム上に接合されたセンサチップ32と、該金属ステムに接続されたハウジングとを有してなる金属成形体とされてもよい。この場合、金属部材10と樹脂部材20とによりコネクタケースを形成し、上記金属成形体と例えばOリングやかしめなどにより接続する。そして、金属ピン11の一端側11aおよび他端側11bが樹脂部材20から露出すると共に、一端側11aがセンサチップ32とワイヤ等を介して電気的に接続された構造とされることにより、圧力センサとなる。
Specifically, a metal molded body having a metal stem formed with a diaphragm that is displaced according to pressure, a
なお、このような圧力センサでは、金属部材10と樹脂部材20との複合体と異なる部分については、公知の圧力センサと同様の構造とされる。センサチップ32が圧力以外の他の物理量に応じた出力を発生する素子とされ、接合体が他の物理量を測定する半導体センサとされている場合であっても、上記複合体と異なる部分については、公知の半導体センサと同様の構造とされる。
In addition, in such a pressure sensor, a different part from the composite body of the
10 金属部材
11 金属ピン
111 粗化領域
112 非粗化領域
12 鍔部
121 粗化領域
122 凹部
20 樹脂部材
30 樹脂成形体
32 センサチップ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記金属部材は、前記樹脂部材から露出する一端(11a)および他端(11b)を有する金属ピン(11)と、
前記金属ピンと一体化され、前記金属ピンが伸びる方向である長さ方向において前記一端と前記他端との間に形成されると共に、前記長さ方向を軸として、この軸を中心軸とする径方向において、前記金属ピンの最大寸法よりも寸法が大きい鍔部(12)と、を備え、
前記金属部材のうち前記鍔部および前記金属ピンのうち前記鍔部に隣接する領域が前記樹脂部材に封止されており、前記鍔部の表面には、マイクロオーダーの高さの凹凸を有してなる粗化領域(121)が形成されている樹脂金属接合体。 A resin metal joined body in which the metal member (10) and the resin member (20) are joined,
The metal member includes a metal pin (11) having one end (11a) and the other end (11b) exposed from the resin member;
A diameter that is integrated with the metal pin and is formed between the one end and the other end in a length direction that is a direction in which the metal pin extends, and that has the length direction as an axis and a center axis of the axis. A flange (12) having a dimension larger than the maximum dimension of the metal pin in the direction,
Of the metal member, a region adjacent to the collar part of the collar part and the metal pin is sealed by the resin member, and the surface of the collar part has irregularities with a height of micro order. A resin-metal bonded body in which a roughened region (121) is formed.
前記鍔部は、複数の前記金属部材のうち当該鍔部が形成された前記金属部材に隣接する他の前記金属部材と前記樹脂部材を隔てて配置されている請求項1に記載の樹脂金属接合体。 A plurality of the metal members are formed with the length direction aligned, and are disposed apart from each other,
2. The resin metal joint according to claim 1, wherein the flange portion is disposed such that the resin member is separated from another metal member adjacent to the metal member on which the flange portion is formed among the plurality of metal members. body.
前記センサチップと電気的に接続されたターミナルと、
前記ターミナルの一部を覆うように形成されたコネクタケースと、を備え、
前記ターミナルが前記金属部材であり、
前記コネクタケースが前記樹脂部材である半導体センサ。 A semiconductor sensor comprising: the resin-metal bonded body according to any one of claims 1 to 4; and a sensor chip (32) that generates an electrical output corresponding to a physical quantity of a measurement medium,
A terminal electrically connected to the sensor chip;
A connector case formed so as to cover a part of the terminal,
The terminal is the metal member;
A semiconductor sensor in which the connector case is the resin member.
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