JP2018196974A - 気密シール構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】金属構造体と気密シール部材との積層構造体からなり、気密耐久性に優れた気密シール構造体を提供すること。【解決手段】表面に凹凸が存在する金属構造体１と、前記金属構造体１の表面の凸部の頂点を含む領域を覆っており、かつ、接合されている、第１の樹脂からなる微細樹脂膜２と、前記金属構造体１の前記表面と前記微細樹脂膜２とを気密状態で被覆している、第２の樹脂からなる気密シール部材３とを備えており、前記第１の樹脂の破壊エネルギーＧＩＣ１と前記第２の樹脂の破壊エネルギーＧＩＣ２とが下記式（１）：ＧＩＣ１／ＧＩＣ２＞１ （１）で表される条件を満たすことを特徴とする気密シール構造体。【選択図】図１

Description

本発明は、金属構造体と気密シール部材とを積層した気密シール構造体に関する。

センサーの電極、太陽電池セル、パワー半導体素子、発光素子、ディスプレイパネル等の電子部品のパッケージは、金属構造体と樹脂からなる気密シール部材との積層構造体により構成されている。このようなパッケージが高圧ガスや液体に曝されると、金属構造体と気密シール部材との界面から高圧ガスや液体が侵入して電子部品の電極等が腐食、破損するという問題があった。このため、従来は、パッケージの外側にＯ−リングやかしめを装着して、金属構造体と気密シール部材との界面が高圧ガスや液体に直接曝されないように保護していた。しかしながら、これらの部品を装着すると、部品コストが高くなったり、パッケージのサイズが大きくなるという問題があった。

また、金属構造体と気密シール部材との積層構造体においては、金属構造体と気密シール部材との接合強度を向上させ、金属構造体と気密シール部材との界面の気密性を保持することによって、金属構造体と気密シール部材との界面からの高圧ガスや液体の侵入を抑制することが可能であると考えられる。金属構造体と気密シール部材との接合強度を向上させる方法としては、例えば、金属構造体の表面を粗化する方法（例えば、特開２０１６−６５２６７号公報（特許文献１）、特開２０１６−１３２１３１号公報（特許文献２））が知られている。また、国際公開第２００８／０７５５３３号（特許文献３）には、飽和ポリエステル樹脂と非結晶性ポリオレフィン系樹脂とを含有する飽和ポリエステル系樹脂組成物を接着剤として用いて金属部材と樹脂部材とを接着することによって、金属部材と樹脂部材との接着強度が向上することが記載されている。

しかしながら、金属構造体と気密シール部材は線膨張係数が異なるため、外部の温度変化等により、これらの界面には応力が発生する。この応力が前記界面近傍の気密シール部材中に存在するクラックの端部に集中すると、前記界面近傍の気密シール部材中でクラックが進展する。さらに、隣接したクラック同士が連結してパッケージ全体にクラックが進展すると、前記界面近傍の気密シール部材中にリークパスが形成され、気密シール部材の気密性が低下する。このような気密シール部材中にリークパスが形成されたパッケージが高圧ガスや液体に曝されると、リークパスを通して気密シール部材の内部に高圧ガスや液体が侵入し、電子部品の電極等が腐食、破損するという問題があった。

特開２０１６−６５２６７号公報 特開２０１６−１３２１３１号公報 国際公開第２００８／０７５５３３号

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、金属構造体と気密シール部材との積層構造体からなり、気密耐久性に優れた気密シール構造体を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、金属構造体と気密シール部材との積層構造体において、前記金属構造体として表面に凹凸が存在するものを用い、この金属構造体の表面の凸部の頂点を含む領域を、前記気密シール部材を構成する樹脂よりも破壊エネルギーＧ_ＩＣが大きい樹脂からなる微細樹脂膜で覆い、前記金属構造体の前記表面と前記微細樹脂膜とを前記気密シール部材で気密状態に被覆することによって、気密耐久性に優れた気密シール構造体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の気密シール構造体は、表面に凹凸が存在する金属構造体と、
前記金属構造体の表面の凸部の頂点を含む領域を覆っており、かつ、接合されている、第１の樹脂からなる微細樹脂膜と、
前記金属構造体の前記表面と前記微細樹脂膜とを気密状態で被覆している、第２の樹脂からなる気密シール部材とを備えており、
前記第１の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^１と前記第２の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^２とが下記式（１）：
Ｇ_ＩＣ ^１／Ｇ_ＩＣ ^２＞１ （１）
で表される条件を満たすことを特徴とするものである。

本発明の気密シール構造体において、前記第１の樹脂が非晶性樹脂であり、前記第２の樹脂が結晶性樹脂であることが好ましい。前記第１の樹脂と前記第２の樹脂との組合せとしては、前記第１の樹脂が、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、及び変性ポリフェニレンエーテル系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の非晶性樹脂であり、前記第２の樹脂が、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、結晶性の成分を含むエポキシ系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、芳香族ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリプロピレン系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の結晶性樹脂である、組合せが好ましい。

また、本発明の気密シール構造体においては、前記金属構造体の凹凸が存在する表面の二乗平均粗さが０．００５〜２００μｍであることが好ましい。

なお、本発明の気密シール構造体が優れた気密耐久性を有する理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の気密シール構造体は、図１に示すように、表面に凹凸が存在する金属構造体１と、この金属構造体１の表面の凸部の頂点を含む領域を覆っており、かつ、接合されている第１の樹脂からなる微細樹脂膜２と、金属構造体１の凹凸が存在する表面と微細樹脂膜２とを気密状態で被覆している第２の樹脂からなる気密シール部材３とを備えている。このような本発明の気密シール構造体においては、図２Ａに示すように、クラックの進展に必要な破壊エネルギーＧ_ＩＣが第２の樹脂に比べて大きく、クラックが進展しにくい第１の樹脂からなる微細樹脂膜２が気密シール部材３内部の金属構造体１との界面近傍に存在するため、金属構造体１と気密シール部材３との界面で応力が発生しても、気密シール部材３内部に存在するクラック４の進展は微細樹脂膜２によって抑制される。その結果、図２Ｂに示すように、気密シール部材３の内部全体にわたるリークパスの形成が防止され、本発明の気密シール構造体は優れた気密耐久性を示す。

一方、表面に凹凸が存在する金属構造体と気密シール部材とからなる従来の気密シール構造体には、本発明にかかる微細樹脂膜が存在しないため、金属構造体と気密シール部材との界面で応力が発生すると、図３Ａに示すように、気密シール部材３内部に存在するクラック４が進展し、隣接するクラック４と連結する。その結果、図３Ｂに示すように、気密シール部材３の内部全体にわたってリークパス５が形成され、気密耐久性が低下する。

本発明によれば、金属構造体と気密シール部材との積層構造体からなり、気密耐久性に優れた気密シール構造体を提供することが可能となる。

本発明の気密シール構造体の断面を模式的に示す図である。 金属構造体と気密シール部材との界面で応力が発生した状態の本発明の気密シール構造体の拡大した断面を模式的に示す図である。 金属構造体と気密シール部材との界面で応力が発生した状態の本発明の気密シール構造体の断面を模式的に示す図である。 金属構造体と気密シール部材との界面で応力が発生した状態の従来の気密シール構造体の拡大した断面を模式的に示す図である。 金属構造体と気密シール部材との界面で応力が発生した状態の従来の気密シール構造体の断面を模式的に示す図である。 （ａ）は、実施例１におけるスタンプ加工後の銅板の微細凹凸表面の反射電子像を示す電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は、そのＥＤＸマッピング図である。 ダイシェアテスト測定法を模式的に示す図である。 実施例１で得られた構造体の接合強度測定後のＰＰＳ部材の接合部の破断面を示す顕微鏡写真である。 比較例１で得られた構造体の接合強度測定後のＰＰＳ部材の接合部の破断面を示す顕微鏡写真である。

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。

本発明の気密シール構造体は、
表面に凹凸が存在する金属構造体と、
前記金属構造体の表面の凸部の頂点を含む領域を覆っており、かつ、接合されている第１の樹脂からなる微細樹脂膜と、
前記金属構造体の前記表面と前記微細樹脂膜とを気密状態で被覆している第２の樹脂からなる気密シール部材とを備えており、
前記第１の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^１と前記第２の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^２とが下記式（１）：
Ｇ_ＩＣ ^１／Ｇ_ＩＣ ^２＞１ （１）
で表される条件を満たすものである。

（金属構造体）
本発明に用いられる金属構造体は、表面に凹凸が存在するものであり、前記凹凸構造としては、金属部材と樹脂部材とを接合する際に接合強度を向上させるために形成される公知の凹凸構造を採用することができる。このような凹凸構造は公知のドライプロセス（例えば、プラズマ処理、レーザー処理、火炎処理、ＵＶ処理、オゾン処理）又はウェットプロセス（例えば、ウェットエッチング処理、粗化めっき処理）によって形成することができる。

このような金属構造体の凹凸が存在する表面の二乗平均粗さとしては、金属構造体と気密シール部材との接合強度が向上するという観点から、０．００５〜２００μｍが好ましく、０．０１〜２００μｍがより好ましく、０．０５〜１００μｍが更に好ましく、０．０５〜５０μｍが特に好ましい。

また、前記凹凸構造において、凸部の上面の平均直径としては０．００１〜２００μｍが好ましく、０．００２〜１８０μｍがより好ましい。さらに、隣接する凸部の平均中心間距離としては０．００１〜５００μｍが好ましく、０．００５〜３００μｍがより好ましい。このような大きさの凸部を形成したり、前記間隔で凸部を形成することによって、金属構造体と気密シール部材との接合強度が向上する傾向にある。

本発明に用いられる金属構造体の材質としては特に制限はなく、銅、アルミニウム、鉄、錫、又はこれらの合金（例えば、黄銅、ステンレス鋼）等の電子部品などに用いられる金属を採用することができる。また、本発明においては、表面に凹凸構造を形成できるものであれば、前記材質の金属部材を本発明にかかる金属構造体としてそのまま使用してもよいし、また、表面に凹凸構造を形成できるか否かに関わらず、前記材質の金属部材の表面にニッケル、銅、銀等の金属でめっき処理を施して表面に凹凸構造を形成して使用してもよい。

（微細樹脂膜及び気密シール部材）
本発明にかかる微細樹脂膜は、前記金属構造体の表面の凸部の頂点を含む領域を覆っており、かつ、接合されている、第１の樹脂からなるものである。したがって、前記微細樹脂膜は、前記金属構造体の凹凸が存在する表面の一部を覆っており、前記金属構造体の凹凸が存在する表面には微細樹脂膜で覆われていない領域（例えば、凹部の底面）が存在する（すなわち、前記微細樹脂膜は、前記金属構造体の凹凸が存在する表面に島状に分布している）。前記金属構造体の凹凸が存在する表面のすべてが前記第１の樹脂からなる膜で覆われていると、リークパスが形成され、気密シール性が保持できなくなるという不具合が発生する。

また、本発明にかかる気密シール部材は、前記金属構造体の凹凸が存在する表面と前記微細樹脂膜とを気密状態で被覆している、第２の樹脂からなるものである。したがって、前記金属構造体の凹凸が存在する表面には、気密シール部材が前記微細樹脂膜を介して被覆している領域（前記凸部の頂点を含む領域）と直接被覆している領域（例えば、凹部の底面）とが存在する。前記第２の樹脂としては、一般的に電子部品の封止材料として用いられる気密性に優れた樹脂を用いることができる。

（第１及び第２の樹脂）
本発明にかかる微細樹脂膜を構成する第１の樹脂及び本発明にかかる気密シール部材を構成する第２の樹脂は、破壊エネルギーＧ_ＩＣが下記式（１）：
Ｇ_ＩＣ ^１／Ｇ_ＩＣ ^２＞１ （１）
〔式中、Ｇ_ＩＣ ^１は第１の樹脂の破壊エネルギーを表し、Ｇ_ＩＣ ^２は第２の樹脂の破壊エネルギーを表す。〕
で表される条件を満たすものであることが必要である。これにより、第２の樹脂により構成される気密シール部材の内部に存在するクラックの進展が、第２の樹脂に比べて破壊エネルギーＧ_ＩＣが大きい第１の樹脂により構成される微細樹脂膜によって抑制される。その結果、リークパスの形成が防止され、気密耐久性に優れた気密シール構造体を得ることが可能となる。

また、クラックの進展が確実に抑制され、リークパスの形成を確実に防止でき、更に気密耐久性に優れた気密シール構造体を得ることができるという観点から、前記第１及び第２の樹脂は、破壊エネルギーＧ_ＩＣが下記式（１ａ）：
Ｇ_ＩＣ ^１／Ｇ_ＩＣ ^２≧３ （１ａ）
で表される条件を満たすものであることが好ましく、
Ｇ_ＩＣ ^１／Ｇ_ＩＣ ^２≧５ （１ｂ）
で表される条件を満たすものであることがより好ましい。

なお、破壊エネルギーＧ_ＩＣが大きいほど、クラックが進展しにくくなる理由は以下のように推察される。すなわち、破壊エネルギーＧ_ＩＣはクラックが進展するために必要なエネルギーであり、力学的破壊靭性値Ｋ_ＩＣの二乗を弾性率Ｅで割った値に比例する〔Ｇ_ＩＣ∝Ｋ_ＩＣ ^２／Ｅ〕（Ｗ．Ｂｒｏｓｔｏｗ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，２ｎｄ Ｅｄ．，Ｊ．Ｅ．Ｍａｒｋ Ｅｄ．、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、２００７年、４２７ページ）。

Ｋ_ＩＣはクラックの長さ２ａとクラックが進展する際に外部から印加された応力（限界破壊応力σ_ｃｒ）に比例する〔Ｋ_ＩＣ∝σ_ｃｒ（πａ）^１／２〕。この式は、Ｋ_ＩＣが大きい樹脂は外部から応力を印加しても破壊されにくいことを意味しており、前記式から、破壊エネルギーＧ_ＩＣが大きい樹脂は、Ｋ_ＩＣが大きく、外部から応力を印加しても破壊されにくいため、クラックが進展しにくくなる。

また、クラックの端部にかかる応力σ’は、外部から印加された応力σに応力集中係数α（円孔の場合、３）を掛けたものである〔σ’＝ασ〕（Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ、Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、１９３４年）。前記式から、破壊エネルギーＧ_ＩＣが大きい樹脂は弾性率Ｅが小さく、このような樹脂がクラックの先端に存在すると、クラックの先端が変形して先端の半径Ｒが大きくなり、応力集中係数αが小さくなるため、クラックの端部にかかる応力σ’も小さくなる。その結果、破壊エネルギーＧ_ＩＣが大きい樹脂においてはクラックが進展しにくくなる。

本発明に用いられる第１の樹脂と第２の樹脂との組合せとしては、破壊エネルギーＧ_ＩＣが前記式（１）（好ましくは前記式（１ａ）、より好ましくは前記式（１ｂ））で表される条件を満たす組合せであれば特に制限はないが、樹脂の結晶化度が低いほど、破壊エネルギーＧ_ＩＣが高くなることから、例えば、前記第１の樹脂が非晶性樹脂であり、前記第２の樹脂が結晶性樹脂である組合せが好ましい。

更に具体的には、以下の第１の樹脂と第２の樹脂との組合せが挙げられる。
第１の樹脂（非晶性樹脂）：
ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）系樹脂、ポリスルホン（ＰＳＵ）系樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）系樹脂、非晶性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系樹脂、ポリスチレン系（ＰＳ）樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）系樹脂、及び変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ＋ＰＳ）系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の非晶性樹脂。
第２の樹脂（結晶性樹脂）：
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系樹脂、結晶性の成分を含むエポキシ系樹脂、結晶性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド（ＰＡ）系樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）系樹脂、ジアリルフタレート（ＰＤＡＰ）系樹脂（例えば、フタル酸ジアリル系樹脂、アリル系樹脂）、芳香族ポリアミド（ＡＰＡ）系樹脂、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）系樹脂、及びポリプロピレン（ＰＰ）系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の結晶性樹脂。

これらの組合せの中でも、クラックの進展が確実に抑制され、リークパスの形成を確実に防止でき、更に気密耐久性に優れた気密シール構造体を得ることができるという観点から、前記第１の樹脂が、ＰＣ系樹脂、ＰＥＳ系樹脂、非晶性ＰＥＴ系樹脂、ＰＳ系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の非晶性樹脂であり、前記第２の樹脂が、ＰＰＳ系樹脂、結晶性の成分を含むエポキシ樹脂、ＰＢＴ系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の結晶性樹脂である組合せが好ましく、前記第１の樹脂が、ＰＣ系樹脂、ＰＥＳ系樹脂、及び非晶性ＰＥＴ系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の非晶性樹脂であり、前記第２の樹脂が、ＰＰＳ系樹脂及びＰＢＴ系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の結晶性樹脂である組合せがより好ましく、前記第１の樹脂が、非晶性ＰＥＴ系樹脂であり、前記第２の樹脂がＰＰＳ系樹脂及びＰＢＴ系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の結晶性樹脂である組合せが更に好ましい。

また、本発明に気密シール構造体においては、第１の樹脂が軟質ゴムを含むものであり、第２の樹脂が軟質ゴムを含まないものである組合せも採用することができる。樹脂に軟質ゴムを添加することによって破壊エネルギーＧ_ＩＣを増大させることができ、軟質ゴムを添加した第１の樹脂と軟質ゴムを添加していない第２の樹脂との組合せは、破壊エネルギーＧ_ＩＣが前記式（１）（好ましくは前記式（１ａ）、より好ましくは前記式（１ｂ））で表される条件を満たす組合せとなる。したがって、この場合、第１の樹脂及び第２の樹脂として同じ樹脂を使用することも可能である。

具体的には、以下の第１の樹脂と第２の樹脂との組合せが挙げられる。
第１の樹脂：
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド（ＰＡ）系樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）系樹脂、ジアリルフタレート（ＰＤＡＰ）系樹脂（例えば、フタル酸ジアリル系樹脂、アリル系樹脂）、芳香族ポリアミド（ＡＰＡ）系樹脂、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）系樹脂、及びポリプロピレン（ＰＰ）系樹脂、フェノール（ＰＦ）系樹脂、不飽和ポリエステル（ＵＰ）系樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）系樹脂、メラミン（ＭＦ）系樹脂、芳香族ポリエステル（ＡＰＥＳ）系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）系樹脂、ポリスルホン（ＰＳＵ）系樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）系樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）系樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）系樹脂、及び変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ＋ＰＳ）系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂と軟質ゴムとの混合物。
第２の樹脂：
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド（ＰＡ）系樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）系樹脂、ジアリルフタレート（ＰＤＡＰ）系樹脂（例えば、フタル酸ジアリル系樹脂、アリル系樹脂）、芳香族ポリアミド（ＡＰＡ）系樹脂、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）系樹脂、及びポリプロピレン（ＰＰ）系樹脂、フェノール（ＰＦ）系樹脂、不飽和ポリエステル（ＵＰ）系樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）系樹脂、メラミン（ＭＦ）系樹脂、芳香族ポリエステル（ＡＰＥＳ）系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）系樹脂、ポリスルホン（ＰＳＵ）系樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）系樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）系樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）系樹脂、及び変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ＋ＰＳ）系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂。

これらの組合せの中でも、クラックの進展が確実に抑制され、リークパスの形成を確実に防止でき、更に気密耐久性に優れた気密シール構造体を得ることができるという観点から、前記第１の樹脂が、ＰＰＳ系樹脂、エポキシ系樹脂、ＰＥＴ系樹脂、ＰＢＴ系樹脂、ＰＣ系樹脂、ＰＳ系樹脂、及びＰＥＳ系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂と軟質ゴムとの混合物であり、前記第２の樹脂が、ＰＰＳ系樹脂、エポキシ系樹脂、及びＰＢＴ系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂である組合せが好ましい。

前記軟質ゴムとしては、シリコーンゴム、架橋アクリロニトリル・ブタジエンゴム、アクリル系ゴム、架橋オレフィンゴムが挙げられる。これらの軟質ゴムは１種を単独で使用しても２種以上を併用してもよい。

さらに、本発明においては、前記第１及び第２の樹脂に、一般的に電子部品の封止材料に添加されるフィラー等の各種添加剤を添加してもよい。フィラーを添加することによって、金属構造体と気密シール部材との界面の気密性が向上し、ガス及び水分の透過を抑制することができる。

このような本発明の気密シール構造体は、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、先ず、表面に凹凸が存在する金属構造体の凸部の頂点を含む領域に、第１の樹脂からなる微細樹脂膜を形成する。微細樹脂膜を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、前記金属構造体の凹凸が存在する表面に第１の樹脂からなるシートを押し当て、凸部の頂点を含む領域に前記シートを接合させ、前記金属構造体の凹凸が存在する表面に島状に微細樹脂膜を形成するスタンプ加工方法；ナノインプリント法；凸部の頂点を含む領域に第１の樹脂を選択的に滴下するプローブ法等が挙げられる。

次に、凸部の頂点を含む領域に微細樹脂膜を形成した前記金属構造体の凹凸が存在する表面に第２の樹脂からなる気密シール部材を形成する。気密シール部材を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、射出成形、ポッティング等の一般的に電子部品を封止する際に使用される成形方法を採用することができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた第１及び第２の樹脂の破壊エネルギーは以下の方法により測定した。

＜破壊エネルギー＞
先ず、各樹脂の力学的破壊靭性値Ｋ_ＩＣを、ＡＳＴＭ Ｄ５０４５−９３「プラスチック材料の平面歪み破壊靭性及び歪みエネルギー解放率」（≒ＩＳＯ１３５８６）に準拠して求めた。なお、試験片は、前記ＡＳＴＭ Ｄ５０４５−９３により規定される３点曲げ或いはシングルノッチベンディング試験片（幅Ｗ＝１０ｍｍ）を用いた。また、Ｋ_ＩＣの算出に必要な降伏応力σ_ｙは、ＩＳＯ５２７−１及びＩＳＯ５２７−２（≡ＪＩＳ Ｋ７１６１及びＪＩＳ Ｋ７１６２）「プラスチック−引張特性の試験方法 第１部：通則」及び「プラスチック−引張特性の試験方法 第２部：型成形、押出成形及び注型プラスチックの試験条件」に準拠して測定した引張降伏応力を用いた。

また、各樹脂の弾性率Ｅを、ＩＳＯ５２７−２（≡ＪＩＳ Ｋ７１６２）「プラスチック−引張特性の試験方法 第２部：型成形、押出成形及び注型プラスチックの試験条件」に準拠して求めた。なお、試験片は、前記ＩＳＯ５２７−２により規定される標準試験片（１Ａ形試験片）を用いた。

得られた力学的破壊靭性値Ｋ_ＩＣ及び弾性率Ｅを用いて下記式：
Ｇ_ＩＣ＝Ｋ_ＩＣ ^２／Ｅ
により、各樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣを算出した。

（実施例１）
ホットプレート上にガラス基板（松浪硝子工業株式会社製「Ｓ９２１３」）を配置し、このガラス基板上に第１の樹脂としてポリカーボネート（ＰＣ）シート（三菱ガス化学株式会社製「ユーピロン・シートＮＦ−２０００」、破壊エネルギー：２．１ｋＰａ・ｍ）を配置した。ＰＣシートを１２０℃に加熱して軟化させた後、表面の粘着性が低くなるまでＰＣシートを空冷し、ＰＣシート付ガラス基板を作製した。その後、ガラス基板のＰＣシートを配置した面と反対側の面に汎用のゴム栓を取り付けた。

表面に粗化ニッケルめっきを施した銅板（上田鍍金株式会社製、サイズ：２０ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍ、粗化ニッケルＫ型、Ｎｉめっき厚：５μｍ、レーザー測定顕微鏡（株式会社キーエンス製「ＶＫ−８７００」）により測定した表面二乗平均粗さ：０．３８μｍ）に前記ＰＣシート付ガラス基板を、前記銅板の粗化Ｎｉめっき表面（微細凹凸表面）とＰＣシートとが当接するように押し付けてスタンプ加工を行なった。

スタンプ加工後の前記銅板の微細凹凸表面を、走査型電子顕微鏡（株式会社日立ハイテクノロジーズ製「ＳＵ３５００」）の反射電子検出器を用いて観察するとともに、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）により、観察視野内の炭素の分布を測定した。図４（ａ）にはスタンプ加工後の前記銅板の微細凹凸表面の反射電子像を、図４（ｂ）にはＥＤＸマッピング図を示す。図４（ａ）中の明部は前記微細凹凸表面の凸部であり、図４（ｂ）中の明部は炭素の存在を示している。これらの図から明らかなように、前記微細凹凸表面の凸部にＰＣシート由来の炭素が存在しており、前記銅板の微細凹凸表面の凸部は微細ＰＣ膜で覆われていることが確認された。

次に、第２の樹脂としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ、東レ株式会社製「トレリナＡ９００」、破壊エネルギー：０．６ｋＰａ・ｍ）を５ｍｍ×５ｍｍ×４ｍｍの大きさに成形した。このＰＰＳ成形体を２８０℃に加熱して軟化させた後、前記銅板の微細凹凸表面上に配置して加圧成形し、凸部が微細ＰＣ膜で覆われている銅板の微細凹凸表面上にＰＰＳ部材を備える構造体を得た。

（実施例２）
前記第２の樹脂としてエポキシ樹脂（三菱化学株式会社製「基本固形タイプ１００１」、破壊エネルギー：０．１ｋＰａ・ｍ）を用い、エポキシ樹脂成形体を軟化させる際の加熱温度を６０℃に変更した以外は実施例１と同様にして、凸部が微細ＰＣ膜で覆われている銅板の微細凹凸表面上にエポキシ樹脂部材を備える構造体を得た。

（実施例３）
前記第１の樹脂としてポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）シート（八十島プロシード株式会社製、住友化学株式会社製「スミカエクセルＰＥＳ」をシート状にしたもの、破壊エネルギー：０．５ｋＰａ・ｍ）を用い、前記第２の樹脂としてエポキシ樹脂（三菱化学株式会社製「基本固形タイプ１００１」）を用い、エポキシ樹脂成形体を軟化させる際の加熱温度を６０℃に変更した以外は実施例１と同様にして、凸部が微細ＰＥＳ膜で覆われている銅板の微細凹凸表面上にエポキシ樹脂部材を備える構造体を得た。

（比較例１）
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ、東レ株式会社製「トレリナＡ９００」）を５ｍｍ×５ｍｍ×４ｍｍの大きさに成形した。このＰＰＳ成形体を２８０℃に加熱して軟化させた後、表面に粗化ニッケルめっきを施した銅板（上田鍍金株式会社製、サイズ：２０ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍ、粗化ニッケルＫ型、Ｎｉめっき厚：５μｍ、レーザー測定顕微鏡（株式会社キーエンス製「ＶＫ−８７００」）により測定した表面二乗平均粗さ：０．３８μｍ）の粗化Ｎｉめっき表面（微細凹凸表面）上に配置して加圧成形し、銅板の微細凹凸表面上にＰＰＳ部材を備える構造体を得た。

（比較例２）
前記第１の樹脂としてポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）シート（八十島プロシード株式会社製。住友化学株式会社製「スミカエクセルＰＥＳ」をシート状にしたもの）を用いた以外は、実施例１と同様にして、凸部が微細ＰＥＳ膜で覆われている銅板の微細凹凸表面上にＰＰＳ部材を備える構造体を得た。

（比較例３）
ポリフェニレンサルファイドの代わりにエポキシ樹脂（三菱化学株式会社製「基本固形タイプ１００１」）を用い、エポキシ樹脂成形体を軟化させる際の加熱温度を６０℃に変更した以外は比較例１と同様にして、銅板の微細凹凸表面上にエポキシ樹脂部材を備える構造体を得た。

＜接合強度測定＞
実施例１〜３及び比較例１〜３で得られた構造体における銅板と第２の樹脂からなる気密シール部材との間の接合強度をダイシェアテスト測定法（準拠規格Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｃｅ，Ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｍｉｃｒｏｃｉｒｃｕｉｔｓ，ＭＩＬ ＳＴＤ−８８３Ｅ，Ｄｅｃ．３１，１９９６．，ＭＥＴＨＯＤ ２０１９．５，Ｍａｙ ２９，１９８７）により測定した。具体的には、図５に示すように、シェアツール６を、その先端と金属構造体（銅板）１の微細凹凸表面との距離が５０μｍとなるように設置し、シェアツール６を速度５０μｍ／秒で移動しながら、第２の樹脂からなる気密シール部材３を金属構造体（銅板）１の微細凹凸表面と平行な方向に押し、金属構造体（銅板）１と気密シール部材３との接合部が破断したときの荷重（せん断抵抗力）をロードセルで測定した。得られたせん断抵抗力を気密シール部材３の接合面の面積（２５×１０^−６ｍ^２）で割り、接合強度を求めた。その結果を表１に示す。

また、接合強度測定後の気密シール部材３の接合部の破断面（気密シール部材３の接合面）の顕微鏡観察を行なった。図６及び図７には、それぞれ実施例１及び比較例１で得られた構造体の接合強度測定後のＰＰＳ部材の接合部の破断面の顕微鏡写真を示す。

表１に示した結果から明らかなように、表面に凹凸が存在する金属構造体（表面に粗化ニッケンめっきを施した銅板）と、前記金属構造体の表面の凸部の頂点を含む領域を覆っており、かつ、接合されている第１の樹脂（ＰＣ又はＰＥＳ）からなる微細樹脂膜と、前記金属構造体の前記表面と前記微細樹脂膜とを気密状態で被覆している第２の樹脂（ＰＰＳ又はエポキシ樹脂）からなる気密シール部材とを備えており、前記第１の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^１が前記第２の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^２よりも大きい構造体（実施例１〜３）は、前記金属構造体の表面の凸部の頂点を含む領域が第１の樹脂（ＰＣ又はＰＥＳ）からなる微細樹脂膜で覆われていない構造体（比較例１、３）及び前記第１の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^１が前記第２の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^２よりも小さい構造体（比較例２）に比べて、前記金属構造体と前記気密シール部材との接合強度が大きく、気密耐久性に優れていることが確認された。これは、本発明の気密シール構造体（実施例１）においては、図６に示したように、気密シール部材内部のクラックの進展が微細樹脂膜の近傍で抑制されたのに対して、例えば、第１の樹脂からなる微細樹脂膜を備えていない構造体（比較例１）においては、図７に示したように、ＰＰＳ部材全体にクラックが進展し、ＰＰＳ部材内部にリークパスが形成されたことによるものと考えられる。

以上説明したように、本発明によれば、表面に凹凸が存在する金属構造体と気密シール部材との積層構造体からなり、前記気密シール部材内部に存在するクラックの進展が抑制され、気密シール部材の内部におけるリークパスの形成が防止された気密シール構造体を得ることが可能となる。

したがって、本発明の気密シール構造体は、気密耐久性に優れており、高圧ガスや液体に曝された場合であっても、内部に高圧ガスや液体が侵入しないため、センサーの電極、太陽電池セル、パワー半導体素子、発光素子、ディスプレイパネルといった電子部品のインサート部品を樹脂封止する際のパッケージ等として有用である。

１：金属構造体
２：微細樹脂膜
３：気密シール部材
４：クラック
５：リークパス
６：シェアツール

Claims (4)

1. 表面に凹凸が存在する金属構造体と、
   前記金属構造体の表面の凸部の頂点を含む領域を覆っており、かつ、接合されている、第１の樹脂からなる微細樹脂膜と、
   前記金属構造体の前記表面と前記微細樹脂膜とを気密状態で被覆している、第２の樹脂からなる気密シール部材とを備えており、
   前記第１の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^１と前記第２の樹脂の破壊エネルギーＧ_ＩＣ ^２とが下記式（１）：
   Ｇ_ＩＣ ^１／Ｇ_ＩＣ ^２＞１ （１）
   で表される条件を満たすことを特徴とする気密シール構造体。
2. 前記第１の樹脂が非晶性樹脂であり、前記第２の樹脂が結晶性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の気密シール構造体。
3. 前記第１の樹脂が、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、及び変性ポリフェニレンエーテル系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の非晶性樹脂であり、
   前記第２の樹脂が、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、芳香族ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリプロピレン系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の結晶性樹脂である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の気密シール構造体。
4. 前記金属構造体の凹凸が存在する表面の二乗平均粗さが０．００５〜２００μｍであることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の気密シール構造体。