JP2023025926A - 金属樹脂複合体 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂部材による内部スペースの密閉性を向上させることができる金属樹脂複合体を提供する。【解決手段】金属板２と、前記金属板２に固着した樹脂部材３を備え、前記樹脂部材３を含む封止部材により内部スペースが区画される金属樹脂複合体１であって、前記樹脂部材３が、前記金属板２上で内部スペースの周囲を取り囲んで延びる枠状を有し、枠状の当該樹脂部材３の周方向に一箇所又は二箇所のウェルドライン７が存在し、前記金属板２が前記樹脂部材３で覆われた樹脂被覆面に、該樹脂被覆面の平面視にて一方向及びその直交方向の各方向で交互に並ぶ矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂにより形成される粗化凹凸面を有するものである。【選択図】図１
Description
この明細書は、金属板と、金属板に固着した樹脂部材とを備える金属樹脂複合体に関する技術を開示するものである。
インサート成形等により製造される金属樹脂複合体では、金属板と樹脂部材との密着性を高めることが求められる。
これに関連して、たとえば特許文献１には、「平板状の金属に対し、第１の所定の曲率を有し、格子状の複数の第１の凸部を備える第１のパンチによって第１のプレスを行う工程と、前記第１のプレスと交差する方向に、前記第１のパンチによって第２のプレスを行う工程と、第２の所定の曲率を有し、格子状の複数の第２の凸部を備える第２のパンチによって第３のプレスを行う工程と、前記第３のプレスと交差する方向に、前記第２のパンチによって第４のプレスを行う工程と、を有し、前記第３のプレス及び前記第４のプレスは、前記第１のプレス及び前記第２のプレスがなされていない箇所に対して行われる、表面に凹凸を有する金属部材の製造方法」及び、「第１の凹部と、前記第１の凹部とは異なる位置に配置され、前記第１の凹部とは異なる形状の第２の凹部と、が格子状に配列した凹凸面を有するヒートスプレッダ」が記載されている。
ところで、金属樹脂複合体には、金属板に固着した樹脂部材にさらに他の樹脂部材を設けること等により、当該樹脂部材を含む封止部材で内部スペースが区画されるものがある。たとえば、金属板をリードフレームとし、半導体デバイスに用いられる金属樹脂複合体では、その内部スペースに半導体チップが封入される。
樹脂部材等による内部スペースの密閉性が十分に確保されていない場合、外部から内部スペースに水分を含んだ空気が浸透し、発熱している半導体チップの水分との接触による動作不良等の不具合が発生し得る。特に、半導体デバイスに用いられる金属樹脂複合体においては内部スペースに封入された半導体チップのオンオフだけでなく、外部環境の変化により繰り返しの温度変化にさらされる。特許文献１に記載された技術は、内部スペースの密閉性の更なる向上の観点から改善の余地がある。
この明細書では、樹脂部材による内部スペースの密閉性を向上させることができる金属樹脂複合体を開示する。
この明細書で開示する一の金属樹脂複合体は、金属板と、前記金属板に固着した樹脂部材を備え、前記樹脂部材を含む封止部材により内部スペースが区画されるものであって、前記樹脂部材が、前記金属板上で内部スペースの周囲を取り囲んで延びる枠状を有し、枠状の当該樹脂部材の周方向に一箇所又は二箇所のウェルドラインが存在し、前記金属板が前記樹脂部材で覆われた樹脂被覆面に、該樹脂被覆面の平面視にて一方向及びその直交方向の各方向で交互に並ぶ矩形凹部及び矩形凸部により形成される粗化凹凸面を有するものである。
この明細書で開示する他の金属樹脂複合体は、金属板と、前記金属板に固着した樹脂部材を備え、前記樹脂部材を含む封止部材により内部スペースが区画されるものであって、前記樹脂部材が、前記金属板上で内部スペースの周囲を取り囲んで延びる枠状を有し、枠状の当該樹脂部材の周方向に一箇所又は二箇所のウェルドラインが存在し、前記金属板が前記樹脂部材で覆われた樹脂被覆面に、粗化めっき層を含むものである。
上述した金属樹脂複合体によれば、樹脂部材による内部スペースの密閉性を向上させることができる。
以下に、上述した金属樹脂複合体の実施の形態について詳細に説明する。
図１に例示する金属樹脂複合体１は、たとえば長方形状等の平面外輪郭形状を有する金属板２と、金属板２に固着した樹脂部材３とを備える。
図１に例示する金属樹脂複合体１は、たとえば長方形状等の平面外輪郭形状を有する金属板２と、金属板２に固着した樹脂部材３とを備える。
図示の金属板２は、図１、２に示すように、中央に板厚方向に貫通するほぼ長方形状の貫通孔４が形成されている。金属樹脂複合体１では、金属板２の貫通孔４の周囲に、一例として平面視の内外輪郭形状がともに長方形状等である枠状の樹脂部材３が設けられており、その内側に、たとえば図３に示すような半導体チップ５１が配置される。この場合、金属板２は、半導体チップ５１を支持して外部配線と接続するリードフレームとして機能し、金属樹脂複合体１は、半導体デバイスに用いられる。金属板２は、たとえば、銅、アルミニウムもしくは鉄又はそれらの合金等で構成される。
枠状の樹脂部材３の内側の空間は、当該樹脂部材３及び図示しない他の樹脂部材等の封止部材で取り囲まれ、半導体チップ５１が配置されて封入される内部スペースが区画される。この金属樹脂複合体１は、樹脂部材３を含む封止部材により、貫通孔４が一部を形成する内部スペースが区画されるものであり、樹脂部材３は、その内部スペースを取り囲んで延びるように設けられている。
なお、金属板２に設ける貫通孔４は、図示のような長方形状に限らず、そこに配置される半導体チップ５１の形状、構成等の条件に応じて、正方形もしくはその他の多角形状又は円形状等といった様々な形状とすることができる。また、金属板２の平面外輪郭形状も、図示のような長方形状以外の形状に変更され得る。枠状の樹脂部材３の平面視の内外輪郭形状についても、長方形状以外の形状に適宜変更することができる。
ここで、金属樹脂複合体１にその後に区画される内部スペースは、密閉性を十分に確保することが求められることがある。たとえば、内部スペースに半導体チップ５１が封入される場合、内部スペースが十分に密閉されていなければ、外部から内部スペースに水分を含む空気が浸透し、これが半導体チップ５１の動作不良を引き起こすおそれがある。
内部スペースの密閉性を高めるため、この実施形態では、金属板２の、樹脂部材３で覆われる樹脂被覆面に、図４に拡大図で例示するような凹凸面５を設ける。この凹凸面５は、図５に斜視図で示すように、樹脂被覆面の平面視にて、一方向及び、当該一方向に直交する方向である直交方向の各方向で交互に並んで位置する矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂによって形成される。凹凸面５は平面視で、いわゆる市松模様を呈する。
このように樹脂被覆面に凹凸面５を設けた金属板２に対して、一体成形等により当該樹脂被覆面上に樹脂部材３を設けると、凹凸面５によって外部から内部スペースへの空気の通り道が遮断される。それにより、樹脂部材３と樹脂被覆面との間での水分の浸透が有効に抑制され、その結果として、内部スペースの密閉性を大きく向上させることができる。
凹凸面５の並ぶ方向に関し、この例では、「一方向」は、長方形状の金属板２の長辺に沿う方向（図２、４では左右方向）とし、「直交方向」は、金属板２の短辺に沿う方向（図２、４では上下方向）としている。但し、「一方向」及び「直交方向」をそれぞれ長辺又は短辺に対して傾斜する方向として、矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂを長辺ないし短辺に対して斜め向きで並べて配置することで、凹凸面５を形成することもできる。
凹凸面５を形成する矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂの平面形状は、図示のような長方形状とすることができる他、正方形状としてもよい。平面視にて、矩形凹部５ａと矩形凸部５ｂの寸法ないし形状を互いに相違させることもでき、また複数個の矩形凹部５ａどうしの形状ないし寸法、及び／又は、複数個の矩形凸部５ｂの形状ないし寸法を相互に異なるものとしてもよい。図５に示すところでは、平面視の形状及び寸法がいずれもほぼ同一である矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂにより、凹凸面５を形成している。
凹凸面５の矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂは、一方向及び直交方向のそれぞれについて並べて設けるに当り、その並ぶ方向と直交する方向に少しでもずれて位置していれば、各方向で交互に並んでいるものとみなすことができる。つまり、互いに隣接する矩形凹部５ａどうし及び、互いに隣接する矩形凸部５ｂどうしの、一方向及び直交方向の各方向の形成位置が一致していなければ、それらの矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂは各方向で交互に並んでいるものとする。たとえば、図６（ａ）の凹凸面５では、矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂを、一方向（図６の左右方向）及び直交方向（図６の上下方向）のそれぞれで、その並ぶ方向と直交する方向に互いに重複せずに交互に並べて設けている。一方、図６（ｂ）の凹凸面１５では、矩形凹部１５ａ及び矩形凸部１５ｂはそれぞれ、一方向に並ぶ方向で見て、それと直交する方向に部分的に重複して、交互に並んで設けられている。但し、内部スペースの密閉性向上という観点からは図６（ａ）のように、矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂを、一方向（図６の左右方向）及び直交方向（図６の上下方向）のそれぞれで、その並ぶ方向と直交する方向に互いに重複せずに交互に並べて設けることが好ましい。これにより、外部から内部スペースへの空気の侵入経路において、比較的平坦な矩形凸部５ｂが連なることがなくなるためである。
矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂの平面形状を長方形状とする場合、矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂのそれぞれの長辺の長さＬａは０．１７ｍｍ～０．２５ｍｍ、短辺の長さＬｂは０．０４ｍｍ～０．１０ｍｍとすることが好ましい。長辺や短辺の長さが長すぎると凹凸の数が減り、内部スペースの密閉性低下となるおそれがあり、短すぎるとプレス時のパンチ先端の強度不足による破損リスクの増大と、矩形凹部５ａに入り込む樹脂が少なくなり樹脂強度が下がり、密閉性低下となることが懸念される。
また、矩形凹部５ａの長辺方向のピッチＰａは０．３８ｍｍ～０．４６ｍｍ、短辺方向のピッチＰｂは０．１１ｍｍ～０．１７ｍｍとすることが好ましい。ピッチＰａ、Ｐｂが大きすぎると隣接する矩形凹部５ａによって挟まれる矩形凸部５ｂの肉の盛り上がりが足りなくなり、平面が多く残り密閉性低下となる可能性がある。一方、ピッチＰａ、Ｐｂが小さすぎると隣の矩形凹部５ａを押しつぶして変形させ、そこの樹脂強度が低下し密閉性低下となる場合がある。ピッチＰａ、Ｐｂは、一方向ないし直交方向に矩形凸部５ｂを隔てて隣り合う矩形凹部５ａの、一方向ないし直交方向の中央点間の距離を意味する。
また、矩形凹部５ａの長辺方向のピッチＰａは０．３８ｍｍ～０．４６ｍｍ、短辺方向のピッチＰｂは０．１１ｍｍ～０．１７ｍｍとすることが好ましい。ピッチＰａ、Ｐｂが大きすぎると隣接する矩形凹部５ａによって挟まれる矩形凸部５ｂの肉の盛り上がりが足りなくなり、平面が多く残り密閉性低下となる可能性がある。一方、ピッチＰａ、Ｐｂが小さすぎると隣の矩形凹部５ａを押しつぶして変形させ、そこの樹脂強度が低下し密閉性低下となる場合がある。ピッチＰａ、Ｐｂは、一方向ないし直交方向に矩形凸部５ｂを隔てて隣り合う矩形凹部５ａの、一方向ないし直交方向の中央点間の距離を意味する。
樹脂被覆面に、矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂで形成される凹凸面５を形成するには、たとえば、樹脂被覆面にプレス加工を施すことにより行うことができる。このプレス加工では、図示は省略するが、先端面に、矩形凹部５ａと対応する形状の突起部を複数個並べて設けたパンチを用いることができる。
比較的小さいピッチＰａ及び／又はＰｂの凹凸面５を形成する場合、第一プレス工程及び第二プレス工程を含む複数段階のプレス工程を行うことが好ましい。具体的には、はじめに、図７（ａ）に示すように、樹脂被覆面に、先端面に複数個の突起部があるパンチを押し当てて第一プレス工程を行う。これにより、樹脂被覆面上に第一凹部群Ｒ１が形成される。次いで、図７（ｂ）に示すように、樹脂被覆面上にて一方向及び直交方向等の所定の方向にずらした位置に、先端面に複数個の突起部があるパンチを押し当てて第二プレス工程を行う。第二プレス工程で用いるパンチは、第一プレス工程のパンチと同一とすることもできるが、異なる形状のものとしてもよい。第二プレス工程では、樹脂被覆面上に、第二凹部群Ｒ２が第一凹部群Ｒ１と少なくとも一部で重複し、第一凹部群Ｒ１の矩形凹部５ａの相互間に、第二凹部群Ｒ２の矩形凹部５ａが形成される。矩形凸部５ｂは、隣り合う矩形凹部５ａの間に設けられる。その結果、樹脂被覆面上に、矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂを密集させて形成することができる。
凹凸面５を設ける場合、矩形凸部５ｂの、最も樹脂部材３側（金属板２の板厚方向の外側）に突出する部分の頂面５ｃは、平坦面とすることも可能であるが、図８に板厚方向に沿う断面図で示すように、樹脂部材３側に凸状の曲面とすることが好ましい。それにより、樹脂の平面方向のせん断強度が向上し、繰り返しの温度変化にさらされることによる密閉性悪化を緩和する。また、外部から内部スペースへの空気の侵入経路において、平坦な矩形凸部５ｂが連なることがなくなることで、内部スペースの密閉性を向上することが出来る。このような樹脂部材３側に凸状の曲面を有する矩形凸部５ｂは、上述したように、先端面に複数個の突起部を設けたパンチを用いて凹凸面５を形成した場合に、矩形凹部５ａに相当する窪みの形成に伴って当該矩形凹部５ａ間の肉が板厚方向の外側（図８の上方側）に盛り上がることにより得られることがある。
ここで、矩形凹部５ａの深さ（凹部深さ）は０．２０ｍｍ以下が好ましく、０．１０ｍｍ以下がより好ましい。凹部深さが大きすぎると板厚方向への延びが大きくなり後工程（成形）で影響が出るほど歪んでしまうおそれがある。凹部深さは、板厚方向で、当該矩形凹部５ａの底面の最も深い位置から、その矩形凹部５ａと隣り合う矩形凸部５ｂの頂面５ｃの最も高い位置までの距離を指す。矩形凹部５ａを設ける場合、凹部深さは０．０２ｍｍ～０．２０ｍｍが好ましく、０．０４ｍｍ～０．１０ｍｍがより好ましい。
ここで、矩形凹部５ａの深さ（凹部深さ）は０．２０ｍｍ以下が好ましく、０．１０ｍｍ以下がより好ましい。凹部深さが大きすぎると板厚方向への延びが大きくなり後工程（成形）で影響が出るほど歪んでしまうおそれがある。凹部深さは、板厚方向で、当該矩形凹部５ａの底面の最も深い位置から、その矩形凹部５ａと隣り合う矩形凸部５ｂの頂面５ｃの最も高い位置までの距離を指す。矩形凹部５ａを設ける場合、凹部深さは０．０２ｍｍ～０．２０ｍｍが好ましく、０．０４ｍｍ～０．１０ｍｍがより好ましい。
内部スペースの密閉性を高めるため、樹脂被覆面に設けた凹凸面５は、エッチング又はめっき等により、表面粗さＲａを粗くする粗化処理を施すことが望ましい。これにより、凹凸面５は粗化凹凸面になり、その粗化凹凸面での樹脂のアンカー効果と、そこに形成された矩形凹部５ａ及び矩形凸部５ｂとが相俟って、内部スペースの密閉性が大きく向上する。
具体的には、粗化凹凸面の表面粗さＲａは、０．２μｍ以上であることが好適である。この表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠する算術平均粗さを意味する。粗化凹凸面の表面粗さＲａは、当該粗化凹凸面を構成する矩形凸部５ｂの頂面５ｃの位置で測定した算術平均粗さとする。なお、粗化凹凸面の粗化面は、実体顕微鏡やＳＥＭ、レーザー顕微鏡により確認可能である。粗化条件が同じならば、粗化凹凸面の表面粗さと、凹凸面５が無い粗化面の表面粗さとは同等である。粗化処理が施されていない場合は光沢面になり、粗化処理を施すと非光沢面になるので、目視でも判別可能である場合がある。
樹脂被覆面には、上述した凹凸面５を設けることに代えて又は加えて、図９に示す実施形態のように、粗化めっき層６を設けることができる。樹脂被覆面に粗化めっき層６を設けることで、樹脂部材３が粗化めっき層６を介して樹脂被覆面に十分に密着するので、この場合、樹脂被覆面に凹凸面５を設けることは必ずしも必要ではない。但し、樹脂被覆面に凹凸面５を設け、その上にさらに粗化めっき層６を設けて粗化凹凸面としたときは、内部スペースの密閉性をより一層高めることが可能になる。粗化めっき層６の有無は、光学顕微鏡により確認することができる。
樹脂被覆面に設ける粗化めっき層６のめっき厚みは、好ましくは２．０μｍ～６．０μｍであり、より好ましくは３．０μｍ～５．０μｍである。粗化めっき層６のめっき厚みが薄すぎる場合は、樹脂被覆面への樹脂部材３の密着が不十分になることが懸念される。一方、粗化めっき層６のめっき厚みが厚すぎる場合は、コストアップとなるおそれがある。
粗化めっき層６は、銅又は銀等とすることも可能であるが、好ましくはニッケルめっきであり、ニッケルが含まれ得る。ニッケルを含む粗化めっき層６の場合、粗化形状、粗化度合いを制御しやすいという利点がある。また、粗化めっき層６には、ニッケル、銅及び銀からなる群から選択される少なくとも一種を含むことがある。
金属板２の樹脂被覆面に粗化めっき層６を形成するには、たとえば、図示は省略するが、金属板２の粗化めっき層６を形成しない表面をマスクで覆った状態で、粗化めっき層６のめっき金属を含むめっき液中にて、金属板２に対して電気めっきを施すことにより行うことができる。他の実施形態において、マスクを用いることなく金属板２全面に粗化めっき層６を形成してもよい。
なお、樹脂被覆面の一部に凹凸面５及び／又は粗化めっき層６が存在しない箇所があってもよいが、凹凸面５及び／又は粗化めっき層６は、樹脂被覆面の全体に設けることが、樹脂部材３と金属板２との密着性を十分に確保するとの観点から好ましい。
以上に述べたような粗化めっき層６又は粗化凹凸面を設けた金属板２に、枠状の樹脂部材３を設けるため、インサート成形を行うことができる。
インサート成形では、金属板２を、その樹脂部材３の形状に応じたキャビティを有する射出成形金型内に配置し、射出成形金型のゲートから当該キャビティに樹脂材料を射出する。ゲートからキャビティに流入した樹脂材料は、枠状の樹脂部材３に対応する形状を有するキャビティを流れ、その途中で合流してキャビティに充填される。その後、キャビティで樹脂材料を冷却して固化させる。それにより、金属板２に樹脂部材３が固着した金属樹脂複合体１が得られる。
ここで、成形後の樹脂部材３では、射出時にキャビティを流れる樹脂材料が合流した位置に、ウェルドライン７が形成される。図示の実施形態では、一例として、平面視の内外輪郭形状がともに長方形状である枠状の樹脂部材３の二つの長辺の中央位置に対応するキャビティの各位置に、二箇所のゲートを設けたことに起因して、樹脂材料が各ゲートからキャビティで二股に分かれて流れて合流した結果として、樹脂部材３の二つの短辺の中央位置に、二箇所のウェルドライン７が形成されている。あるいは、ゲートが一箇所である場合、枠状の樹脂部材３の周方向で、そのゲートから最も離れた位置に、一箇所のウェルドライン７が形成され得る。ウェルドライン７は、枠状の樹脂部材３を幅方向に横断する直線もしくは曲線等の線状に形成されることがあり、樹脂部材３の外面を目視あるいは光学顕微鏡で観察することにより確認可能である。
上記のウェルドライン７は、枠状の樹脂部材３の周方向に一箇所又は二箇所であることが好ましい。金属板２に先述した粗化凹凸面又は粗化めっき層６を設けることに加えて、ウェルドライン７を二箇所以下とすることにより、内部スペースの密閉性が大きく高まるからである。言い換えれば、三箇所以上のウェルドライン７が存在すると、内部スペースの密閉性が低下し、そこから水分を含む空気が内部スペースに浸透しやすくなる可能性が高まる。
なお、樹脂部材３の材料としては、特に限定されないが、たとえば、液晶ポリマー、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等を用いることができる。
ところで、図示の金属板２は、貫通孔４の外側に向けて延びる複数箇所の切欠き部８ａ～８ｃが設けられている。より詳細には、この例では、長方形状の金属板２の長手方向（図１では左右方向）の外側のそれぞれに、貫通孔４につながって樹脂部材３の配置箇所を通って外側に向けて延びて拡幅する長方形状の切欠き部８ａ及び、それよりも大きな面積を有する多角形状の切欠き部８ｂと、金属板２の長手方向の中央位置で幅方向（図１で上下方向）の外側のそれぞれに、貫通孔４につながって外側に向けて延びてやや細長い長方形状に拡幅する切欠き部８ｃとの、計六箇所の切欠き部８ａ～８ｃがある。各切欠き部８ａ～８ｃは、金属板２の板厚方向に貫通して形成されている。
そして、樹脂部材３は、金属板２の表面Ｓｆ側のみならず、図１０に示すように金属板２の裏面Ｓｂ側の両面側で、各切欠き部８ａ～８ｃと貫通孔４との連結箇所である空所を通って貫通孔４の周囲に枠状に設けられている。それにより、枠状の樹脂部材３の周方向の一部では、当該樹脂部材３で金属板２が両側から挟み込まれているが、上記の空所がある残部では、当該樹脂部材３の内側に金属板２が存在しないことになる。
このように枠状の樹脂部材３が、周方向の一部で金属板２を板厚方向の両側から挟み込んで設けられている場合、先に述べたウェルドライン７は、枠状の樹脂部材３の周方向で、当該樹脂部材３の内側に金属板２が存在しない箇所に形成されていることが好ましい。樹脂部材３の内側に金属板２が存在せず樹脂部材３が金属板２で支持されていない箇所に、ウェルドライン７が存在することにより、内部スペースの密閉性をさらに向上させることができる。樹脂部材３の内側に金属板２が存在する箇所にウェルドライン７が存在すると、樹脂部材３の当該ウェルドライン７が形成された箇所と金属板２との界面から、水分を含んだ空気が内部スペースに浸透するおそれがある。
なお、金属板２は、表面Ｓｆ側に樹脂部材３よりも貫通孔４側に突出する内縁部２ａを有し、その内縁部２ａで、半導体チップ５１とボンディングワイヤ５２によって接続される。
図１１に、他の実施形態の金属樹脂複合体１を示す。図１１の金属樹脂複合体１では、枠状の樹脂部材３の周方向でウェルドライン７が形成された箇所に、その樹脂部材３の外側に突出する突出部９が設けられていることを除いて、図１に示すものとほぼ同様の構成を有する。この突出部９は、金属板２の表面とほぼ平行な方向に樹脂部材３から突出している。図示は省略するが、突出部９は、樹脂部材３の内側（貫通孔側）に突出するように設けることもできる他、樹脂部材３上に板厚方向に突出させて設けてもよい。
樹脂部材３に突出部９が設けられるキャビティを有する射出成形金型を用いて、樹脂部材３を成形すると、キャビティに射出された樹脂材料は、突出部９が形成される箇所で合流する際に側方へ流れが変更され、ウェルドの層が若干破壊される。その結果、樹脂部材３の強度が向上し、それに伴って内部スペースの密閉性も高まる。
突出部９はその後、切断されて除去されることがある。この場合、樹脂部材３のウェルドライン７が形成された箇所に、切断跡が形成されて存在する。切断跡は、目視により確認可能である。樹脂部材３のウェルドライン７が形成された箇所に切断跡が存在すれば、以前はそこに突出部９が形成されていて、それによってウェルドライン７に起因する脆弱部分の補強が行われたと推認することができる。
次に、上述したような金属樹脂複合体を試作し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、これに限定されることを意図するものではない。
（凹凸面）
図１に示すような金属樹脂複合体を作製した。
実施例１～４並びに比較例３及び４では、図６を用いて説明したように、金属板の樹脂被覆面に、それぞれ先端面に複数個の突起部を設けた各パンチを用いて第一プレス工程及び第二プレス工程を行い、一方向及びその直交方向の各方向で交互に並ぶ長方形状の矩形凹部及び矩形凸部を形成し、凹凸面（矩形凹凸面）を設けた。各矩形凹部の長辺の長さＬａは０．２１ｍｍ、短辺の長さＬｂは０．０７ｍｍ、長辺方向のピッチＰａは０．４２ｍｍ、短辺方向のピッチＰｂは０．１４ｍｍとした。矩形凹部と矩形凸部の平面視の寸法は実質的に同じとした。矩形凹部の深さ（凹部深さ）は、表１に示すとおりである。
図１に示すような金属樹脂複合体を作製した。
実施例１～４並びに比較例３及び４では、図６を用いて説明したように、金属板の樹脂被覆面に、それぞれ先端面に複数個の突起部を設けた各パンチを用いて第一プレス工程及び第二プレス工程を行い、一方向及びその直交方向の各方向で交互に並ぶ長方形状の矩形凹部及び矩形凸部を形成し、凹凸面（矩形凹凸面）を設けた。各矩形凹部の長辺の長さＬａは０．２１ｍｍ、短辺の長さＬｂは０．０７ｍｍ、長辺方向のピッチＰａは０．４２ｍｍ、短辺方向のピッチＰｂは０．１４ｍｍとした。矩形凹部と矩形凸部の平面視の寸法は実質的に同じとした。矩形凹部の深さ（凹部深さ）は、表１に示すとおりである。
比較例２では、金属板の樹脂被覆面に、一方向に延びる線状凹部を直線方向に直交する方向に間隔をおいて複数本形成した凹凸面（線状凹凸面）を設けた。線状凹部の幅は０．０４ｍｍ、線状凹部のピッチは０．１ｍｍとした。隣り合う線状凹部間には、線状凸部が形成された。
実施例５及び６並びに比較例１及び５では、金属板の樹脂被覆面に凹凸面を設けなかった。
（表面処理）
実施例１及び２並びに比較例２及び４では、表１に示す表面粗さＲａになるように、樹脂被覆面ないし凹凸面に対し、メック株式会社社製のＣＺ－８１０１を用いて、処理温度３０℃の条件にて粗化処理（エッチング）を施した。
実施例１及び２並びに比較例２及び４では、表１に示す表面粗さＲａになるように、樹脂被覆面ないし凹凸面に対し、メック株式会社社製のＣＺ－８１０１を用いて、処理温度３０℃の条件にて粗化処理（エッチング）を施した。
実施例３～６及び比較例５では、金属板の樹脂被覆面にニッケル粗化めっきを施した。めっき浴組成：Ｎｉメタル分１３０ｇ／Ｌ、ホウ酸２５ｇ／ＬでｐＨ３．３であった。ここで、Ｎｉメタル分は、Ｎｉ塩としてスルファミン酸ニッケル四水和物及び塩化Ｎｉで構成されたものとした。より具体的には、スルファミン酸ニッケル四水和物：Ｎｉ（ＮＨ2ＳＯ3）2・４Ｈ2Ｏ＝２９４ｇ／Ｌ（約３００ｇ／Ｌ）、Ｎｉ量で５３．５ｇ／Ｌ、塩化ニッケル六水和物：ＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ＝約３１０ｇ／Ｌ、Ｎｉ量で７６．５ｇ／Ｌとした。めっき液温度は６０℃とし、電流密度は１０Ａ／ｄｍ2とした。処理時間は、表１の表面粗さＲａになるように調整した。
比較例１及び３では、金属板の樹脂被覆面に表面処理を施さなかった。
なお、表１に示す表面粗さＲａの測定は三鷹光器株式会社製の非接触表面性状測定装置（ＰＦ－６０）で行い、凹凸面がある粗化凹凸面の場合は矩形凸部又は線状凸部の頂面の位置を観察した。観察倍率は１０００倍、スポット径はφ１．０μｍ、分解能はＸ軸０．１μｍｍ、Ｙ軸０．１μｍｍ、Ｚ１軸（測定用のＺ軸）０．０１μｍとした。測定設定は次のとおりである。
測定ピッチ：１μｍ
測定範囲：８．０ｍｍ（直線での走査）（凹凸面の凸部の測定の場合には後からその部分を抽出）
測定精度：Ｘ軸２μｍ、Ｙ軸２μｍ、Ｚ１軸０．３μｍ
測定方式：スキャン
スキャン速度：１００μｍ／ｓ
ＡＦゲイン：Ｓｔａｎｄａｒｄ
対物レンズ：ＳＬ１００×（１００倍）
測定ピッチ：１μｍ
測定範囲：８．０ｍｍ（直線での走査）（凹凸面の凸部の測定の場合には後からその部分を抽出）
測定精度：Ｘ軸２μｍ、Ｙ軸２μｍ、Ｚ１軸０．３μｍ
測定方式：スキャン
スキャン速度：１００μｍ／ｓ
ＡＦゲイン：Ｓｔａｎｄａｒｄ
対物レンズ：ＳＬ１００×（１００倍）
（射出成形）
樹脂材料を液晶ポリマー（ＥＮＥＯＳ液晶株式会社製のＭ－３５０Ｂ）とし、射出成形金型を用いたインサート成形により、金属板に樹脂部材を固着させて形成した。いずれの実施例及び比較例でも射出圧力は１５０ＭＰａとし、比較例５を除き、スプルーブッシュ温度は３６０℃とした。比較例５では、スプルーブッシュ温度を１７０℃とした。
樹脂材料を液晶ポリマー（ＥＮＥＯＳ液晶株式会社製のＭ－３５０Ｂ）とし、射出成形金型を用いたインサート成形により、金属板に樹脂部材を固着させて形成した。いずれの実施例及び比較例でも射出圧力は１５０ＭＰａとし、比較例５を除き、スプルーブッシュ温度は３６０℃とした。比較例５では、スプルーブッシュ温度を１７０℃とした。
実施例１～６並びに比較例１及び３では、射出成形金型のキャビティに周方向に二箇所のゲートを設けたことにより、樹脂部材の周方向に二箇所のウェルドラインが金属板の存在しない箇所に形成されていた。比較例２、４及び５では、ゲートを四箇所としたので、樹脂部材に形成されたウェルドラインは周方向に四箇所であった。実施例２では、樹脂部材に図１１に示すような二個の突出部をウェルドラインが形成される位置に設けた。
（レッドチェック試験）
金属樹脂複合体に対し、レッドチェック試験を行い、樹脂部材と金属板との間を赤色の試験液が浸透するかどうかを検証した。具体的には、金属樹脂複合体の金属板の貫通孔の周囲で樹脂部材の内側の内縁部に、試験液を針金の先端で微量塗布し、０．５時間放置した。放置後、試験液が樹脂部材の外側に漏れなければ、試験液が樹脂部材を浸透していないので、密閉性が良好であると評価することができる。
金属樹脂複合体に対し、レッドチェック試験を行い、樹脂部材と金属板との間を赤色の試験液が浸透するかどうかを検証した。具体的には、金属樹脂複合体の金属板の貫通孔の周囲で樹脂部材の内側の内縁部に、試験液を針金の先端で微量塗布し、０．５時間放置した。放置後、試験液が樹脂部材の外側に漏れなければ、試験液が樹脂部材を浸透していないので、密閉性が良好であると評価することができる。
試験は、加熱していない金属樹脂複合体及び、２６０℃で２時間加熱した後の金属樹脂複合体に対して行った。非加熱の金属樹脂複合体及び加熱後の金属樹脂複合体について、実施例１～６並びに比較例２及び４では各５個を試験に供した。比較例１、３及び５では、１個の非加熱の金属樹脂複合体について試験を行った。表１に、試験に供した総個数（５個又は１個）のうち、試験液の漏れがなかった個数（ｎ個）の割合（ｎ／５又はｎ／１）を示す。
（樹脂剥離試験）
ブロック治具を使用し、金属樹脂複合体の樹脂部材に対して金属板に水平な方向で外側から内側に向かって力を作用させて金属板から樹脂部材を引き剥がし、樹脂部材を引き剥がした後、金属板上に付着している樹脂の残留を確認した。樹脂が金属板上に残留するということは、剥離の形態が金属板と樹脂部材との界面から剥がれたものではなく、樹脂部材の内部の凝集破壊によって生じたものであることを意味し、金属板と樹脂部材との密着性が良好であると判断することができる。ブロック治具のパンチブロックは、幅８．３ｍｍ×厚み１．８ｍｍ×長さ２６．０ｍｍの寸法とした。この樹脂剥離試験も、非加熱の金属樹脂複合体及び加熱（２６０℃、２時間）後の金属樹脂複合体のそれぞれについて行った。
ブロック治具を使用し、金属樹脂複合体の樹脂部材に対して金属板に水平な方向で外側から内側に向かって力を作用させて金属板から樹脂部材を引き剥がし、樹脂部材を引き剥がした後、金属板上に付着している樹脂の残留を確認した。樹脂が金属板上に残留するということは、剥離の形態が金属板と樹脂部材との界面から剥がれたものではなく、樹脂部材の内部の凝集破壊によって生じたものであることを意味し、金属板と樹脂部材との密着性が良好であると判断することができる。ブロック治具のパンチブロックは、幅８．３ｍｍ×厚み１．８ｍｍ×長さ２６．０ｍｍの寸法とした。この樹脂剥離試験も、非加熱の金属樹脂複合体及び加熱（２６０℃、２時間）後の金属樹脂複合体のそれぞれについて行った。
その結果を表１に示す。ここでは、樹脂の残留が樹脂被覆面の面積の１０％未満であった場合を「×」、樹脂の残留が樹脂被覆面の面積の１０％以上かつ５０％未満、または樹脂の残留が途切れて内側と外側が繋がっている場合を「△」、樹脂の残留が樹脂被覆面の面積の５０％以上で、樹脂残りで内側と外側が遮断されている場合を「○」としている。
（ヒートサイクル試験）
実施例１～６の各金属樹脂複合体について、図１２に示すように、金属樹脂複合体７１の樹脂部材７３の両側に、蓋体８１ａ、８１ｂを接着剤８２で接着させ、半導体デバイスを模擬した供試体９１を作製した。但し、この供試体９１は、内部の空洞に半導体チップを有しないものである。樹脂部材７３並びに蓋体８１ａ、８１ｂは、液晶ポリマー（ＥＮＥＯＳ液晶株式会社製のＭ－３５０Ｂ）からなるものとした。
実施例１～６の各金属樹脂複合体について、図１２に示すように、金属樹脂複合体７１の樹脂部材７３の両側に、蓋体８１ａ、８１ｂを接着剤８２で接着させ、半導体デバイスを模擬した供試体９１を作製した。但し、この供試体９１は、内部の空洞に半導体チップを有しないものである。樹脂部材７３並びに蓋体８１ａ、８１ｂは、液晶ポリマー（ＥＮＥＯＳ液晶株式会社製のＭ－３５０Ｂ）からなるものとした。
上記の供試体９１を、－６５℃～１６０℃の昇温・降温を繰り返すヒートサイクル試験に供した後に、供試体９１を水中に沈めて、空気の漏れの有無を確認した。その結果を表１に示す。表１には、ヒートサイクル試験を１００回、２００回、５００回行った場合のそれぞれについて、試験に供した供試体９１の総個数のうち、空気の漏れが無かった供試体９１の個数の割合を示している。
（密閉性評価）
上述したレッドチェック試験、樹脂剥離試験及びヒートサイクル試験の結果より、金属樹脂複合体の内部スペースの密閉性を評価した。その結果を表１に示す。表１中、密閉性について「〇」は、密閉性が良好であることを示し、「△」は、ある程度の密閉性を有することを示し、「×」は、密閉性が不十分であることを示す。
上述したレッドチェック試験、樹脂剥離試験及びヒートサイクル試験の結果より、金属樹脂複合体の内部スペースの密閉性を評価した。その結果を表１に示す。表１中、密閉性について「〇」は、密閉性が良好であることを示し、「△」は、ある程度の密閉性を有することを示し、「×」は、密閉性が不十分であることを示す。
（考察）
表１に示すところから、実施例１～６は、樹脂部材のウェルドラインを二箇所以下とし、樹脂被覆面に粗化凹凸面又は粗化めっき層を設けたことにより、比較例１～５に比して、内部スペースの密閉性が高かったことが解かる。矩形凹凸面に対してエッチング又は粗化めっきを施して粗化凹凸面とした実施例１～４だけでなく、樹脂被覆面に凹凸面を形成せずに粗化めっきを施した実施例５及び６でも、内部スペースの高い密閉性が確保されていた。
表１に示すところから、実施例１～６は、樹脂部材のウェルドラインを二箇所以下とし、樹脂被覆面に粗化凹凸面又は粗化めっき層を設けたことにより、比較例１～５に比して、内部スペースの密閉性が高かったことが解かる。矩形凹凸面に対してエッチング又は粗化めっきを施して粗化凹凸面とした実施例１～４だけでなく、樹脂被覆面に凹凸面を形成せずに粗化めっきを施した実施例５及び６でも、内部スペースの高い密閉性が確保されていた。
一方、比較例１は、樹脂被覆面に凹凸面及び粗化めっき層のいずれも設けなかったことにより、密閉性が低かった。比較例３より、樹脂被覆面に矩形凹凸面を設けても、粗化処理を施さなければ、十分な密閉性が確保されないことが解かる。また、比較例２、４及び５より、樹脂部材に形成されたウェルドラインが多くなると、密閉性が低下することが解かる。
以上より、先述した金属樹脂複合体によれば、樹脂部材による内部スペースの密閉性を向上できることが解かった。
（樹脂密着性）
ニッケルめっき処理を施した銅製の金属板と、何の処理も施さなかった銅製の金属板のそれぞれについて、樹脂部材を固着させた後、樹脂部材を引き剥がしてシェア強度を測定した。その結果を表２に示す。
ニッケルめっき処理を施した銅製の金属板と、何の処理も施さなかった銅製の金属板のそれぞれについて、樹脂部材を固着させた後、樹脂部材を引き剥がしてシェア強度を測定した。その結果を表２に示す。
表２より、樹脂被覆面の表面粗さＲｚが同程度であるにも関わらず、処理なしの金属板のほうが高いシェア強度を有することが解かる。この表面粗さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠する最大高さを意味する。また、ニッケルめっきは樹脂密着性が一般的に低いことが知られている。なお、表面粗さＲｚの測定はキーエンス社製レーザー顕微鏡（ＶＫ－Ｘ１５０）で行い、観察倍率は１０００倍、スポット径はφ０．８ｍｍで測定した。対物レンズは１００倍とした。測定範囲（測定面積）は、当該レーザー顕微鏡で測定した後に取り込まれる画像のサイズである１０５．７３７μｍ×１４１．０２９μｍとした。解析は、線粗さ測定で水平線（垂直線）をひいて算出することにより行った。
このことから、樹脂密着性が低いニッケル粗化めっき層を樹脂被覆面に設けた場合であっても、表１に示すように内部スペースの十分な密閉性が確保されるので、樹脂被覆面にニッケル以外の粗化めっき層を設けた場合も、高い密閉性が発揮されるといえる。
１、７１ 金属樹脂複合体
２、７２ 金属板
２ａ 内縁部
３、７３ 樹脂部材
４ 貫通孔
５、１５ 凹凸面
５ａ、１５ａ 矩形凹部
５ｂ、１５ｂ 矩形凸部
５ｃ 頂面
６ 粗化めっき層
７ ウェルドライン
８ａ～８ｃ 切欠き部
９ 突出部
５１ 半導体チップ
５２ ボンディングワイヤ
８１ａ、８１ｂ 蓋体
８２ 接着剤
９１ 供試体
Ｌａ 矩形凹部、矩形凸部の長辺の長さ
Ｌｂ 矩形凹部、矩形凸部の短辺の長さ
Ｐａ 矩形凹部の長辺方向のピッチ
Ｐｂ 矩形凹部の短辺方向のピッチ
Ｒ１ 第一凹部群
Ｒ２ 第二凹部群
Ｓｂ 裏面
Ｓｆ 表面
２、７２ 金属板
２ａ 内縁部
３、７３ 樹脂部材
４ 貫通孔
５、１５ 凹凸面
５ａ、１５ａ 矩形凹部
５ｂ、１５ｂ 矩形凸部
５ｃ 頂面
６ 粗化めっき層
７ ウェルドライン
８ａ～８ｃ 切欠き部
９ 突出部
５１ 半導体チップ
５２ ボンディングワイヤ
８１ａ、８１ｂ 蓋体
８２ 接着剤
９１ 供試体
Ｌａ 矩形凹部、矩形凸部の長辺の長さ
Ｌｂ 矩形凹部、矩形凸部の短辺の長さ
Ｐａ 矩形凹部の長辺方向のピッチ
Ｐｂ 矩形凹部の短辺方向のピッチ
Ｒ１ 第一凹部群
Ｒ２ 第二凹部群
Ｓｂ 裏面
Ｓｆ 表面
この明細書で開示する他の金属樹脂複合体は、金属板と、前記金属板に固着した樹脂部材を備え、前記樹脂部材を含む封止部材により内部スペースが区画されるものであって、前記樹脂部材が、前記金属板上で内部スペースの周囲を取り囲んで延びる枠状を有し、枠状の当該樹脂部材の周方向に一箇所又は二箇所のウェルドラインが存在し、前記金属板が前記樹脂部材で覆われた樹脂被覆面に、粗化めっき層を含み、枠状の前記樹脂部材が、周方向の一部で前記金属板を板厚方向の両側から挟み込んで設けられており、前記ウェルドラインが、枠状の前記樹脂部材の周方向で、当該樹脂部材の内側に前記金属板の存在しない箇所に形成されたものである。
Claims (8)
- 金属板と、前記金属板に固着した樹脂部材を備え、前記樹脂部材を含む封止部材により内部スペースが区画される金属樹脂複合体であって、
前記樹脂部材が、前記金属板上で内部スペースの周囲を取り囲んで延びる枠状を有し、枠状の当該樹脂部材の周方向に一箇所又は二箇所のウェルドラインが存在し、
前記金属板が前記樹脂部材で覆われた樹脂被覆面に、該樹脂被覆面の平面視にて一方向及びその直交方向の各方向で交互に並ぶ矩形凹部及び矩形凸部により形成される粗化凹凸面を有する金属樹脂複合体。 - 前記粗化凹凸面の表面粗さＲａが０．２μｍ以上である請求項１に記載の金属樹脂複合体。
- 前記矩形凹部及び矩形凸部がそれぞれ、前記樹脂被覆面の平面視で長方形状である請求項１又は２に記載の金属樹脂複合体。
- 前記矩形凸部が、前記樹脂部材側に凸状の曲面を有する請求項１～３のいずれか一項に記載の金属樹脂複合体。
- 金属板と、前記金属板に固着した樹脂部材を備え、前記樹脂部材を含む封止部材により内部スペースが区画される金属樹脂複合体であって、
前記樹脂部材が、前記金属板上で内部スペースの周囲を取り囲んで延びる枠状を有し、枠状の当該樹脂部材の周方向に一箇所又は二箇所のウェルドラインが存在し、
前記金属板が前記樹脂部材で覆われた樹脂被覆面に、粗化めっき層を含む金属樹脂複合体。 - 前記粗化めっき層がニッケルを含む請求項５に記載の金属樹脂複合体。
- 枠状の前記樹脂部材が、周方向の一部で前記金属板を板厚方向の両側から挟み込んで設けられており、
前記ウェルドラインが、枠状の前記樹脂部材の周方向で、当該樹脂部材の内側に前記金属板の存在しない箇所に形成された請求項１～６のいずれか一項に記載の金属樹脂複合体。 - 前記樹脂部材のウェルドラインが形成された箇所に、切断跡が存在する請求項１～７のいずれか一項に記載の金属樹脂複合体。
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