JP6430863B2 - Zygote - Google Patents
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本発明は金属材料と樹脂との接合体、及び接合方法に関する。 The present invention relates to a joined body of a metal material and a resin, and a joining method.
金属材料と樹脂との接合体は、電気・自動車分野を中心に幅広い産業分野で使用されている。このような金属材料と樹脂との接合体としては、例えば、電子部品に用いられる半導体パッケージのリードフレームや、自動車に用いられるパワーカードがある。自動車部品のパワーカードは、金属製の放熱板や金属素子を、エポキシ樹脂等のモールド樹脂で包み込んだ構造をしており、現状、高価なプライマーで処理して、金属材料と樹脂とを接合している。 A joined body of a metal material and a resin is used in a wide range of industrial fields mainly in the electric and automobile fields. Examples of such a joined body of a metal material and a resin include a lead frame of a semiconductor package used for an electronic component and a power card used for an automobile. Power cards for automobile parts have a structure in which a metal heat sink or metal element is wrapped with a mold resin such as epoxy resin, and currently treated with an expensive primer to bond the metal material and the resin together. ing.
金属材料と樹脂との接合体として、例えば、特許文献1には、金属部品がインサートされた樹脂複合成形品であって、上記金属部品とフェノール樹脂とがシランカップリング剤で結合されていることを特徴とする金属インサート樹脂複合成形品が記載されている。 As a joined body of a metal material and a resin, for example, Patent Document 1 discloses a resin composite molded product in which a metal part is inserted, and the metal part and the phenol resin are bonded with a silane coupling agent. A metal insert resin composite molded product characterized by the above is described.
また、特許文献2には、金属部材と樹脂の界面において、上記金属部材上に形成された中間層とシランカップリング剤層を有し、上記シランカップリング剤層と上記樹脂とが接触し、上記中間層は、上記金属の酸化物層、キレート剤層、上記酸化物層とキレート剤層との複合層及び上記酸化物キレート剤の混層のいずれかであり、上記中間層は、電気的被絶縁性であることを特徴とする金属部材と樹脂の接合体が記載されている。 Patent Document 2 includes an intermediate layer and a silane coupling agent layer formed on the metal member at the interface between the metal member and the resin, and the silane coupling agent layer and the resin are in contact with each other. The intermediate layer is any one of the metal oxide layer, the chelating agent layer, the composite layer of the oxide layer and the chelating agent layer, and the mixed layer of the oxide chelating agent, and the intermediate layer is electrically coated. A bonded body of a metal member and a resin characterized by being insulative is described.
金属材料と樹脂との接合体は、場合によっては過酷な状況下で使用されることがあるため、接合体の接合強度が高いことが必要である。しかし、特許文献1や特許文献2の接合体は、接合強度に改善の余地がある。 Since the joined body of the metal material and the resin is sometimes used under severe conditions, it is necessary that the joined body has high joint strength. However, the joints of Patent Document 1 and Patent Document 2 have room for improvement in joint strength.
また、金メッキを最表面に有する金属材料が樹脂との接合体に用いられることがあるが、金メッキ表面は官能基等がなく安定なため、最表面に金メッキ層を有する金属材料と、樹脂とを接合させるためには、金メッキ表面にアミノ基やカルボキシ基等の官能基を導入する必要がある。金メッキ表面に官能基を導入する方法としては、金と結合しやすいチオール基を有するアルカンチオール誘導体を用いる方法が知られている(特許文献3)。 In addition, a metal material having gold plating on the outermost surface may be used for a joined body with a resin. However, since the gold plating surface has no functional group and is stable, a metal material having a gold plating layer on the outermost surface and a resin are used. In order to join, it is necessary to introduce a functional group such as an amino group or a carboxy group on the gold plating surface. As a method for introducing a functional group into the gold plating surface, a method using an alkanethiol derivative having a thiol group that easily binds to gold is known (Patent Document 3).
しかし、アルカンチオール誘導体を用いて金メッキ表面に官能基を導入する方法は、用いるアルカンチオール誘導体が高価であり、また、アルカンチオール誘導体は金メッキ表面で自己組織化的に集合する必要があるため、反応に時間がかかる。さらに、得られる接合体の接合強度も不十分である。 However, the method of introducing functional groups onto the gold plating surface using an alkanethiol derivative is expensive because the alkanethiol derivative used is expensive and the alkanethiol derivative needs to be assembled in a self-assembled manner on the gold plating surface. Takes time. Furthermore, the joint strength of the obtained joined body is insufficient.
また、金メッキを最表面に有する金属材料と樹脂との接合体について、メルカプト基を有するシランカップリング剤を用いて接合体を得ることができることが知られており、例えば、特許文献4には、(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂系硬化剤、(C)無機充填材、(D)硬化促進剤、(E)カップリング剤を含むエポキシ樹脂組成物において、上記硬化促進剤(D)がエポキシ樹脂の硬化反応を促進し得るカチオン部と、上記硬化反応を促進するカチオン部の触媒活性を抑制するシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤(d1)を含み、上記カップリング剤(E)がメルカプト基を有するシランカップリング剤(e1)を含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該組成物を用いて半導体素子を封止した半導体装置が記載されている。特許文献4の実施例では、NiPd合金フレームに金メッキしたものを金属材料として用いている。しかし、特許文献4の方法では、金メッキ表面とシランカップリング剤のチオール基の結合が弱いため、得られる接合体の接合強度に改善の余地がある。 Moreover, it is known that a joined body of a metal material having a gold plating on the outermost surface and a resin can be obtained by using a silane coupling agent having a mercapto group. In the epoxy resin composition containing (A) an epoxy resin, (B) a phenol resin-based curing agent, (C) an inorganic filler, (D) a curing accelerator, and (E) a coupling agent, the curing accelerator (D) Includes a curing accelerator (d1) having a cation part that can promote the curing reaction of the epoxy resin and a silicate anion part that suppresses the catalytic activity of the cation part that promotes the curing reaction, and the coupling agent (E) Includes a silane coupling agent (e1) having a mercapto group, and an epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor, and a semiconductor element is encapsulated using the composition Conductor device is described. In the example of Patent Document 4, a NiPd alloy frame plated with gold is used as a metal material. However, in the method of Patent Document 4, since the bond between the gold plating surface and the thiol group of the silane coupling agent is weak, there is room for improvement in the bonding strength of the obtained bonded body.
上記のように、金属材料の最表面に金等の貴金属のように、官能基を有していない金属メッキ層を有する金属材料と、樹脂との接合体では、製造コストが高くなり、また、反応時間が長くなるため、効率の面でも不利であり、さらに、得られる接合体の接合強度について改善の余地がある。それ故、本発明は、金属材料の最表面に官能基を有していない貴金属メッキ層を有する金属材料と、樹脂との接合体を、高い接合強度で、低コストにて効率的に提供することを目的とする。 As described above, the metal material having a metal plating layer that does not have a functional group, such as a noble metal such as gold, on the outermost surface of the metal material, and the joined body of the resin increase the manufacturing cost, Since the reaction time becomes long, it is disadvantageous in terms of efficiency, and there is room for improvement in the bonding strength of the obtained bonded body. Therefore, the present invention efficiently provides a bonded body of a metal material having a noble metal plating layer having no functional group on the outermost surface of the metal material and a resin with high bonding strength and low cost. For the purpose.
本発明者らは、上記課題を解決するための手段を種々検討した結果、貴金属メッキ層の下に特定の金属を有する金属メッキ層を設け、該金属メッキ層の金属を、熱処理により、貴金属メッキ層表面に析出させることで、金属材料と樹脂との接合体の接合強度が高くなることを見出し、本発明を完成した。 As a result of various studies on means for solving the above problems, the present inventors have provided a metal plating layer having a specific metal under the noble metal plating layer, and the metal of the metal plating layer is subjected to noble metal plating by heat treatment. It was found that the bonding strength of the bonded body of the metal material and the resin was increased by precipitation on the surface of the layer, and the present invention was completed.
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
(1)金属母材と、金属母材の上に形成した第1メッキ層と、第1メッキ層の上に形成した第2メッキ層とを有する金属材料と、樹脂との接合体であって、第1メッキ層がニッケル、鉄、銅、亜鉛、コバルト及びそれらの合金から選ばれる少なくとも1種の金属を含み、第2メッキ層が貴金属から選ばれる少なくとも1種の金属を含み、第1メッキ層の金属が第2メッキ層の表面に析出し、金属材料と樹脂が、第2メッキ層の上に形成したシランカップリング剤層を介して接合した接合体。
(2)第2メッキ層の表面に析出した第1メッキ層の金属が酸化又は水酸化されている(1)の接合体。
(3)第2メッキ層に含まれる金属が金である(1)又は(2)の接合体。
(4)第1メッキ層に含まれる金属がニッケル又はその合金である(1)〜(3)のいずれかの接合体。
(5)シランカップリング剤が、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基及びビニル基から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する、(1)〜(4)のいずれかの接合体。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A joined body of a metal base material, a metal material having a first plating layer formed on the metal base material, and a second plating layer formed on the first plating layer, and a resin. The first plating layer includes at least one metal selected from nickel, iron, copper, zinc, cobalt, and alloys thereof, and the second plating layer includes at least one metal selected from precious metals, A bonded body in which the metal of the layer is deposited on the surface of the second plating layer, and the metal material and the resin are bonded via the silane coupling agent layer formed on the second plating layer.
(2) The joined body according to (1), wherein the metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer is oxidized or hydroxylated.
(3) The joined body according to (1) or (2), wherein the metal contained in the second plating layer is gold.
(4) The joined body according to any one of (1) to (3), wherein the metal contained in the first plating layer is nickel or an alloy thereof.
(5) The joined body according to any one of (1) to (4), wherein the silane coupling agent has at least one functional group selected from an amino group, an epoxy group, a mercapto group, and a vinyl group.
本発明により、金属材料の最表面に官能基を有していない貴金属メッキ層を有する金属材料と、樹脂との接合体を、高い接合強度で、低コストにて効率的に提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to efficiently provide a bonded body of a metal material having a noble metal plating layer having no functional group on the outermost surface of the metal material and a resin with high bonding strength and at low cost. It becomes.
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本発明は、金属材料と樹脂との接合体に関する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
The present invention relates to a joined body of a metal material and a resin.
図1は、本発明の接合体の構造を説明した模式図である。図1で示すように、本発明の接合体1は、金属母材2と、金属母材2の上に形成した第1メッキ層3と、第1メッキ層3の上に形成した第2メッキ層4とを有する金属材料5と、樹脂7との接合体であり、金属材料5と樹脂7は、第2メッキ層4の上に形成したシランカップリング剤層6を介して接合している。本発明の接合体において、第1メッキ層の金属8が第2メッキ層4の表面に析出している。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the structure of the joined body of the present invention. As shown in FIG. 1, the joined body 1 of the present invention includes a metal base material 2, a
I.接合体
1.金属材料
金属材料は、金属母材と、金属母材の上に形成した第1メッキ層と、第1メッキ層の上に形成した第2メッキ層とを有する。
I. Conjugate 1. Metal Material The metal material includes a metal base material, a first plating layer formed on the metal base material, and a second plating layer formed on the first plating layer.
金属母材の金属としては、特に限定されずに、例えば、ニッケル、鉄、銅、亜鉛、コバルト、スズ、クロム及びそれらの合金等が挙げられ、高い熱拡散性の観点から銅が好ましい。金属母材の厚さは、特に限定されない。 The metal of the metal base material is not particularly limited, and examples thereof include nickel, iron, copper, zinc, cobalt, tin, chromium, and alloys thereof, and copper is preferable from the viewpoint of high thermal diffusibility. The thickness of the metal base material is not particularly limited.
第1メッキ層に含まれる金属は、ニッケル、鉄、銅、亜鉛、コバルト及びそれらの合金から選ばれる少なくとも1種の金属であり、耐食性の観点から、ニッケル及びその合金が好ましい。第1メッキ層の厚さは、特に限定されずに、通常、1nm〜100μmである。 The metal contained in the first plating layer is at least one metal selected from nickel, iron, copper, zinc, cobalt, and alloys thereof, and nickel and alloys thereof are preferable from the viewpoint of corrosion resistance. The thickness of the first plating layer is not particularly limited, and is usually 1 nm to 100 μm.
第2メッキ層に含まれる金属は、貴金属から選ばれる少なくとも1種の金属であり、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム及びイリジウムであり、半田付け性の観点から、金がより好ましい。第2メッキ層の厚さは、特に限定されずに、通常、1nm〜100μmである。 The metal contained in the second plating layer is at least one metal selected from precious metals, such as gold, silver, platinum, palladium, rhodium, ruthenium and iridium. From the viewpoint of solderability, gold is more preferable. The thickness of the second plating layer is not particularly limited, and is usually 1 nm to 100 μm.
金属材料において、第1メッキ層の金属は第2メッキ層の表面に析出している。本発明において、第2メッキ層の表面とは、通常、第2メッキ層の最表面から深さ数nm程度までをいう。第2メッキ層の表面に析出した第1メッキ層の金属は、好ましくは、酸化又は水酸化されている。すなわち、第2メッキ層の表面は、好ましくは、酸素原子又は水酸基を有する。第2メッキ層の表面に析出した第1メッキ層の金属が酸化又は水酸化されていると、第2メッキ層の表面に析出した酸化又は水酸化された第1メッキ層の金属と、第2メッキ層の上に形成されるシランカップリング剤層のシランカップリング剤のシラノール基とが共有結合するため、該シランカップリング剤層を介して第2メッキ層と樹脂とが強固に接合され、得られる接合体の接合強度が高くなる。第2メッキ層の表面に析出した第1メッキ層の金属及び酸化又は水酸化されている該金属は、通常の表面分析法、例えば、電界放射型オージェ電子分光法(Field Emission-Auger ElectronSpectroscopy;FE-AES)によって確認することができる。 In the metal material, the metal of the first plating layer is deposited on the surface of the second plating layer. In the present invention, the surface of the second plating layer usually means from the outermost surface of the second plating layer to a depth of several nanometers. The metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer is preferably oxidized or hydroxylated. That is, the surface of the second plating layer preferably has an oxygen atom or a hydroxyl group. When the metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer is oxidized or hydroxylated, the metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer and oxidized, and the second Since the silanol group of the silane coupling agent of the silane coupling agent layer formed on the plating layer is covalently bonded, the second plating layer and the resin are firmly bonded via the silane coupling agent layer, The joint strength of the resulting joined body is increased. The metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer and the metal that has been oxidized or hydroxylated can be obtained by a conventional surface analysis method such as field emission Auger Electron Spectroscopy (FE). -AES).
金属材料において、第2メッキ層は、少なくともその表面に第1メッキ層の金属が析出していればよい。すなわち、第2メッキ層内部には、第1メッキ層の金属が含まれていなくてもよい。第2メッキ層の表面に対して析出した第1メッキ層の金属が占める割合は、特に限定されずに、例えば、第2メッキ層の表面積に対して10%以上であり、得られる接合体の高い接合強度の観点から、好ましくは50%以上である。 In the metal material, the second plating layer only needs to have the metal of the first plating layer deposited on at least its surface. That is, the metal of the first plating layer may not be contained in the second plating layer. The ratio of the metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer is not particularly limited, and is, for example, 10% or more with respect to the surface area of the second plating layer. From the viewpoint of high bonding strength, it is preferably 50% or more.
好ましくは、金属材料を熱処理することによって、第1メッキ層の金属を第2メッキ層の表面に析出させることができる。熱処理温度は、特に限定されずに、例えば、150〜500℃であり、得られる接合体の接合強度の観点から、好ましくは、200〜400℃であり、より好ましくは、250〜400℃であり、特に好ましくは、275〜350℃である。 Preferably, the metal of the first plating layer can be deposited on the surface of the second plating layer by heat-treating the metal material. The heat treatment temperature is not particularly limited, and is, for example, 150 to 500 ° C., and preferably 200 to 400 ° C., more preferably 250 to 400 ° C. from the viewpoint of the bonding strength of the obtained bonded body. Especially preferably, it is 275-350 degreeC.
熱処理時間は、熱処理温度によって異なるが、例えば、10秒〜24時間であり、生産性の観点から、好ましくは、10秒〜3時間であり、さらに、品質の観点から、より好ましくは、5分〜3時間である。熱処理時間は、例えば、熱処理温度が300℃であれば5分〜1時間であり、熱処理温度が200℃であれば30分〜3時間である。 The heat treatment time varies depending on the heat treatment temperature, but is, for example, 10 seconds to 24 hours, preferably 10 seconds to 3 hours from the viewpoint of productivity, and more preferably 5 minutes from the viewpoint of quality. ~ 3 hours. The heat treatment time is, for example, 5 minutes to 1 hour if the heat treatment temperature is 300 ° C., and 30 minutes to 3 hours if the heat treatment temperature is 200 ° C.
本発明において、金属材料として、150〜500℃、好ましくは、200〜400℃、より好ましくは、250〜400℃、特に好ましくは、275〜350℃の温度で熱処理したものを用いることが好ましい。上記範囲の温度で熱処理された金属材料を用いると、得られる接合体の接合強度が高くなる。 In the present invention, it is preferable to use a metal material that is heat-treated at a temperature of 150 to 500 ° C., preferably 200 to 400 ° C., more preferably 250 to 400 ° C., and particularly preferably 275 to 350 ° C. When a metal material heat-treated at a temperature in the above range is used, the bonding strength of the obtained bonded body is increased.
2.シランカップリング剤層
シランカップリング剤層は、金属材料の第2メッキ層の上に形成し、金属材料と樹脂とは、シランカップリング剤層を介して接合する。より詳細には、シランカップリング剤層は、シランカップリング剤のシラノール基が、第2メッキ層表面に析出した第1メッキ層の金属と結合し、シランカップリング剤の末端官能基が、樹脂と結合することによって、第2メッキ層と樹脂とを接合する。本発明において、シランカップリング剤層と樹脂とは、好ましくは、別々の層として存在するが、シランカップリング剤層が樹脂に含まれた構造であってもよい。
2. Silane coupling agent layer The silane coupling agent layer is formed on the second plating layer of the metal material, and the metal material and the resin are bonded via the silane coupling agent layer. More specifically, in the silane coupling agent layer, the silanol group of the silane coupling agent is bonded to the metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer, and the terminal functional group of the silane coupling agent is a resin. The second plating layer and the resin are bonded together by bonding with the. In the present invention, the silane coupling agent layer and the resin are preferably present as separate layers, but may have a structure in which the silane coupling agent layer is contained in the resin.
シランカップリング剤は、特に限定されないが、樹脂の種類に応じた官能基と、アルコキシ基とを有するアルコキシシランであることが好ましい。本発明において、アルコキシ基の加水分解によって生成するシラノール基が、第2メッキ層の表面に析出した第1メッキ層の金属と結合することができる。シランカップリング剤の官能基としては、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基及びビニル基が好ましい。シランカップリング剤層の厚さは、特に限定されずに、通常、数nm〜数μmである。 Although a silane coupling agent is not specifically limited, It is preferable that it is the alkoxysilane which has a functional group according to the kind of resin, and an alkoxy group. In the present invention, silanol groups generated by hydrolysis of alkoxy groups can be combined with the metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer. The functional group of the silane coupling agent is preferably an amino group, an epoxy group, a mercapto group, or a vinyl group. The thickness of the silane coupling agent layer is not particularly limited, and is usually several nm to several μm.
3.樹脂
樹脂は、シランカップリング剤の官能基に応じて選択することができ、特に限定されずに、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれも用いることができる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。本発明の接合体に用いる樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂、フェノール樹脂及びエポキシ樹脂が好ましい。樹脂層の厚さは、特に限定されない。
本発明において、シランカップリング剤の官能基と、樹脂との組み合わせは、特に限定されずに、様々な組み合わせが可能である。
3. Resin The resin can be selected according to the functional group of the silane coupling agent, and is not particularly limited, and any of a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be used. The thermoplastic resin includes polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, acrylic resin, polyvinyl chloride resin, polycarbonate resin, nylon resin, urethane resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, acrylonitrile-butadiene. -Styrene copolymer (ABS) resin etc. are mentioned. Examples of the thermosetting resin include melamine resin, phenol resin, epoxy resin, urethane resin, polyimide resin, diallyl phthalate resin, unsaturated polyester resin, furan resin and the like. As resin used for the joined body of the present invention, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, acrylic resin, polyvinyl chloride resin, nylon resin, phenol resin and epoxy resin are preferable. The thickness of the resin layer is not particularly limited.
In the present invention, the combination of the functional group of the silane coupling agent and the resin is not particularly limited, and various combinations are possible.
II.接合体の製造方法
本発明は、上記の接合体の製造方法も含む。
本発明の接合体の製造方法は、上記の金属材料を150〜500℃の温度で熱処理することを含む。金属材料の熱処理により、第1メッキ層の金属が第2メッキ層の表面に析出する。第2メッキ層表面に析出した第1メッキ層の金属は、好ましくは、酸化又は水酸化されている。
II. The manufacturing method of a conjugate | zygote This invention also includes the manufacturing method of said conjugate | zygote.
The manufacturing method of the joined body of this invention includes heat-processing said metal material at the temperature of 150-500 degreeC. By the heat treatment of the metal material, the metal of the first plating layer is deposited on the surface of the second plating layer. The metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer is preferably oxidized or hydroxylated.
金属材料の熱処理温度は、好ましくは、200〜400℃であり、より好ましくは、250〜400℃であり、特に好ましくは、275〜350℃である。上記範囲の温度で金属材料を熱処理すると、得られる接合体の接合強度が高くなる。 The heat treatment temperature of the metal material is preferably 200 to 400 ° C, more preferably 250 to 400 ° C, and particularly preferably 275 to 350 ° C. When the metal material is heat-treated at a temperature in the above range, the joint strength of the obtained joined body is increased.
熱処理時間は、上記の通りであり、熱処理温度によって異なるが、例えば、10秒〜24時間であり、生産性の観点から、好ましくは、10秒〜3時間であり、さらに、品質の観点から、より好ましくは、5分〜3時間である。熱処理時間は、例えば、熱処理温度が300℃であれば5分〜1時間であり、熱処理温度が200℃であれば30分〜3時間である。 The heat treatment time is as described above and varies depending on the heat treatment temperature, but is, for example, 10 seconds to 24 hours, from the viewpoint of productivity, preferably 10 seconds to 3 hours, and from the viewpoint of quality, More preferably, it is 5 minutes to 3 hours. The heat treatment time is, for example, 5 minutes to 1 hour if the heat treatment temperature is 300 ° C., and 30 minutes to 3 hours if the heat treatment temperature is 200 ° C.
本発明の接合体の製造方法は、上記の金属材料の熱処理に加えて、熱処理した金属材料の上にシランカップリング剤層を形成させることと、該シランカップリング剤層を介して、金属材料と樹脂とを接合することとを含むことができる。 In addition to the above heat treatment of the metal material, the method for producing a joined body according to the present invention includes forming a silane coupling agent layer on the heat-treated metal material, and passing the metal material through the silane coupling agent layer. And bonding the resin.
シランカップリング剤層の形成は、例えば、熱処理した金属材料をシランカップリング剤溶液に浸漬させ、シランカップリング剤層を金属材料の第2メッキ層上に薄膜として形成させることで行う。 The silane coupling agent layer is formed, for example, by immersing the heat-treated metal material in a silane coupling agent solution and forming the silane coupling agent layer as a thin film on the second plating layer of the metal material.
シランカップリング剤溶液の溶媒としては、水が好ましいが、シランカップリング剤の溶解性を上げるために、エタノール、メタノール、アセトン等の水溶性有機溶媒を水と併用しても良い。有機溶媒を水と併用する場合、溶媒中の有機溶媒の割合は、例えば、1〜70重量%であり、好ましくは、5〜30重量%である。シランカップリング剤溶液の濃度は、通常、0.1重量%〜20重量%である。 As a solvent for the silane coupling agent solution, water is preferable, but in order to increase the solubility of the silane coupling agent, a water-soluble organic solvent such as ethanol, methanol, and acetone may be used in combination with water. When using an organic solvent with water, the ratio of the organic solvent in a solvent is 1 to 70 weight%, for example, Preferably, it is 5 to 30 weight%. The concentration of the silane coupling agent solution is usually 0.1% by weight to 20% by weight.
金属材料のシランカップリング剤溶液への浸漬時間は、特に限定されずに、通常、5秒〜16時間であり、シランカップリング剤層の確実な形成及びコストの観点から、好ましくは、1分〜1時間である。シランカップリング剤層の薄膜化は、液体を除去可能な手段であれば特に限定されずに通常の方法で行うことができ、例えば、スピンコーター、バーコーター等を用いることができる。シランカップリング剤層が形成した金属材料は、通常、熱処理することにより、シランカップリング剤を金属材料に固定化することができる。熱処理条件は、特に限定されずに、通常、80〜140℃で5分〜1時間である。 The immersion time of the metal material in the silane coupling agent solution is not particularly limited, and is usually 5 seconds to 16 hours, and preferably 1 minute from the viewpoint of reliable formation of the silane coupling agent layer and cost. ~ 1 hour. The thinning of the silane coupling agent layer is not particularly limited as long as it is a means capable of removing the liquid, and can be performed by an ordinary method, for example, a spin coater, a bar coater, or the like. The metal material formed with the silane coupling agent layer can be fixed to the metal material usually by heat treatment. The heat treatment conditions are not particularly limited, and are usually 80 to 140 ° C. and 5 minutes to 1 hour.
金属材料と樹脂との接合は、特に限定されずに、射出成形法、トランスファー成形法、圧縮成形法等の通常の方法によって行うことができる。例えば、射出成形法では、金属材料を射出成形用金型内に配置し、溶融状態の樹脂を射出成形用金型内に射出することによって、金属材料と樹脂とを接合する。成形条件は特に限定されず、用いる樹脂の物性等に応じて、適宜、好ましい条件を設定することができる。或いは、予め射出成形法等の一般的な成形方法で樹脂を製造し、金属材料と樹脂とを当接させ、当接面に熱を与え、樹脂の当接面付近を溶融させることによって、金属材料と樹脂とを接合してもよい。 The joining of the metal material and the resin is not particularly limited, and can be performed by an ordinary method such as an injection molding method, a transfer molding method, or a compression molding method. For example, in the injection molding method, a metal material is placed in an injection mold and a molten resin is injected into the injection mold to join the metal material and the resin. The molding conditions are not particularly limited, and preferable conditions can be appropriately set according to the physical properties of the resin used. Alternatively, the resin is manufactured in advance by a general molding method such as an injection molding method, the metal material and the resin are brought into contact with each other, heat is applied to the contact surface, and the vicinity of the resin contact surface is melted. You may join material and resin.
本発明の接合体の製造方法において、製造工程の短縮化のために、上記のシランカップリング剤層の形成と、金属材料と樹脂との接合は同時に行ってもよい。この場合、シランカップリング剤と樹脂を予め混合して用いる。本発明の製造方法において、第2メッキ層の表面に析出した第1メッキ層の金属とシランカップリング剤との結合の効率性が高くなるため、シランカップリング剤層の形成と、金属材料と樹脂との接合は、別々に行うことが好ましい。
本発明は、上記の製造方法で製造した接合体も含む。
In the method for producing a joined body of the present invention, the formation of the silane coupling agent layer and the joining of the metal material and the resin may be performed simultaneously in order to shorten the production process. In this case, a silane coupling agent and a resin are mixed in advance and used. In the manufacturing method of the present invention, since the efficiency of bonding between the metal of the first plating layer deposited on the surface of the second plating layer and the silane coupling agent is increased, the formation of the silane coupling agent layer, the metal material, The bonding with the resin is preferably performed separately.
The present invention also includes a joined body manufactured by the above manufacturing method.
本発明の好ましい実施形態において、接合体は、金属母材と、金属母材の上に形成した第1メッキ層と、第1メッキ層の上に形成した第2メッキ層とを有する金属材料と、樹脂との接合体であって、第1メッキ層がニッケル、鉄、銅、亜鉛、コバルト及びそれらの合金から選ばれる少なくとも1種の金属を含み、第2メッキ層が貴金属から選ばれる少なくとも1種の金属を含み、150〜500℃(好ましくは、200〜400℃、より好ましくは、250〜400℃、特に好ましくは、275〜350℃)で熱処理することによって、第1メッキ層の金属が第2メッキ層の表面に析出し、金属材料と樹脂が、第2メッキ層の上に形成したシランカップリング剤層を介して接合したものである。 In a preferred embodiment of the present invention, the joined body includes a metal base material, a metal material having a first plating layer formed on the metal base material, and a second plating layer formed on the first plating layer. , A joined body with a resin, wherein the first plating layer includes at least one metal selected from nickel, iron, copper, zinc, cobalt and alloys thereof, and the second plating layer is at least one selected from noble metals. The metal of the first plating layer is formed by heat treatment at 150 to 500 ° C. (preferably 200 to 400 ° C., more preferably 250 to 400 ° C., particularly preferably 275 to 350 ° C.). It is deposited on the surface of the second plating layer, and the metal material and the resin are joined via the silane coupling agent layer formed on the second plating layer.
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
シランカップリング剤として、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越シリコーン社製:KBM−603)を用いて、その水溶液を調製した。
(Example 1)
The aqueous solution was prepared using N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd .: KBM-603) as the silane coupling agent.
金属材料として、銅母材と、銅母材の上に形成したニッケル−リンメッキ層と、ニッケル−リンメッキ層の上に形成した金メッキ層とを有する金属材料を用いた。金属材料を大気中で、200℃で1時間熱処理した。 As the metal material, a metal material having a copper base material, a nickel-phosphorous plating layer formed on the copper base material, and a gold plating layer formed on the nickel-phosphorous plating layer was used. The metal material was heat-treated at 200 ° C. for 1 hour in the air.
熱処理した金属材料を、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン水溶液に浸漬させた。スピンコーターを用いて余分な液を除き、金属材料の金メッキ層上にシランカップリング剤の薄膜を形成させた。金属材料を100℃で15分間熱処理して、金メッキ層上にシランカップリング剤を固定化した。 The heat-treated metal material was immersed in an aqueous solution of N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane. Excess liquid was removed using a spin coater, and a thin film of a silane coupling agent was formed on the gold plating layer of the metal material. The metal material was heat-treated at 100 ° C. for 15 minutes to immobilize the silane coupling agent on the gold plating layer.
得られた、金メッキ層上にシランカップリング剤層が固定化された金属材料に、エポキシ樹脂を175℃、7MPaにてトランスファー成形して接合した。得られた接合体を180℃で2時間ポストキュアした後、接合体の接合強度を圧縮試験機にて測定した。接合体の接合強度は3回の測定値の平均として求めた。得られた接合体の接合強度は、16.0MPaであった。 An epoxy resin was transfer molded at 175 ° C. and 7 MPa and bonded to the obtained metal material having a silane coupling agent layer immobilized on a gold plating layer. After the obtained bonded body was post-cured at 180 ° C. for 2 hours, the bonding strength of the bonded body was measured with a compression tester. The joint strength of the joined body was determined as an average of three measurements. The joint strength of the obtained joined body was 16.0 MPa.
(実施例2)
金属材料の熱処理温度を200℃から250℃に変更した以外は実施例1と同様にして接合体を得た。得られた接合体の接合強度は、23.6MPaであった。
(Example 2)
A joined body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature of the metal material was changed from 200 ° C to 250 ° C. The joint strength of the obtained joined body was 23.6 MPa.
(実施例3)
金属材料の熱処理温度を200℃から300℃に変更した以外は実施例1と同様にして接合体を得た。得られた接合体の接合強度は、28.0MPaであった。実施例3において、熱処理前後の金属材料の金メッキ層表面(570μm×570μm)を、FE−AES分析(JEOL社製:JAMP−7830F)にて、下記原子について調べた。FE−AES分析では、金メッキ層の最表面から数nm程度の深さまで分析できる。図2に、ニッケル(Ni)原子についての熱処理前(図2(a))及び熱処理後(図2(b))の表面分析結果を示す。図2(a)及び図2(b)より、熱処理前には、金メッキ層表面にはニッケル原子は存在していなかったが、金属材料を熱処理することで、金メッキ層表面にニッケルが出現したことが確認された。図3に、金(Au)原子についての熱処理前(図3(a))及び熱処理後(図3(b))の表面分析結果を示す。図3(a)及び図3(b)より、熱処理前には、金メッキ層表面には金原子が存在していたが、金属材料を熱処理することで、金メッキ層表面から金原子が減少したことが確認された。図4に、リン(P)原子についての熱処理前(図4(a))及び熱処理後(図4(b))の表面分析結果を示す。図4(a)及び図4(b)より、金属材料の熱処理前後のいずれの場合においても、金メッキ層表面にリン原子は存在しなかったことが確認された。図5に、酸素(O)原子についての熱処理前(図5(a))及び熱処理後(図5(b))の表面分析結果を示す。図5(a)及び図5(b)より、熱処理前には、金メッキ層表面には酸素原子は存在していなかったが、金属材料を熱処理することで、金メッキ層表面に酸素原子が出現し、金メッキ層表面のニッケル原子が酸化又は水酸化されていることが確認された。
Example 3
A joined body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature of the metal material was changed from 200 ° C to 300 ° C. The joint strength of the obtained joined body was 28.0 MPa. In Example 3, the gold plating layer surface (570 μm × 570 μm) of the metal material before and after the heat treatment was examined for the following atoms by FE-AES analysis (manufactured by JEOL: JAMP-7830F). In the FE-AES analysis, analysis can be performed from the outermost surface of the gold plating layer to a depth of about several nm. FIG. 2 shows the surface analysis results of nickel (Ni) atoms before heat treatment (FIG. 2 (a)) and after heat treatment (FIG. 2 (b)). From FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b), nickel atoms did not exist on the gold plating layer surface before heat treatment, but nickel appeared on the gold plating layer surface by heat treatment of the metal material. Was confirmed. FIG. 3 shows the surface analysis results of gold (Au) atoms before heat treatment (FIG. 3A) and after heat treatment (FIG. 3B). From FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b), gold atoms existed on the surface of the gold plating layer before the heat treatment, but the gold atoms decreased from the surface of the gold plating layer by heat treatment of the metal material. Was confirmed. FIG. 4 shows the surface analysis results of phosphorus (P) atoms before the heat treatment (FIG. 4 (a)) and after the heat treatment (FIG. 4 (b)). 4 (a) and 4 (b), it was confirmed that phosphorus atoms were not present on the surface of the gold plating layer in both cases before and after the heat treatment of the metal material. FIG. 5 shows the surface analysis results of oxygen (O) atoms before the heat treatment (FIG. 5 (a)) and after the heat treatment (FIG. 5 (b)). From FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b), oxygen atoms were not present on the surface of the gold plating layer before the heat treatment, but when the metal material was heat treated, oxygen atoms appeared on the surface of the gold plating layer. It was confirmed that nickel atoms on the surface of the gold plating layer were oxidized or hydroxylated.
(実施例4)
金属材料の熱処理温度を200℃から400℃に変更した以外は実施例1と同様にして接合体を得た。得られた接合体の接合強度は、24.0MPaであった。
(Example 4)
A joined body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature of the metal material was changed from 200 ° C to 400 ° C. The joint strength of the obtained joined body was 24.0 MPa.
(比較例)
金属材料を熱処理しなかった以外は実施例1と同様にして接合体を得た。得られた接合体の接合強度は、4.5MPaであった。
(Comparative example)
A joined body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the metal material was not heat-treated. The joint strength of the obtained joined body was 4.5 MPa.
実施例1−4及び比較例の接合体の接合強度を図6に示す。図6より、金属材料を熱処理した実施例1−4の接合体は、金属材料の熱処理を行わなかった比較例の接合体と比較して、接合強度が高かったことが示された。実施例1−4の中でも、実施例2−4の接合体の接合強度がより高かった。 FIG. 6 shows the bonding strengths of the bonded bodies of Examples 1-4 and Comparative Examples. FIG. 6 shows that the bonded body of Example 1-4 in which the metal material was heat-treated had higher bonding strength than the bonded body of the comparative example in which the metal material was not heat-treated. Among Examples 1-4, the joint strength of the joined body of Example 2-4 was higher.
本発明の接合体は、電子部品や自動車部品に用いることができる。 The joined body of the present invention can be used for electronic parts and automobile parts.
1:接合体
2:金属母材
3:第1メッキ層
4:第2メッキ層
5:金属材料
6:シランカップリング剤層
7:樹脂
8:第1メッキ層の金属
1: Bonded body 2: Metal base material 3: First plating layer 4: Second plating layer 5: Metal material 6: Silane coupling agent layer 7: Resin 8: Metal of first plating layer
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