JP6656555B2 - Manufacturing method of metal film-formed product - Google Patents

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Description

本発明は、金属皮膜形成品の製造方法に関する。 The present invention relates to the production how the metal film forming products.

光ファイバコネクタ端末のハーメチックシール(はんだ接続やガラス封着による端末封止)部や、電気接点用金属端子表面への貴金属皮膜形成においては、断面形状が円形や多角形の基材の表面への部分的な金属皮膜形成が求められる。例えば、光ファイバコネクタにおいては、円筒形状のガラスファイバの端末に金膜を形成し、コバール合金などのシールリングと位置合わせし、はんだ接合や溶融ガラスにより封止される。また、電気接点用コネクタ端子では、オス端子は断面が円形のロッド形状であり、メス端子と接触する部分に、低接触抵抗の金膜を形成する。   In the formation of precious metal films on the hermetic seal (terminal sealing by solder connection or glass sealing) of optical fiber connector terminals and on the surface of metal terminals for electrical contacts, the cross-sectional shape of the substrate on a circular or polygonal substrate Partial metal film formation is required. For example, in an optical fiber connector, a gold film is formed at the end of a cylindrical glass fiber, aligned with a seal ring of Kovar alloy or the like, and sealed with solder bonding or molten glass. In the electrical contact connector terminal, the male terminal has a rod shape with a circular cross section, and a low contact resistance gold film is formed in a portion that contacts the female terminal.

これら基材の表面に金属皮膜を形成するための従来技術としては、電気めっき法や化学めっき法(無電解めっき法)及び気相成膜法などがある。電気めっき法は主に導電性金属表面への成膜法であり、また化学めっき法は、金属表面や非導電性の樹脂表面へ成膜する方法として知られる。これらはいずれも湿式の成膜法である。一方、気相成膜法として実用されている方法には、蒸着やスパッタリング、CVD(Chemical Vapor Deposition)がある。湿式の電気めっき法や化学めっき法は、多くの化学薬品を使用し、また表面清浄化のために大量の水洗水を使用するため、河川などへの水質環境汚染の問題がある。気相成膜法は非湿式法であるため、上記湿式法の問題点は無いが、大型で高価な真空チャンバーを用いるなど、設備費用が嵩む問題がある。   Conventional techniques for forming a metal film on the surface of these substrates include an electroplating method, a chemical plating method (electroless plating method), and a vapor deposition method. The electroplating method is mainly a method of forming a film on a conductive metal surface, and the chemical plating method is known as a method of forming a film on a metal surface or a nonconductive resin surface. These are all wet film forming methods. On the other hand, methods practically used as a vapor phase film formation method include vapor deposition, sputtering, and CVD (Chemical Vapor Deposition). The wet electroplating method and the chemical plating method use many chemicals and use a large amount of washing water for surface cleaning, and thus have a problem of environmental pollution of water to rivers and the like. Since the vapor phase film forming method is a non-wet method, there is no problem of the above-mentioned wet method, but there is a problem that equipment costs increase, such as using a large and expensive vacuum chamber.

また、これら湿式法および化学気相法による成膜法の最大の課題は、基材への選択的な部分成膜が非常に困難なことにある。例えば、半導体デバイスにおいては、電極パッド接合部へのオンデマンド微小部めっき(必要とする箇所(微小部)にのみ、めっきすること)を行う場合、めっきマスクの形成や剥離など、成膜以外のプロセスがあり非常に高価となる。特に、気相成膜においては、部分成膜のためにメタルマスクを使用する方法があるが、マスクに付着した貴金属の回収が必要となる。また、光ファイバなどの基材がガラスの場合は、めっき表面を粗化した基板にパラジウム触媒を付着させて化学めっきを行う方法が用いられている。このような、湿式めっき法を用いた部分成膜においては、化学処理工程、洗浄工程および廃液処理工程などの各処理工程における設備(処理液、処理槽など)がそれぞれ必要となる問題もある。さらに、化学めっき法では、めっきレジスト膜からの微量の溶出物が、正常な化学めっき液反応を停止させることがあり、コストの面だけでなく、プロセス上も部分的なめっきが困難である。この他に、電気めっき法においては、基材の表面に部分的に金属皮膜を形成するためには、専用のめっきレジスト処理設備(例えば半導体プロセスにおけるフォトレジスト工程)と工程が必要となる。   The biggest problem of the film forming method by the wet method and the chemical vapor method is that it is very difficult to selectively form a partial film on a substrate. For example, in a semiconductor device, when performing on-demand micro-part plating (plating only at a required part (micro-part) only) on an electrode pad joint, a method other than film formation such as formation or peeling of a plating mask is used. The process is very expensive. In particular, in vapor phase film formation, there is a method of using a metal mask for partial film formation, but it is necessary to recover a noble metal attached to the mask. When the base material such as an optical fiber is glass, a method of performing chemical plating by attaching a palladium catalyst to a substrate having a roughened plating surface is used. In such partial film formation using the wet plating method, there is a problem that equipment (a processing liquid, a processing tank, etc.) in each processing step such as a chemical processing step, a cleaning step, and a waste liquid processing step is required. Further, in the chemical plating method, a trace amount of eluted substance from the plating resist film may stop a normal reaction of the chemical plating solution, and it is difficult to perform partial plating not only in terms of cost but also in the process. In addition, in the electroplating method, dedicated plating resist processing equipment (for example, a photoresist process in a semiconductor process) and a process are required to partially form a metal film on the surface of the base material.

最近、上記湿式法および化学気相法による成膜法以外の成膜法として、金属ナノ粒子を用いて金属や非導電性材料の基材表面に金属皮膜を形成する方法が注目されている。この方法は、基材の表面に部分的に金属ナノ粒子インク(ペースト)を塗布してから、炉焼成やレーザ焼結法により、金属皮膜を基材上に部分的に形成する方法である。金属ナノ粒子ペーストはインクジェット印刷や、ディスペンサーによる部分塗布性に優れ、また金属の融点以下の低温で焼結できる特徴がある。特にレーザ焼結法は、炉焼成と比較して、1秒以下の時間で焼結でき、また焼結膜の膜質もボイドが少ない点で優れるなどの特徴がある。また、炉焼成法は通常230‐300℃の温度で、1時間程度加熱する必要があり、基材の酸化などの問題があるが、レーザ焼結法は、短時間で焼結が完結するために、基材の酸化が起りにくい利点がある。   Recently, as a film forming method other than the film forming method by the wet method and the chemical vapor method, a method of forming a metal film on a substrate surface of a metal or a non-conductive material using metal nanoparticles has attracted attention. In this method, a metal nanoparticle ink (paste) is partially applied to the surface of a base material, and then a metal film is partially formed on the base material by furnace firing or laser sintering. The metal nanoparticle paste has features of being excellent in ink jet printing and partial applicability by a dispenser, and capable of being sintered at a low temperature equal to or lower than the melting point of the metal. In particular, the laser sintering method is characterized in that it can be sintered in less than one second as compared with furnace sintering, and that the quality of the sintered film is excellent in that there are few voids. Furnace sintering usually requires heating at a temperature of 230-300 ° C. for about one hour, and has problems such as oxidation of the base material. However, laser sintering is a method that completes sintering in a short time. In addition, there is an advantage that oxidation of the substrate hardly occurs.

このレーザ焼結法は、金属ナノ粒子ペーストの光学特性を利用した成膜法でもある。レーザの波長には、金属ナノ粒子ペーストと基材に対して、最適な吸収率を持つ波長を選定することで、ボイドが無く、基材との密着性に優れた金属皮膜を基材上に形成することができる。照射されたレーザ光は、一部が金属ナノ粒子ペーストに吸収されるが、一部は基材まで透過して基材表面を加熱昇温することで、金ナノ粒子ペーストは基材表面から金属結晶へのバルク化を開始する。このために金属基材の場合、金属原子と金属ナノ粒子の相互熱拡散を、金属ナノ粒子のバルク化と同時に生起させ、界面での高い密着性を得ることができる。特に金属ナノ粒子に対してより吸収率が低い近赤外光の波長のレーザ光を照射することで、レーザ光を基板に吸収させて基板側から加熱、焼結を生起させ、焼結膜と基材との高い密着性を得ることができる。   This laser sintering method is also a film forming method utilizing the optical characteristics of the metal nanoparticle paste. By selecting the wavelength of the laser that has the optimal absorptance for the metal nanoparticle paste and the substrate, a metal film with no voids and excellent adhesion to the substrate is formed on the substrate. Can be formed. The irradiated laser light is partially absorbed by the metal nanoparticle paste, but is partially transmitted to the base material and heats and raises the temperature of the base material surface. Start bulking into crystals. For this reason, in the case of a metal substrate, mutual thermal diffusion of metal atoms and metal nanoparticles occurs simultaneously with the bulking of the metal nanoparticles, and high adhesion at the interface can be obtained. In particular, by irradiating the metal nanoparticles with laser light having a wavelength of near-infrared light having a lower absorptance, the laser light is absorbed by the substrate, heating and sintering occur from the substrate side, and the sintered film and the base High adhesion to the material can be obtained.

このような、乾式のレーザ焼結法によれば、電気めっきや化学めっき法のような、大型の設備が不要であり、また基材表面へのめっきマスクを形成することなく、局所的に皮膜できるため、貴金属などの使用量を低減でき、低コストで密着性の高い金属皮膜形成品を得ることができる。レーザ焼結法を用いた金属皮膜形成品の製造方法は、例えば下記特許文献1および非特許文献1に記載されている。   According to such a dry laser sintering method, a large-scale facility such as electroplating or chemical plating is not required, and a film is locally formed without forming a plating mask on a substrate surface. Therefore, the amount of noble metal used can be reduced, and a low-cost, highly adherent metal film-formed product can be obtained. A method for manufacturing a metal film-formed product using a laser sintering method is described in, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 below.

特許文献1には、母材金属の表面に貴金属めっきを行う金属皮膜形成方法であって、前記母材金属の表面にレーザビームを照射して前記母材金属に形成されている不働態膜の分解除去を行う表面活性化工程、前記不働態膜の分解除去を行った前記母材金属の表面に貴金属ナノ粒子を溶媒に分散させた貴金属ナノ粒子分散液を塗布する貴金属ナノ粒子分散液塗布工程、前記母材金属の表面に塗布された前記貴金属ナノ粒子分散液にレーザビームを照射して前記貴金属ナノ粒子を焼結する貴金属ナノ粒子焼結工程を含むことを特徴とする金属皮膜形成方法である。   Patent Literature 1 discloses a method for forming a metal film on a surface of a base metal by plating a noble metal on a surface of the base metal, and irradiating a laser beam to the surface of the base metal to form a passive film formed on the base metal. A surface activation step of decomposing and removing, and a noble metal nanoparticle dispersion liquid coating step of applying a noble metal nanoparticle dispersion liquid in which noble metal nanoparticles are dispersed in a solvent to the surface of the base metal on which the passive film has been decomposed and removed. A method for forming a metal film, comprising: a noble metal nanoparticle sintering step of sintering the noble metal nanoparticles by irradiating a laser beam to the noble metal nanoparticle dispersion applied to the surface of the base metal. is there.

また、上記特許文献1は、前記表面活性化工程の前に、前記母材金属の表面に撥液剤をコーティングする撥液剤コーティング工程を有し、前記表面活性化工程は、さらに、前記母材金属の表面にコーティングされた前記撥液剤を分解除去することにより前記貴金属ナノ粒子分散液の塗布領域を限定するものであることを特徴とする金属皮膜形成方法である。基材表面に分散剤を塗布し、その後レーザ照射によって撥水剤を部分的に除去することで、金属ナノ粒子分散液は撥水剤を除去した箇所に選択的に塗布することができ、基材への部分的な金属ナノ粒子レーザ焼結膜の形成が可能となる。   Further, Patent Document 1 has a liquid repellent coating step of coating a liquid repellent on the surface of the base metal before the surface activation step, and the surface activation step further includes the base metal. A method for forming a metal film, wherein the application area of the noble metal nanoparticle dispersion is limited by decomposing and removing the liquid repellent coated on the surface of the metal film. By applying a dispersant on the surface of the base material and then partially removing the water repellent by laser irradiation, the metal nanoparticle dispersion can be selectively applied to the locations where the water repellent has been removed. It becomes possible to partially form a laser sintered film of metal nanoparticles on a material.

特許第5760060号Patent No. 5760060

前川克廣ら(2012). プリンテッドエレクトロニクス用レーザ焼結技術:銀ナノ粒子ペーストを用いた微細配線および機能性膜形成 エレクトロニクス実装学会誌, 15〔1〕, 96‐105.Katsuhiro Maekawa et al. (2012). Laser sintering technology for printed electronics: Fine wiring and functional film formation using silver nanoparticle paste Journal of Japan Institute of Electronics Packaging, 15 [1], 96-105.

以下に、本発明が解決しようとする課題を説明する。上述した特許文献1および非特許文献1で用いるレーザ線源は、いずれも基板に投影されるレーザビームの形状がスポットビームと呼ばれる円形のビームである。円形ビームの直径であるスポット径は、レーザの集光レンズの焦点における理論値で示される。スポットビームでは、エネルギー強度分布は、ビームの中心がよりエネルギーが高く、スポット外周に向かってエネルギーが低下するガウス分布となる。このスポットビームレーザを用いて、断面が円形や角形の基材表面に、部分的に金属ナノ粒子焼結膜を形成する場合、側面に対してレーザ光の照射を複数回に分けて実施しなければならず、その結果、焼結膜の膜厚および膜質が、焼結膜全体で均一にならないという課題があった。   Hereinafter, problems to be solved by the present invention will be described. Each of the laser beam sources used in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 described above is a circular beam in which the shape of the laser beam projected onto the substrate is called a spot beam. The spot diameter, which is the diameter of the circular beam, is indicated by a theoretical value at the focal point of the laser condenser lens. In a spot beam, the energy intensity distribution is a Gaussian distribution in which the energy is higher at the center of the beam and decreases toward the outer periphery of the spot. When a metal nanoparticle sintered film is partially formed on the surface of a base material having a circular or square cross section using this spot beam laser, laser light irradiation must be performed on the side surface in multiple parts. However, as a result, there is a problem that the thickness and quality of the sintered film are not uniform over the entire sintered film.

本発明は、上記事情に鑑み、金属粒子を含む分散液を基材の表面に塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜にレーザ光を照射して金属粒子の焼結膜を得るレーザ焼結技術(レーザめっき技術)において、皮膜全体の膜厚および膜質が均一であり、かつ、皮膜と基材との密着性に優れた金属皮膜形成品の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a laser sintering method in which a dispersion containing metal particles is applied to the surface of a substrate to form a coating film, and the coating film is irradiated with laser light to obtain a sintered film of metal particles. in technology (laser plating technique), a uniform overall thickness and quality film, and aims to provide a manufacturing how the metal coating formed article having excellent adhesion to the coating and the substrate.

本発明に係る金属皮膜形成品の製造方法は、上記目的を達成するため、塗布膜に照射するレーザ光として、環状の集光部を有するリングビームと、該リングビームの中心に、点状の集光部を有するスポットビームを有するレーザ光を用いる構成とした。 In order to achieve the above object, the method for manufacturing a metal film-formed product according to the present invention includes, as laser light applied to the coating film, a ring beam having an annular condensing portion , A configuration using a laser beam having a spot beam having a condensing portion was adopted .

本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。   More specific configurations of the present invention are described in the claims.

本発明によれば金属粒子を含む分散液を基材の表面に塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜にレーザ光を照射して金属粒子の焼結膜を得るレーザ焼結技術において、皮膜全体の膜厚および膜質が均一であり、かつ、皮膜と基材との密着性に優れた金属皮膜形成品の製造方法および金属皮膜形成品を提供することができる。   According to the present invention, in a laser sintering technique of applying a dispersion containing metal particles to the surface of a substrate to form a coating film, and irradiating the coating film with laser light to obtain a sintered film of metal particles, It is possible to provide a method for producing a metal film-formed product having a uniform film thickness and film quality as a whole, and excellent adhesion between the film and the substrate, and a metal film-formed product.

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the following description of the embodiments.

本発明に係る金属皮膜形成品の製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the metal film formation product which concerns on this invention. 本発明に係る金属皮膜形成品の製造方法の他の例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the other example of the manufacturing method of the metal film formation product which concerns on this invention. 図2のフローの一部(S21〜S23)を断面図とともに詳述するフロー図である。FIG. 3 is a flowchart illustrating in detail a part (S21 to S23) of the flow in FIG. 2 together with a cross-sectional view. リングビームの集光部とそのエネルギー密度分布を模式的に示す図である。It is a figure which shows the condensing part of a ring beam, and its energy density distribution typically. リングビームとスポットビームを組み合わせたビームの集光部を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the beam condensing part which combined the ring beam and the spot beam. 塗布膜が形成された基材の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the base material in which the coating film was formed. 塗布膜が形成された基材の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the base material in which the coating film was formed. 平板状基材と分散液の液滴を模式的に示す図である。It is a figure which shows the flat-plate-shaped base material and the droplet of the dispersion liquid typically. 本発明に係る金属皮膜形成品の一例(金属端子)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example (metal terminal) of the metal film formation product which concerns on this invention. 実施例1におけるレーザ光の光学系を示す断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an optical system of laser light according to the first embodiment. 実施例1におけるレーザ照射工程における純銅製端子(ロッド状端子)およびスズマイクロ粒子焼結膜を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a pure copper terminal (rod-shaped terminal) and a tin microparticle sintered film in a laser irradiation step in Example 1. 実施例1におけるレーザ照射工程において用いる不活性ガス雰囲気セルを示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an inert gas atmosphere cell used in a laser irradiation step in Example 1. 実施例1における塗布膜形成工程後のロッド状端子を示す写真である。4 is a photograph showing a rod-shaped terminal after a coating film forming step in Example 1. 実施例1におけるレーザ照射工程後のロッド状端子(基材の先端部)を示す写真である。4 is a photograph showing a rod-shaped terminal (tip portion of a base material) after a laser irradiation step in Example 1. 実施例1におけるレーザ照射工程後のロッド状端子(塗布膜の中央部)を示す写真である。4 is a photograph showing a rod-shaped terminal (a central portion of a coating film) after a laser irradiation step in Example 1. 実施例1におけるレーザ照射工程後のロッド状端子(塗布膜の下部)を示す写真である。4 is a photograph showing a rod-shaped terminal (below a coating film) after a laser irradiation step in Example 1. 図13Bの断面観察写真である。It is a cross-sectional observation photograph of FIG. 13B. 実施例2で作製した光ファイバの側面の観察写真である。4 is an observation photograph of a side surface of the optical fiber manufactured in Example 2.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[金属皮膜形成品の製造方法]
図1は本発明に係る金属皮膜形成品の製造方法の一例を示すフロー図であり、図2は本発明に係る金属皮膜形成品の製造方法の他の例を示すフロー図である。図1に示すように、本発明に係る金属皮膜形成品の製造方法は、金属粒子と溶媒を混合し、金属粒子分散液を作製する金属粒子分散液作製工程(S10)と、この金属粒子分散液を、基材の表面に塗布して、塗布膜を得る塗布膜形成工程(S11)と、塗布膜にレーザ光を照射して上記金属粒子の焼結膜を得るレーザ光照射工程(S12)とを必須の工程として有する。また、図2に示すように、塗布膜形成工程とレーザ光照射工程の間に、基材の表面に塗布した塗布膜を加熱して分散液に含まれる溶媒を乾燥除去する乾燥工程(S22)を有していても良い。以下、図2の乾燥工程を有するフロー図に沿って、各工程について詳述する。
[Production method of metal film-formed product]
FIG. 1 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing a metal film-formed product according to the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating another example of a method for manufacturing a metal film-formed product according to the present invention. As shown in FIG. 1, the method for producing a metal film-formed product according to the present invention includes a metal particle dispersion production step (S10) of mixing metal particles and a solvent to produce a metal particle dispersion, A coating film forming step of applying the liquid to the surface of the base material to obtain a coating film (S11); and a laser beam irradiation step of irradiating the coating film with a laser beam to obtain a sintered film of the metal particles (S12). As an essential step. Further, as shown in FIG. 2, between the coating film forming step and the laser beam irradiation step, a drying step of heating the coating film applied to the surface of the substrate to dry and remove the solvent contained in the dispersion (S22). May be provided. Hereinafter, each step will be described in detail with reference to the flowchart having the drying step in FIG.

(1)金属粒子分散液作製工程(S20)
金属粒子分散液作製工程では、基材に形成する金属皮膜の原料となる金属粒子と、この金属粒子を分散させる溶媒を混合し、金属粒子分散液(インク)を得る。金属粒子分散液には、必要に応じて、粒子結合剤(バインダー)や粘度調整剤が更に添加されていてもよい。金属粒子としては、金属皮膜形成品の用途を考慮し、後述するレーザ光照射工程において焼結可能なものを選択することができる。具体的には、Sn(スズ)Cu(銅)、Au(金)およびAg(銀)のナノ粒子およびマイクロ粒子を用いることができる。金属ナノ粒子を用いる場合、市販されている平均粒径5〜30nm(5nm以上30nm以下)のナノ粒子を用いることができる。一般に、表面エネルギーの高い金属ナノ粒子を分散液中(溶媒中)で凝集することなく安定に保つために、金属ナノ粒子表面には、金属ナノ粒子と化学結合した有機化合物の単分子膜が形成されている。
(1) Metal particle dispersion production step (S20)
In the metal particle dispersion production step, metal particles serving as a raw material of a metal film to be formed on a substrate and a solvent for dispersing the metal particles are mixed to obtain a metal particle dispersion (ink). If necessary, a particle binder (binder) or a viscosity modifier may be further added to the metal particle dispersion. As the metal particles, those that can be sintered in the laser light irradiation step described later can be selected in consideration of the use of the metal film-formed product. Specifically, Sn (tin) Cu (copper), Au (gold), and Ag (silver) nanoparticles and microparticles can be used. When metal nanoparticles are used, commercially available nanoparticles having an average particle diameter of 5 to 30 nm (5 nm to 30 nm) can be used. In general, a monomolecular film of an organic compound chemically bonded to a metal nanoparticle is formed on the surface of the metal nanoparticle to keep the metal nanoparticle having a high surface energy stable without agglomeration in a dispersion liquid (in a solvent). Have been.

基材がレーザ光を吸収しないガラスファイバなどの透明な素材の場合、金属粒子として、基材の成分であるシリカでコーティングされたシリカコートナノ粒子を用いることができる。シリカの薄膜に覆われたシリカコートナノ粒子に近赤外光の波長のレーザ光を照射すると、シリカコートが破壊されてナノ粒子が焼結し、シリカコートを構成するシリカの焼結膜を介して、金属粒子焼結膜とガラスなどの基材が接合することが可能となり、高い密着性を得ることができる。   When the substrate is a transparent material such as a glass fiber that does not absorb laser light, silica-coated nanoparticles coated with silica, which is a component of the substrate, can be used as the metal particles. When a silica-coated nanoparticle covered with a silica thin film is irradiated with laser light having a wavelength of near-infrared light, the silica coat is destroyed and the nanoparticle sinters, and passes through a sintered silica film constituting the silica coat. In addition, a metal particle sintered film and a substrate such as glass can be joined, and high adhesion can be obtained.

また、金属粒子として、マイクロ粒子も用いることができる。ナノ粒子に分散剤を形成するためには特別な工夫が必要であるため、ナノ粒子を用いることは製造コストが上昇する一因となるが、マイクロ粒子には、ナノ粒子のような分散剤が不要であるため、製造コストを抑えることができる。   Also, microparticles can be used as the metal particles. Since special measures are required to form a dispersant on nanoparticles, the use of nanoparticles contributes to an increase in manufacturing cost.However, microparticles have a dispersant like nanoparticles. Since it is unnecessary, the manufacturing cost can be reduced.

さらに、マイクロ粒子を用いる場合、一回の塗布で形成可能な塗布膜の膜厚がナノ粒子を用いる場合と比較して大きいため、膜厚の大きい塗布膜を得る場合の塗布回数を低減することができ、コストを低減することができるという効果も得られる。ナノ粒子では、塗布膜厚を厚くするとレーザ照射前の乾燥において、溶剤が乾燥しきれず残るために緻密なレーザ焼結膜を得ることが困難である。これに対してマイクロ粒子では、粒子間の隙間が大きいために、乾燥が容易なことから、厚膜塗布が可能で一回の塗布で厚いレーザ焼結膜の形成が可能である。金属ナノ粒子では、一回の金属ナノ粒子インクの塗布で形成可能なレーザ焼結膜厚は0.5μm程度である。これに対して、例えば平均粒子径1μmの銅マイクロ粒子インクでは、最大20μmのレーザ焼結膜を一回の塗布で形成できる。   Furthermore, when using microparticles, the thickness of a coating film that can be formed in one application is larger than when using nanoparticles, so the number of coatings when obtaining a coating film with a large thickness should be reduced. And the effect that the cost can be reduced can be obtained. When the coating thickness of the nanoparticles is increased, the solvent cannot be completely dried and remains in the drying before laser irradiation, so that it is difficult to obtain a dense laser sintered film. On the other hand, in the case of microparticles, since the gap between the particles is large, drying is easy, so that a thick film can be applied, and a thick laser sintered film can be formed by one application. In the case of metal nanoparticles, the laser sintered film thickness that can be formed by one application of the metal nanoparticle ink is about 0.5 μm. On the other hand, for example, with a copper microparticle ink having an average particle diameter of 1 μm, a laser sintered film having a maximum of 20 μm can be formed by one application.

マイクロ粒子の平均粒径は1〜3μmであることが好ましい。1μm未満では、上述した塗布回数の低減の効果を顕著に得ることができず、また3μmより大きいと、後述するレーザ光照射工程にて焼結させることが困難となる。   The average particle size of the microparticles is preferably 1 to 3 μm. If it is less than 1 μm, the effect of reducing the number of times of application described above cannot be obtained remarkably, and if it is more than 3 μm, it becomes difficult to perform sintering in a laser beam irradiation step described later.

上記金属マイクロ粒子を分散させる溶媒としては、特に限定は無いが、後述する乾燥工程の加熱処理(80〜150℃程度)において、容易に蒸発するものが好ましい。具体的には、エタノール(沸点:78.3℃)およびメタノール(沸点:64.5℃)等の有機溶媒が好ましい。   The solvent in which the metal microparticles are dispersed is not particularly limited, but is preferably a solvent that easily evaporates in a heat treatment (about 80 to 150 ° C.) in a drying step described later. Specifically, organic solvents such as ethanol (boiling point: 78.3 ° C.) and methanol (boiling point: 64.5 ° C.) are preferred.

分散液には、金属粒子および有機溶媒のほか、添加剤として粒子結合剤及び粘度調整剤を含むこともできる。これらの添加剤は、後述する乾燥工程(S22)の加熱処理で乾燥除去されるか、またはレーザ光照射工程(S23)において、完全に分解する低沸点(350℃以下)の溶媒や、低分子量(10,000以下)の有機化合物を用いることが好ましい。具体的には、粒子結合剤としてはエチルセルロース(分子量1,000〜3,000)を、粘度調整剤としてはデカノール(沸点:231℃)またはヒマシ油(沸点:313℃)を効果的に用いることができる。   In addition to the metal particles and the organic solvent, the dispersion may also contain a particle binder and a viscosity modifier as additives. These additives are dried and removed by a heat treatment in a drying step (S22) to be described later, or a solvent having a low boiling point (350 ° C. or lower) that completely decomposes in a laser beam irradiation step (S23), or a low molecular weight. It is preferable to use (10,000 or less) organic compounds. Specifically, ethyl cellulose (molecular weight: 1,000 to 3,000) is effectively used as a particle binder, and decanol (boiling point: 231 ° C.) or castor oil (boiling point: 313 ° C.) is effectively used as a viscosity modifier. Can be.

(2)塗布膜形成工程(S21)
図3は図2のフローの一部(S21〜S23)を断面図とともに詳述するフロー図である。図3に示すように、作製した分散液を、基材1aに塗布して塗布膜2を形成する。塗布方法は、特に限定はなく、インクジェット法、ディップコート法およびディスペンサー法などの各種のインク塗布法を用いることができる。分散液の塗布量は、後述するレーザ光照射工程(S23)後に得られる焼結膜に必要とされる厚さに応じて決定する。また、塗布膜形成工程(S21)の前に、塗布エリアからの分散液の広がりを抑制するために、予め基材1aに撥水剤処理を施してもよい。撥水剤には、シリコーン系の離型剤のほか、フッ素系の離型剤も使用することができる。
(2) Coating film forming step (S21)
FIG. 3 is a flowchart illustrating a part (S21 to S23) of the flow in FIG. 2 in detail together with a sectional view. As shown in FIG. 3, the prepared dispersion is applied to a substrate 1a to form a coating film 2. The application method is not particularly limited, and various ink application methods such as an inkjet method, a dip coating method, and a dispenser method can be used. The application amount of the dispersion is determined according to the thickness required for the sintered film obtained after the laser light irradiation step (S23) described later. Before the coating film forming step (S21), the base material 1a may be subjected to a water repellent treatment in advance in order to suppress the spread of the dispersion from the coating area. As the water repellent, a fluorine-based release agent can be used in addition to a silicone-based release agent.

基材1aの形状としては、その表面の全周に沿って、後述するレーザ光照射工程で用いるリングビームを照射することが可能な形状を有するものが好適である。すなわち、リングビームの集光部の径を沿わせることが可能な表面を有する曲面体を好ましく用いることができる。このような形状を有する基材を用いるときに、本発明の効果を十分に発揮することができる。曲面体の基材として、より具体的には、円柱状(ロッド状)の基材、中空円筒状の基材(円柱状基材の内部が中空の基材)および円錐状の基材等を好ましく用いることができる。   As the shape of the base material 1a, a shape having a shape capable of irradiating a ring beam used in a laser light irradiation step described later is preferable along the entire periphery of the surface. That is, a curved body having a surface capable of adjusting the diameter of the converging portion of the ring beam can be preferably used. When a substrate having such a shape is used, the effects of the present invention can be sufficiently exerted. More specifically, as the substrate having a curved surface, a columnar (rod-shaped) substrate, a hollow cylindrical substrate (a substrate having a hollow cylindrical interior), a conical substrate, and the like can be used. It can be preferably used.

また、基材1aとして、四角柱などの多面体の基材を用いることもできる。多面体の基材の場合、基材表面の塗布膜の全周に沿ってリングビームを照射することはできず、基材の周に沿ってレーザが照射される部分とレーザが照射されない部分が生じるが、レーザが照射される部分からの熱伝導によって、レーザが照射されない部分の塗布膜も焼結される。この結果、上述した曲面体の基材と同様に、基材の表面に形成された塗布膜の全周において、膜厚および膜質が均一な焼結膜を得ることができる。さらに、基材1aとして球体の基材および平板状基材を用いることもできる。以下の説明では、基材1aを中空円筒状の基材とする。   In addition, a polyhedral base material such as a quadrangular prism can be used as the base material 1a. In the case of a polyhedral base material, the ring beam cannot be irradiated along the entire circumference of the coating film on the base material surface, and there are portions irradiated with laser and portions not irradiated with laser along the circumference of the base material However, due to heat conduction from the portion irradiated with the laser, the coating film in the portion not irradiated with the laser is also sintered. As a result, as in the case of the above-mentioned curved substrate, a sintered film having a uniform thickness and film quality can be obtained over the entire periphery of the coating film formed on the surface of the substrate. Further, a spherical base material and a flat base material can be used as the base material 1a. In the following description, the substrate 1a is a hollow cylindrical substrate.

(3)乾燥工程(S22)
次に、塗布膜2を加熱して塗布膜2に含まれる溶媒を乾燥除去する。乾燥温度は、溶媒の沸点以上の温度で、分散液の沸点未満の温度(金属粒子の焼結が始まらない温度)が好ましい。乾燥温度を金属粒子の融点より高い温度(例えば、300℃以上)とすると、レーザ光照射前に分散液中の金属粒子が焼結する結果、レーザ光照射後に得られる焼結膜中にボイドが発生して緻密な焼結膜を得ることができず、この結果基材とレーザ焼結膜との密着性が低下する。
(3) Drying step (S22)
Next, the coating film 2 is heated to dry and remove the solvent contained in the coating film 2. The drying temperature is preferably a temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent and lower than the boiling point of the dispersion (a temperature at which sintering of the metal particles does not start). If the drying temperature is set to a temperature higher than the melting point of the metal particles (for example, 300 ° C. or higher), the metal particles in the dispersion liquid are sintered before the laser light irradiation, so that voids are generated in the sintered film obtained after the laser light irradiation. As a result, a dense sintered film cannot be obtained, and as a result, the adhesion between the substrate and the laser sintered film is reduced.

乾燥後の塗布膜3の膜厚は、上述した塗布膜形成工程で用いる分散液の濃度、塗布する液量により調整することができる。インクの濃度が高く、塗布量が多いほど、乾燥後の塗布膜3の膜厚が大きくなる。   The thickness of the dried coating film 3 can be adjusted by the concentration of the dispersion used in the above-described coating film forming step and the amount of the applied liquid. The higher the ink concentration and the greater the amount of application, the greater the thickness of the coating film 3 after drying.

(4)レーザ光照射工程(S23)
次に、塗布膜にレーザ光を照射して焼結膜を得る。本発明では、レーザ光として、環状の集光部を有する「リングビーム」を用いる。図4Aはリングビームの集光部とそのエネルギー密度分布を模式的に示す図である。図4Aに示すように、リングビームは環状の集光部80を有し、エネルギー密度はリングの外周側寄り(図4A中のA)もしくは内周側寄り(図4A中のB)にピークを持つ強度分布を有する。環状の集光部80内の同一円周内において、エネルギー密度は一定となることから、集光部80が基材表面に形成された塗布膜に沿うようにリングビームを照射すれば、塗布膜の全周において一定の強度のレーザ光を照射することができる。この結果、基材に形成された塗布膜の全周において、膜厚および膜質が均一な焼結膜を得ることができる。本発明において、焼結膜の均一な膜質とは、未焼結部がないこと、膜内部に介在するボイドが無いことおよびピンホールが無いことを意味する。
(4) Laser beam irradiation step (S23)
Next, the coating film is irradiated with laser light to obtain a sintered film. In the present invention, a “ring beam” having an annular condensing portion is used as laser light. FIG. 4A is a diagram schematically showing a condensing portion of a ring beam and its energy density distribution. As shown in FIG. 4A, the ring beam has an annular condensing portion 80, and the energy density has a peak near the outer periphery (A in FIG. 4A) or the inner periphery (B in FIG. 4A) of the ring. It has an intensity distribution. Since the energy density is constant within the same circumference in the annular condensing section 80, if the condensing section 80 irradiates a ring beam along the coating film formed on the base material surface, the coating film Can be irradiated with laser light of a constant intensity over the entire circumference of. As a result, a sintered film having a uniform thickness and quality can be obtained over the entire circumference of the coating film formed on the base material. In the present invention, the uniform film quality of the sintered film means that there is no unsintered portion, there is no void interposed in the film, and there is no pinhole.

図4Bはリングビームとスポットビームを組み合わせたビームの集光部を模式的に示す図である。図4Bに示すように、本発明では、レーザ光として、環状の集光部80を有するリングビームと、点状の集光部81を有するスポットビームを組み合わせて使用してもよい。スポットビームは、点状の集光部を有し、集光部の中央部が最も高いエネルギー密度を有する、ガウシアン分布型のエネルギー密度分布を有する点状の集光ビームである。このようなビームを用いる場合、中空円筒状の基材の外側の表面に形成された塗布膜と、内側の表面に形成された塗布膜を同時に焼結することができる。あるいは、基材の端面に形成された塗布膜と、基材の側面に形成された塗布膜を同時に焼結することができる。リングビームの出力とスポットビームの出力とは、独立して制御することができるため、基材の端面および側面の塗布膜を、それぞれ焼結するのに必要最小限の出力で焼結することが可能となる。この点について、実施例において詳述する。   FIG. 4B is a diagram schematically illustrating a beam condensing portion obtained by combining a ring beam and a spot beam. As shown in FIG. 4B, in the present invention, a ring beam having an annular condensing portion 80 and a spot beam having a point-shaped condensing portion 81 may be used in combination as laser light. The spot beam is a point-shaped condensed beam having a Gaussian distribution type energy density distribution, which has a point-shaped condensing part and the central part of the condensing part has the highest energy density. When such a beam is used, the coating film formed on the outer surface of the hollow cylindrical substrate and the coating film formed on the inner surface can be simultaneously sintered. Alternatively, the coating film formed on the end face of the base material and the coating film formed on the side face of the base material can be simultaneously sintered. Since the output of the ring beam and the output of the spot beam can be controlled independently, it is possible to sinter the coating film on the end face and side face of the base material with the minimum output necessary for sintering, respectively. It becomes possible. This point will be described in detail in Examples.

レーザ光としてリングビームではなく、スポットビームを用いる場合、曲面体、多面体および球体等の基材の表面に形成された塗布膜を焼結させるためには、基材の長さ方向に沿って複数回に渡ってレーザ光を照射(走査)する必要があるが、本発明者らは、このような場合に以下の課題を見出した。   When a spot beam is used as a laser beam instead of a ring beam, in order to sinter a coating film formed on the surface of a base material such as a curved body, a polyhedron, and a sphere, a plurality of pieces are formed along the length direction of the base material. It is necessary to irradiate (scan) the laser light over each time, but the present inventors have found the following problem in such a case.

(1)円周方向に数回に分けてレーザを照射する必要があり、効率が悪い
(2)複数回に分けてレーザ照射したときの、境界部の膜質が異なるため、円周方向に均一な膜質が得られない
(3)複数回のレーザ照射による基材の機械的特性の変化や、酸化劣化などが起こる
(4)基材が金属の場合は、複数回のレーザ照射による金属組織変化(結晶粗大化、金属間化合物の成長など)や熱ダメージによる断線を生ずる
(5)基材が樹脂の場合は、熱ダメージによる変形や溶融断線、燃焼断線を生ずる
(6)基材がガラスや石英などの無機質の場合、溶融変形や断線を生ずる
(7)レーザビーム位置を固定して、基材を回転させて焼結する場合、基材を一回転させることでも円周方向に塗布した金属ナノ粒子膜の焼結は可能であるが、レーザ照射の開始と終了(一回転の始点と終点)の重なる点で焼結膜の不均一な点ができるので、円周方向で均一な膜は得られない。
上述したように、スポットビームを用いて曲面体、多面体および球体等の基材の全周を焼結する場合、2重にレーザ光が照射される箇所や、反対に、2重の照射を避けるようにして照射してレーザ光が照射されない箇所が生じ得る。このような事態が発生すると、基材に形成された塗布膜の全周において、膜厚および膜厚が均一な焼結膜を得ることが困難となる。
(1) It is necessary to irradiate the laser several times in the circumferential direction, and the efficiency is poor. (2) When the laser irradiation is performed in a plurality of times, the film quality of the boundary part is different, so that it is uniform in the circumferential direction. (3) Changes in mechanical properties of the substrate due to multiple laser irradiations, oxidative deterioration, etc. (4) When the substrate is metal, changes in the metal structure due to multiple laser irradiations (Crystal coarsening, growth of intermetallic compounds, etc.) and breakage due to thermal damage. (5) When the base material is resin, deformation, melting breakage, and burnout breakage due to heat damage. In the case of inorganic materials such as quartz, melt deformation or disconnection occurs. (7) When the laser beam position is fixed and the base material is rotated and sintered, the metal applied in the circumferential direction can be obtained by rotating the base material once. Although sintering of nanoparticle films is possible, laser Since morphism start and end can (one rotation of the start and end points) of overlapping uneven points sintered film in terms not uniform film was obtained in the circumferential direction.
As described above, when sintering the entire circumference of a base material such as a curved body, a polyhedron, and a sphere using a spot beam, avoid a double irradiation at a place where laser light is irradiated or, conversely, avoid a double irradiation. Irradiation in this way may result in portions where laser light is not irradiated. When such a situation occurs, it becomes difficult to obtain a sintered film having a uniform thickness and a thickness over the entire circumference of the coating film formed on the base material.

また、基材を固定し、スポットビームを基材の一端から他端へ長手方向に沿って走査するか、または、スポットビームを固定し、基材を基材の長手方向に移動して照射する場合、スポットビームの中心部のエネルギー密度が極端に高く、周辺部のエネルギー密度が低いために、スポットビームのエネルギー密度が低い部分が照射される塗布膜を焼結させようとすると、基材のスポットビームの中心部が照射される部分が溶断する等の問題が生じる。この溶断を防ぐためには、エネルギー密度の高いガウシアン分布の中央部にフィルターを配置し、中央部のエネルギー密度を低下させるなどの工夫が必要になる。   Also, the base material is fixed, and the spot beam is scanned from one end to the other end of the base material along the longitudinal direction, or the spot beam is fixed, and the base material is moved in the longitudinal direction of the base material and irradiated. In the case, since the energy density at the center of the spot beam is extremely high and the energy density at the peripheral portion is low, when an attempt is made to sinter a coating film to be irradiated on a portion where the energy density of the spot beam is low, Problems such as fusing of a portion irradiated with the center of the spot beam occur. In order to prevent this fusing, it is necessary to arrange a filter at the center of the Gaussian distribution having a high energy density to reduce the energy density at the center.

以上説明したように、従来のスポットビームを用いたレーザ焼結法により、曲面体、多面体および球体等の基材に部分的に金属皮膜を形成しようとすると、基材の表面の全周に対して同時にレーザ光を照射することができず、均一な膜厚および膜質を有する焼結膜を得ることができない。本発明者等は、スポットビームレーザ光を、レンズを用いてリングビームに成形することで、曲面体、多面体および球体等の基材の表面の全周を同時に焼結し、膜厚および膜質が均一なレーザ焼結膜を形成できることを見出し、本発明を完成した。リングビームを用いることで、基材の全周において均一なエネルギー密度を有するレーザ光を照射することができるため、上述したようなフィルターを配置する必要は無い。   As described above, when a metal film is partially formed on a base material such as a curved body, a polyhedron, and a sphere by a conventional laser sintering method using a spot beam, the entire surface of the base material may not be covered. As a result, a laser beam cannot be irradiated at the same time, and a sintered film having a uniform film thickness and film quality cannot be obtained. The present inventors formed a spot beam laser beam into a ring beam using a lens, thereby simultaneously sintering the entire circumference of the surface of a base material such as a curved body, a polyhedron, and a sphere, thereby reducing the film thickness and film quality. The inventors have found that a uniform laser sintered film can be formed, and have completed the present invention. By using a ring beam, laser light having a uniform energy density can be emitted over the entire circumference of the base material, and thus it is not necessary to dispose a filter as described above.

リングビームを得るために、図3のフローでは、基材1aへのレーザ光照射工程(S23b)の前に、スポットビーム4をリングビーム7に整形するレーザ光整形工程(ビーム整形工程)(S23a)を有している。リングビームが得られるビーム整形光学素子としては、サブマイクロメートルのピクセルに任意の位相情報を表示し、ビームを透過または反射させて波面形状を制御することができる空間光変調器などがあるが、素子が高価で、かつ高強度なレーザ光の照射で破損する恐れがある。そこで、アキシコンレンズ5と凸レンズ6から構成される光学系を用いてリングビーム7に整形することが好ましい。この光学系によって、高強度なレーザ光の照射やビーム幅の制御が可能となる。   In order to obtain a ring beam, in the flow of FIG. 3, before the laser beam irradiation step (S23b) on the substrate 1a, the laser beam shaping step (beam shaping step) of shaping the spot beam 4 into the ring beam 7 (S23a) )have. As a beam shaping optical element that can obtain a ring beam, there is a spatial light modulator that can display arbitrary phase information on sub-micrometer pixels and transmit or reflect the beam to control the wavefront shape, The element is expensive and may be damaged by irradiation with high-intensity laser light. Therefore, it is preferable to shape the ring beam 7 using an optical system including the axicon lens 5 and the convex lens 6. With this optical system, high-intensity laser light irradiation and beam width control become possible.

図5は塗布膜が形成された基材の一例を示す模式図であり、図6は塗布膜が形成された基材の他の例を示す模式図である。図5では、中空円筒状の基材1aの外側の表面に塗布膜2が形成されている。この場合、リングビーム7の集光部80の内径82と外径83の間に、基材1aの外側の表面に形成された塗布膜2が収まるよう、リングビーム7の位置、基材1aの位置および集光部80のサイズを調整する。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a substrate on which a coating film is formed, and FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another example of a substrate on which a coating film is formed. In FIG. 5, a coating film 2 is formed on the outer surface of a hollow cylindrical substrate 1a. In this case, the position of the ring beam 7 and the position of the base material 1a are adjusted so that the coating film 2 formed on the outer surface of the base material 1a fits between the inner diameter 82 and the outer diameter 83 of the converging portion 80 of the ring beam 7. The position and the size of the light collector 80 are adjusted.

リングビーム7を塗布膜2の全面に照射するために、基材1aまたはリングビーム7を移動して塗布膜2上を集光部80が走査されるようにする。基材1aとリングビーム7のどちらを移動してもよいが、基材1aを移動する方がより簡単で好ましい。基材1aの移動方向は、特に限定は無いが、塗布膜2の、基材1aの端部に重なる端部と反対側の端部(図5の10aの部分)から、塗布膜2の、基材1aの端部に重なる端部(図5の10bの部分)に向かう方向(図5の矢印の方向)とすることが好ましい。塗布膜2の塗布後に乾燥工程を有しない場合、塗布膜の端部10aから塗布膜が流れ、所望のサイズの焼結膜が得られなくなる恐れが生じるが、塗布膜2の端部10aから焼結することで、このような事態を防ぐことができる。   In order to irradiate the entire surface of the coating film 2 with the ring beam 7, the substrate 1a or the ring beam 7 is moved so that the condensing unit 80 scans over the coating film 2. Either the substrate 1a or the ring beam 7 may be moved, but it is easier and preferable to move the substrate 1a. The moving direction of the base material 1a is not particularly limited, but the moving direction of the coating film 2 from the end of the coating film 2 opposite to the end overlapping with the end of the base material 1a (portion 10a in FIG. 5). It is preferable to set the direction (the direction of the arrow in FIG. 5) toward the end (the portion 10b in FIG. 5) overlapping the end of the substrate 1a. If the drying step is not performed after the application of the coating film 2, the coating film may flow from the end 10 a of the coating film, and a sintered film of a desired size may not be obtained. By doing so, such a situation can be prevented.

図6では、中空円筒状の基材の内側の表面に塗布膜が形成されている。この場合、リングビーム7の集光部80の内径82と外径83との間に、基材1aの内側の表面に形成された塗布膜2が収まるよう、リングビーム7の位置、基材1aの位置および集光部80のサイズを調整する。このように、本発明では、円筒形状を有する基材1aの内側の表面にも、均一な膜質および膜厚を有する焼結膜を形成することができる。このように円筒形状の基材の内側に部分的に金属皮膜を形成することは、湿式法および化学気相法のよる成膜法では極めて困難である。基材1aの移動方向は、特に限定は無いが、図5の場合と同様に、塗布膜2の、基材1aの端部に重なる端部と反対側の端部10aから、基材1aの端部に重なる端部10bに向かう方向(図6の矢印方向)とすることが好ましい。   In FIG. 6, a coating film is formed on the inner surface of a hollow cylindrical base material. In this case, the position of the ring beam 7 and the position of the base material 1a are set so that the coating film 2 formed on the inner surface of the base material 1a fits between the inner diameter 82 and the outer diameter 83 of the converging portion 80 of the ring beam 7. And the size of the light collecting unit 80 are adjusted. As described above, according to the present invention, a sintered film having uniform film quality and thickness can be formed on the inner surface of the cylindrical substrate 1a. It is extremely difficult to partially form a metal film inside a cylindrical base material by a film forming method such as a wet method or a chemical vapor method. The direction of movement of the substrate 1a is not particularly limited, but, as in the case of FIG. 5, from the end 10a of the coating film 2 opposite to the end overlapping with the end of the substrate 1a, from the end 10a of the substrate 1a. It is preferable to set the direction toward the end 10b overlapping the end (the direction of the arrow in FIG. 6).

基材が中空円筒状の部材であり、基材の外側の表面および内側の表面の両方に塗布膜を有する場合、図4Bに示すリングビームとスポットビームを組み合わせたレーザ光を用いれば、基材の外側の表面および内側の表面の塗布膜を同時に焼結することができる。すなわち、リングビームによって基材の外側の表面に形成された塗布膜を焼結し、スポットビームによって基材の内側の表面に形成された塗布膜を焼結することができる。基材の外側と内側とを同時に焼結することによって、製造時間を低減することができる。また、曲面体や多面体の基材の端面に塗布膜が形成されている場合、基材の端面に形成された塗布膜と、基材の側面に形成された塗布膜の両方を同時に焼結することができるため、製造時間を低減することができる。   When the base material is a hollow cylindrical member and has a coating film on both the outer surface and the inner surface of the base material, if the laser beam combining the ring beam and the spot beam shown in FIG. The coating film on the outer surface and the inner surface can be simultaneously sintered. That is, the coating film formed on the outer surface of the substrate by the ring beam can be sintered, and the coating film formed on the inner surface of the substrate by the spot beam can be sintered. By simultaneously sintering the outside and inside of the substrate, the production time can be reduced. When a coating film is formed on the end surface of a curved or polyhedral base material, both the coating film formed on the end surface of the base material and the coating film formed on the side surface of the base material are simultaneously sintered. Therefore, the manufacturing time can be reduced.

図7は平板状基材と分散液の液滴を模式的に示す図である。これまでは、中空円筒状の基材を用いた場合の効果について説明したが、以下に基材が平板状である場合の効果について説明する。図7に示すように、平板状の基材1bの表面に分散液を滴下して形成された液滴60の膜厚は、液滴60の周縁部62が中心部61よりも厚くなる。これは、中心部61より周縁部62の溶媒の乾燥が活発に起こり、分散液中の金属粒子が溶媒の乾燥が活発な周縁部に移動するためである(このような現象を、コーヒーリング現象またはコーヒーステイン現象と称される。)。本発明では、レーザ光照射工程において、レーザ光の環状の集光部が、液滴60の周縁62に重なるようにしてレーザ光を液滴60に照射することで、膜厚の厚い外周部に集中してレーザ光を照射できる。ガウシアン分布を持つスポットビームでは、中央部のエネルギー強度が高く、また外周部が低いために、外周部の完全な焼結膜が得られない。リングビームが直接照射されない中心部61は、リングビームが照射される周縁部62からの熱伝導によって焼結される。   FIG. 7 is a diagram schematically showing a flat substrate and droplets of a dispersion. Until now, the effect when the hollow cylindrical base material is used has been described, but the effect when the base material is flat is described below. As shown in FIG. 7, the thickness of the droplet 60 formed by dropping the dispersion liquid on the surface of the flat base material 1 b is larger at the peripheral portion 62 of the droplet 60 than at the central portion 61. This is because the drying of the solvent in the peripheral portion 62 occurs more actively than the central portion 61, and the metal particles in the dispersion liquid move to the peripheral portion where the drying of the solvent is active. Or it is called coffee stain phenomenon.). In the present invention, in the laser light irradiation step, the laser light is applied to the droplet 60 so that the annular condensing portion of the laser light overlaps the peripheral edge 62 of the droplet 60, so that The laser beam can be focused. In the case of a spot beam having a Gaussian distribution, since the energy intensity at the center is high and the energy at the outer periphery is low, a complete sintered film at the outer periphery cannot be obtained. The central portion 61 not directly irradiated with the ring beam is sintered by heat conduction from the peripheral portion 62 to which the ring beam is irradiated.

リングビーム7の波長は、800〜1200nmが好ましい。実用的なレーザ光源として、波長1064nmのネオジムヤグ(Nd:YAG)レーザや、波長532nmのYAGレーザの第2高調波、または波長915nmのレーザダイオード(Laser Diode;LD)レーザなどがあるが、金属粒子分散液に含まれる各々の金属粒子の光の反射、吸収および透過スペクトルデータや、基材1の光の反射および吸収スペクトルデータを考慮して選定することが好ましい。また、レーザ出力モードとして、定常波(CWレーザ)およびパルス波のどちらも使用することができるが、レーザ出力モードで焼結膜の物性が異なるので、金属粒子や基材1の種類に応じて選定することが好ましい。金属粒子としてマイクロ粒子を用いる場合、パルスレーザ光を用いることが好ましい。パルスレーザ光を用いたマイクロ粒子のレーザ焼結の詳細については、例えば、特許第5859075号に詳細に記載されている。   The wavelength of the ring beam 7 is preferably from 800 to 1200 nm. Practical laser light sources include a neodymium yag (Nd: YAG) laser having a wavelength of 1064 nm, a second harmonic of a YAG laser having a wavelength of 532 nm, or a laser diode (Laser Diode; LD) laser having a wavelength of 915 nm. It is preferable to select in consideration of light reflection, absorption, and transmission spectrum data of each metal particle contained in the dispersion liquid, and light reflection and absorption spectrum data of the substrate 1. As the laser output mode, either a standing wave (CW laser) or a pulse wave can be used. However, since the physical properties of the sintered film differ in the laser output mode, the laser beam is selected according to the type of the metal particles and the base material 1. Is preferred. When microparticles are used as metal particles, it is preferable to use pulsed laser light. The details of laser sintering of microparticles using pulsed laser light are described in detail, for example, in Japanese Patent No. 5859075.

上述した本発明に係る金属皮膜形成品の製造方法によれば、従来のめっきで必要であった化学処理、洗浄工程、廃液処理等が不要となり、金属皮膜の原料使用量の削減も期待できる。従来技術として、リングビームを用いた基材の溶接や熱処理については知られているが、リングビームを用いて基材上に金属皮膜(焼結膜)を形成することは、従来には無い新規な方法である。以下に、参考としてリングビームを用いた金属部材の加工に関する文献について記載する。   According to the method for producing a metal film-formed product according to the present invention described above, chemical treatment, cleaning step, waste liquid treatment, and the like, which are required for conventional plating, are not required, and a reduction in the amount of raw material used for the metal film can be expected. As a conventional technique, welding and heat treatment of a base material using a ring beam are known. However, forming a metal film (sintered film) on a base material using a ring beam is a novel and unprecedented technique. Is the way. The following describes a reference regarding processing of a metal member using a ring beam as a reference.

参考文献1:特開2010‐194558号公報、参考文献2:特開2013‐75331号公報、参考文献3:特開2004‐291031号公報、参考文献4:特開2004‐291031号公報、参考文献5:荒谷雄(2014). はじめてのレーザ溶接(はじめての溶接シリーズ), 産報出版,84‐85.、参考文献6:レーザによる円筒形樹脂ノズルの溶着, 浜松工業技術センター研究成果事例集, 平成18年度発行(H17年度研究分), 32、参考文献7:レーザプラットフォーム協議会編(2010). レーザものづくり入門II‐装置導入からプロセス開発まで, 産報出版, 85−89.   Reference 1: JP-A-2010-194558, Reference 2: JP-A-2013-75331, Reference 3: JP-A-2004-291031, Reference 4: JP-A-2004-291031, Reference 5: Yu Aratani (2014). First Laser Welding (First Welding Series), Sanho Publishing, 84-85. Reference 6: Welding of cylindrical resin nozzle by laser, Hamamatsu Industrial Technology Center research results casebook, published in 2006 (research in 2005), 32, Reference 7: Laser Platform Association (2010). Introduction to Laser Manufacturing II-From equipment introduction to process development, Sanpo Publishing, 85-89.

[金属皮膜形成品]
次に、上述した本発明に係る金属皮膜形成品の製造方法によって製造した金属皮膜形成品について説明する。図8は本発明に係る金属皮膜形成品の一例(金属端子)を示す模式図である。上述した本発明に係る金属皮膜形成品の製造法によって、図8に示す金属端子800(オス端子),801(メス端子)や、光ファイバのハーメチックシールを作製することができる。これらが有する金属皮膜9は、曲面体、多面体および球体の基材の表面に、溶融凝固組織を有する焼結膜が形成されたものであり、レーザ走査の境界部(レーザ照射を複数回実施した場合に生じる各走査間の模様)を持たない。金属皮膜が溶融凝固組織を有することおよびレーザ走査の境界部を持たないことは、顕微鏡観察によって確認することができる。
[Metal film forming product]
Next, a metal film-formed product manufactured by the above-described method for manufacturing a metal film-formed product according to the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic view showing an example (metal terminal) of the metal film-formed product according to the present invention. By the above-described method for manufacturing a metal film-formed product according to the present invention, the metal terminals 800 (male terminal) and 801 (female terminal) shown in FIG. 8 and a hermetic seal of an optical fiber can be manufactured. The metal film 9 has a sintered body having a melt-solidified structure formed on a surface of a curved body, a polyhedron, and a sphere base material, and has a laser scanning boundary portion (when laser irradiation is performed a plurality of times). (Patterns between the scans generated during the scanning). It can be confirmed by microscopic observation that the metal film has a melt-solidified structure and has no laser scanning boundary.

以下、本発明について、実施例に基づいてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.

実施例1では、基材1cとして円柱形状の純銅端子(ロッド状端子、サイズ:φ0.8mm×25mm)を用い、基材の表面に金属皮膜としてスズ焼結膜を有する金属皮膜形成品を作製した。スズ粒子には、日本アトマイズ加工株式会社SFR−Snの錫マイクロ粒子(平均粒子径φ2.5μm)を用い、下表(表1)に示す組成のスズインク(スズペースト)を調整した。表1中、PVPは、塗布膜を均一にするための添加剤である。   In Example 1, a columnar pure copper terminal (rod-shaped terminal, size: φ0.8 mm × 25 mm) was used as the substrate 1 c, and a metal film-formed product having a tin sintered film as a metal film on the surface of the substrate was produced. . Tin ink particles (tin paste) having compositions shown in the following table (Table 1) were prepared by using tin microparticles (average particle diameter φ2.5 μm) of SFR-Sn of Japan Atomize Processing Co., Ltd. as tin particles. In Table 1, PVP is an additive for making the coating film uniform.

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溶剤およびバインダーとスズマイクロ粒子との均一分散には、株式会社シンキー製撹拌機(AR−100)を使用した。この方法で調合したスズマイクロ粒子ペースト中に、アセトンおよびアルコール浸漬で順次脱脂した銅端子を浸漬し、垂直に引き上げる方法で、銅端子表面へのスズマイクロ粒子の塗布膜を形成した。銅端子の一方の端面および側面の一部に、塗布膜を形成した。塗布長さは10mmとした。その後、アズワン株式会社製の電気炉(MMF−2)を用い、80℃の温度で3分間加熱し、塗布膜中の溶剤成分を蒸発させ脱溶剤の錫マイクロ粒子膜を形成した。そして、すぐに波長1,064nmのCW(Continuous Wave Operation)Nd:YAGレーザ線源を用いたリングビームレーザにより、スズマイクロ粒子塗布膜の焼結を行った。   For uniform dispersion of the solvent and binder and the tin microparticles, a stirrer (AR-100) manufactured by Shinky Corporation was used. In the tin microparticle paste prepared by this method, a copper terminal degreased by acetone and alcohol immersion was sequentially immersed and vertically pulled up to form a coating film of tin microparticles on the copper terminal surface. A coating film was formed on one end face and a part of the side face of the copper terminal. The coating length was 10 mm. Thereafter, using an electric furnace (MMF-2) manufactured by As One Co., Ltd., the mixture was heated at a temperature of 80 ° C. for 3 minutes to evaporate a solvent component in the coating film to form a tin-microparticle film from which the solvent was removed. Then, the tin microparticle coating film was immediately sintered by a ring beam laser using a CW (Continuous Wave Operation) Nd: YAG laser source having a wavelength of 1,064 nm.

図9は実施例1におけるレーザ光の光学系を示す断面模式図であり、図10はレーザ光照射工程における純銅製端子(ロッド状端子)およびスズマイクロ粒子焼結膜を模式的に示す断面図である。アキシコンレンズ5は、中央にφ1.8mmの開口部90を有し、中央部の開口部90を通ったレーザ光は、φ1.4mmのスポットビーム4となり、ロッド状端子1cの端面に照射される構成とした。このような構成によって、ロッド状端子1の端面および側面に塗布したスズマイクロ粒子塗布膜を同時に焼結することができる。本実施例では、スポットビーム径をφ1.4mmとしたが、これはφ0.8mmの純銅製端子に対して、位置合わせを容易にするためである。スポットビーム径は、アキシコンレンズ5の開口部90の径の他、凸レンズ6の焦点の調整によって変えることができる。図9に示すように、リングビームの集光部の外径は3mm、焦点部(集光部)のリングビームの長さは2mmとした。   FIG. 9 is a schematic sectional view showing an optical system of laser light in Example 1, and FIG. 10 is a sectional view schematically showing a pure copper terminal (rod-like terminal) and a tin microparticle sintered film in a laser light irradiation step. is there. The axicon lens 5 has an opening 90 having a diameter of 1.8 mm at the center, and the laser beam passing through the opening 90 at the center becomes a spot beam 4 having a diameter of 1.4 mm, and is applied to the end face of the rod-shaped terminal 1c. Configuration. With such a configuration, the tin microparticle coating film applied to the end face and the side face of the rod-shaped terminal 1 can be simultaneously sintered. In the present embodiment, the spot beam diameter is set to φ1.4 mm, in order to facilitate alignment with a pure copper terminal of φ0.8 mm. The spot beam diameter can be changed by adjusting the focus of the convex lens 6 in addition to the diameter of the opening 90 of the axicon lens 5. As shown in FIG. 9, the outer diameter of the converging portion of the ring beam was 3 mm, and the length of the ring beam at the focal point (converging portion) was 2 mm.

図9に示す光学系を用いて、レーザ走査速度4mm/s、出力30W、不活性ガス雰囲気(アルゴンガス流量3L/min)の条件で焼結膜を形成した。本実施例では、ロッド状端子1cを下方に移動させる方法でリングビーム7を走査した。図11は、レーザ照射工程において用いる不活性ガス雰囲気セルを示す模式図である。図11に示すように、セル110は、不活性ガス(アルゴン等)流入部111と不活性ガス流出部112を有する。ロッド状端子1cをセル110の中央まで挿入し、セル上部に、レーザ光114を透過できる耐熱ガラス製の蓋113で密閉することで、不活性雰囲気中でレーザ光照射を行うことができる。   Using the optical system shown in FIG. 9, a sintered film was formed under the conditions of a laser scanning speed of 4 mm / s, an output of 30 W, and an inert gas atmosphere (argon gas flow rate of 3 L / min). In the present embodiment, the ring beam 7 is scanned by moving the rod-shaped terminal 1c downward. FIG. 11 is a schematic diagram showing an inert gas atmosphere cell used in the laser irradiation step. As shown in FIG. 11, the cell 110 has an inert gas (eg, argon) inlet 111 and an inert gas outlet 112. By inserting the rod-shaped terminal 1c up to the center of the cell 110 and sealing the upper part of the cell with a lid 113 made of heat-resistant glass that can transmit the laser light 114, laser light irradiation can be performed in an inert atmosphere.

図12は実施例1における塗布膜形成工程後のロッド状端子を示す写真である。また、13A〜Cは実施例1におけるレーザ照射工程後のロッド状端子を示す写真である。図13Aは、ロッド状端子1cの端面(先端部)を、図13Cはロッド状端子1cの焼結膜9aの端面側の端部と反対側の端部を、図13Bは図13Aと図13Cの間の領域の焼結膜9aを示す。また、図14は図13Bの断面写真である。図12〜図14に示すように、本実施例では、ロッド状端子1c全周に、厚さ約30μmの均一なスズ焼結膜を得ることができた。   FIG. 12 is a photograph showing the rod-shaped terminal after the coating film forming step in Example 1. 13A to 13C are photographs showing rod-shaped terminals after the laser irradiation step in Example 1. 13A shows the end face (tip) of the rod-shaped terminal 1c, FIG. 13C shows the end opposite to the end of the sintered film 9a of the rod-shaped terminal 1c, and FIG. 13B shows the end of FIG. 13A and FIG. The sintered film 9a in the region between them is shown. FIG. 14 is a cross-sectional photograph of FIG. 13B. As shown in FIGS. 12 to 14, in the present example, a uniform tin sintered film having a thickness of about 30 μm was obtained over the entire circumference of the rod-shaped terminal 1c.

得られた焼結膜に対して、アセトンを浸漬させた綿棒による摩擦試験を行ったところ、スズ焼結膜の剥離は見られなかった。また、上記スズ焼結膜と銅基板をはんだ付けし、その後引張試験を行ってはんだ付け性を評価した。はんだペーストには、千住金属工業株式会社製鉛フリーはんだペースト(S70G‐HF Type4,Sn‐Ag3.0‐Cu0.5)を使用した。引張試験の結果、引張荷重が約120Nで銅端子が破断し、はんだ接合部分には変化がみられなかった。このことから、本実施例において作製したスズ焼結膜は、良好なはんだ付け性を有することが示された。   The obtained sintered film was subjected to a friction test with a cotton swab dipped in acetone, and no peeling of the tin sintered film was observed. Further, the tin sintered film and the copper substrate were soldered, and then a tensile test was performed to evaluate solderability. As the solder paste, a lead-free solder paste (S70G-HF Type4, Sn-Ag3.0-Cu0.5) manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd. was used. As a result of the tensile test, the copper terminal was broken at a tensile load of about 120 N, and no change was observed in the solder joint. From this, it was shown that the tin sintered film produced in this example had good solderability.

実施例2では、基材1dとして中空円筒状の石英光ファイバ(サイズ:Φ125μm、長さ50mm)を用い、ハーメチックシールに必要な先端から6mmの長さ全周に、リングレーザビームを用いて金ナノ粒子焼結膜を形成した。金ナノ粒子インクには、ハリマ化成株式会社製金ナノ粒子ペースト(型番NPG−J、平均粒子径7nm)を用いた。石英ファイバへの金ナノ粒子ペーストの均一塗布性を得るために、0.1M/Lの塩酸水溶液(常温)に石英ファイバを10分間浸漬し、表面の均一活性化処理を行った。次に、光ファイバを金ナノ粒子ペーストに垂直に浸漬し、垂直に引き上げる方法により、ファイバ表面への金ナノ粒子ペースト塗布膜を形成した。浸漬時間は10分とした。金ナノ粒子ペーストの塗布厚さは、レーザ焼結後の金膜厚が0.2μmとなるように、専用希釈溶媒を用いてペーストの粘度を調節した。   In Example 2, a hollow cylindrical quartz optical fiber (size: Φ125 μm, length 50 mm) was used as the base material 1 d, and a ring laser beam was used over the entire circumference 6 mm from the tip required for hermetic sealing. A nanoparticle sintered film was formed. As the gold nanoparticle ink, a gold nanoparticle paste (Model No. NPG-J, average particle diameter 7 nm) manufactured by Harima Chemicals, Inc. was used. In order to obtain a uniform coating property of the gold nanoparticle paste on the quartz fiber, the quartz fiber was immersed in a 0.1 M / L hydrochloric acid aqueous solution (normal temperature) for 10 minutes to perform a uniform surface activation treatment. Next, a gold nanoparticle paste coating film was formed on the fiber surface by dipping the optical fiber vertically in the gold nanoparticle paste and pulling it up vertically. The immersion time was 10 minutes. The thickness of the gold nanoparticle paste was adjusted by using a dedicated diluting solvent so that the gold film thickness after laser sintering was 0.2 μm.

ハリマ化成株式会社製金ナノ粒子ペーストNPG−Jは、焼結後の膜厚残存率は10%であることから、0.2μm以上のレーザ焼結膜を得るために、3μmの塗布厚さとした。次に、レーザ焼結前に塗布膜中の余分な溶剤を除去する目的で、100℃で2分間の乾燥工程を行った。リングレーザビームによる金ナノ粒子塗布膜の焼結は、実施例1と同様の光学系を用い、下記の条件で行った。   The gold nanoparticle paste NPG-J manufactured by Harima Chemicals Co., Ltd. had a coating thickness of 3 μm in order to obtain a laser sintered film of 0.2 μm or more because the film thickness residual ratio after sintering was 10%. Next, a drying step at 100 ° C. for 2 minutes was performed in order to remove excess solvent in the coating film before laser sintering. The sintering of the gold nanoparticle coating film by the ring laser beam was performed using the same optical system as in Example 1 under the following conditions.

リングレーザビーム照射装置及び照射条件:
(1)レーザ線源;Nd:YAGレーザ照射装置
(2)焦点部リングビームの集光部外径;3mm(図9参照)、焦点部リングビーム長さ;2mm(図9参照)、中心部スポットビーム径;φ1.8mm(平凹レンズ2段、平凸レンズ2段によるリングビーム造形)
(3)照射方法;ファイバ移動速度0.5mm/s(ファイバを長手方向へ移動)
(4)レーザ出力;1.0W
(5)雰囲気;大気中
図15は実施例2で作製した光ファイバの側面の観察写真である。図に示すように、円周方向に均一な膜厚の焼結膜が得ることができた。
Ring laser beam irradiation equipment and irradiation conditions:
(1) Laser beam source; Nd: YAG laser irradiation device (2) Outer diameter of condensing portion of focus ring beam: 3 mm (see FIG. 9), focus ring beam length: 2 mm (see FIG. 9), central portion Spot beam diameter: φ1.8mm (Ring beam molding with two steps of plano-concave lens and two steps of plano-convex lens)
(3) Irradiation method; fiber moving speed 0.5 mm / s (moving the fiber in the longitudinal direction)
(4) Laser output; 1.0 W
(5) Atmosphere; in the air FIG. 15 is an observation photograph of the side surface of the optical fiber manufactured in Example 2. As shown in the figure, a sintered film having a uniform thickness in the circumferential direction was obtained.

実施例3では、実施例1で用いた光学系のアキシコンレンズ5中央部に、スポットビーム形成のための開口部の無いレンズを用いて純銅製端子へのスズ焼結膜を形成する実験を行った。実施例3では、リングビームのみによるスズ焼結となるが、リングビーム照射部分からの熱伝導によって端面の塗布膜も焼結され、実施例1と同様に、端面および側面に均一な膜厚の錫焼結膜を形成できた。   In the third embodiment, an experiment was performed in which a tin sintered film was formed on a pure copper terminal using a lens having no opening for forming a spot beam in the center of the axicon lens 5 of the optical system used in the first embodiment. Was. In the third embodiment, tin sintering is performed only by the ring beam. However, the coating film on the end face is also sintered by heat conduction from the ring beam irradiation part, and the end face and the side face have a uniform thickness similarly to the first embodiment. A tin sintered film could be formed.

この理由を検証するために、スポットビームとリングビームそれぞれの出力を測定した。その結果、スポットビームは出力全体の1.3%程度であることが解った。このことから、実施例1では、実施例3と同様のスズ焼結膜形成ができたものと考えられる。スポットビームの出力が高すぎると、ロッド状端子の先端部が溶融してしまう。リングビームとスポットビームの併用による本発明の方法では、二つのビームの出力比率を変えることにより、最適な焼結膜を得ることができる。実施例1および3では、φ0.8mmの純銅端子を用いたが、より径の大きなロッド状端子の場合、スポットビームの出力を上げるために、開口部の径を広げるなどの工夫によって最適な焼結条件の選定が可能となる。   In order to verify the reason, the output of each of the spot beam and the ring beam was measured. As a result, it was found that the spot beam was about 1.3% of the entire output. From this, it is considered that in Example 1, a tin sintered film similar to that of Example 3 was formed. If the output of the spot beam is too high, the tip of the rod-shaped terminal will melt. In the method of the present invention using both the ring beam and the spot beam, an optimum sintered film can be obtained by changing the output ratio of the two beams. In Examples 1 and 3, a pure copper terminal having a diameter of 0.8 mm was used. However, in the case of a rod-shaped terminal having a larger diameter, in order to increase the output of the spot beam, the firing was optimized by increasing the diameter of the opening. Selection of sintering conditions becomes possible.

以上、説明したように、本発明によれば、金属粒子を含む分散液を基材の表面に塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜にレーザ光を照射して金属粒子の焼結膜を得るレーザ焼結技術において、皮膜全体の膜厚および膜質が均一であり、かつ、皮膜と基材との密着性に優れた金属皮膜形成品の製造方法および金属皮膜形成品を提供することができることが実証された。   As described above, according to the present invention, a dispersion containing metal particles is applied to the surface of a substrate to form a coating film, and the coating film is irradiated with laser light to form a sintered film of metal particles. In the obtained laser sintering technology, it is possible to provide a method for producing a metal film-formed product having uniform film thickness and film quality of the entire film, and excellent adhesion between the film and the substrate, and a metal film-formed product. Has been demonstrated.

本発明によれば、光ファイバコネクタ端末のハーメチックシール(はんだ接続やガラス封着による端末封止)部や、電気接点用金属端子表面への貴金属被膜形成において、円柱形状、角柱形状、中空円筒状の基材の表面への部分的な金属皮膜形成が可能になる。さらに、断面が中空円筒状の内側の表面に均一な膜質のレーザ焼結膜を形成できることで、電気接点材料のメス型端子の製造も可能になる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when forming a noble metal film on the hermetic seal (terminal sealing by solder connection or glass sealing) part of an optical fiber connector terminal, or the metal terminal surface for electrical contact, a columnar shape, a prismatic shape, a hollow cylindrical shape It becomes possible to partially form a metal film on the surface of the substrate. Furthermore, since a laser sintered film having a uniform film quality can be formed on the inner surface having a hollow cylindrical cross section, a female terminal made of an electrical contact material can be manufactured.

また本発明の効果は、上述した物に限定されるものではなく、円柱形状、角柱形状、中空円筒状の基材の外側の表面や、中空円筒状の基材の内側の表面にレーザ焼結膜形成を必要とする、例えば半導体実装部品や、電子基板、あるいはその他の工業製品全般に適用が可能であり、これら産業分野の発展に寄与できる。   Further, the effects of the present invention are not limited to the above-described ones, and a laser-sintered film may be formed on the outer surface of a cylindrical, prismatic, or hollow cylindrical substrate, or on the inner surface of a hollow cylindrical substrate. The present invention can be applied to, for example, semiconductor mounting parts, electronic substrates, and other industrial products in general that need to be formed, and can contribute to the development of these industrial fields.

1a,1b,1c,1d…基材、2…塗布膜、3,3a…乾燥後の塗布膜、4…スポットビーム、5…アキシコンレンズ、6…凸レンズ、60…液滴、61…液滴の中心部、62…液滴の周縁部、7…リングビーム、9,9a,9b…焼結膜、10a…塗布膜2の基材1aの端部に重なる端部と反対側の端部、10b…塗布膜2の基材1aの端部に重なる端部、10c…基材の端面に塗布された塗布膜、60…分散液の液滴、61…液滴の中心部、62…液滴の周縁部、80…リングビームの集光部、81…スポットビームの集光部、82…リングビームの内径、83…リングビームの外径、800…オス端子、801…メス端子、90…アキシコンレンズの開口部、100…金属皮膜形成品、110…セル、111…不活性ガス流入部、112…不活性ガス流出部、113…耐熱ガラス製の蓋、114…レーザ光。   1a, 1b, 1c, 1d: base material, 2: coating film, 3, 3a: coating film after drying, 4: spot beam, 5: axicon lens, 6: convex lens, 60: droplet, 61: droplet , 62 ... peripheral part of droplet, 7 ... ring beam, 9, 9a, 9b ... sintered film, 10a ... end of coating film 2 opposite to end overlapping base material 1a, 10b An end portion of the coating film 2 overlapping the end portion of the substrate 1a, 10c an application film applied to the end surface of the base material, 60 droplets of a dispersion liquid, 61 central portions of the droplets, 62 droplets of the droplets Peripheral edge, 80: Ring beam focusing section, 81: Spot beam focusing section, 82: Ring beam inner diameter, 83: Ring beam outer diameter, 800: Male terminal, 801: Female terminal, 90: Axicon Lens opening, 100: metal film formed product, 110: cell, 111: inert gas inlet, 1 2 ... inert gas outlet section, 113 ... made of heat-resistant glass lid, 114 ... laser light.

Claims (8)

金属粒子と溶媒とを混合し、金属粒子分散液を作製する金属粒子分散液作製工程と、
前記金属粒子分散液を基材の表面に塗布して塗布膜を得る塗布膜形成工程と、
前記塗布膜にレーザ光を照射して前記金属粒子の焼結膜を得るレーザ光照射工程と、を有し、
前記レーザ光は、環状の集光部を有するリングビームと、前記リングビームの中心に、点状の集光部を有するスポットビームを有することを特徴とする金属皮膜形成品の製造方法。
Mixing metal particles and a solvent, a metal particle dispersion producing step of producing a metal particle dispersion,
A coating film forming step of applying the metal particle dispersion to the surface of a substrate to obtain a coating film,
Irradiating the coating film with laser light to obtain a sintered film of the metal particles,
The method for manufacturing a metal film-formed product, wherein the laser beam includes a ring beam having an annular condensing portion and a spot beam having a point-shaped converging portion at the center of the ring beam .
前記基材は、曲面体、多面体および球体からなることを特徴とする請求項1記載の金属皮膜形成品の製造方法。 The substrate is curved body, a manufacturing method of claim 1 Symbol mounting metal film forming product characterized by comprising the polyhedron and the sphere. 前記基材は、円柱状または中空円筒状の基材であり、
前記塗布膜形成工程において、前記基材の表面に前記金属粒子分散液を塗布し、前記円柱状または中空円筒状の基材の全周に沿って前記金属粒子分散液の塗布膜を形成し、
前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光の前記環状の集光部が、前記円柱状または中空円筒状の基材の表面に設けられた前記塗布膜の全周に沿うように前記レーザ光を前記塗布膜に照射することを特徴とする請求項1記載の金属皮膜形成品の製造方法。
The substrate is a columnar or hollow cylindrical substrate,
In the coating film forming step, the metal particle dispersion liquid is applied to the surface of the substrate, forming a coating film of the metal particle dispersion liquid along the entire circumference of the columnar or hollow cylindrical substrate,
In the laser light irradiating step, the annular light condensing portion of the laser light, the laser light so that along the entire circumference of the coating film provided on the surface of the columnar or hollow cylindrical substrate, the laser light The method for producing a metal film-formed product according to claim 1, wherein the coating film is irradiated.
前記基材は、中空円筒状の基材であり、
前記塗布膜形成工程において、前記基材の外側の表面および内側の表面に前記金属粒子分散液を塗布し、前記基材の外側の表面の全周および内側の表面の全周に沿って前記金属粒子分散液の塗布膜を形成し、
前記レーザ光照射工程は、前記レーザ光の前記環状の集光部が、前記中空円筒状の基材の外側の表面に設けられた前記塗布膜の全周に沿うように前記レーザ光を前記塗布膜に照射する工程と、前記レーザ光の前記環状の集光部が、前記中空円筒状の基材の内側の表面に設けられた前記塗布膜の全周に沿うように前記レーザ光を前記塗布膜に照射する工程と、を有することを特徴とする請求項1記載の金属皮膜形成品の製造方法。
The substrate is a hollow cylindrical substrate,
In the coating film forming step, the metal particle dispersion is applied to the outer surface and the inner surface of the base material, and the metal is dispersed along the entire circumference of the outer surface and the inner surface of the base material. Forming a coating film of the particle dispersion,
The laser light irradiating step includes applying the laser light so that the annular condensing portion of the laser light extends along the entire circumference of the coating film provided on the outer surface of the hollow cylindrical base material. Irradiating the film with the laser light so that the annular condensing portion of the laser light is formed along the entire circumference of the coating film provided on the inner surface of the hollow cylindrical substrate. 2. The method according to claim 1, further comprising the step of irradiating the film.
前記基材は、中空円筒状の基材であり、
前記塗布膜形成工程において、前記基材の外側の表面および内側の表面に前記金属粒子分散液を塗布し、前記基材の外側の表面の全周および内側の表面の全周に沿って前記金属粒子分散液の塗布膜を形成し、
前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光の前記環状の集光部が、前記中空円筒状の基材の外側の表面に設けられた前記塗布膜の全周に沿うように前記レーザ光を前記塗布膜に照射し、前記レーザ光の前記点状の集光部が、前記中空円筒状の基材の内側の表面に設けられた前記塗布膜の全周に沿うように前記レーザ光を前記塗布膜に照射することを特徴とする請求項記載の金属皮膜形成品の製造方法。
The substrate is a hollow cylindrical substrate,
In the coating film forming step, the metal particle dispersion is applied to the outer surface and the inner surface of the base material, and the metal is dispersed along the entire circumference of the outer surface and the inner surface of the base material. Forming a coating film of the particle dispersion,
In the laser beam irradiating step, the laser beam is applied so that the annular condensing portion of the laser beam extends along the entire circumference of the coating film provided on an outer surface of the hollow cylindrical base material. Irradiating the coating film with the laser light so that the point-like condensing portion of the laser light is formed along the entire circumference of the coating film provided on the inner surface of the hollow cylindrical substrate. The method for producing a metal film-formed product according to claim 1 , wherein the metal film is irradiated.
前記基材は、円柱状または中空円筒状の基材であり、
前記塗布膜形成工程において、前記基材の一端の外側の端面および側面に前記金属粒子分散液を塗布し、前記端面および前記側面の表面の全周に沿って前記金属粒子分散液の塗布膜を形成し、
前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光の前記環状の集光部が、前記側面に設けられた前記塗布膜の全周に沿うように前記レーザ光を前記塗布膜に照射し、前記レーザ光の前記点状の集光部が、前記端面に設けられた前記塗布膜の全面に照射されるように前記レーザ光を前記塗布膜に照射することを特徴とする請求項記載の金属皮膜形成品の製造方法。
The substrate is a columnar or hollow cylindrical substrate,
In the coating film forming step, the metal particle dispersion is applied to an outer end face and a side face of one end of the base material, and a coating film of the metal particle dispersion liquid is formed along the entire periphery of the end face and the side face. Forming
In the laser beam irradiating step, the annular condensing portion of the laser beam irradiates the laser beam to the coating film along the entire circumference of the coating film provided on the side surface, said point-like light collecting unit of claim 1, wherein the metal coating formed article and irradiating the coating film with the laser beam so as to irradiate the entire surface of the coating film provided on the end face Manufacturing method.
前記金属粒子は、スズ、銅、金または銀のナノ粒子またはマイクロ粒子であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の金属皮膜形成品の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the metal particles are tin, copper, gold, or silver nanoparticles or microparticles. 前記基材は、ガラス、銅または銅合金であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の金属皮膜形成品の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 7 , wherein the base material is glass, copper, or a copper alloy.
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