JPWO2016117711A1 - 金属部材と樹脂モールドとの複合体および樹脂モールドとの複合体形成用金属部材 - Google Patents

金属部材と樹脂モールドとの複合体および樹脂モールドとの複合体形成用金属部材 Download PDF

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Abstract

高温使用環境下においても、金属と樹脂との間の優れた密着性を実現し、高い気密性を発揮し得る金属部材と樹脂モールドとの複合体およびこの複合体形成に適した金属部材を提供する。本発明の複合体（１）は、金属部材（２０）と、金属部材（２０）の表面に接合状態で形成された樹脂モールド（３０）とを含み、金属部材（２０）は、該表面の樹脂モールド（３０）との接合部（４０）に、粗化部分（２１）を有し、粗化部分（２１）と樹脂モールド（３０）との接合界面（４１）を含む特定界面領域（４３）において、粗化部分（２１）と樹脂モールド（３０）との間の空隙の平均体積割合は、接合界面（４１）に略平行な平面１μｍ３あたり０．０５μｍ３であり、かつ、前記空隙の最大寸法が１０００μｍ以下であることを特徴とする。

Description

本発明は、電子機器、家電機器、車両用部品、車両搭載用品等に用いる、金属部材と樹脂モールドとの複合体およびこの複合体形成に適した金属部材に関するものである。
エレクトロニクス、自動車等諸産業の急速な発展と共に、材料の多様化と高機能化が進む中で、特に、樹脂と金属との異種材料を効率的に組み合わせた部材は、部品の軽量化、設計自由度の向上およびコストの削減等の観点から、その需要が拡大してきている。
一般に、異種材料を組み合わせた部材では、接合部の密着性を高めることが難しく、例えば、基材を樹脂でモールドする半導体パッケージ構造では、特に高温時に樹脂と金属とのくっつきが不十分であったり、樹脂とリードフレーム（金属）と間の熱膨張率の差やパッケージ内の水分の膨張により、樹脂クラックやチップ剥がれが生じたりするなどの問題があった。
上記のような問題を解決するため、特許文献１〜３では、金属部材の表面を粗面化することで、特に異種材料との接合部に凹凸を形成し、接合部における密着性を高める技術が提案されている。
特開平１０−２９４０２４号公報 特開２０１０−１６７４７５号公報 特開２０１３−１１１８８１号公報
しかし、従来の金属部材と樹脂モールドとの複合体の成形法では、特に高温における金属と樹脂との密着強度が不十分であり、金属と樹脂との接合界面から水蒸気クラスタなどの分子が透過し、内部の機能部品が劣化する恐れがあった。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、特に高温使用環境下においても、金属と樹脂との間の優れた密着性を実現し、高い気密性を発揮し得る金属部材と樹脂モールドとの複合体およびこの複合体形成に適した金属部材を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、金属部材と樹脂モールドとの複合体において、金属部材は、該表面の樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有し、前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙が所定の平均体積割合および所定の最大寸法であることにより、高温使用環境下においても、金属と樹脂との間の優れた密着性を実現し、高い気密性を発揮し得る金属部材と樹脂モールドとの複合体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
［１］ 金属部材と、前記金属部材の表面に接合状態で形成された樹脂モールドとを含む複合体であって、
前記金属部材は、該表面の前記樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有し、
前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面１μｍ２あたり、０．０５μｍ３以下であり、かつ、
前記空隙の最大寸法が１０００ｎｍ以下であることを特徴とする、金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［２］ 前記粗化部分の算術平均粗さが、０．１３μｍ〜１００μｍである、上記［１］に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［３］ 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含まない非粗化領域を有し、
前記粗化部分における酸素の存在比率は、前記非粗化領域の酸素の存在比率よりも大きい、上記［２］に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［４］ 前記粗化部分の酸素元素の存在比率が、前記非粗化領域の酸素の存在比率の１．３倍以上である、上記［３］に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［５］ 前記粗化部分は、ドット状の凹凸部の集合体を有する、上記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［６］ 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部の外周から１００μｍ以内の領域を含む、上記［５］に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［７］ 前記ドット状の凹凸部の深さが、１００ｎｍ以上５０μｍ以下である、上記［５］または［６］記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［８］ 前記ドット状の凹凸部の密度が、２０〜２０００個／ｍｍ２である、上記［５］〜［７］のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［９］ 前記ドット状の凹凸部の径が、２００μｍ以下である、上記［５］〜［８］のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［１０］ 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部が連続して配置された粗化パターンを有する、上記［５］〜［９］のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［１１］ 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含む粗化領域を有し、
前記粗化領域の幅の最小値が、２００μｍ以上である、上記［５］〜［１０］のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［１２］ 前記複合体は、前記樹脂モールド中に機能部品をさらに備え、
前記粗化部分は、少なくとも前記機能部品の周囲を取り巻くように形成されている、上記［１］〜［１１］のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［１３］ 前記複合体は、前記樹脂モールド中に密閉空間を有し、前記密閉空間に樹脂モールドで覆われていない前記金属部材の表面を備えている、上記［１］〜［１２］のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
［１４］ 表面の一部に、樹脂モールドと接合するための粗化部分を備える金属部材であって、
前記粗化部分を含むように前記金属部材の表面に前記樹脂モールドを接合した場合、
前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面１μｍ２あたり、０．０５μｍ３以下であり、かつ、前記空隙の最大寸法が１０００ｎｍ以下であることを特徴とする、樹脂モールドとの複合体形成用金属部材。
本発明により、特に高温使用環境下においても、金属と樹脂との間の優れた密着性を実現し、高い気密性を発揮し得る金属部材と樹脂モールドとの複合体およびこの複合体形成に適した金属部材を提供することに成功した。
図１は、本発明にかかる金属部材と樹脂モールドとの複合体の概略斜視図である。 図２は、図１の複合体のＩ−Ｉ断面（Ｘ−Ｙ面）を示す概略図ある。 図３（Ａ）は、図１の複合体のＩＩ−ＩＩ断面（Ｘ−Ｚ面）を示す概略図あり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一点破線の枠領域で囲んだ金属部材と樹脂モールドとの接合部付近を拡大して示した概略図である。 図４は、図１の複合体を構成する金属部材だけを抜き出して、樹脂モールドとの接合部付近を拡大して示す、金属部材の概略斜視図である。 図５（Ａ）は、特にレーザ照射により形成された粗化部分を説明する概略図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の粗化部分が複数集合して形成される粗化領域と、非粗化領域との関係を説明する概略図である。 図６は、縞状パターンで形成した粗化部分の拡大図である。
本発明に従う金属部材と樹脂モールドとの複合体の実施形態について、以下で詳細に説明する。
＜金属部材と樹脂モールドとの複合体＞
本発明に従う複合体は、金属部材と、前記金属部材の表面に形成された樹脂モールドとを含む複合体であって、前記金属部材は、該表面の前記樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有する。
図１は、本発明に従う複合体の一実施形態を示したものであって、図１中、符号１は複合体、２０は金属部材、３０は樹脂モールドである。また、図２は、図１に示す複合体の、金属部材２０の表面を含む、Ｉ−Ｉ断面図（Ｘ−Ｙ面）である。図２中、符号４０は金属部材２０の表面で、樹脂モールド３０との接合部である。
本実施形態に係る複合体１は、図１および２に示されるように、金属部材２０の一部が樹脂モールド３０の内部に埋め込まれ、他の一部は樹脂モールド３０の外部に露出した形態である。このとき、金属部材２０は、その表面に樹脂モールド３０との接合部４０を有する。接合部４０は、金属部材２０の表面の一部であり、樹脂モールド３０の内部に埋め込まれている部分２０ａと、外部に露出した部分２０ｂとの間に存在する。すなわち図２では、金属部材２０の表面のうち破線で区切られた部分４０である。なお、複合体１の形態は、図１および２に示されるものに限定されず、例えば、樹脂モールド３０が金属部材２０の片面に貼り付けられている形態であってもよい。
さらに、図３（Ａ）は、図１に示す複合体１のＩＩ−ＩＩ断面図（Ｘ−Ｚ面）であり、さらに図３（Ａ）中、一点破線の矩形枠で囲んだ（Ｂ）を拡大して示したのが図３（Ｂ）である。図３（Ｂ）中、符号２１は粗化部分、４１は粗化部分２１と前記樹脂モールド３０との接合界面、４３は接合界面４１を含む特定界面領域である。
図３（Ｂ）に示されるように、金属部材２０は、その表面の樹脂モールド３０との接合部４０に、粗化部分２１を有する。また、金属部材２０の粗化部分２１と、樹脂モールド３０の間には、接合界面４１が存在する。ここで、接合界面４１を含む一定の領域を特定界面領域４３とする。特定界面領域４３は、接合界面４１を含み、接合界面４１位置から、樹脂モールド３０と、粗化部分２１を構成する金属部材２０との、厚さ方向（深さ方向）にそれぞれ１５μｍ程度の厚み形成された領域（図３（Ｂ）の二点破線で示す領域）である。
このような特定界面領域４３において、粗化部分２１と樹脂モールド３０との間の空隙の平均体積割合は、接合界面４１に略平行な平面１μｍ２あたり、０．０５μｍ３以下であり、かつ、上記空隙の最大寸法が１０００ｎｍ以下である。上記関係を充足することにより、本発明に係る複合体は、高温使用環境化においても樹脂モールドと金属部材との間で優れた気密性を発揮し、内部に存在する機能部品の劣化を有効に防止できる。
ここで、接合界面に略平行な平面とは、特定界面領域内の接合界面の凹凸接合界面を平滑面とみなし、この平滑面に対して平行な面を意味する。このような面は、接合界面の延長線上の、粗化部分を形成していない金属部材の表面に対しても実質的に平行である。
また、空隙の平均体積割合とは、空隙の体積の総和を金属部材の粗化部分と樹脂モールドとの接合界面に略平行な平面の面積で割って、この平面１μｍ２あたりに存在する空隙の体積に直した値である。また、空隙の最大寸法とは、特定界面領域に存在する各空隙の最も長い幅のうち最大の値である。なお、それぞれの具体的な測定法については、後述する実施例で説明する。
また、本発明の複合体は、樹脂モールド中に密閉空間を有し、前記密閉空間に樹脂モールドで覆われていない金属表面を備えていることが好ましい。このような密閉空間を有することにより、その内部に機能部品を格納することができる。このような本発明の複合体は、樹脂モールド中に機能部品をさらに備えることが好ましい。
このような機能部品は、樹脂モールドおよび金属部材からなる閉鎖空間に存在することを特徴とする。機能部品は、部品の表面は樹脂モールドまたは金属部材と密着していてもよいし、一部のみが樹脂モールドまたは金属部材と密着していてもよいし、樹脂モールドまたは金属部材のいずれとも密着していなくてもよい。
機能部品の例としては、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、メモリ、半導体センサなどの集積回路が挙げられる。
以下、上記複合体の構成部材について詳しく説明する。
（金属部材）
金属部材は、板状、線状、箱状、球状、これらを曲げ加工した形状、これらを複数接合した形状など任意の形状でよい。
金属部材の素材としては、特に制限は無く、用途に応じて公知の金属から適宜選択することができる。例えば、銅、アルミニウム、鉄、チタン、亜鉛、マグネシウム、鉛および錫から選択される１種からなる金属または２種以上を含む合金を挙げることができ、鉄合金としては、例えば鉄ニッケル合金（４２アロイ）や各種ステンレス鋼等が挙げられる。また、金属部材は、その一部（例えば表面）がめっきされていてもよい。
特に、金属部材は、銅やアルミニウムであることが好ましい。一般にレーザを用いた加工においては、可視光から近赤外光の波長のレーザが、比較的入手が容易であるため、広く用いられる。そのため、可視光から近赤外の波長の吸収率が高い銅やアルミニウムは、上記波長域のレーザ加工に対して、加工性が良い点で特に好ましい。
金属部材は、略板状である場合、厚さは１μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、３０μｍ〜２ｍｍであることがより好ましい。略板状の金属部品の厚さが薄い場合、部分的に粗化部分を設けた場合に形状のゆがみが生じやすい。
本実施形態に係る金属部材は、樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有する。このような構成により、樹脂モールドとの接合が良好となり、樹脂モールドとの複合体を形成した際に高い気密性が実現される。なお、粗化部分は、金属部材の表面の、樹脂モールドとの接合部の少なくとも一部に形成されていればよく、接合部の一部分であってもよいし、接合部の全面であってもよいし、さらに接合部を超えて形成されていてもよい。また、粗化部分は、樹脂モールド形成後の処理（バリの除去など）の容易さの観点から、樹脂モールドに埋め込まれない部分（図１の金属部材２０の外部に露出した部分２０ｂ）には形成されないことが好ましく、密着性を高める観点からは、接合部内の全面に形成させていることが好ましい。
上記のような粗化部分を形成する方法は、特に限定されず、金属部材の表面の一部に凹凸を形成することができる、公知の粗化方法を用いればよい。公知の粗化方法としては、例えば、レーザ照射や、エッチング処理、粗化めっき、ブラスト処理、破断処理等が挙げられる。
なお、粗化部分とは、金属部材の表面の一部に凹凸を形成するための処理が行われ、金属部材の表面形状が変化した部分を意味する。例えば、粗化方法がレーザ照射による場合には、粗化部分はレーザ照射の影響を受けた部分である。特にパルスレーザの場合、複数のレーザ照射によりドット状の凹凸部が金属表面にパターンを形成することで粗化部分が形成される。この場合、レーザ照射のスポット１個で加工された部分（スポット照射部：ドット状の凹凸部）の外周から１００μｍ以内に入る領域が粗化部分である。また、粗化方法がエッチング処理による場合には、粗化部分はエッチング処理された部分である。また、例えば、厚さ２ｍｍ以下のリードフレームなどの金属部材を破断処理した場合には、表面が荒れた状態にある破断面が粗化部分である。なお、いずれの方法で処理した場合であっても、不純物の付着は粗化部分には含まれない。
このような粗化部分は、金属部材の表面に凹凸が形成されており、この凹凸に樹脂が入り込むことによって密着性が向上する構造であることを特徴とする。
さらに、金属部材は、その表面の一部に上記粗化部分を含む粗化領域を有することが好ましい。粗化領域とは、粗化部分を含む領域である。なお、粗化部分が連続する一定の領域である場合には、粗化領域と粗化部分は同じ領域である。
また、粗化部分が、帯状、ドット状、マーブル状等の不連続な領域の場合には、粗化領域はこれら粗化部分の全体を取り囲む領域である。この場合、粗化領域は、粗化部分と、それ以外の部分（非粗化部分：粗化処理されていない部分）とからなる。また、粗化部分同士の最短距離（外周間の長さ）が１０００μｍ以上離れている場合には、それぞれの粗化部分は、別の粗化領域に含まれるものとする（図５（Ｂ）参照）。
また、金属部材の表面は、好ましくは上記粗化部分を含む粗化領域と、上記粗化部分を含まない非粗化領域とからなる。非粗化領域とは、粗化領域以外の金属部材の表面である。すなわち、非粗化領域は、粗化処理された粗化部分を含まず、非粗化部分のみからなる。
粗化部分の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．１３μｍ〜１００μｍが好ましく、０．２μｍ〜１０μｍがより好ましい。なお、算術平均粗さは、レーザ顕微鏡によって測定した表面形状のデータから、ＩＳＯ規格（ＩＳＯ ２５１７８）に記載の方法で算出できる。
金属部材の表面粗さは、樹脂モールドと金属部材の接合界面を透過する気体の透過率に大きく影響する。すなわち、表面粗さが大きい場合、樹脂モールドと金属部材の熱膨張率の違いや、内部と外部の圧力差によって、樹脂と金属の接合界面に力が掛かることで生じる部分的な剥離が大きくなり、気体分子が透過しやすくなる。他方、金属部材の表面粗さが小さい場合、上記のような部分的な剥離は小さくなり、気体分子または気体分子から形成されるクラスタが透過しにくくなるが、表面粗さが小さすぎると、十分な密着性が得られなくなる恐れがある。したがって、気体分子または気体分子から形成されるクラスタのサイズおよび密着性の観点から、金属部材の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１３μｍ〜１００μｍが好ましく、０．２μｍ〜１０μｍがより好ましい。なお、表面粗さおよびその物性を表す算術平均粗さについては、粗化方法やその条件に応じて適宜調整することができる。
また、粗化部分における酸素の存在比率は、非粗化領域における酸素の存在比率よりも大きいことが好ましい。すなわち、粗化部分における酸素の存在比率は、非粗化部分における酸素の存在比率よりも大きいことが好ましい。したがって、粗化領域における酸素の存在比率については、粗化領域が非粗化部分をほとんど含まず、実質的に粗化部分と同じ領域である場合には、粗化部分における酸素の存在比率と実質的に同じであり、また、粗化領域が非粗化部分を多く含むほど、粗化領域における酸素の存在比率は、粗化部分における酸素の存在比率よりも小さくなる。しかし、粗化領域は、粗化部分を含む領域であるため、その酸素の存在比率は、非粗化領域の酸素の存在比率よりも実質的に大きくなる。なお、具体的な測定法については、後述する実施例のところで説明する。
粗化部分における酸素の存在比率は、樹脂モールドと金属部材の密着性に大きく影響する。すなわち、粗化部分における酸素の存在比率が非粗化領域の酸素の存在比率と同じか、または小さい場合には、成形時に溶融した樹脂の濡れ性が低く、金属と樹脂の界面に空隙が生じやすくなる、と推測される。他方、粗化部分における酸素の存在比率が非粗化領域の酸素の存在比率より大きい場合には、成形時において溶融した樹脂が金属表面の酸素によって酸化される際に生じるエネルギーによって粗化構造の微細な部分まで樹脂が入り込むことが可能になり、金属と樹脂の界面の空隙が生じにくくなる、と推測される。したがって、樹脂モールドと金属部材の間の密着性の向上の観点から、粗化部分における酸素の存在比率は、非粗化領域の酸素の存在比率よりも大きいことが好ましく、より好ましくは、非粗化領域の酸素の存在比率の１．３倍以上である。
なお、粗化部分における酸素の存在比率については、粗化部分の形成条件（粗化方法やその条件、粗化部分の形成密度等）に応じて適宜調整することができる。
また、粗化部分は、ドット状の凹凸部の集合体を有することが好ましい。なお、この場合、ドット状の凹凸部の外周から１００μｍ以内に入る領域が粗化部分である。このようなドット状の凹凸部の形成方法は、特に限定されないが、例えば、レーザ照射等によって形成することができる。
ドット状の凹凸部の深さは、十分な密着強度を得る観点から、１００ｎｍ以上であることが好ましく、５００ｎｍ以上であることがより好ましい。また、金属部品のひずみを抑える観点および酸化による金属の劣化を抑制する観点から、５０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。
ドット状の凹凸部の密度は、金属部材のひずみを抑える観点および酸化による劣化を抑制する観点から、２０〜２０００個／ｍｍ２であることが好ましく、より好ましくは５０〜１０００個／ｍｍ２である。
ドット状の凹凸部の径は、微細な形状の凹凸を形成する観点から、２００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１００μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下である。
また、１つのドット状の凹凸部は、その外周から１００μｍ以内に入る領域を粗化部分とする。したがって、粗化部分が、ドット状の凹凸部の集合体を有する場合、一つのドット状の凹凸部により形成される粗化部分は、他のドット状の凹凸部により形成された別の粗化部分と、互いに重なり合っていることが好ましく、更に、このような粗化部分が複数互いに連続して重なり合っていることがより好ましい。粗化部分が連続することで、気密性がより確実に確保できる。このような粗化部分は、個別のドット状の凹凸部により形成される複数の粗化部分が、互いに連続して重なった、粗化パターンを有していることが好ましい。具体的には、粗化部分は、ドット状の凹凸部が連続して配置された粗化パターンを有していることがより好ましい。
また、上記のような粗化パターンの形状は、特に限定されないが、例えば帯状や縞状のパターンが挙げられる。また、このような粗化パターンは、樹脂モールドとの接合部の形状に沿って形成されていることが好ましく、金属部材上に形成された樹脂モールドとの平面上の境目と略平行に形成されていてもよい。また、このような粗化パターンは、樹脂モールドの内側の空間に機能部品が配置される場合には、少なくともこの機能部品の周囲を取り巻くように形成されていることが好ましい。
粗化部分が、上記のような粗化パターンからなる場合、粗化領域の幅の最小値は２００μｍ以上であることが好ましく、５００μｍ以上であることがより好ましい。粗化領域の幅の最小値が大きいほど、樹脂と金属の接合界面を透過する水蒸気分子等の量を抑制することができる。なお、粗化領域の幅の最小値とは、金属部材の表面上の、樹脂モールドとの接合部を最短距離で横断する線Ｌ（金属部材表面の、樹脂モールド内の点ａと樹脂モールドの外に露出している点ｂを結ぶ線、図４参照）上における、粗化領域の長さである。さらに、上記線Ｌ上における、粗化部分が連続している部分の長さは、好ましくは２００μｍ以上であることが好ましく、５００μｍ以上であることが好ましい。
金属部材の一部がめっきされている場合は、粗化部分は、めっきがされている部分に存在してもよいし、下地露出部分に存在してもよく、あるいは、めっき部分と下地露出部分に跨って存在してもよい。
上述のように、粗化部分の形成方法は限定されないが、上記のような部分的な粗化では、レーザを用いた粗化方法が好ましい。以下、図４〜６を参照しながら、レーザを用いた粗化方法を一例として説明する。
レーザとしては、ＣＷ（連続波）レーザやパルスレーザが使用できる。例えば、パルスレーザを用いる場合の場合、複数のレーザ照射による処理部（レーザのスポット照射部）が金属表面にパターンを形成することで、ドッド状の凹凸部の集合体を容易に形成できる。さらに、このような集合体を組み合わせることにより、縞状に繰り返されるパターンを形成できる。
図４は、図１の複合体１から、金属部材２０だけを抜き出して、樹脂モールド３０との接合部４０を拡大して示した概略図である。図４中、符号２２は非粗化部分、２３は粗化領域、２５は非粗化領域、２７はレーザのスポット照射部である。また、図５（Ａ）は、特にスポット照射部２７と粗化部分２１との関係を、図５（Ｂ）は、特に粗化部分２１、非粗化部分２２、粗化領域２３および非粗化領域２５の関係を示した概略図である。また、図６は、粗化部分を縞状に繰り返される粗化パターンで形成した場合の概略図である。
図４に示す金属部材では、樹脂モールド３０との接合部４０に、パレスレーザを用いたレーザ照射により、ドッド状の凹凸部の集合体を形成した場合を示した。ここで、粗化部分２１は、図５（Ａ）に示すようにレーザ照射のスポット１個で加工された部分（スポット照射部：ドット状の凹凸部）の外周から１００μｍ以内の領域である。また、このような粗化部分は、他の粗化部分と重なり合って連続した粗化部分となっていてもよいし、２以上の粗化部分が互いに重なり合うことなく、間隔をあけて形成されていてもよい。
さらに、図５（Ｂ）に示すように、粗化領域２３は、例えば、２以上の粗化部分２１を含む場合、接合部４０内に含まれる粗化部分２１のうち最も外側の粗化部分２１の外周を内接し面積が最小となる多角形で区切られる領域である。また、粗化領域２３内の粗化部分２１同士は、互いに、それぞれの外周から５００μｍの範囲内で隣接することが好ましい。また、最も近接する粗化部分２１同士は、その外周が互いに１０００μｍ以上離れている場合には、その間の領域は粗化領域２３ではない（非粗化領域２５である）ものとする。
パルスレーザの場合、上記のような加工形状を達成する観点から、パルス幅は０．１ピコ秒から１ミリ秒程度のものが好ましく使用できる。１パルスあたりのエネルギーについては、１０μＪから１０００μＪのものが好ましく使用できる。
スポット径は、エネルギー密度を高め、かつ微細な形状の凹凸を形成する観点から、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましい。また、レーザ集光の観点から、２０μｍ以上が好ましい。
スポットの照射密度は２０個／ｍｍ２以上が好ましく、５０個／ｍｍ２以上がより好ましく、１００個／ｍｍ２以上がさらに好ましい。また、金属部材のひずみを抑える観点、飛散物の発生を抑制する観点、および酸化による劣化を抑制する観点から、２０００個／ｍｍ２以下が好ましく、１０００個／ｍｍ２以下がより好ましく、５００個／ｍｍ２以下がさらに好ましい。
スポットのエネルギー密度は、１〜５０Ｊ／ｃｍ２が好ましい。ここでエネルギー密度は、パルスエネルギーをスポット照射部の面積で割った値である。エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ２より小さいと十分な加工ができない。また、エネルギー密度が５０Ｊ／ｃｍ２より大きいと、レーザ照射によって溶融あるいは破断した金属が周辺に飛散し、付着する現象が生じる。この付着物は、例えばワイヤボンディングするときに接合力を低下させることから、付着物が生じることは好ましくない。
波長は、３００ｎｍ〜２００００ｎｍが好ましく使用できる。例えば銅やアルミニウムの場合、吸収が高い波長である３００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長のレーザを用いることが好ましい。
なお、粗化部分の算術平均粗さや酸素濃度については、粗化処理の方法に応じて適宜調整することができるが、例えばレーザ照射時のレーザの出力、スポット径、スポット間隔（図４のｐ、ｑ）のようなスポット分布等を調整することにより、適宜調整可能である。
（樹脂モールド）
本実施形態に係る樹脂モールドは、少なくとも金属部材の表面の一部に形成される樹脂材料からなる部材である。
樹脂材料は、金属材料の融点よりも低い温度で接合可能な材料であれば特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー又はプラスチックアロイを挙げることができる。更には、光硬化型樹脂のような熱以外のエネルギーで硬化するものや、複数の成分を混合することにより化学的に固化させる等、熱以外で硬化する材料であってもよい。
より詳細には、熱可塑性樹脂（汎用樹脂）としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル／スチレン樹脂（ＡＳ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂（ＡＢＳ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）等が挙げることができる。
また、熱可塑性樹脂（汎用エンジニアリング樹脂）としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）等が挙げることができる。
また、熱可塑性樹脂（スーパーエンジニアリング樹脂）としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等が挙げることができる。
また、熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート等が挙げることができる。
また、エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーやゴム、例えば、スチレン・ブタジエン系、ポリオレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、１，２−ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル系、アイオノマー等を挙げることができる。
更には、熱可塑性樹脂にガラスファイバーを添加したものや、ポリマーアロイ等も挙げることができる。なお、気密性を悪化させない範囲において、従来公知の各種無機・有機充填剤、難燃剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光安定剤、着色剤、カーボンブラック、離型剤、可塑剤等の添加剤を含有せしめたものであっても構わない。
これらの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーには、公知の繊維状充填材を配合することができる。公知の繊維状充填材としては、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、有機繊維等を挙げることができる。
より詳細には、炭素繊維は周知のものであり、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等のものを用いることができる。
無機繊維としては、ガラス繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化ケイ素繊維等を挙げることができる。
金属繊維としては、ステンレス、アルミニウム、銅等からなる繊維を挙げることができる。
有機繊維としては、ポリアミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維またはジアミンとジカルボン酸が芳香族化合物である半芳香族ポリアミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維）、ポリビニルアルコール繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリエステル繊維（全芳香族ポリエステル繊維を含む）、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維などの合成繊維や天然繊維（セルロース系繊維など）や再生セルロース（レーヨン）繊維などを用いることができる。
また、この金属材料に樹脂モールドを接合するに際しては、周知の射出成形で接合を行うことが好適である。なお、射出成形としては、アウトサート成形・インサート成形のいずれでもよい。また、熱融着、ワニス塗布、およびポッティングなどの方法も含まれる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
また、本発明の複合体は、樹脂モールドと金属部材との密着性に優れるため、内部を気密状態に保つ必要がある用途や、金属部材と樹脂モールドの密着性を要求する用途に好適に使用することができる。例えば、本発明の複合体は、湿度や水分により悪影響を受けやすい電気・電子部品等を内部に備える複合成形体として好適である。特に、高レベルで防水が求められる分野、例えば、川、プール、スキー場、お風呂等での使用が想定される、水分や湿気の侵入が故障に繋がる電気又は電子機器用の部品として用いることが好適である。例えば、内部に樹脂製のボスや保持部材等を備えた、電気・電子機器用筐体として有用である。ここで、電気・電子機器用筐体としては、携帯電話の他に、カメラ、ビデオ一体型カメラ、デジタルカメラ等の携帯用映像電子機器の筐体、ノート型パソコン、ポケットコンピュータ、電卓、電子手帳、ＰＤＣ、ＰＨＳ等の携帯用情報あるいは通信端末の筐体、ＭＤ、カセットヘッドホンステレオ、ラジオ等の携帯用音響電子機器の筐体、液晶ＴＶ・モニター、電話、ファクシミリ、ハンドスキャナー等の家庭用電化機器の筐体等を挙げることができる。また高温使用環境での密着性に優れることから、高温環境で使用される部品等に好適に適用できる。例えば自動車部品が挙げられる。
次に、本発明の効果をさらに明確にするために、実施例および比較例について詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜７および比較例１〜５）
２０ｍｍ×７０ｍｍ×２ｍｍの銅板を準備し、レーザを用いて銅板の表面に粗化部分を形成した。なお、レーザ照射の条件は下記のとおりである。
レーザは、ＭＤ−Ｖ９６００Ａ（株式会社キーエンス製）を用いた。スポット径およびスポット間隔ｐは、表１に示す条件とし、スポット間隔ｑは２００μｍ、スポット列の本数は３本（図４に示すパターン）、粗化領域の幅６３０μｍとした。
なお、スポット間隔（ｐ、ｑ）は、図４に準ずる。即ち、スポット間隔（ｐ、ｑ）は、互いに隣接したスポット照射部の中心を結ぶ直線距離である。
なお、粗化部分の形成位置は、図４に示すように、樹脂モールドとの接合部となる位置の内側とした。
粗化部分を形成した上記銅板を、ポリアミド樹脂（東レ株式会社製、ＣＭ３００１Ｇ−３０）を用いて、樹脂肉厚が１．５ｍｍ、３０ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍのボックスとなるようにインサート成形し、図１に示すような複合体を得た。なお、上記銅板と樹脂との接合は、銅板の表面に形成された粗化部分で行った。
＜評価＞
上記実施例および比較例に係る複合体について、下記に示す測定および評価を行った。各評価条件は下記の通りである。結果を表１に示す。
［空隙の観察］
（１） まず、上記実施例および比較例に係る複合体の金属部材と樹脂モールドとの接合部付近を、集束イオンビーム（ＦＩＢ）によって切断し、図３に示すような、樹脂モールドと金属部材との接合界面に垂直な断面を切り出した。次に、切り出した断面のうち、粗化部分と樹脂モールドとの接合界面が含まれる、３０μｍ×３０μｍの領域を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した。なお、ここでは、観察領域の接合界面に平行な辺の長さを３０μｍとしたが、この辺の長さは、観察する粗化部分の接合界面に平行方向の長さの範囲内で調節すればよい。
（２） 続いて、ＦＩＢによって、上記観察領域に対して垂直方向（上記断面に対して奥行き方向）に１００ｎｍ削り、新しい断面を切り出し、上記（１）と同様に粗化部分と樹脂モールドとの接合界面が含まれる、３０μｍ×３０μｍの領域をＳＥＭ観察した。
（３） その後、上記（２）の作業を、さらに２８回繰り返した。
（４） 次に、上記（１）〜（３）のＳＥＭ観察で撮影された、粗化部分と樹脂モールドとの接合界面が含まれる、３０μｍ×３０μｍの領域のＳＥＭ画像（３０枚）を用い、粗化部分と樹脂モールドとの接合界面付近の３次元の立体図（高さ３０×幅３０×奥行き３μｍ）を構築した。
（５） さらに、金属部材の粗化部分と樹脂モールドとの接合界面における任意の１０箇所について、上記（１）〜（４）を行い、合計で１０点の３次元の立体図を作製した。
（６） 得られた各立体図から、各立体図内に含まれる各空隙の寸法（距離が最も長い部分）を計測し、各立体図内での最も大きい空隙の寸法を評価した。さらに、この最も大きい空隙の寸法を、任意の１０箇所の立体図でさらに評価し、最も大きい値を最大寸法とした。結果を表１に示す。
（７）また、各立体図内に含まれる空隙の体積の和を、測定領域の立体の接合界面に略平行な平面の面積（ここでは３０μｍ×３μｍ＝９０μｍ２）で割って、接合界面に略平行な平面１μｍ２あたりに存在する空隙の体積を算出した。同様の測定を、粗化部分の異なる場所で１０か所測定し、平均値を算出した。結果を表１に示す。
［算術平均粗さ］
金属部材の表面に形成された粗化部分について、レーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製ＶＫ−Ｘ２５０）を用い、ＩＳＯ規格（ＩＳＯ ２５１７８）に従った算術平均粗さ（Ｒａ）を計測した。レーザ顕微鏡測定の条件は、倍率１０００倍、カットオフ値８０μｍとし、５００μｍ×３５０μｍの長方形の領域を測定した。算術平均粗さは、任意の１０箇所の粗化部分について同様に測定し、その平均値（Ｎ＝１０）を、本試験における粗化部分の算術平均粗さとした。なお、比較例１に係る金属部材については、粗化部分を形成していないので、接合部に対応する金属部材の表面について本測定を行った。また、樹脂モールドを形成する前の金属部材の粗化部分の算術平均粗さと、樹脂モールド形成後の特定界面領域を断面観察した際の粗化部分の算術平均粗さとの間には、相関があることが確認されている。
［酸素の存在比率］
電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）によって、金属表面から１０μｍまでの領域の酸素元素存在量を評価した。装置はＪＸＡ８８００ＲＬ（日本電子株式会社製）を用いた。
（１）まず、測定対象として、上記実施例および比較例に係る複合体の金属部材と樹脂モールドとの接合部付近で算術平均粗さが０．１０μｍ〜１００μｍの範囲にある領域に該当する箇所を選択し、ＦＩＢによって切断し、図３に示すような、樹脂モールドと金属部材との接合界面に垂直な断面を切り出した。
（２）次に、切り出した断面のうち粗化部分について、金属表面から金属部材の深さ方向に１０μｍまでの部分が含まれるように、１００μｍ四方の領域を、加速電圧１５ｋＶでＯ‐Ｋα線の強度のマッピングを行った。得られたマッピングデータから、金属表面から金属部材の深さ方向に１０μｍまでの領域における、Ｏ‐Ｋα線の強度の平均値を算出した。
（３） さらに、粗化部分を含む任意の１０箇所について、上記（２）を行い、各１０箇所で、それぞれＯ‐Ｋα線の強度の平均値を算出した。さらに、この平均値を、任意の１０箇所の値でさらに平均し、粗化部分におけるＯ‐Ｋα線の平均強度（Ｎ＝１０）を算出した。
（４）続いて、切り出した断面のうち粗化部分を含まない部分（非粗化領域）の、任意の１０箇所について、上記（２）および（３）と同様の測定を行い、粗化部分を含まない非粗化領域におけるＯ‐Ｋα線の平均強度（Ｎ＝１０）を算出した。
（５）上記、（１）〜（４）で得られた粗化部分と非粗化領域におけるそれぞれＯ‐Ｋα線の平均強度から、非粗化領域に対する粗化部分の強度の比率（粗化部分／非粗化領域）を算出した。結果を表１に示す。
［気密試験（圧力損失）］
まず、上記実施例および比較例に係る複合体に穴を開け、チューブを通し、複合体の内部を、圧縮空気を用いて１００ｋＰａで加圧し、１分後の圧力損失を測定した。なお、測定は、常温と高温（６０℃）の２種類の環境下で行った。
圧力の測定は、微差圧計（株式会社コスモ計器製、ＤＰゲージＭＯＤＥＬ ＤＰ−３３０ＢＡ）を使用した。また、各サンプルＮ＝３で実施し、測定値を平均して、それぞれの圧力損失値（Ｐａ）とした。
本実施例では、常温時は、７５０Ｐａ以下を良好とし、５００Ｐａ以下を特に良好とした。また、高温（６０℃）時は、１５００Ｐａ以下を良好とし、１０００Ｐａ以下を特に良好とした。
Figure 2016117711
表１に示されるように、特に、粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合および最大寸法が共に所定の範囲内にある、実施例１〜７の複合体は、圧力損失値が小さく、気密性に優れていることが確認された。
一方、粗化部分が形成されていない比較例１、および粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合および最大寸法の少なくとも一方が所定の範囲内にない実施例２〜５の複合体は、特に高温での圧力損失値が大きく、本発明の複合体に比べて気密性に劣ることが確認された。
（実施例８〜１３）
実施例８〜１３は、金属部材の材料、樹脂の種類、スポット間隔（ｐ、ｑ）、スポット列の本数、粗化領域の幅を、表２のように変更した以外は、実施例１と同様に複合体を作製し、評価した。条件および評価結果を表２および３に示す。なお、表２および３において、実施例１は、表１に示したものと同じものである。
また、表２中、銅は上記銅板を、アルミは２０ｍｍ×７０ｍｍ×２ｍｍのアルミニウム板を、ＰＡは上記ポリアミド樹脂を、ＰＢＴはポリブチレンテレフタレート樹脂（東レ株式会社製、１１０１Ｇ−Ｘ５４）をそれぞれ意味する。
Figure 2016117711
Figure 2016117711
表２および３に示されるように、金属部材の材料、樹脂モールドを構成する樹脂材料、レーザ照射時のスポット間隔ｐスポット列の数および粗化領域の幅を変更しても、特に、粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合および最大寸法が共に所定の範囲内にある場合には、圧力損失値が小さく、気密性に優れていることが確認された。
（実施例１４〜１９）
実施例１４〜１９は、レーザはＪｅｎＬａｓ ｆｉｂｅｒ ｎｓ ２０−ａｄｖａｎｃｅｄ（イエナオプティック社製）を用い、パルスエネルギーを５００μＪとし、スポット間隔（ｐ、ｑ）を表４のように変更した以外は、実施例１と同様に複合体を作製し、評価した。条件および評価結果を表４および５に示す。
なお、実施例１４〜１９では、各粗化部分を形成した銅板について、スポット深さ、スポット密度、ゆがみおよび飛散物の有無を確認した。スポット深さ（凹凸の深さ）はレーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製ＶＫ−Ｘ２５０）で測定した。また、スポット密度は、単位面積（ｍｍ２）あたりのスポットの個数をカウントした。ゆがみの有無は、粗化部分の周囲を目視にて観察し、飛散物は、特にレーザスポットの周囲を光学顕微鏡で観察した。
Figure 2016117711
Figure 2016117711
表４および５に示されるように、レーザ照射の装置、スポット間隔（ｐ、ｑ）、スポット深さおよびスポット密度を変更しても、特に、粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合および最大寸法が所定の範囲内にある場合には、圧力損失値が小さく、気密性に優れていることが確認された。
また、表４に示すような条件とすることで、ゆがみや飛散物の少ない金属部材が得られることが確認された。なお、ゆがみについては、金属部材として厚みの大きいものを選択すれば問題ない。
１ 複合体
２０ 金属部材
２１ 粗化部分
２２ 非粗化部分
２３ 粗化領域
２５ 非粗化領域
２７ スポット照射部
３０ 樹脂モールド
４０ 接合部
４１ 接合界面
４３ 特定界面領域

Claims (14)

  1. 金属部材と、前記金属部材の表面に接合状態で形成された樹脂モールドとを含む複合体であって、
    前記金属部材は、該表面の前記樹脂モールドとの接合部に、粗化部分を有し、
    前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
    前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面１μｍ２あたり、０．０５μｍ３以下であり、かつ、
    前記空隙の最大寸法が１０００ｎｍ以下であることを特徴とする、金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  2. 前記粗化部分の算術平均粗さが、０．１３μｍ〜１００μｍである、請求項１に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  3. 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含まない非粗化領域を有し、
    前記粗化部分における酸素の存在比率は、前記非粗化領域の酸素の存在比率よりも大きい、請求項２に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  4. 前記粗化部分の酸素元素の存在比率が、前記非粗化領域の酸素の存在比率の１．３倍以上である、請求項３に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  5. 前記粗化部分は、ドット状の凹凸部の集合体を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  6. 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部の外周から１００μｍ以内の領域を含む、請求項５に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  7. 前記ドット状の凹凸部の深さが、１００ｎｍ以上５０μｍ以下である、請求項５または６記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  8. 前記ドット状の凹凸部の密度が、２０〜２０００個／ｍｍ２である、請求項５〜７のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  9. 前記ドット状の凹凸部の径が、２００μｍ以下である、請求項５〜８のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  10. 前記粗化部分は、前記ドット状の凹凸部が連続して配置された粗化パターンを有する、請求項５〜９のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  11. 前記金属部材は、該表面の一部に前記粗化部分を含む粗化領域を有し、
    前記粗化領域の幅の最小値が、２００μｍ以上である、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  12. 前記複合体は、前記樹脂モールド中に機能部品をさらに備え、
    前記粗化部分は、少なくとも前記機能部品の周囲を取り巻くように形成されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  13. 前記複合体は、前記樹脂モールド中に密閉空間を有し、前記密閉空間に樹脂モールドで覆われていない前記金属部材の表面を備えている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の金属部材と樹脂モールドとの複合体。
  14. 表面の一部に、樹脂モールドと接合するための粗化部分を備える金属部材であって、
    前記粗化部分を含むように前記金属部材の表面に前記樹脂モールドを接合した場合、
    前記粗化部分と前記樹脂モールドとの接合界面を含む特定界面領域において、
    前記粗化部分と樹脂モールドとの間の空隙の平均体積割合は、前記接合界面に略平行な平面１μｍ２あたり、０．０５μｍ３以下であり、かつ、前記空隙の最大寸法が１０００ｎｍ以下であることを特徴とする、樹脂モールドとの複合体形成用金属部材。
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