KR102182992B1 - 양극산화된 금속에 중합체 재료를 접합하기 위한 에칭 - Google Patents

양극산화된 금속에 중합체 재료를 접합하기 위한 에칭 Download PDF

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Abstract

본 출원은 휴대용 전자 디바이스를 위한 멀티-피스 인클로저(multi-piece enclosure)에 관한 것이다. 인클로저는 금속 기판 및 금속 기판을 오버레이하는 금속 산화물 층을 포함하는 금속 부품을 포함하며, 금속 산화물 층은 언더컷 영역 내로 이어지는 개구를 포함하는 외부 표면을 갖는다. 개구는 제1 폭을 갖는 것으로 특징지어지고, 언더컷 영역은 제1 폭보다 더 큰 제2 폭을 갖는 것으로 특징지어진다. 인클로저는 비금속 벌크 층을 추가로 포함하며, 비금속 벌크 층은 금속 부품과 인터로킹되도록 언더컷 영역 내로 연장되는 돌출 부분을 포함한다.

Description

양극산화된 금속에 중합체 재료를 접합하기 위한 에칭{ETCHING FOR BONDING POLYMER MATERIAL TO ANODIZED METAL}
기술된 실시예는 대체로 금속 부품의 표면을 에칭하기 위한 기법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 기술된 실시예는 중합체 재료를 금속 부품에 부착하기 위하여 금속 부품의 표면에 인터로킹 구조물(interlocking structure)을 형성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
소비자 디바이스를 위한 인클로저는 기능적, 구조적, 및 미적 향상을 제공하기 위하여 전형적으로 금속 및 비금속 재료의 조합으로 구성된다. 그러나, 금속은 이러한 비금속 재료에 부착하는 본연의 능력이 결여되어 있을 수 있다. 비금속 재료에 대한 부착을 용이하게 하기 위하여 금속을 개질하기 위한 기법은 상당한 시간, 비용, 및 노력을 필요로 할 수 있다. 더욱이, 비금속 재료를 금속 재료에 부착할 수 있음에도 불구하고, 이러한 기법은 금속과 비금속 재료 사이에 필요한 크기의 인장 강도(pull strength)를 제공할 수 없다. 추가적으로, 이러한 기법은 아래에 놓인 금속이 수분 및 오염물에 노출됨으로써 금속의 유용 수명을 크게 감소시키는 것을 억제할 수 없다.
본 명세서는 금속 부품의 표면을 에칭하기 위한 기법에 관한 다양한 실시예를 기술한다. 상세하게는, 다양한 실시예는 중합체 재료를 금속 부품에 부착하기 위하여 금속 부품의 표면에 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일부 실시예에 따르면, 휴대용 전자 디바이스를 위한 멀티-피스 인클로저(multi-piece enclosure)가 기술된다. 멀티-피스 인클로저는 금속 기판 및 금속 기판을 오버레이(overlay)하는 금속 산화물 층을 포함하며, 금속 산화물 층은 언더컷(undercut) 영역 내로 이어지는 개구를 포함하는 외부 표면을 가지며, 개구는 제1 폭을 갖는 것으로 특징지어지고, 언더컷 영역은 제1 폭보다 더 큰 제2 폭을 갖는 것으로 특징지어진다. 멀티-피스 인클로저는 비금속 벌크 층을 추가로 포함하며, 비금속 벌크 층은 금속 부품과 인터로킹되도록 언더컷 영역 내로 연장되는 돌출 부분을 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 휴대용 전자 디바이스를 위한 복합 인클로저가 기술된다. 복합 인클로저는 금속 산화물 층에 의해 오버레이된 금속 기판을 포함하는 부품을 포함하며, 부품은 제1 부품의 외부 표면으로부터 연장되어 금속 기판 부근에서 종단되는 개구를 갖는 리세스된(recessed) 인터로킹 구조물을 포함하며, 리세스된 인터로킹 구조물은 (i) 언더컷 기하학적 형태를 갖는 것으로 특징지어지고, (ii) 금속 산화물 층에 의해 오버레이된다. 복합 인클로저는 리세스된 인터로킹 구조물 내로 연장되어 그와 인터로킹되는 돌출 특징부를 포함하는 벌크 부분을 갖는 비금속 부품을 추가로 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 멀티-피스 인클로저를 형성하기 위한 방법이 기술되는데, 상기 멀티-피스 인클로저는 금속 산화물 층에 의해 오버레이되는 금속 기판을 포함한다. 상기 방법은 금속 기판이 전기화학 에칭 프로세스를 거치게 함으로써 금속 기판 내에 언더컷 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 언더컷 영역을 한정하는 금속 기판의 영역을 오버레이하는 금속 산화물 층을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 금속 산화물 층은 언더컷 영역 내로 이어지는 개구를 갖는 외부 표면을 포함한다. 상기 방법은 언더컷 영역을 비금속 층의 돌출 부분으로 충전함으로써 비금속 층을 금속 산화물 층에 접합하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 복합 부품이 기술된다. 복합 부품은, 제1 재료로 형성된 기판을 갖고 외부 표면을 갖는 제1 부품을 포함할 수 있으며, 외부 표면을 가로질러 기판 내로 연장되는 인터로킹 구조물이 랜덤하게 분포되며, 인터로킹 구조물은, 외부 표면에 제1 폭을 갖는 것으로 특징지어지고 제1 폭보다 더 큰 제2 폭을 갖는 것으로 특징지어지는 언더컷 영역 내로 이어지는 개구를 포함한다. 복합 부품은, 제2 재료로 형성되고 외부 표면에 있는 벌크 층 및 (i) 벌크 층으로부터 개구를 통해 연장되는 제1 부분 및 (ii) 제1 부분으로부터 연장되어 언더컷 영역 내에 완전히 충전되고 보유되는 제2 부분을 갖는 미세부분을 포함하는 제2 부품을 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 전자 디바이스를 위한 멀티-피스 인클로저가 기술된다. 멀티-피스 인클로저는 금속 산화물 층에 의해 오버레이되는 금속 기판을 포함하는 제1 피스를 포함할 수 있으며, 금속 산화물 층은 외부 표면을 가지며, 외부 표면 위에 제1 폭을 갖는 개구가 랜덤하게 분포되며, 개구는, 제2 폭을 갖고 외부 표면으로부터 금속 기판 내로 연장되는 리세스된 구조물 내로 이어지며, 리세스된 구조물은 (i) 적어도 최소 분리 거리에 의해 서로 분리되고, (ii) 언더컷 기하학적 형태를 갖는 것으로 특징지어진다. 멀티-피스 인클로저는 돌출 특징부와 함께 벌크 부분을 갖는 비금속 재료로 형성된 제2 피스를 추가로 포함할 수 있으며, 돌출 특징부는 제1 피스와 제2 피스가 함께 로킹되도록 개구를 통해 리세스된 구조물 내로 연장되어 그를 충전한다.
일부 실시예에 따르면, 1차 금속 산화물 층에 의해 오버레이된 금속 기판을 포함하는 부품의 외부 표면에 다수의 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 방법이 기술된다. 상기 방법은 부품을 금속 에칭 용액에 노출시킴으로써 1차 금속 산화물 층의 외부 표면의 1차 금속 산화물 결함에 상응하는 위치에 제1 인터로킹 구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 제1 인터로킹 구조물은 외부 표면에 제1 폭을 갖는 개구를 포함하며, 개구는 제1 폭보다 더 큰 제2 폭을 갖는 언더컷 기하학적 형태를 갖는 1차 리세스된 부분으로 이어진다. 상기 방법은, 제1 인터로킹 구조물을 형성한 이후에, 부품을 금속 에칭 용액으로부터 꺼내어서 부품을 자연 대기에 노출시킴으로써 자연 산화물 층이 형성되게 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 부품을 금속 에칭 용액에 노출시킴으로써 자연 산화물 층의 자연 산화물 결함에 상응하는 위치에 제2 인터로킹 구조물을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 태양들 및 이점들은 기술되는 실시예들의 원리들을 예로서 도시하는 첨부 도면들과 함께 취해지는 하기의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명의 내용은 단지 본 명세서에 기술되는 주제의 일부 태양들에 대한 기본적인 이해를 제공하도록 일부 예시적인 실시예들을 요약하기 위한 목적으로 제공될 뿐이다. 따라서, 상기에 기술된 특징들은 단지 예들일 뿐이고 본 명세서에 설명되는 주제의 범주 또는 사상을 어떠한 방식으로든 한정하도록 해석되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에 설명되는 주제의 다른 특징들, 태양들 및 이점들은 다음의 상세한 설명, 도면들 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 유사한 도면 부호가 유사한 구조적 요소들을 지시하는 첨부 도면과 관련하여 하기의 상세한 설명에 의해 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 일부 실시예에 따른, 본 명세서에 기술된 기법을 사용하여 프로세싱될 수 있는 금속 표면을 갖는 다양한 디바이스의 사시도를 예시한다.
도 2a 내지 도 2g는 일부 실시예에 따른, 금속 부품의 외부 표면에 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 프로세스의 단면도를 예시한다.
도 3은 일부 실시예에 따른, 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품의 단면도를 예시한다.
도 4 및 도 5는 일부 실시예에 따른, 다수의 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품의 도면을 예시한다.
도 6a는 일부 실시예에 따른, 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품의 일부분의 단면도를 예시한다.
도 6b는 일부 실시예에 따른, 가교된 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품의 일부분의 단면도를 예시한다.
도 7a 및 도 7b는 일부 실시예에 따른, 본 명세서에 기술된 기법을 사용하여 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품의 도면의 예시적인 이미지를 예시한다.
도 8은 일부 실시예에 따른, 금속 부품을 프로세싱하기 위한 방법을 예시한다.
도 9는 일부 실시예에 따른, 금속 부품을 프로세싱하기 위한 방법을 예시한다.
도 10은 일부 예에 따른, 금속 부품의 언더컷 비와 인장 강도 사이의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다.
도 11은 일부 예에 따른, 금속 부품의 에칭 시간과 에칭 깊이 사이의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다.
도 12a 내지 도 12e는 일부 실시예에 따른, 양극산화된 금속 부품의 외부 표면에 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 프로세스의 단면도를 예시한다.
도 13a 내지 도 13c는 일부 실시예에 따른, 인터로킹 구조물을 갖는 양극산화된 금속 부품의 다양한 단면도를 예시한다.
도 14a 내지 도 14c는 일부 실시예에 따른, 비금속 부품에 접합되는 양극산화된 금속 부품의 다양한 단면도를 예시한다.
도 15a 및 도 15b는 일부 실시예에 따른, 다수의 인터로킹 구조물을 갖는 양극산화된 금속 부품의 도면을 예시한다.
도 16은 일부 실시예에 따른, 금속 부품을 프로세싱하기 위한 방법을 예시한다.
도 17은 일부 실시예에 따른, 금속 부품을 프로세싱하기 위한 방법을 예시한다.
도 18은 일부 예에 따른, 양극산화된 금속 부품의 양극산화 프로세스와 인장 강도 사이의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다.
도 19는 일부 예에 따른, 양극산화된 금속 부품의 양극산화 프로세스와 공기 누설 사이의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다.
도 20은 일부 예에 따른, 양극산화된 금속 부품의 양극산화 프로세스의 유형과 공기 누설 사이의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다.
도 21a 내지 도 21c는 일부 예에 따른, 본 명세서에 기술된 기법을 사용하여 비금속 부품에 접합된 양극산화된 금속 부품의 도면의 예시적인 이미지를 예시한다.
본 출원에 따른 방법들 및 장치들의 대표적인 응용예들이 이 섹션에 기술된다. 이 예들은 단지 맥락을 부가하고 기술된 실시예들의 이해에 도움을 주기 위해 제공되어 있다. 따라서, 기술된 실시예들이 이들의 구체적인 상세한 설명의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수 있다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 잘 알려진 프로세스 단계들은 기술된 실시예들을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다. 다른 응용예들도 가능하며, 따라서 이하의 예들을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
하기의 상세한 설명에서는, 설명의 일부를 형성하고 기술된 실시예들에 따른 특정 실시예들이 예시로서 도시되어 있는 첨부 도면들이 참조된다. 이러한 실시예들은 통상의 기술자가 기술된 실시예들을 실행할 수 있게 하도록 충분히 상세하게 설명되지만, 이러한 예들은 제한하는 것이 아니어서, 다른 실시예들이 사용될 수 있으며 설명된 실시예들의 기술적 사상 및 범주를 벗어남이 없이 변경이 이루어질 수 있음이 이해된다.
본 명세서에 기술된 실시예는 금속 부품에 대한 비금속 재료 (예를 들어, 중합체 재료 등)의 부착을 촉진시키기 위하여 금속 부품의 표면에 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 기법을 설명한다. 구체적으로는, 휴대용 전자 디바이스를 위한 인클로저는 이러한 인클로저에 구조적 및/또는 미적 개선의 조합을 제공하기 위하여 금속 및 비금속 재료의 조합을 이용할 수 있다. 그러나, 금속은 비금속 재료 (예를 들어, 중합체, 유리, 세라믹 등)에 부착하는 자연적인 능력이 결여되어 있을 수 있다. 예를 들어, 소정의 금속, 예컨대 스테인리스 강 및 양극산화된 알루미늄은 금속 기판 및 금속 기판을 오버레이하는 금속 산화물 층을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 금속 산화물 층은 액체 및 다른 오염물에 의해 야기되는, 아래에 놓인 금속 기판의 부식을 대체로 방지하며, 이는 그렇지 않으면 금속 부품의 유용 수명을 감소시킬 것이다. 금속 산화물 층은 아래에 놓인 금속 기판의 부식을 억제하는 데 유익할 수 있지만, 금속/산화물은 매끈하고 편평한 외부 표면 마무리를 갖는 것으로 특징지어질 수 있으며, 이는 비금속 재료를 외부 표면에 부착하는 데 있어서의 어려움에 기여할 수 있다.
비금속 재료를 금속 부품에 부착하기 위한 한 가지 기법은 금속 부품의 외부 표면 내로 노치(notch)를 기계가공하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 기계가공 프로세스는 큰 부피의 인클로저를 생성하는 데 이용될 때 결점을 가질 수 있는데, 이는, 이러한 기계가공 프로세스는 상당량의 시간, 비용, 및 노력을 수반할 수 있기 때문이다. 더욱이, 금속 부품의 외부 표면에 형성되는 노치는 대체로 매끄러운 표면을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 그러나, 이들 매끄러운 표면은 수분 및 다른 오염물이 금속 부품의 아래에 놓인 금속 기판에 도달하는 것을 억제할 수 있는 수밀 밀봉(watertight seal)이 결여되어 있을 수 있다. 구체적으로는, 이들 매끄러운 표면은 금속 부품의 외부 표면으로부터 아래에 놓인 금속 기판으로의 직접 누설 경로를 한정한다. 더욱이, 예를 들어 사출 성형 프로세스를 통해, 이들 노치 내에 중합체 재료로 충전하는 것으로는 일반적으로 이러한 문제를 고치지 못하는데, 이는, 중합체 재료의 형상이 이들 노치의 매끄러운 표면을 단순히 반영하기 때문이다.
본 명세서에 기술된 실시예는 금속 부품의 외부 표면에 개별적으로 이산된 인터로킹 구조물들을 형성하기 위한 기법을 설명한다. 구체적으로는, 이들 이산된 인터로킹 구조물 각각은 비금속 재료의 부착 특징부를 수용할 수 있다. 일부 예에서, 이들 개별적인 인터로킹 구조물은 금속 부품이 에칭 프로세스를 거치게 한 결과로서 형성된, 에칭된 인터로킹 구조물로 지칭될 수 있다. 일부 예에서, 이들 인터로킹 구조물 각각은 부착 특징부를 포획하기 위한 언더컷 영역을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 이들 인터로킹 구조물 각각은 금속 산화물 층에 의해 오버레이되어, 추가로 인장 강도를 증가시키고 내수분성을 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 인터로킹 구조물은, 비금속 재료가 금속 부품으로부터 강제로 떼어지게 되는 것을 방지하도록, 비금속 재료의 부착 특징부 상에 대해 상당량의 부착 강도를 발휘할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 휴대용 디바이스의 인클로저가 바닥에 떨어뜨려지거나 물리적 손상을 입게 되는 경우, 비금속 재료는 금속 부품으로부터 분리되려고 할 수 있다. 유익하게도, 이들 인터로킹 구조물의 부착 강도 (예를 들어, 인장 강도)가 더 클수록, 비금속 재료가 금속 부품으로부터 분리될 가능성이 더 적다.
본 명세서에 기술된 실시예에서의 기법이 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품의 외부 표면의 오버-에칭(over-etching)을 방지할 수 있음에 유의해야 한다. 구체적으로는, 외부 표면에서의 인터로킹 구조물의 오버-에칭은, 그것이 보통 정도의 에칭량을 갖는 외부 표면에 비하여 금속 부품과 비금속 재료 사이의 부착 강도를 실제로 상당히 감소시킬 수 있다는 점에서 바람직하지 않을 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 외부 표면의 오버-에칭은 외부 표면의 총 표면적의 약 80% 내지 약 100%를 커버하는 인터로킹 구조물의 형성을 지칭할 수 있다. 대조적으로, 외부 표면의 보통 정도의 에칭량은 외부 표면의 총 표면적의 약 25% 내지 약 70%를 커버하는 인터로킹 구조물의 형성을 지칭할 수 있다. 구체적으로는, 외부 표면의 오버-에칭은, 다수의 공극이 단일 영역에서 서로 중첩되어 그 결과 단일 영역에서 단일 스태거형(staggered) 인터로킹 구조물이 형성되는 것으로 특징지어진다. 스태거형 인터로킹 구조물은 개구 아래에 배치되는 포획 영역보다 더 큰 크기 (예를 들어, 직경)를 갖는 개구를 포함한다는 점에서, 스태거형 인터로킹 구조물은 소정의 인터로킹 구조물과 대조적이다. 일부 예에서, 스태거형 인터로킹 구조물의 개구는 포획 영역보다 더 큰데, 이는, 외부 표면의 오버-에칭이 외부 표면으로부터 멀어지는 쪽보다 오히려 외부 표면을 향하는 쪽으로 더 가까운 금속 부품의 재료의 대부분을 에칭 제거하기 때문이다. 실제로, 오버-에칭된 외부 표면은 거칠고 불균일한 외부 표면을 갖는 것으로 특징지어진다. 더욱이, 외부 표면의 오버-에칭은 다수의 인터로킹 구조물이 부분적으로 서로 상하로 중첩되어 형성될 수 있게 하며, 이는 이들 인터로킹 구조물 각각 사이의 감소된 분리 거리, 단일 영역에서의 공극 형성의 증가된 밀도뿐만 아니라 각각의 인터로킹 구조물의 명확하게 한정된 형상 및 크기의 손상을 초래할 수 있다. 예를 들어, 외부 표면의 오버-에칭의 결과로서 형성되는 스태거형 인터로킹 구조물이 바로 인접하게 또는 서로 중첩하여 배치된다. 결과적으로, 이들 스태거형 인터로킹 구조물이 비금속 재료에 대한 부착을 유지하는 능력에 상당히 영향을 준다. 구체적으로는, 금속 부품의 오버-에칭과 관련된 스태거형 인터로킹 구조물은 금속 부품의 구조적 완전성을 손상시키고 비금속 재료를 금속 부품에 부착하기 위한 불균일한 부착 표면을 형성할 수 있다. 추가적으로, 오버-에칭은 또한 금속 부품의 기하학적 형태 또는 치수를 변경시킬 수 있으며, 이는 결과적으로 금속 부품이 명시된 제조 공차 수준 밖에 있게 한다. 더욱이, 오버-에칭은 금속 부품의 갭 및 구조를 변화시킬 수 있다. 이는 안테나 스플릿(split) 또는 라인을 갖는 인클로저의 금속 부품에서 특히 중요한데, 이는, 안테나 스플릿의 갭 크기 및 구조의 변화가 인클로저의 공동 내에 포함된 무선 안테나의 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있기 때문이다. 예를 들어, 스플릿에서 형성되는 에칭된 인터로킹 구조물은 비금속 재료 (예를 들어, 사출 성형 플라스틱)를 수용할 수 있다. 그러나, 인터로킹 구조물이 이들 스플릿에서 오버-에칭된다면, 그것은 금속 부품과 비금속 재료 사이에 감소된 결합 강도를 초래할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 인터로킹 구조물은 보통 정도의 에칭량 (예를 들어, 외부 표면의 총 표면적의 약 25% 내지 약 70%)을 갖는 외부 표면과 관련될 수 있다. 서로 중첩하거나 접촉하여 형성되는 스태거형 인터로킹 구조물과 대조적으로, 본 인터로킹 구조물들은 각각의 인터로킹 구조물의 개별 부착 강도의 임의의 손상을 대체로 방지하는 충분한 크기의 분리 거리에 의해 대체로 분리되어 있다. 추가적으로, 보통 정도의 에칭량을 갖는 외부 표면은 과다-에칭된(overly-etched) 외부 표면에 비하여 감소된 피트 밀도(pit density)를 나타낸다. 더욱이, 인터로킹 구조물은 또한 개구 아래에 배치된 언더컷 영역보다 더 작은 크기 (예를 들어, 직경)를 갖는 개구를 갖는 것으로 특징지어진다. 일부 실시예에서, 인터로킹 구조물의 언더컷 영역은 금속 부품의 재료 (예를 들어, 금속 산화물, 금속 기판 등)가 오버행되고 언더컷 영역을 한정하기 때문에 그렇게 지칭될 수 있다. 일부 예에서, 인터로킹 구조물의 개구의 크기는 언더컷 영역의 크기보다 상당히 더 작은데, 이는, 표면에 있는 금속 부품의 재료의 대부분이 온전하게 남아 있기 때문이다. 실제로, 인터로킹 구조물을 갖는 보통 정도로 에칭된 표면은 대체로 매끄러운 표면을 나타내며, 일부 경우에, 개구를 한정하는 금속 부품의 면은 대체로 균일한 두께를 갖는다.
소비자-등급 휴대용 전자 디바이스에 선택된 재료로서 알루미늄이 빈번하게 언급된다. 실제로, 알루미늄은 높은 비강도(specific strength) 및 비강성(specific stiffness)과 같은 바람직한 속성을 가지며, 기계가공이 비교적 용이하다. 더욱이, 알루미늄은 양극산화되어, 일상적인 취급으로 인한 열화에 저항하는 광범위한 내구성 있는 미적 마무리를 가져올 수 있다. 알루미늄은 비금속 재료, 예컨대 유리 및 중합체와 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스의 디스플레이가 인클로저를 위한 알루미늄 프레임에 접합될 수 있다. 알루미늄 프레임은 인클로저 내에 보유된 안테나(들)의 전자기적 간섭을 방지하도록 다양한 전기 절연된 부품들로 종종 세분화된다. 예를 들어, 디스플레이가 한 면에 접합되고, 유리가 반대측 면에 결합되도록 인클로저의 에지 주위에 구조용 밴드(structural band)를 형성하는 데 알루미늄이 사용될 수 있다. 더욱이, 전기 절연 스플릿이 인클로저의 주연부 주위에 형성될 수 있다.
구조용 밴드가 인클로저에 그의 수명 내내 충분한 구조 강도, 견고성, 강성 및 내열성 및 내수분성을 부여하기 위하여, 인클로저는 금속 (예를 들어, 알루미늄)과 비금속 재료 (예를 들어, 중합체) 사이에 강한 접착 접합이 형성될 것을 필요로 한다. 실제로, 이들 요건은 (개선된 안테나 성능을 위한) 추가적인 절연 스플릿 및 (중량 및 공간을 최소화하기 위한) 더욱 더 작은 접착 면적에 직면하여, 만족시키는 데 더욱 더 기술적으로 어려움이 있다. 더욱이, 내수성 인클로저에 대한 증가하는 필요성은 이들 접착 접합이 강도를 유지해야 할 뿐만 아니라, 수분 누설을 방지해야 할 것을 요구하며, 이는, 인클로저가 다회의 변형(strain) 사이클을 받은 후에도 그러하다. 더욱이, 항공우주 산업에서는, 금속을 비금속 재료에 체결하기 위한 통상적인 메커니즘, 예컨대 기계적 체결구 (예를 들어, 리벳공(riveter))가 금속 부품들 사이의 전기 절연의 요건으로 인해 휴대용 전자 디바이스에 사용될 수 없음에 유의해야 한다. 예를 들어, 함께 부착되는 상이한 금속 부품들을 전기 절연하기 위하여 비금속 재료 (예를 들어, 중합체)가 사용된다. 더욱이, 크롬산 양극산화 및 붕산-황산 양극산화와 같은 대안은 대체로 불량한 접착 성능을 가져온다. 실제로, 이들 프로세스는 약간 가리비형으로 된(lightly scalloped) 구조물을 생성하는데, 이러한 구조물은 가혹한 환경에서 소비자 사용을 겪기 위하여 휴대용 전자 디바이스에 요구되는 필요한 부착 강도, 내수성, 및 인장 강도를 제공하지 못한다. 실제로, 휴대용 전자 디바이스를 위한 인클로저가 더 소형화되고/되거나 이들 인클로저의 설계가 금속의 단지 주연부 밴드(peripheral band)로 변화됨에 따라, 금속과 비금속 사이의 접합에 허용된 영역은 크게 감소된다. 따라서, 더 견고한 금속 대 비금속 접합에 대한 강조가 증가되고 있다. 본 명세서에 더 상세히 기술된 바와 같이, 금속을 비금속에 부착하기 위하여 본 명세서에 기술된 실시예는 통상적인 메커니즘에 비하여 강도에 있어서 적어도 50%의 개선을 부여한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 애노드 필름, 양극산화된 필름, 애노드 층, 양극산화된 층, 애노드 산화물 코팅, 애노드 층, 애노드 산화된 층, 금속 산화물 층, 산화물 필름, 산화된 층, 패시베이션 층(passivation layer), 패시베이션 필름, 및 산화물 층은 상호교환 가능하게 사용될 수 있으며, 임의의 적절한 산화물 층을 지칭한다. 산화물 층은 금속 기판의 금속 표면 상에 형성된다. 금속 기판은 여러 적합한 금속 또는 금속 합금 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 기판은 강 합금 (예를 들어, 스테인리스 강)을 포함할 수 있다. 스테인리스 강의 유형은 임의의 번호의 예, 예컨대 타입 316L 스테인리스 강을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 기판은 알루미늄을 포함할 수 있으며, 알루미늄은 산화될 때 산화알루미늄을 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 기판은 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 기판은 티타늄 또는 티타늄 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 비금속 층은, 비금속 층이 비금속 재료로 대체로 구성되도록 금속 재료와 혼합되거나 그와 조합 상태에 있는 대부분의 비금속 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서는, 금속으로 구성된 부품이 또한 본 명세서에 기술된 바와 동일한 프로세스 및 기법을 이용하여 금속 부품에 부착될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 부품, 층, 세그먼트, 및 섹션은 또한 적절한 경우에 상호교환 가능하게 사용될 수 있다.
이들 및 다른 실시예가 도 1, 도 2a 내지 도 2g, 도 3, 도 4 및 도 5, 도 6a 및 도 6b, 도 7a 및 도 7b, 도 8 내지 도 11, 도 12a 내지 도 12e, 도 13a 내지 도 13c, 도 14a 내지 도 14c, 도 15a 및 도 15b, 및 도 16 내지 도 21을 참조하여 하기에 논의되어 있다. 그러나, 당업자들은 이러한 도면들과 관련하여 본 명세서에서 제공되는 상세한 설명이 설명의 목적을 위한 것일 뿐이며, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 쉽게 알 것이다.
도 1은 본 명세서에 기술된 바와 같은 기법을 사용하여 가공될 수 있는 다양한 휴대용 디바이스를 예시한다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 기법은 소비자 사용을 위한 휴대용 디바이스의 인클로저의 금속 표면 (예를 들어, 금속 산화물 층 등)을 가공하는 데 사용될 수 있다. 도 1은 스마트폰(102), 태블릿 컴퓨터(104), 스마트워치(106), 및 휴대용 컴퓨터(108)를 예시한다. 일부 실시예에 따르면, 금속 표면은 금속 산화물 층에 의해 오버레이되는 금속 기판을 지칭할 수 있다. 일부 예에서, 금속 산화물 층은 금속 기판으로부터 형성될 수 있다. 구체적으로는, 금속 산화물 층은, 예를 들어 이들 휴대용 디바이스가 떨어뜨려지거나, 스크래치되거나, 깨지거나, 마모될 때, 금속 기판을 보호하도록 추가적인 보호 코팅으로서 기능할 수 있다.
일부 예에서, 예를 들어 금속 기판이 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 경우, 금속 산화물 층은 금속 기판 위에 형성될 수 있으며, 금속 산화물 층을 통해 형성되는 기공 구조물을 포함할 수 있고, 금속 산화물 층의 외부 표면으로부터, 금속 산화물 층을 아래에 놓인 금속 기판과 분리하는 배리어 층(barrier layer)까지 연장될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에 따르면, 금속 산화물 층의 기공 구조물 각각은 염료 입자를 수용할 수 있으며, 염료 입자는 염료 입자와 관련된 특정 색상으로 금속 산화물 층을 물들일 수 있다. 일부 예에서, 금속 산화물 층은 다수의 상이한 염료 색상을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 비금속 재료 (또는 벌크 층)가 금속 표면의 외부 표면에 부착될 수 있다. 구체적으로는, 금속 및 비금속 재료의 조합을 포함하는 이들 휴대용 디바이스의 다층 인클로저는 이들 휴대용 디바이스의 기능성에 대해 개선된 구조적 및 전자기적 간섭 감소 효과를 제공할 수 있다. 한 예에서, 이들 휴대용 디바이스는 다른 전자 디바이스를 사용하여 데이터 신호를 수신 및 송신할 수 있는 무선 안테나/송수신기를 포함할 수 있다. 그러나, 무선 안테나를 직접 커버하는 금속 표면은 이들 데이터 신호를 수신 및/또는 송신하는 휴대용 디바이스의 능력에 영향을 줄 수 있는 바람직하지 않은 전자기적 간섭의 양을 야기할 수 있다. 그러나, 비금속 재료, 예컨대 열가소성 재료는 대체로 전기 비전도성 (즉, 유전성)이며, 이에 따라, 휴대용 디바이스의 인클로저에 충분한 크기의 구조적 강성 및 보호 품질을 여전히 부여하면서, 휴대용 디바이스에 영향을 미치는 전자기적 간섭의 양을 최소화할 수 있다. 일부 예에서, 비금속 재료는 또한, 비금속 재료를 염료 입자와 관련된 특정 색상으로 물들이도록 염료 입자를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 비금속 재료는, 비금속 재료를 특정 색상으로 물들일 뿐만 아니라 그것에 향상된 기계적 강도를 부여하기 하기 위하여 무기 안료 및 충전제를 포함할 수 있다.
본 명세서에 더 상세히 기술된 바와 같이, 금속 표면은, 비금속 재료가 금속 부품으로부터 강제로 떼어지고/지거나 분리되는 것을 방지하도록 비금속 재료를 수용 및 보유할 수 있는 인터로킹 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이들 휴대용 디바이스(102, 104, 106, 108)가 떨어뜨려지거나 또는 물리적 손상을 입게 되는 경우, 비금속 재료는 금속 부품으로부터 떼어지는 경향을 나타낼 수 있다. 유익하게도, 이들 인터로킹 구조물은 비금속 재료가 금속 부품으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있으며; 이에 따라, 인클로저의 전체 구조적 구성을 보존할 수 있다. 이들 휴대용 디바이스(102, 104, 106, 108) 중 임의의 것의 금속 표면을 형성하기 위한 기법이 도 2a 내지 도 2g, 도 3, 도 4 및 도 5, 도 6a 및 도 6b, 도 7a 및 도 7b, 도 8 내지 도 11, 도 12a 내지 도 12e, 도 13a 내지 도 13c, 도 14a 내지 도 14c, 도 15a 및 도 15b, 및 도 16 내지 도 21을 참조하여 기술된 다양한 실시예를 참조하여 하기에 논의되어 있다.
비금속 재료를 금속 부품에 접합하기 위한 에칭
도 2a 내지 도 2f는 일부 실시예에 따른, 금속 부품의 외부 표면에 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 프로세스를 거치고 있는 금속 부품의 단면도를 예시한다. 도 2a는 금속 부품(200)의 외부 표면(202)에 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 프로세스를 거치기 전의 금속 부품(200)을 예시한다. 일부 실시예에서, 금속 부품(200)은 후속 에칭 프로세스에 적합한 임의의 두께를 가질 수 있는데, 이때 에칭 프로세스에 의해 외부 표면이 에칭 용액에 노출된다. 일부 실시예에서, 금속 부품(200)은 최종 부품, 예컨대 휴대용 디바이스(102, 104, 106, 108)의 인클로저의 거의 최종적인 형상(near net shape)을 갖는다. 외부 표면(202)은 비금속 층을 금속 부품에 부착하기 위한 부착 표면 또는 계면에 상응할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 도 2a에 예시된 금속 부품(200)은 표면 처리 프로세스, 예컨대 무전해 패시베이션 프로세스(non-electrolytic passivation process) 이후의 금속 부품(200)을 나타낸다. 구체적으로는, 금속 부품(200)은 무전해 패시베이션 프로세스의 결과로서 금속 기판(204) 위에 배치된 금속 산화물 층(206)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 패시베이션 프로세스를 거치기 전에 금속 기판(204)의 표면이 세정된다. 일부 예에서, 무전해 패시베이션 프로세스 동안, 금속 기판(204)은, 금속 기판(204)을 공기 또는 수분에 노출시킴으로써 자발적 프로세스를 통해 산화되어 자연 금속 산화물 층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 금속 기판(204)은 강 합금 (예를 들어, 스테인리스 강)을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 스테인리스 강은 약 72%의 철 및 약 16% 내지 18%의 크롬을 포함할 수 있다. 스테인리스 강에 존재하는 크롬 합금화 원소는 산소와 반응하여, 금속 기판(204) 위에 배치되는 금속 산화물 층(206) (예를 들어, 산화크롬)을 형성하도록 금속 기판(204)이 무전해 패시베이션 프로세스를 거치기 쉽게 할 수 있다. 일부 예에서, 금속 산화물 층(206)은 산화크롬 필름을 포함할 수 있으며, 산화크롬 필름은 스테인리스 강을 포함하는 금속 기판(204) 위에 형성되는 패시베이션 층으로도 지칭될 수 있다. 일부 예에서, 산화크롬 필름은 Cr2O3 산화물을 포함할 수 있다. 추가적으로, 패시베이션 층의 외부에 형성되는 다공성 산화물은 Ni/Fe 산화물을 포함할 수 있다.
일부 예에 따르면, 금속 기판(204)은 높이, 폭, 및 깊이를 갖는 3차원 구조이며, 금속 기판(204)은 금속 산화물 층(206)을 형성하기에 그리고 비금속 층을 금속 부품(200)에 부착하기에 적합한 임의의 유형의 기하학적 형태를 가질 수 있다. 일부 예에서, 금속 기판(204)의 기하학적 형태는 직사각형, 다각형, 환형, 베벨형(beveled) 에지, 각진 에지, 타원형 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 금속 기판의 텍스처는 대체로 편평하거나 불균일한 표면일 수 있다.
다른 예에서, 금속 산화물 층(206)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 경우, 금속 산화물 층(206)은 전해 양극산화 프로세스를 통해 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 기판(204)의 일부분이 금속 산화물 층(206)으로의 전환에 의해 전환 또는 소비된다. 다른 예에서, 금속 산화물 층(206)은 임의의 적합한 양극산화 프로세스를 통해 형성될 수 있다.
일부 예에 따르면, 금속 산화물 층(206)은 두께가 약 1 나노미터 내지 수백 나노미터일 수 있다. 일부 예에서, 두께는 약 3 나노미터 내지 약 500 나노미터이다. 일부 예에서, 금속 산화물 층(206)의 두께는 약 10 나노미터 내지 약 100 나노미터이다. 금속 산화물 층(206)의 두께는 금속 기판(204)이 패시베이션 프로세스를 거치게 되는 시간을 조정함으로써 제어될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 금속 산화물 층(206)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 경우, 금속 산화물 층(206)은 금속 부품(200)의 외부 표면(202)의 중심 평면과 대체로 직각인 방향으로 세장된 대체로 원기둥인 형상을 갖는 것으로 특징지어지는 기공 벽에 의해 한정되는 기공 구조물을 포함할 수 있다.
도 2b는 금속 부품(210)의 외부 표면(202)에 제1 인터로킹 구조물(212)을 형성하기 위한 프로세스를 거친 이후의 금속 부품(210)의 단면도를 예시한다. 일부 실시예에 따르면, 제1 인터로킹 구조물(212)을 형성하기 위한 프로세스는 금속 부품(200)을, 예를 들어 금속 부품(200)을 에칭 용액에 노출시킴으로써, 에칭하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에 따르면, 에칭 용액은 염화제2철 (FeCl3)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 에칭 용액에 존재하는 FeCl3의 농도는 약 150 g/L 내지 약 250 g/L이다. 구체적으로는, 금속 부품(210)이 제1 사이클 동안 에칭 용액에 노출될 때, 에칭 용액은 제1 인터로킹 구조물(212)이 금속 부품(210)의 외부 표면(202)에 형성되게 할 수 있다. 일부 경우에, 제1 인터로킹 구조물(212)은 다중-경사(multi-angled) 측부 표면 또는 다중-크랙(multi-crack)을 갖는 에칭된 구조물을 지칭할 수 있다.
일부 예에서, 제1 인터로킹 구조물(212)은 반응성 부위 - 금속 산화물 층(206)에서 취약하거나 결함이 있는 외부 표면(202)의 제1 영역(211) - 에서 형성된다. 일부 예에서, 에칭 용액은 제1 인터로킹 구조물(212)의 위치에 상응하는 금속 산화물 층(206)의 일부분이 제거되어 제1 인터로킹 구조물(212)을 형성하게 할 수 있다. 일부 예에서, 제1 인터로킹 구조물(212)은 금속 산화물 층(206)의 다수의 취약한 영역에 형성된 다수의 인터로킹 구조물을 지칭할 수 있음에 유의하며, 이는 도 2g를 참조하여 더 상세히 기술된 바와 같다. 예를 들어, FeCl3에 존재하는 클로라이드는 금속 산화물 층(206)에 존재하는 금속 산화물과 상호작용함으로써 금속 산화물 접합물을 용해시키고 금속 기판(204)을 노출시킬 수 있다.
일부 예에 따르면, 에칭 프로세스의 매 에칭 사이클마다의 지속시간은 약 30초 내지 약 300초이다. 다른 예에서, 매 에칭 사이클마다의 지속시간은 약 60 내지 약 150초이다. 구체적으로는, 에칭 사이클의 지속시간을 조정함으로써, 외부 표면(202)에 형성된 인터로킹 구조물 각각의 크기 (예를 들어, 직경, 폭 등)에 직접 영향을 줄 수 있다. 추가적으로, 에칭 용액의 화학적 성질은 또한 인터로킹 구조물 각각의 크기에 직접 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 에칭 용액 (예를 들어, FeCl3)의 더 큰 농도는 인터로킹 구조물 각각의 크기의 증가에 직접 기여할 수 있다.
도 2c에 예시된 바와 같이, 금속 부품(220)은 제1 인터로킹 구조물(212) 위에 형성된 패시베이션 산화물 층(222)을 형성할 수 있다. 제1 에칭 사이클을 완료한 이후에, 금속 부품(210)은 에칭 용액으로부터 꺼내지고 공기 중 산소에 노출되어, 제1 인터로킹 구조물(212)에 상응하는 노출된 금속 기판(204) 위에의 패시베이션 산화물 층의 형성을 촉진시킬 수 있다. 일부 예에서, 금속 부품(210)은 약 10초의 지속시간 동안 산소에 노출될 수 있다. 다른 예에서, 노출의 지속시간은 약 1분 내지 약 5분이다. 추가적으로, 금속 부품(210)의 외부 표면(202)은, 존재할 수 있는 어떠한 액체 또는 오염물도 제거하도록 세정되어, 제1 인터로킹 구조물(212)의 노출된 금속 기판(204) 위에 패시베이션 산화물 층의 형성을 추가로 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 외부 표면(202)은 FeCl3의 어떠한 잔류물도 제거하기 위하여 수돗물 또는 탈이온수로 세정되고 헹구어질 수 있다. 추가적으로, FeCl3의 어떠한 잔류물도 제거하는 데 역삼투수가 또한 사용될 수 있다. 일부 경우에, 외부 표면(202)의 세정은 외부 표면(202)의 다른 영역에서의 추가적인 인터로킹 구조물의 형성 및 성장을 촉진시키도록 제1 인터로킹 구조물(212)의 성장을 억제하거나 정지하기 위하여 바람직할 수 있다. 추가적으로, 외부 표면(202)은 외부 표면(202)의 새로운 영역 (즉, 비에칭된 영역)에서의 성장 및 형성을 촉진시키기 위하여 매 에칭 사이클마다 사이클 후에 (즉, 각각의 인터로킹 구조물의 형성 이후에) 세정될 수 있다.
일부 예에서, 패시베이션 산화물 층(222)은 약 10 나노미터이다. 일부 실시예에 따르면, 패시베이션 산화물 층(222)은 금속 기판(204) 내부를 밀봉하기에 충분한 두께로 성장되고 오염물이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 방지한다. 추가적으로, 패시베이션 산화물 층(222)은 금속 기판(204)을 밀봉하기 때문에, 패시베이션 산화물 층(222)은 아래에 놓인 금속 기판(204)의 금속 부식을 방지하도록 배리어로서 작용할 수 있다. 일부 예에서, 패시베이션 산화물 층(222)은 리패시베이션(repassivation) 프로세스를 통해 형성된 리패시베이션 층으로 지칭될 수 있다. 리패시베이션 프로세스 동안, 패시베이션 산화물 층(222)은 결함을 갖는 금속 기판(204)의 제1 영역 위에 성장한다. 유익하게도, 이러한 제1 영역 위에의 리패시베이션 층의 형성은 후속 에칭 사이클 동안 동일한 영역에서의 다른 인터로킹 구조물을 개시 또는 형성하는 것을 더 어렵게 할 수 있다. 유익하게도, 이러한 방식으로, 금속 부품(220)이 후속 에칭 사이클 동안 에칭 용액에 재노출될 때, 제1 영역(211)이 더 이상 가장 화학적으로 에칭되기에 민감한 곳이 아니게 됨에 따라, 에칭 용액은 인터로킹 구조물이 제1 영역(211)과 구별되는 다른 영역에 형성되게 할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 에칭 용액에 대한 금속 부품(220)의 재노출은 제1 영역(211)에 보충적인 인터로킹 구조물을 형성할 수 있다. 그러나, 이들 보충적인 인터로킹 구조물은 제1 인터로킹 구조물(212)의 크기보다 상당히 더 작은 크기를 가질 것이며, 대체로 제1 인터로킹 구조물(212)의 구조적 완전성에 영향을 주지 않을 것이다.
제1 인터로킹 구조물(212) 위에 패시베이션 산화물 층(222)을 형성한 이후에, 금속 부품(220)은 후속 에칭 프로세스 (예를 들어, 제2 에칭 사이클)를 거치게 되며, 이는 도 2d를 참조하여 기술된 바와 같다. 도 2d는 금속 부품(230)이 에칭 용액에 다시 노출되는 후속 에칭 프로세스를 거친 이후의 금속 부품(230)의 단면도를 예시한다. 패시베이션 산화물 층(222)이 제1 인터로킹 구조물(212) 위에 형성됨에 따라, 제1 인터로킹 구조물(212)은 제1 영역(211)에 후속 인터로킹 구조물을 성장시키거나 현존하는 제1 인터로킹 구조물(212)의 크기를 증가시키는 데 훨씬 덜 민감하다. 일부 예에서, 감소된 감수성은, 더 내부식성일 수 있는, 제1 인터로킹 구조물(212) 위에 형성되는 패시베이션 산화물 층(222)에 기인될 수 있다. 일부 예에서, 감소된 감수성은 제1 영역에서의 전기화학 포텐셜의 감소에 기인될 수 있으며, 이는 도 2f를 참조하여 더 상세히 기술된 바와 같을 것이다. 대신에, 에칭 용액은 제2 인터로킹 구조물(232)이 외부 표면(202)의 제2 영역(233)에 형성되게 할 수 있다. 일부 예에서, 제2 인터로킹 구조물(232)은 금속 산화물 층(206)의 다수의 취약한 영역에 형성된 다수의 인터로킹 구조물을 지칭할 수 있으며, 이는 도 2g를 참조하여 더 상세히 기술된 바와 같다. 그러나, 일부 예에서, 추가적인 공극(void)을 제1 인터로킹 구조물(212) 상에 추가함으로써 금속 부품(220)을 에칭 용액에 재노출시킬 때, 현존하는 제1 인터로킹 구조물(212)을 추가로 성장시키는 것이 바람직할 수 있다. 일부 예에서, 2차적/보충적인 인터로킹 구조물이 성장하고 제1 인터로킹 구조물(212)로부터 형성될 수 있다. 그러나, 제1 인터로킹 구조물(212)의 구조는 이러한 시나리오에서 대체로 온전하게 유지된다는 것에 유의해야 한다.
일부 예에서, 에칭 용액은 금속 산화물 층(206)에서 결함 또는 취약함을 갖는 영역에 상응하는 제2 영역(233)을 에칭 제거한다. 예를 들어, 이 영역에서의 결함은 금속 산화물 층(206)에 존재하는 크롬의 양의 결핍을 지칭할 수 있다. 다른 예에서, 이 영역에서의 결함은 입계(grain boundary) 위에 형성되는 고응력 하의(highly stressed) 패시베이션 산화물 층 - 예를 들어, 222 - 을 지칭할 수 있다. 다른 예에서, 이 영역에서의 결함은 고응력 하의 에지를 지칭할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 금속 산화물 층(206)은 인터로킹 구조물을 형성할 수 있는 (예를 들어, 에칭으로 이어져서) 몇몇 반응성 부위를 포함할 수 있다. 도 2g를 참조하여 본 명세서에 기술된 바와 같이, 반응성 부위 - 예를 들어, 제1 영역(211) - 가 에칭으로 이어져서 인터로킹 구조물(212, 232)을 형성할 수 있다. 추가적으로, 반응성 부위 - 예를 들어, 제2 영역(233) - 가 에칭으로 이어져서 인터로킹 구조물(242, 244)을 형성할 수 있다. 더욱이, 반응성 부위 - 예를 들어, 제3 영역(255) - 가 에칭으로 이어져서 인터로킹 구조물(246)을 형성할 수 있다. 제2 에칭 사이클 이후에, 금속 부품(230)은 에칭 용액으로부터 꺼내져서, 금속 부품(230)은 다시 한번 공기에 노출되고 제2 인터로킹 구조물(232)은 무전해 패시베이션 프로세스를 거치게 된다. 무전해 패시베이션 프로세스의 결과로서, 패시베이션 산화물 층(234)이 제2 인터로킹 구조물(232) 위에 형성된다.
일부 실시예에 따르면, 인터로킹 구조물들 - 예를 들어, 212, 232 - 의 전체 크기는 그들 각각의 인장 강도 (예를 들어, 금속 부품과 비금속 층 사이의 부착 강도)에 직접 영향을 줄 수 있다. 일부 경우에, 금속 부품이 에칭 사이클 (예를 들어, 제1 에칭 사이클, 제2 에칭 사이클 등)에 노출되는 지속시간은 인터로킹 구조물의 전체 크기에 직접 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 하나의 시나리오에서, 금속 부품(200)이, 지속시간이 약 45초인 제1 에칭 사이클을 거치게 함으로써, 제1 인터로킹 구조물(212)이, 지속시간이 약 30초인 제2 에칭 사이클을 거치게 되는 제2 인터로킹 구조물(232)보다 더 큰 인장 강도를 갖게 할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 금속 부품 - 예를 들어, 230 - 내로의 침투 깊이의 양은 각각의 개별적인 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232 - 의 전체 크기의 특성으로 간주될 수 있다. 일부 예에서, 인터로킹 구조물(212, 232)은 금속 부품(230) 내로의 침투 깊이가 약 25 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터일 수 있다. 이들 인터로킹 구조물 각각의 전체 침투 깊이는 인터로킹 구조물의 형성을 가져오는 에칭 사이클의 지속시간에 직접 기인될 수 있음에 유의해야 한다.
일부 실시예에 따르면, 금속 부품(230)의 제1 인터로킹 구조물(212)은 비금속 재료의 부착 특징부 (또는 미세-부분)를 수용할 수 있으며, 이는 도 2f를 참조하여 더 상세히 기술된 바와 같다. 일부 실시예에 따르면, 금속 부품(230)의 제1 인터로킹 구조물(212)은 언더컷 영역(Wu1) 내로 이어지는 개구(Wo1)를 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 제1 인터로킹 구조물(212)은 금속 기판(204) 내로 연장되는 리세스된(recessed) 구조물로서 특징지어질 수 있으며, 언더컷 영역은 언더컷 기하학적 형태를 갖는다. 개구(Wo1)의 크기는 언더컷 영역(Wu1)의 크기보다 더 작은 폭 또는 직경을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 개구(Wo1)의 폭 대 언더컷 영역(Wu1)의 폭의 비는 0.5:1 이상이다. 일부 예에서, 이 비는 적어도 0.5:1 내지 약 1:6이다. 그러나, 개구 및 언더컷 영역의 폭은, 개구의 크기가 언더컷 영역의 크기보다 작은 한, 금속 부품 상에 후속 배치되는 비금속 재료의 일부분을 포획 및 보유하기에 충분한 임의의 크기를 갖는다는 것에 유의해야 한다.
도 2d에 추가로 예시된 바와 같이, 금속 부품(230)의 제2 인터로킹 구조물(232)은 또한 비금속 재료의 부착 특징부를 수용할 수 있다. 일부 예에서, 제1 및 제2 인터로킹 구조물(212, 232)은 동등한 지속시간을 갖는 개별 에칭 사이클들을 거치게 되는 결과로서 유사한 전체 크기 (예를 들어, 침투 깊이, 폭 등)를 가질 수 있다.
후속으로, 금속 부품(230)은 외부 표면(202)의 상이한 영역들에서 추가적인 인터로킹 구조물을 형성하기 위하여 필요에 따라 추가적인 에칭 사이클을 거칠 수 있다. 매회 반복해서 금속 부품을 에칭 용액에 노출할 때마다 노출 이후에, 금속 부품(230)은 에칭 용액으로부터 꺼내지고, 에칭 용액이 헹구어지고, 공기에 노출되어, 최근 형성된 인터로킹 구조물 내에 패시베이션 산화물 층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 2e에 예시된 바와 같이, 금속 부품(230)은 추가적인 프로세스를 추가로 거쳐서 추가적인 인터로킹 구조물을 형성할 수 있다. 도 2e에 예시된 바와 같이, 금속 부품(240)은 추가적인 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 제3 인터로킹 구조물(242), 제4 인터로킹 구조물(244), 및 제5 인터로킹 구조물(246) - 을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 임의의 단회 에칭 사이클이 결함을 갖는 금속 산화물 층(206)의 영역에 몇몇 또는 다수의 인터로킹 구조물을 생성할 수 있으며, 이는 도 2g를 참조하여 더 상세히 기술된 바와 같을 것이다. 이들 추가적인 인터로킹 구조물이 공기에 노출되고 에칭 용액이 헹구어질 때, 패시베이션 산화물 층이 이들 인터로킹 구조물에 상응하는 금속 기판(204)의 노출된 부분 위에 형성될 수 있다. 노출된 부분 위에 형성되는 패시베이션 산화물 층은 금속 산화물 층(206)과 적어도 유사한 품질을 갖는다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 각각의 인터로킹 구조물의 패시베이션 산화물 층은 인터로킹 구조물의 그 위치에 상응하는 미리 형성된 금속 산화물 층(206)과 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 일부 경우에, 인터로킹 구조물 위에 형성된 각각의 패시베이션 산화물 층은 아래에 놓인 금속 기판(204)을 오염물에 대한 노출로부터 보호할 수 있다. 추가적으로, 일부 예에서, 각각의 패시베이션 산화물 층은 상응하는 인터로킹 구조물의 형상에 대체로 상응하는 형상 (예를 들어, 경계)을 나타낸다. 하나 이상의 미리 형성된 인터로킹 구조물(212, 232)의 각각의 패시베이션 산화물 층은, 금속 부품 - 예를 들어, 금속 부품(230) - 으로부터 에칭 용액이 제거되고 공기에 노출될 때, 추가로 성장하고/두께가 증가할 수 있음에 또한 유의해야 한다.
도 2e에 예시된 바와 같이, 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232, 242, 244, 246 - 의 개구들은 최소 분리 거리보다 더 큰 분리 거리에 의해 서로 분리될 수 있다. 일부 예에서, 최소 분리 거리는, 이웃하는 인터로킹 구조물들의 개구들이 서로 중첩되지 않고 이웃하는 인터로킹 구조물들의 각각의 에칭된 벽의 불안정화를 야기하지 않도록 수십 내지 수백 마이크로미터 정도이다. 일부 예에서, 최소 분리 거리는 대체로 온전한 언더컷 영역을 한정하는 에칭된 벽들에 상응한다. 예를 들어, 도 2e를 참조하면, 인터로킹 구조물들(242, 244)의 개구들은 개별적인 인터로킹 구조물들 각각의 언더컷 영역들을 한정하는 벽들이 이웃하는 인터로킹 구조물들의 존재에 의해 불안정화되지 않도록 분리 거리(Sd 3 )에 의해 분리된다. 이러한 방식으로, 언더컷 영역들의 형상 및 크기는 대체로 유지된다. 일부 예에서, 임의의 수의 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232, 242, 244, 246 - 이 서로 이산적으로 그리고 독립적으로 형성될 수 있다. 추가적으로, 도 2e는 인터로킹 구조물들 - 예를 들어, 212, 232, 242, 244, 246 - 의 개구들 사이의 분리 거리가 대체로 변동될 수 있음을 예시하는데, 이는, 인터로킹 구조물들이 금속 산화물 층(206)에서 결함이 있는 곳에 형성될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 인터로킹 구조물들 - 예를 들어, 212, 232, 242, 244, 또는 246 - 중 적어도 하나는 외부 표면(202) 전체에 걸쳐 랜덤하게 분포되고 랜덤하게 형성된다. 본 명세서에서 앞서 기술된 바와 같이, 인터로킹 구조물들 중 어느 하나는 결함 또는 취약함을 갖는 금속 산화물 층(206)의 영역 내에 형성될 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 인터로킹 구조물들의 개구들 사이의 분리 거리는 대체로 균일할 수 있다. 또 다른 예에서, 이들 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232, 242, 244, 246 - 의 개구들 사이의 분리 거리는, 예를 들어 외부 표면(202)의 영역을 에칭되는 것으로부터 마스킹 오프(masking off)함으로써, 개별적으로 조정 및 제어될 수 있으며, 이는 도 9를 참조하여 더 상세히 기술된 바와 같을 것이다. 다른 예에서, 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232, 242, 244, 246 - 각각의 개별 크기는 랜덤할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2e에 예시된 금속 부품(240)은 보통 정도의 에칭의 양을 나타내며, 이에 의해 금속 부품(240)의 외부 표면(202)의 약 25% 내지 약 65%가 인터로킹 구조물에 의해 에칭된다. 다른 예에서, 인터로킹 구조물들은 외부 표면의 약 40% 내지 약 50%를 커버한다. 일부 예에서, 이들 인터로킹 구조물의 개구들은 외부 표면(202)의 약 40% 내지 약 60%를 커버한다. 외부 표면의 보통 정도의 에칭을 실시함으로써, 각각의 인터로킹 구조물에 대한 각각의 인장 강도는 최적일 수 있다. 유익하게도, 보통 정도로 에칭되는 외부 표면을 갖는 것으로 특징지어지는 금속 부품(240)은 도 2f에 예시된 바와 같이 금속 부품(240)과 비금속 층 (예를 들어, 중합체 층 등) 사이에 강한 크기의 접착력을 부여한다.
도 2f는 일부 실시예에 따른, 금속 부품(240) 위에 배치된 비금속 층(252)을 갖는 다층 부품(250) (예를 들어, 복합 부품)의 단면도를 예시한다. 일부 실시예에서, 비금속 층(252)은 금속 부품(240)에 접합 또는 부착된다. 일부 예에서, 비금속 층(252)은 돌출된 특징부를 갖는 벌크 층으로서 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 비금속 층(252)은 중합체 재료, 예컨대 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 ("PET"), 폴리아릴에테르케톤 ("PAEK"), 또는 폴리에테르 에테르 케톤 ("PEEK")을 지칭할 수 있으며, 이들은 용융된 상태에 있는 동안에 금속 부품(240)의 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232, 242, 244, 246 - 내로 유입되게 할 수 있다. 일부 예에서, 비금속 층(252)은, 비금속 층(252)이 충분하고 인터로킹 구조물에 의해 수용될 수 있는 한, 다른 재료 (예를 들어, 금속, 비금속 등)에 더하여 비금속 재료를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 비금속 층(252)은 금속 부품(240)의 외부 표면(202)에 부착하기에 충분한 임의의 크기의 점도 또는 표면 장력을 가질 수 있다. 중합체 재료가 이들 인터로킹 구조물 내로 유입될 때, 중합체는 이들 인터로킹 구조물의 언더컷 영역(Wu) 내로 침투되고, 언더컷 영역(Wu)뿐만 아니라 이들 언더컷 영역(Wu)을 한정하는 벽의 다중-경사 측부 표면 내에 충전될 수 있다. 이들 언더컷 영역(Wu) 내로 유입된 후에, 중합체 재료는 돌출 부분 또는 부착 특징부(256)로 경화되게 할 수 있다. 따라서, 중합체 재료는 용융된 상태로부터 고체 상태로 변환되게 할 수 있다. 고체 상태로 변한 후에, 중합체 재료는 비금속 층(252)이 금속 부품(240)에 물리적으로 부착 또는 접합하게 하여 다층 부품(250)을 형성할 수 있다. 도 2f에 예시된 바와 같이, 고체 상태의 비금속 층(252)은 그것이 금속 부품(240)의 외부 표면(202)과 비교적 맞닿아 있도록 배치될 수 있다. 결과로서 형성되는 다층 부품(250)은 휴대용 디바이스 - 예를 들어, 102, 104, 106, 108 - 의 외부 표면에 상응할 수 있는 외부 표면(254)을 가질 수 있다.
도 2f에 예시된 바와 같이, 금속 부품(240)의 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232, 242, 244, 246 - 은 비금속 층(252)의 부착 특징부(256)를 수용하고 그에 부착할 때, 금속 부품(240)에 대한 비금속 층(252)의 포획 및 보유 둘 모두를 행할 수 있는 앵커 부분 - 예를 들어, Ap1 내지 Ap5 - 을 한정할 수 있다. 일부 예에서, 언더컷 영역(Wu)을 갖는 인터로킹 구조물을 갖는 다층 부품(250)의 특징은 통상적인 프로세스를 통해 형성된 스태커형 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품에 비하여 비금속 층(252)을 금속 부품(240)으로부터 당기거나 분리하는 것을 상당히 더 어렵게 한다.
도 2g에 예시된 바와 같이, 다수의 인터로킹 구조물이 단회 에칭 사이클의 결과로서 금속 산화물 층(206)에 형성될 수 있다. 구체적으로는, 단회 에칭 사이클은 결함을 갖는 금속 산화물 층(206)의 영역에 다수의 인터로킹 구조물을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 2g는 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232 - 이 제1 에칭 사이클 이후에 금속 산화물 층(206)의 제1 영역(211)에 형성될 수 있음을 예시한다. 추가적으로, 도 2g는 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 242, 244 - 이 제2 에칭 사이클 이후에 금속 산화물 층(206)의 제2 영역(233)에 형성될 수 있음을 예시한다. 더욱이, 도 2g는 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 246 - 이 제3 에칭 사이클 이후에 금속 산화물 층(206)의 제3 영역(255)에 형성될 수 있음을 예시한다. 일부 예에서, 인터로킹 구조물(246)이 제2 영역(233)의 인터로킹 구조물들 - 예를 들어, 242, 244 - 사이에 형성될 수 있다. 임의의 수의 인터로킹 구조물이 에칭 사이클 이후에 결함을 갖는 금속 산화물 층(206)의 영역에 형성될 수 있기는 하지만, 단회 에칭 사이클의 결과로서 형성되는 인터로킹 구조물의 수는 금속 산화물 층(206)의 총 표면적의 대부분 (예를 들어, 65% 초과)을 넘어서 커버하지는 않음에 유의해야 한다. 구체적으로는, 금속 산화물 층(206)의 구조적 강성을 희생시키지 않고서 금속 산화물 층(206)의 외부 표면 (예를 들어, 25% 내지 약 65%)을 커버하기에 충분한 추가적인 인터로킹 구조물을 형성하기 위하여, 후속으로 에칭 사이클이 필요할 수 있다. 구체적으로는, 후속 에칭 사이클은 각각의 인터로킹 구조물이 그의 각각의 이웃하는 인터로킹 구조물 내로 성장되지 않게 하고 이웃하는 인터로킹 구조물들의 벽의 불안정화를 야기하지 않으면서 외부 표면을 커버하기에 가능한 한 많은 추가적인 인터로킹 구조물을 형성할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 에칭 용액은 하나 이상의 상이한 유형의 화학물질을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 에칭하기 위하여, 금속 부품(200)은 금속 부품(200)의 외부 표면(202) 상에 형성된 패시베이션 산화물 층을 취약화하거나 분해하는 단계를 필요로 할 수 있다. 첫 번째로, 에칭 용액은 금속 부품(200)의 외부 표면(202) 상에 형성된 패시베이션 산화물 층을 취약화하기 위하여 클로라이드(Cl-)를 포함할 수 있다. 에칭 용액 내의 클로라이드는 염화제2철 (FeCl3) 또는 염산 (HCl), 또는 음이온으로서 Cl을 갖는 임의의 다른 염 및 산에 의해 제공될 수 있다. 일부 예에서, 제2철 이온은 금속 부품(200)을 산화하여 인터로킹 구조물의 형성을 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 스테인리스 강에 존재하는 더 높은 크롬 농도 (예를 들어, 통상 13% 초과)는 패시베이션 산화물 층의 형성으로 이어질 수 있다. 구체적으로는, 패시베이션 산화물 층의 존재는 스테인리스 강의 에칭을 어렵게 할 수 있다. 추가적으로, 스테인리스 강은 높은 전기화학 포텐셜을 갖기 때문에, 금속 부품(200)의 외부 표면(202)에의 에칭된 인터로킹 구조물의 형성을 촉진시키기 위하여 패시베이션 산화물 층을 에칭할 수 있는 화학물질 (즉, 산화제)은 많지 않을 수 있다. 두 번째로, 일단 패시베이션 산화물 층이 고온 (예를 들어, 약 70℃ 내지 약 85℃)에서 클로라이드(Cl-)에 의해 충분히 취약화되거나 분해되면, 아래에 놓인 금속 기판(204)이 에칭 용액에 노출될 수 있다. 일부 예에서, 스테인리스 강의 참(true)의 전기화학 포텐셜은 (어떠한 패시베이션도 없는 상태에서) 약 -0.46 V이다. 이러한 경우에, 에칭이 일어나게 하기 위하여 애노드로서 사용될 수 있는 스테인리스 강과 함께 전기화학 전지 (또는 배터리)를 형성하기 위하여, 전기화학 포텐셜이 -0.46 V를 초과하는 어떠한 산화제도 캐소드로서 사용될 수 있다.
일부 예에서, 패시베이션 산화물 층의 에칭은 전해 프로세스를 통해 일어날 수 있다. 예를 들어, 전해 에칭 용액은 HCl, H2SO4, HNO3, 또는 H3PO4 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 패시베이션 산화물 층의 에칭은 무전해 프로세스를 통해 일어날 수 있다. 일부 예에서, 무전해 에칭 용액은 HCl, FeCl3, H2O2, CuCl2, H2SO4, HF, 또는 HNO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로는, 플루오라이드의 사용은 패시베이션 산화물 층을 용해시킬 수 있다. 일부 예에서, 산화제는 전기화학 포텐셜이 약 0 V 내지 약 2.4 V이다. 따라서, 스테인리스 강의 애노드와 함께 전기화학 전지를 형성하기 위하여, 이들 상기 언급된 산화제들 중 어느 하나가 캐소드로서 사용될 수 있다.
일부 예에 따르면, 에칭 용액은 다수의 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232, 242, 244, 246 - 의 형성을 촉진시키기 위하여 적어도 150 g/L 이상의 농도의 FeCl3를 포함할 수 있다. 더욱이, 다수의 인터로킹 구조물의 형성을 촉진시키기 위하여, 에칭 용액의 온도는 약 50℃ 내지 약 90℃일 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서 앞서 기재된 바와 같이, 다수의 인터로킹 구조물 각각의 전체 크기 (예를 들어, 침투 깊이, 폭 등)는 각각의 개별적인 에칭 사이클의 지속시간에 직접 의존할 수 있다. 따라서, 인터로킹 구조물 각각의 형성 및 성장을 신중하게 제어하기 위하여, 이들 인자는 매 에칭 사이클 동안마다 신중하게 모니터링되어야 하는 것이 바람직함에 유의한다. 예를 들어, 에칭 용액의 농도가 너무 높은 경우 (예를 들어, 300 g/L 초과), 생성되는 인터로킹 구조물은 매끄러운 벽 표면 (즉, 다중-크랙의 부재)을 가질 것이다. 결과적으로, 이들 인터로킹 구조물의 언더컷 영역(Wu)을 한정하는 벽을 따른 표면 거침성의 결여는 비금속 층(252)과 금속 부품 - 예를 들어, 240 - 사이의 접착력의 크기를 상당히 손상시킬 수 있다. 추가적으로, FeCl3의 농도가 너무 높은 경우, 너무 많은 인터로킹 구조물의 형성을 초래할 수 있어서, 이웃하는 인터로킹 구조물들이 서로끼리 안으로 성장하고 에칭된 벽의 불안정화를 야기하게 될 것임에 유의해야 한다. 추가적으로, 에칭 사이클의 지속시간이 너무 긴 경우 (예를 들어, 150초 초과), 인터로킹 구조물은 비금속 층(252)을 포획 및 보유하기에 더 이상 효과적이거나 유용하지 않은 전체 크기 (예를 들어, 150 마이크로미터 초과)까지 성장할 수 있다. 결과적으로, 인터로킹 구조물(212)을 한정하는 벽들은 더 이상 서로 명확히 분리되지 않으며, 대신에 인터로킹 구조물들은 스태거형 인터로킹 구조물로 특징지어진다.
스태거형 인터로킹 구조물은 개구 아래에 배치되는 포획 영역보다 더 큰 크기 (예를 들어, 폭 등)를 갖는 개구를 포함한다는 점에서, 스태거형 인터로킹 구조물은 소정의 인터로킹 구조물과 대조적이다. 일부 예에서, 스태거형 인터로킹 구조물의 개구는 포획 영역보다 더 큰데, 이는, 외부 표면의 오버-에칭이 외부 표면으로부터 멀어지는 쪽보다 오히려 외부 표면을 향하는 쪽으로 더 가까운 금속 부품의 재료의 대부분을 에칭 제거하기 때문이다. 실제로, 스태거형 인터로킹 구조물은 대체로 침투 깊이가 약 150 마이크로미터 초과이고, 예를 들어 150초를 초과하는 에칭 사이클에서 대체로 나타난다. 더욱이, 외부 표면의 오버-에칭은 긴 지속시간 (예를 들어, 150초 초과) 동안의 단회 사이클에 대한 에칭 프로세스를 거치게 되는 금속 부품에서 나타날 수 있다. 결과적으로, 다수의 공극이 외부 표면의 동일한 영역에 서로 상하로 형성되어 스태거형 인터로킹 구조물을 형성한다.
추가적으로, 에칭 용액은 제1 인터로킹 구조물(212)이 초기에 형성된 후에 그의 성장을 촉진시킬 수 있는 산, 예컨대 염산 (HCl) 또는 염산 + 황산을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 인터로킹 구조물(212)은 비금속 층(252)의 일부분을 포획 및 보유하기에 충분한 크기 및 형상을 갖도록 성장할 수 있다. 구체적으로는, 산의 존재는 실제로 벽을 매끈하게 할 수 있으며, 그럼으로써 제1 인터로킹 구조물(212)의 개구 및 언더컷 영역을 한정하는 벽을 따른 다중-크랙 또는 다중-경사 측부 표면의 형성을 감소시킬 수 있다. 일반적으로, 인터로킹 구조물은, 외부 표면(202)에 존재하는 산이 세정 프로세스를 통해 제거될 때, 성장을 중지한다.
도 3은 일부 실시예에 따른 다층 부품 - 예를 들어, 다층 부품(250) - 의 확대 단면도(300)를 예시한다. 매 에칭 사이클 동안마다, 에칭 용액은 에칭에 민감한 (예를 들어, 크롬의 결핍, 입계에 걸친 고응력 하의 패시브 필름, 고응력 하의 에지 등을 갖는) 금속 산화물 층(206)의 일부분에만 대체로 영향을 준다는 것에 유의해야 한다. 도 3은 다층 부품(250)이 외부 표면(202)으로부터 금속 기판(204)을 향해 연장되는 인터로킹 구조물(212)을 포함할 수 있음을 예시한다. 인터로킹 구조물(212)은 금속 기판(204)의 일부분 내로 연장될 수 있으며, 이에 따라 에칭 사이클 이후에 금속 기판(204)의 일부분을 공기에 노출시킬 수 있다. 후속으로, 금속 기판(204)의 노출된 부분은 산화되어 패시베이션 산화 층(306)을 형성할 수 있으며, 패시베이션 산화 층은 금속 산화물 층(206)과 품질이 대체로 유사할 수 있다. 일부 예에서, 패시베이션 산화 층(306)은 인터로킹 구조물(212)의 형상에 대체로 상응하는 형상을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 인터로킹 구조물(212)은 언더컷 영역(Wu) 내로 이어지는 개구(Wo)를 포함할 수 있으며, 이는 비금속 층(252)의 부착 특징부(256)를 포획 및 보유할 수 있다. 언더컷 영역(Wu)은 또한 오버행(304)에 의해 한정될 수 있는데, 오버행은 대체로 만곡된 형상 또는 삼각형 형상을 갖고, 개구(Wo)를 언더컷 영역(Wu)과 분리한다. 일부 실시예에서, 개구(Wo) 및 언더컷 영역(Wu)은 다중-경사 측부 표면(326a, 326b) (또는 다중-크랙)을 갖는 벽에 의해 한정된다. 구체적으로는, 다중-경사 측부 표면(326a, 326b)은, 비금속 층(252)과 금속 부품(240) 사이의 더 큰 크기의 접착 강도를 촉진시키기 위하여, 용융된 상태에 있는 동안에 비금속 층(252)으로 충전될 수 있는 다수의 포켓을 특유하게 한정할 수 있다. 구체적으로는, 비금속 층(252)의 재료는 다중-경사 측부 표면(326a, 326b)에 의해 한정된 포켓 내에 충전되기 때문에, 부착 특징부(256)를 인터로킹 구조물(212)과 분리하는 에어 갭 또는 간격이 없을 수 있다. 따라서, 비금속 층(252)의 재료는 다중-경사 측부 표면(326a, 326b)에 대해 맞닿아 있을 수 있다. 추가적으로, 다중-경사 측부 표면(326a, 326b)은 수분이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 억제할 수 있는 누설 억제 경로(328)를 한정할 수 있음에 유의한다. 구체적으로는, 다중-경사 측부 표면(326a, 326b)은 비금속 층(252)으로 충전될 수 있는 다수의 포켓을 한정하기 때문에, 누설 억제 경로(328)는, 비균일 폭을 갖고, 개구(Wo)에 의해 진입하는 수분이 언더컷 영역(Wu)을 우회하여 금속 기판(204)에 도달하는 것을 억제할 수 있는 구불구불하고 급격한 회전, 꼬임, 각도의 큰 변경, 및 급격한 접합부를 갖는 것으로 특징지어진다. 일부 예에서, 누설 억제 경로(328)는 수분이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 방지하는 사행 경로인 것으로 특징지어진다.
일부 실시예에 따르면, 에칭 사이클 이후에, 하나 이상의 2차적 인터로킹 구조물(Ws)이 인터로킹 구조물(212)로부터 형성될 수 있다. 일부 예에서, 2차적 인터로킹 구조물(Ws)은 인터로킹 구조물(212)보다 더 작은 크기를 갖는다. 일부 예에서, 2차적 인터로킹 구조물(Ws)은 또한 수분이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 방지하는 사행 경로를 한정하는 다중-경사 측부 표면을 갖는 것으로 특징지어진다. 게다가, 2차적 인터로킹 구조물(Ws)은 언더컷 영역(Wu)의 총 면적을 추가로 확대하기 위하여 인터로킹 구조물(212) 아래에 있거나, 그에 대해 오프셋되어 있거나, 그에 인접한 것 중 적어도 하나인 금속 기판(204)의 아래에 놓인 영역을 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 이러한 2차적 인터로킹 구조물을 형성한 이후에, 2차적 패시베이션 산화물 층(308)이 또한 형성되어 금속 기판(204)의 노출된 부분을 밀봉하고 오염물이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 일부 예에서, 이들 2차적 인터로킹 구조물(Ws)은 금속 부품 - 예를 들어, 금속 부품(240) - 을 에칭 용액에 재노출시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 산화 층(306) 내의 결함은 인터로킹 구조물(212)이 추가로 에칭되기에 여전히 민감하게 할 수 있다. 그러나, 상이한 영역 내에 다른 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 인터로킹 구조물(232) - 을 형성하는 것에 비하여, 2차적 인터로킹 구조물(Ws)을 이미 형성된 인터로킹 구조물(212) 상에 형성하기란 더 어려울 수 있다. 일부 예에서, 그것은 현존하는 제1 인터로킹 구조물(212) 내로 성장하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 이러한 시나리오에서, 제1 인터로킹 구조물(212)의 형상은 대체로 온전하게 유지되고, 다중-경사 측부 표면(326a, 326b)은 또한 대체로 온전한 상태임에 유의해야 한다.
도 4 및 도 5는 일부 실시예에 따른, 다수의 인터로킹 구조물이 부품(400)의 외부 표면에 배치된 인클로저의 부품(400)의 상이한 사시도를 예시한다. 도 4는 부품(400)의 외부 표면(404)의 다수의 영역 내로 에칭되는 인터로킹 구조물(410a 내지 410c)을 갖는 부품(400)의 평면도를 예시한다. 일부 예에서, 이들 인터로킹 구조물(410a 내지 410c)은 각각의 인터로킹 구조물(410)이 다른 구조물을 물리적으로 방해하지 않도록 서로 독립적이거나 이산적으로 형성된 것으로 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 이들 인터로킹 구조물(410a 내지 410c)의 개구들 각각은 인접한 인터로킹 구조물(410)들이 서로 중첩되거나 불안정화되는 벽을 갖지 않도록 (예를 들어, 언더컷 영역의 형상 또는 크기에 영향을 주지 않도록) 최소 분리 거리보다 더 큰 분리 거리에 의해 분리될 수 있다. 일부 예에서, 인터로킹 구조물(410a, 410b, 410c)은 중 적어도 하나는 외부 표면(404) 전체에 걸쳐 랜덤하게 분포되고 랜덤하게 형성된다.
일부 경우에, 인터로킹 구조물(410a 내지 410c) 각각은 개별 에칭 사이클의 결과로서 형성된다. 일부 예에서, 에칭 사이클은 지속 시간이 약 30초 내지 약 300초이다. 각각의 인터로킹 구조물의 형성 이후에, 부품(400)이 에칭 용액으로부터 꺼내지고, 세정되고, 에칭 용액에 재노출되어, 다른 한정된 인터로킹 영역이 새로운 영역 (즉, 에칭되지 않은 영역)에 형성되도록 할 수 있다. 결과로서, 다수의 인터로킹 구조물(410a 내지 410c)이 외부 표면(404)의 다수의 영역에 형성된다. 일부 예에서, 부품(400)은 보통 정도로 에칭된(moderately-etched) 표면을 갖는 것으로 특징지어질 수 있는데, 이러한 표면은 외부 표면(404)의 총 표면적의 약 25% 내지 약 65%를 커버하는 인터로킹 구조물(410)을 포함한다. 다른 예에서, 부품(400)은 과다-에칭된 부품의 피트 밀도 값보다 더 낮은 피트 밀도 값을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다.
보통 정도로 에칭된 표면을 갖는 부품(400)과 대조적으로, 통상적인 프로세스는 스태거형 인터로킹 구조물을 갖는 것으로 특징지어지는 과다-에칭된 부품을 산출할 수 있다. 과다-에칭된 부품은 외부 표면의 총 표면적의 약 80% 내지 약 100%가 스태거형 인터로킹 구조물을 구성하는 공극으로 커버되는 것으로 특징지어진다. 구체적으로는, 스태거형 인터로킹 구조물은 단회 에칭 사이클의 결과로서 외부 표면 내로 에칭되는 다수의 개별 공극을 포함할 수 있는데, 여기서 이들 다수의 개별 공극은 서로 상하로/서로 중첩되어 성장한다. 다시 말하면, 이들 공극 각각 사이의 분리 거리가 결여되어 있다. 추가적으로, 과다-에칭된 부품의 스태거형 인터로킹 구조물은 침투 깊이가 약 150 내지 약 400 마이크로미터이다.
도 5는 도 5에서의 기준선(407)으로 표시된 바와 같은 부품(400)의 사시 단면도를 예시한다. 도 5에 예시된 바와 같이, 부품(400)은 명확한 언더컷 영역(Wu)을 갖는 다수의 인터로킹 구조물(410a 내지 410c)을 갖는다. 다시 말하면, 인터로킹 구조물(410)의 명확한 언더컷 영역은 동일한 인터로킹 구조물(410)의 개구(Wo)보다 더 큰 크기(Wu)를 갖는 것으로 특징지어진다. 다시 말하면, 개구(Wo)와 언더컷 영역(Wu) 사이의 크기의 비는 0.5:1 이상이다. 일부 예에서, 이 비는 약 0.5:1 내지 약 1:6이다. 유익하게도, 인터로킹 구조물(410)은 스태거형 인터로킹 구조물에 비하여 상당히 증가된 인장 강도를 갖는다.
대조적으로, 과다-에칭된 부품은 포획 영역의 크기와 적어도 동일하거나 그보다 큰 크기 (예를 들어, 폭, 직경)를 갖는 스태거형 인터로킹 구조물을 갖는다. 다시 말하면, 개구와 캡처 영역 사이의 크기의 비는 0.5:1 이상이다. 결과적으로, 스태거형 인터로킹 구조물은 본 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232 - 에 비하여 감소된 인장 강도를 갖는다. 추가적으로, 스태거형 인터로킹 구조물은 매끄러운 측부 표면을 갖는 (즉, 다중-경사가 없는) 벽을 가지며, 이에 따라 개구와 포획 영역 사이의 크기 차이의 일반적인 결여에 기여한다. 추가적으로, 스태거형 인터로킹 구조물을 구성하는 공극의 벽은 불안정화되고/되거나 벽이 결여되어 있음에 유의한다. 결과적으로, 매끄러운 측부 표면은 벌크 층에 완전히 부착 또는 접합할 수 없어서, 벌크 층과 벽 사이의 접합부를 따라 에어 갭이 존재하게 되며, 이는 결과적으로 수분 및 다른 오염물이 금속 기판에 용이하게 도달하게 할 수 있다. 추가적으로, 오버-에칭된 표면의 외부 표면은 서로 중첩되는 다수의 공극으로 인해 대체로 불균일하다 (즉, 대체로 편평한 표면이 결여되어 있다). 결과적으로, 과다-에칭된 부품은 벌크 층과의 긴밀한 밀봉을 형성하는 것이 어렵다.
추가적으로, 도 5는 인터로킹 구조물(410)의 침투 깊이(H 2 )가 약 25 내지 약 200 마이크로미터임을 예시한다. 각각의 인터로킹 구조물(410)의 감소된 침투 깊이로 인해, 인터로킹 구조물(410) 각각과 그들 각각의 벽(412) 사이에 이산된 분리가 있을 수 있다 (즉, 벽(412)은 온전한 상태이다). 더욱이, 도 6a를 참조하여 더 상세히 기술되는 바와 같이, 인터로킹 구조물(410)은 다중-경사 측부 표면 또는 다중-크랙을 갖는 벽(412)을 가지며, 이에 따라 개구(Wo)와 언더컷 영역(Wu) 사이의 크기에 있어서의 상당한 차이에 기여한다. 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 인터로킹 구조물(410)의 언더컷 영역이라는 용어는 개구(Wo)를 언더컷 영역(Wu)과 분리하는 오버행을 형성하는 벽(412)을 갖는 금속 부품 또는 인클로저의 내부 영역을 지칭할 수 있다.
도 6a는 일부 실시예에 따른, 인터로킹 구조물(612)을 갖는 금속 부품(610)의 단면도를 예시한다. 일부 예에서, 금속 부품(610)은 보통 정도로 에칭된 외부 표면 (예를 들어, 약 25% 내지 약 65%)을 갖는 것으로 특징지어진다. 인터로킹 구조물(612)은 언더컷 영역(Wu)을 한정하는 벽(616)을 포함하는 오버행(613)을 갖는 것으로 특징지어진다. 인터로킹 구조물(612)은 언더컷 영역(Wu)의 크기보다 더 작은 크기 (예를 들어, 폭, 직경 등)를 갖는 개구(Wo)를 갖는 것으로 특징지어진다. 구체적으로는, 언더컷 영역(Wu)은 벽(616)을 따라 형성되는 다중-경사 측부 표면 및 크랙 및 오버행(613)의 존재로 인해 불균일한 폭을 갖는 것으로 특징지어진다. 언더컷 영역(Wu) 및 이들 다중-크랙은 층(608)으로 충전되어, 수분이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 억제하는 누설 억제 경로를 한정할 수 있다.
추가적으로, 금속 부품(610)의 외부 표면(603)은 보통 정도로 에칭된 금속 부품(610) 내에 형성되는 공극의 결여로 인해 대체로 편평한 것으로 특징지어진다는 것에 유의한다. 유익하게도, 금속 부품(610)에 부착되는 층(608) 사이에 긴밀한 밀봉이 형성되어 수분이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 추가로 억제할 수 있다.
도 6b는 일부 실시예에 따른, 가교된 인터로킹 구조물(622)을 갖는 금속 부품(620)의 단면도를 예시한다. 가교된 인터로킹 구조물(622)은 가교된 영역(Wb) 내로 이어지는 다수의 개구(Wo1, Wo2)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 가교된 영역(Wb)은 인접하여 형성된 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 인터로킹 구조물(212, 232) - 과 함께 연결 또는 가교되어, 가교된 인터로킹 구조물(212, 232)의 총 폭이 그들 각각의 개구 - Wo1, Wo2 - 의 총 크기보다 더 크게 될 수 있다. 개구들(Wo1, Wo2)은 금속 부품(620)의 금속 산화물 층(206) 또는 금속 기판(204)의 일부분에 의해 분리될 수 있다. 일부 예에서, 금속 부품(620)은 보통 정도로 에칭되는 것으로 특징지어질 수 있다. 일부 예에서, 금속 부품(620)은 대체로 편평한 외부 표면(603)을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다.
추가적으로, 가교된 영역(Wb)을 한정하는 수평 벽(626)은 수평 벽(626)을 따라 형성되는 다중-경사 측부 표면 및 크랙을 포함할 수 있다. 이들 다중-크랙은 층(608)으로 충전되어, 수분이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 억제하는 누설 억제 경로를 한정할 수 있다. 금속 부품(620)은 본 명세서에 기술된 바와 같은 프로세스들 중 어느 하나를 통해 형성될 수 있음에 유의한다.
일부 예에서, 가교된 인터로킹 구조물(622)은 이웃하는 인터로킹 구조물들(212, 232)이, 그들 각각의 언더컷 영역(Wu1, Wu2)이 서로 연결될 정도로 서로 가깝게 형성될 때 형성될 수 있다. 도 6b에 예시된 바와 같은 이러한 시나리오는 또한, 도 3을 참조하여 기술된 바와 같은 2차적 인터로킹 구조물(Ws)을 형성하기 위한 기법의 변화를 예시한다. 함께 가교되는 인터로킹 구조물(212, 232) 각각의 대체적인 형상은 유지된다는 것에 유의해야 한다. 그러나, 다중-경사 측부 표면을 한정하는 벽(616)의 일부분들은 노출된다. 또한, 이들 인터로킹 구조물(212, 232) 사이의 최소 분리 거리가 또한 유지된다는 것에 유의해야 한다.
도 7a 및 도 7b는 일부 실시예에 따른, 에칭 프로세스 이후의 금속 부품의 예시적인 전자 현미경 이미지를 예시한다. 도 7a는 금속 부품(700)의 외부 표면(704)의 평면도를 예시하며, 여기서 금속 부품(700)은 보통 정도로 에칭된 외부 표면을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 도 7a에 나타낸 바와 같이, 다수의 인터로킹 구조물(702a 내지 702c)이 외부 표면(704)의 상이한 영역들에 형성되며, 이들은 이웃하는 인터로킹 구조물들(702a 내지 702c)의 개구들이 서로 대체로 중첩되지 않도록 최소 분리 거리보다 더 큰 분리 거리(Sd)에 의해 분리되는 각각의 개구들을 갖는다. 일부 예에서, 이웃하는 인터로킹 구조물들(702a 내지 702c) 사이의 분리 거리는 약 10 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터이다. 다른 예에서, 인터로킹 구조물들(702a, 702b) 사이의 분리 거리는 약 150 마이크로미터이다.
도 7b는 금속 부품(700)의 외부 표면(704)의 10X 확대된 영역(706)의 평면도를 예시한다. 구체적으로는, 도 7b는 확대 영역(706)의 인터로킹 구조물(702b, 702c)이 언더컷 영역 내로 다중-크랙 또는 다중-경사 측부 표면을 갖는 이들 인터로킹 구조물의 개구를 한정하는 조면화된 측부 표면을 가짐을 예시한다.
도 8은 일부 실시예에 따른, 금속 부품의 외부 표면에 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 방법(800)을 예시한다. 도 8에 예시된 바와 같이, 방법(800)은 선택적으로 단계(802)에서 시작될 수 있으며, 이 단계에서는 부품 - 예를 들어, 금속 기판(204) - 이 선택적으로, 금속 기판(204)의 일부분을 산화함으로써 처리되어 금속 기판(204) 위에 배치된 금속 산화물 층(206)을 형성한다. 일부 예에서, 금속 산화물 층(206)은 무전해 패시베이션 프로세스 또는 전해 양극산화 프로세스 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다. 다른 예에서, 금속 기판(204)의 외부 표면이 또한 선택적으로, 금속 기판(204)에 세정 프로세스 또는 텍스처화 프로세스를 거침으로써 처리될 수 있다. 구체적으로는, 텍스처화 프로세스는 조면화된 외부 표면을 제공하는 데 유익할 수 있는데, 조면화된 외부 표면은 그러한 조면화된 영역들에서의 금속 산화물 층(206)의 성장을 촉진시킬 수 있다.
단계(804)에서는, 금속 부품(200)을 에칭 용액에 노출시킴으로써 금속 부품(200)의 외부 표면(202)의 제1 영역에 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 제1 인터로킹 구조물(212) - 이 형성될 수 있다. 구체적으로는, 에칭 용액은 패시베이션 산화물 층을 취약화하거나 분해하기 위한 클로라이드 (Cl-)와 취약화된 패시베이션 산화물 층을 에칭함으로써 외부 표면(202)에 제1 인터로킹 구조물(212)을 형성하기 위한 산화제 (예를 들어, FeCl3, HCl 등)의 조합을 포함할 수 있다.
후속으로, 단계(806)에서는, 금속 부품(210)이 에칭 용액으로부터 꺼내진다. 일부 예에서, 외부 표면(202) 상에 존재하는 에칭 용액으로부터의 어떠한 잔존하는 산 (예를 들어, HCl)도 제1 인터로킹 구조물(212)의 크기를 증가시키는 데 추가로 기여할 수 있다. 금속 부품(210)이 에칭 용액으로부터 꺼내질 때, 제1 인터로킹 구조물(212)이 형성되는 금속 기판(204)의 노출된 부분이 산화될 수 있다. 구체적으로는, 형성되는 패시베이션 산화물 층(222)은 에칭 용액의 금속 부품(210)을 헹구고 공기에 노출시킴으로써 야기될 수 있는데, 이는 금속 기판(204)의 노출된 부분을 수분 및 오염물로부터 밀봉하도록 작용할 수 있다.
단계(808)에서는, 금속 부품(220)이 선택적으로, 금속 부품(220)의 외부 표면(202)으로부터의 어떠한 에칭 용액도 제거하도록 세정될 수 있다. 예를 들어, 세정 프로세스는 외부 표면(202)을 탈이온수로 헹구는 것을 포함할 수 있다. 실제로, 세정 프로세스는 또한 제1 인터로킹 구조물(212)의 성장을 정지시킬 수 있다.
단계(810)에서는, 금속 부품(220)을 에칭 용액에 노출시킴으로써 금속 부품(220)의 외부 표면(202)의 제2 영역에 다른 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 제2 인터로킹 구조물(232) - 이 형성될 수 있다.
후속으로, 단계(812)에서는, 프로세스 (예를 들어, 사용자, 컴퓨팅 디바이스 등)가, 금속 부품(230)의 외부 표면(202)에 형성되는 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232 -의 양이 외부 표면(202)의 표면적을 커버하는 인터로킹 구조물의 역치량(threshold amount)을 만족시키는지의 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 역치량은 총 표면적의 약 25% 내지 약 65%이며, 이는 보통 정도로 에칭된 표면에 상응할 수 있다. 역치량은 80% 미만인 것이 바람직하다는 것에 유의해야 하는데, 이는, 이 값이 금속 부품(230)의 상당히 손상된 인장 강도를 초래할 수 있기 때문이다. 일부 예에서, 전자 현미경 또는 임의의 적합한 3-D 이미지 스캐닝 시스템이, 인터로킹 구조물의 양이 역치량을 만족시키는 시점을 결정하는 데 이용될 수 있다.
단계(814)에서는, 인터로킹 구조물의 양이 역치량을 만족시키는 것으로 결정됨에 응답하여, 이 방법은 금속 부품(230)에 대해 마무리 프로세스를 수행하도록 진행될 수 있다. 일부 실시예에서, 마무리 프로세스는 비금속 층(252)을 금속 부품(230)에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 비금속 층(252)은 금속 부품(230)에 접합 또는 부착될 수 있다. 예를 들어, 비금속 층(252)이 고온 하에서 용융된 상태에 있는 동안에, 그것은 금속 부품(230)의 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232 - 내로 유입되게 할 수 있다. 중합체 재료가 이들 인터로킹 구조물 내로 유입될 때, 중합체는 이들 인터로킹 구조물의 언더컷 영역(Wu) 내로 침투되고, 이들 언더컷 영역을 한정하는 벽의 다중-경사 측부 표면 내에 충전될 수 있다. 이들 언더컷 영역(Wu) 내로 유입된 후에, 중합체 재료는 돌출 부분 또는 부착 특징부(256)로 경화되게 할 수 있다. 고체 상태로 변한 후에, 비금속 층(252)은 금속 부품(240)에 물리적으로 부착 또는 접합하여 다층 부품(250)을 형성한다. 다른 예에서, 마무리 프로세스는 금속 부품(230)의 외부 표면(202)에 대해 마무리 프로세스 또는 세정 프로세스를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
이제 단계(812)로 다시 돌아오면, 인터로킹 구조물의 양이 역치량을 만족시키지 않을 경우, 추가적인 인터로킹 구조물이 금속 부품(230)의 외부 표면(202)에 형성될 수 있다. 추가적인 인터로킹 구조물의 형성 이후에, 3-D 맵핑을 수행하여 충분한 양의 인터로킹 구조물이 외부 표면을 커버하는지의 여부를 결정할 수 있다. 이들 단계는 인터로킹 구조물의 양이 역치량을 만족시킬 때까지 반복될 수 있다.
도 9는 일부 실시예에 따른, 금속 부품의 외부 표면에 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 방법(900)을 예시한다. 도 9에 예시된 바와 같이, 방법(900)은 단계(902)에서 시작될 수 있으며, 이 단계에서는 금속 부품(200)의 외부 표면(202)이 3-D 이미지 스캐닝 시스템, 전자 현미경, 또는 다른 적합한 시스템을 사용하여 스캐닝된다. 단계(904)에서는, 일부 예에서, 금속 부품(200)의 외부 표면(202)을 스캐닝하여 결함 (예를 들어, 크롬 존재량의 결핍, 고응력 하의 패시베이션 산화물 필름 등)을 갖는 금속 산화물 층(206)의 영역을 결정할 수 있으며, 이러한 결함은 이들 영역이 후속 에칭 프로세스 동안 에칭되기에 민감하게 할 수 있다. 다른 예에서, 외부 표면(202)을 스캐닝하여, 비금속 층(252)이 금속 부품(200)의 그러한 특정 영역들에 부착되기를 원하는 영역들을 확인할 수 있으며, 이는, 예를 들어 그러한 영역들이 다층 인클로저 또는 복합 부품을 갖는 외부 표면의 부분들에 상응하는 경우이다. 예를 들어, 외부 표면(202)을 스캐닝하여 비금속 층(252)을 수용하기 위한 영역들을 결정할 수 있다.
단계(906)에서는, 외부 표면(202)의 영역들 중 하나 이상이 선택적으로 개질될 수 있는데, 이는, 예를 들어, 하나 이상의 특정 영역 상에 텍스처화 프로세스를 수행하여, 금속 산화물 층(206) 내에 에칭되기에 민감한 결함 또는 취약함을 생성함으로써 행해진다. 예를 들어, 금속 기판(204) 위에 배치되는 금속 산화물 층(206)을 의도적으로 텍스처화하여 금속 산화물 층(206)의 영역들에 존재하는 크롬의 양에 영향을 줄 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자는 외부 표면(202)의 어느 영역들을 에칭하여 인터로킹 구조물을 형성할지를 제어할 수 있다. 다른 예에서, 에칭 용액은 기계가공 결함, 입계 취약함, 또는 금속 산화물 층(206)에 존재하는 입자의 취약함을 갖는 금속 산화물 층(206)의 영역들을 공격할 수 있다. 다른 예에서, 이들 하나 이상의 영역은 레이저 에칭될 수 있다. 다른 예에서, 다른 영역들보다 더 큰 양의 크롬을 갖도록 하여 이들 다른 영역이 에칭되기에 민감할 수 있게 함으로써 더 두꺼운 금속 산화물 층(206)을 형성하도록 특정 영역들이 의도적으로 유도될 수 있다.
추가적으로, 단계(908)에서는, 에칭 프로세스에 민감한 것으로 확인된 영역들 중 하나 이상이, 예를 들어 포토리소그래피 프로세스를 사용함으로써, 선택적으로 마스킹될 수 있다. 이들 하나 이상의 영역을 마스킹함으로써, 이들은 커버되고, 이들 하나 이상의 영역의 화학적 또는 야금학적 특성에 관계 없이 에칭 프로세스를 거치게 되는 것으로부터 대체로 방지된다. 이들 하나 이상의 영역은 에칭 프로세스의 결과로서 에칭된 인터로킹 구조물을 형성하는 데 민감한 것으로 확인되는 영역들을 포함할 수 있음에 유의한다.
단계(910)에서는, 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 212, 232 - 이 외부 표면(202)의 하나 이상의 상이한 영역에 초기에 형성될 수 있는데, 이는, 마스킹된 영역들이 에칭되는 것을 방지하면서 마스킹되지 않은 외부 표면(202)의 그러한 영역들이 에칭 프로세스를 거치게 함으로써 행해진다. 단계(912)에서는, 금속 부품(230)을 에칭 용액으로부터 꺼내서 에칭 프로세스를 정지할 수 있다. 일부 예에서, 외부 표면(202) 상에 존재하는 어떠한 잔존하는 에칭 용액도 탈이온수를 사용함으로써 세정하여 인터로킹 구조물이 추가로 성장하는 것을 방지할 수 있다.
단계(914)에서는, 인터로킹 구조물의 양이 역치량을 만족시키는 것으로 결정됨에 응답하여, 이 방법은 금속 부품(230)에 대해 마무리 프로세스를 수행하도록 진행될 수 있다. 일부 실시예에서, 마무리 프로세스는 비금속 층(252)을 금속 부품(230)에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 비금속 층(252)은 금속 부품(230)에 접합 또는 부착될 수 있다. 다른 예에서, 마무리 프로세스는 금속 부품(230)의 외부 표면(202)에 대해 마무리 프로세스 또는 세정 프로세스를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 10은 일부 예에 따른, 언더커팅 비의 함수로서의 인장 강도의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다. 구체적으로는, 이 그래프는 금속 부품의 언더컷 비 (즉, 개구(Wo)에 대한 언더컷 영역(Wu)의 비)와 인장 강도 (MPa)에 대한 영향 사이의 인과 관계를 나타낸다. 일부 예시적인 시험에 따라, 금속 부품을 에칭하여 인터로킹 구조물을 형성하였다. 에칭된 인터로킹 구조물은 약 0.7 내지 약 0.95의 언더컷 비 범위를 나타내었다. 언더컷 비가 약 0.7인 에칭된 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품의 샘플은 약 7 MPa의 인장 강도를 나타내었다. 언더컷 비가 약 0.75 내지 약 0.85인 에칭된 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품의 샘플은 약 12 내지 13 MPa의 인장 강도를 나타내었다. 언더컷 비가 약 0.92인 에칭된 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품의 샘플은 약 20의 인장 강도를 나타내었다. 인장 강도의 증가는, 특히 금속 부품이 물리적 남용 하에 있을 때, 금속 부품과 비금속 재료 사이의 부착을 유지하는 데 유익함에 유의해야 한다.
도 11은 일부 예에 따른, 에칭 시간의 함수로서의 에칭 깊이의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다. 구체적으로는, 이 그래프는 금속 부품의 에칭 시간 (초)과 에칭 깊이 (마이크로미터)에 대한 영향 사이의 인과 관계를 나타낸다. 일부 예시적인 시험에 따르면, 30초 또는 60초의 지속시간 동안 금속 부품을 에칭하였다. 30초의 지속시간 동안 에칭된 금속 부품은 약 29 내지 약 31 마이크로미터의 에칭 침투 깊이를 나타내었다. 60초의 지속시간 동안 에칭된 금속 부품은 약 39 마이크로미터의 에칭 침투 깊이를 나타내었다. 따라서, 이들 예시적인 시험은 이들 인터로킹 구조물 각각의 전체 침투 깊이가 에칭 사이클의 지속시간에 직접 기인될 수 있음을 지지한다.
추가적으로, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 에칭된 금속 부품에 대하여 다른 실험적 시험을 수행하였다. 일부 예시적인 시험에서, 에칭된 금속 부품의 경계 영역의 쿠폰 인장 강도 시험을 수행하였다. 에칭된 금속 부품과 비금속 재료 사이의 경계 영역 (또는 접착 영역)은 50 ㎟ 또는 0.5 ㎠였다. 비금속 재료는 폴리아릴에테르케톤 (PAEK)인 플라스틱 수지 AV651을 포함한다. 이러한 예시적인 시험에서, 에칭된 인터로킹 구조물을 갖지 않는 에칭되지 않은 금속 부품은 0의 쿠폰 인장 강도를 나타내었다. 다시 말하면, 0의 쿠폰 인장 강도는 금속 부품과 비금속 재료 사이의 접착 (또는 결합)의 결여를 나타낸다. 대조적으로, 에칭된 인터로킹 구조물을 갖는 에칭된 금속 부품은 37 ㎏f/㎠ 또는 74 ㎏f/㎠의 쿠폰 인장 강도를 나타내었다. 추가적으로, 에칭된 인터로킹 구조물을 갖는 에칭된 금속 부품은 60 내지 100 ㎏f/㎠의 쿠폰 인장 강도 범위를 나타내었다.
일부 예시적인 시험에서, 밴드 인장 강도 시험을 수행하였다. 일부 예에서, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 에칭된 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품을 포함하는 전자 디바이스 (예를 들어, 스마트폰(102))의 대체로 직사각형인 내부 프레임에 대해 밴드 인장 강도 시험을 수행하였다. 내부 프레임은 4개의 코너를 포함할 수 있으며, 이들은 각각 개별적으로 스플릿으로 지칭될 수 있다. 이들 스플릿은 성형 플라스틱을 수용할 수 있으며, 이에 따라 경계 영역으로 지칭될 수 있다. 내부 프레임의 4개의 코너 각각은 에칭 프로세스 전에 내부 프레임과 일체적으로 형성된 기계가공된 인터로킹 구조물을 포함할 수 있다. 후속으로, 내부 프레임의 코너들 중 일부가 에칭 프로세스를 거치게 하여 에칭된 인터로킹 구조물을 형성하였다. 추가적으로, 성형 플라스틱 (예를 들어, AV651)을 기계가공된 인터로킹 구조물 및 에칭된 인터로킹 구조물 내로 삽입하였다. 예시적인 시험에서, (에칭된 인터로킹 구조물을 갖지 않는) 좌측 상단 코너를 갖는 내부 프레임의 샘플은 약 28 ㎏f의 밴드 인장 강도 (TL)를 나타내었다. 대조적으로, (에칭된 인터로킹 구조물을 갖는) 좌측 상단 코너를 갖는 내부 프레임의 샘플은 약 101 ㎏f의 밴드 인장 강도 (TL)를 나타내었다. 따라서, 이들 예시적인 시험은, 에칭된 인터로킹 구조물의 존재가 기계가공된 인터로킹 구조물에 비하여 비금속 재료에 대한 부착을 유지하는 훨씬 월등한 능력을 나타냄을 지지한다.
일부 예시적인 시험에서, 전자 디바이스 (예를 들어, 스마트폰(102))의 에칭된 금속 부품에 대해 공기 누설 시험을 수행하였다. 구체적으로는, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 에칭된 인터로킹 구조물을 갖는 금속 부품을 포함하는 전자 디바이스의 대체로 직사각형인 내부 프레임의 스플릿에 대해 공기 누설 시험을 수행하였다. 공기 누설 시험을 사용하여 스플릿의 밀봉 능력을 결정할 수 있다. 이것은 특히 주목할 만한데, 이는, 내부 프레임의 스플릿이 일반적으로, 에칭된 인터로킹 구조물을 형성하기 위하여 에칭되는 내부 프레임의 유일한 영역이기 때문이다. 일부 예에서, 내부 프레임의 스플릿은 에칭된 인터로킹 구조물 내로 사출되는 성형 플라스틱 사이에서 밀봉재로서 작용하는 PU 코팅을 포함한다. 이러한 시험에서, 에칭된 인터로킹 구조물과 함께 스플릿을 갖는 내부 프레임의 샘플에 -0.5 bar의 시험 압력을 가하였으며, 샘플은 0.05 sccm (분당 표준 세제곱센티미터) 미만의 누설률을 나타내었다. 다른 샘플에서, 에칭된 인터로킹 구조물과 함께 스플릿을 갖는 내부 프레임은 약 0.05 sccm 내지 0.2 sccm의 누설률을 나타내었다. 대조적으로, 에칭된 인터로킹 구조물 없이 (예를 들어, 기계가공된 인터로킹 구조물) 스플릿을 갖는 내부 프레임의 샘플은 1.0 sccm 초과의 누설률을 나타내었다. 전자 디바이스는 일반적으로 0.2 sccm의 허용가능한 공차 한계를 가짐에 유의해야 한다. 따라서, 에칭된 인터로킹 구조물 없이 스플릿을 갖는 내부 프레임의 샘플은 0.2 sccm의 허용가능한 공차 한계 내의 허용가능한 누설률을 부여하지 못하였다. 결과적으로, 에칭된 인터로킹 구조물이 없는 내부 프레임은 에칭된 인터로킹 구조물을 갖는 내부 프레임에 비하여 열등한 수밀재 품질을 보여준다.
비금속 재료를 양극산화된 금속 부품에 접합하기 위한 에칭
도 12a 내지 도 12e는 일부 실시예에 따른, 금속 부품의 외부 표면에 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 프로세스를 거치고 있는 금속 부품의 단면도를 예시한다. 도 12a는 인터로킹 구조물을 형성하기 위한 전기화학 에칭 프로세스를 거치기 전의 금속 부품(1200)을 예시한다. 일부 예에서, 금속 부품(1200)은 최종 부품, 예컨대 휴대용 디바이스(102, 104, 106, 108)의 인클로저의 거의 최종적인 형상을 갖는다. 일부 예에서, 금속 부품(1200)은 비금속 부품에 접합되어 최종 부품, 예컨대 휴대용 디바이스(102, 104, 106, 108)의 인클로저를 나타낼 수 있다. 본 명세서에 기술된 기법은 비금속 재료를 양극산화된 금속 부품에 접합하기 위한 에칭으로 제한되지 않으며, 금속 부품, 예컨대 스테인리스 강의 일반적인 에칭에도 이용될 수 있음에 추가로 유의해야 한다.
도 12a에 예시된 바와 같이, 금속 부품(1200)은 금속 기판(1204)을 포함한다. 금속 기판(1204)은 전기화학 에칭 프로세스 이후에 비금속 재료로 형성되는 벌크 부분을 수용할 수 있는 외부 표면(1202)을 포함한다. 일부 예에서, 금속 기판(1204)은 알루미늄으로 구성되거나 알루미늄 합금이다. 추가적으로, 금속 기판(1204)은 합금화 원소, 예컨대 마그네슘, 아연, 규소, 철, 지르코늄, 구리 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 금속 기판(1204)은 금속 산화물 층을 형성하기에 그리고 비금속 층을 금속 부품(1200)에 부착하기에 적합한 기하학적 형태를 갖는 3차원 구조이다. 일부 예에서, 금속 기판(1204)은 직사각형, 다각형, 환형, 베벨형 에지, 비선형인 각진 에지, 타원형 등인 것으로 특징지어지는 기하학적 형태를 갖는다.
일부 실시예에 따르면, 도 12b는 표면 처리 프로세스, 예컨대 전기화학 에칭 프로세스 이후의 에칭된 금속 부품(1210)을 나타낸다. 구체적으로는, 도 12b는 전기화학 에칭 프로세스 이후에, 에칭된 금속 부품(1210)의 외부 표면(1202)이 제1 인터로킹 구조물(1214 - 1), 제2 인터로킹 구조물(1214 - 2), 제3 인터로킹 구조물(1214 - 3), 및 제4 인터로킹 구조물(1214 - 4)의 개구를 포함하는 것을 예시한다. 일부 실시예에 따르면, 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4 - 각각은 단일 전기화학 에칭 프로세스 또는 다수의 전기화학 에칭 프로세스의 결과로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 인터로킹 구조물(1214 - 1, 1214 - 2)은 금속 기판(1204)이 제1 전기화학 에칭 프로세스를 거치게 한 결과로서 형성된다. 그 후에, 금속 기판(1204)에 대해 제2 전기화학 에칭 프로세스가 수행되며, 그럼으로써 제3 및 제4 인터로킹 구조물(1214 - 3, 1214 - 4)을 형성한다.
일부 실시예에 따르면, 에칭된 금속 부품(1210) 내로의 인터로킹 구조물(1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4)의 침투 깊이의 양은 인터로킹 구조물(1214) 각각의 개별 크기에 기초한다. 일부 예에서, 인터로킹 구조물(1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4)은 외부 표면(202) 내로의 길이 (즉, 침투 깊이)가 5 마이크로미터를 초과한다. 바람직하게는, 인터로킹 구조물(1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4)은 비금속 층에 대한 부착을 촉진시키기 위하여 적어도 50 마이크로미터의 깊이를 갖는다. 이들 인터로킹 구조물(1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4) 각각의 전체 침투 깊이는 전기화학 에칭 프로세스의 파라미터 (예를 들어, 지속시간, 전류 밀도, 용액의 농도 등)에 직접 기인될 수 있음에 유의해야 한다. 일부 실시예에 따르면, 인터로킹 구조물(1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4)은 직경이 약 20 마이크로미터 내지 약 70 마이크로미터 직경이다.
일부 실시예에 따르면, 에칭된 금속 부품(1210)의 인터로킹 구조물(1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4) 각각은 비금속 재료의 부착 특징부 (또는 미세-부분)를 수용할 수 있으며, 이는 도 12d를 참조하여 더 상세히 기술된 바와 같다. 일부 실시예에 따르면, 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 제1 인터로킹 구조물(1214 - 1) - 은 언더컷 영역(Wu1) 내로 이어지는 개구(Wo1)를 갖는 것으로 특징지어진다. 일부 예에서, 제1 인터로킹 구조물(1214 - 1)의 개구(Wo1)는 금속 기판(1204)의 언더컷 영역(Wu1) 내로 연장된다. 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4 - 은 언더컷 기하학적 형태를 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 언더컷 기하학적 형태는 개구(Wo1)의 폭이 언더컷 영역(Wu1)의 폭보다 더 작다는 것으로 정의된다. 추가적으로, 언더컷 기하학적 형태는 또한 인터로킹 구조물의 깊이(D)가 개구(Wo1)보다 더 크다는 것으로 정의될 수 있다. 일부 예에서, 개구(Wo1)의 폭 대 언더컷 영역(Wu1)의 폭의 비는 약 1:1.1 내지 1:1.3이며, 일부 예에서, 개구(Wo1)의 폭 대 언더컷 영역(Wu1)의 폭의 비는 1:2이다. Wo1: Wu1의 비가 1:1 미만인 한, Wo1 및 Wu1의 폭은 비금속 층의 일부분을 포획 및 보유하기에 임의의 충분한 크기를 가질 수 있음에 유의해야 한다.
추가적으로, 개구(Wo) 및 언더컷 영역(Wu)을 한정하는 금속 기판(1204)의 벽은 다중-경사 측부 표면 및 크랙을 포함할 수 있다. 후속으로, 이들 인터로킹 구조물이 비금속 재료로 충전되는 동안에, 이들 다중-경사 측부 표면이 비금속 재료로 충전 및/또는 라이닝되어 외부 수분이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 방지하게 된다.
도 12b에 예시된 바와 같이, 인터로킹 구조물들 - 예를 들어, 1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4 - 의 개구(Wo)들은 최소 분리 거리(Sd)에 의해 분리될 수 있다. 일부 예에서, 개구들은 서로 대체로 균일하게 분포되어, 이들 개구 사이의 분리 거리는 대체로 균일하게 된다. 예를 들어, 도 12b는 개구(Wo2)가 개구(Wo1) 및 개구(Wo3)로부터 균일하게 분포됨을 예시한다. 그러나, 다른 예에서, 개구들은 또한 서로 랜덤하게 분포될 수 있다. 실제로, 전기화학 에칭 프로세스 동안, 외부 표면(1202)의 일부분들을 마스킹하여 인터로킹 구조물의 형성을 방지하여 인터로킹 구조물들(1214)의 미리 결정된 패턴이 금속 부품(1210)에 형성될 수 있게 할 수 있음에 유의해야 한다.
일부 예에서, 최소 분리 거리는, 이웃하는 인터로킹 구조물들의 개구들이 서로 중첩되지 않고 이웃하는 인터로킹 구조물들의 각각의 에칭된 벽(1216)의 불안정화를 야기하지 않도록 수십 내지 수백 마이크로미터 정도이다. 일부 예에서, 최소 분리 거리는 대체로 온전한 언더컷 영역(Wu)을 한정하는 에칭된 벽들에 상응한다. 예를 들어, 도 12b를 참조하면, 인터로킹 구조물들(1214 - 3, 1214 - 4)의 개구(Wo)들은 개별적인 인터로킹 구조물(1214 - 3, 1214 - 4)들 각각의 언더컷 영역(Wu)들을 한정하는 벽(1216)들이 이웃하는 인터로킹 구조물들의 존재에 의해 불안정화되지 않도록 분리 거리(Sd 3 )에 의해 분리된다. 이러한 방식으로, 언더컷 영역(Wu)들의 형상 및 크기는 대체로 유지된다. 일부 예에서, 임의의 수의 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4 - 이 서로 이산적으로 그리고 독립적으로 형성될 수 있다. 그러나, 인터로킹 구조물들은 외부 표면(2303)의 약 25% 내지 약 70%를 구성함에 유의해야 한다. 외부 표면(1202)의 보통 정도의 에칭을 실시함으로써, 각각의 인터로킹 구조물에 대한 각각의 인장 강도는 최적일 수 있다. 유익하게도, 보통 정도로 에칭되는 외부 표면을 갖는 것으로 특징지어지는 에칭된 금속 부품(1210)은 도 12c를 참조하여 더 상세히 기술된 바와 같이 에칭된 금속 부품(1210)과 비금속 층 (예를 들어, 중합체 층 등) 사이에 강한 크기의 접착력을 부여한다.
일부 실시예에 따르면, 전기화학 에칭 프로세스 전에, 금속 기판(1204)의 외부 표면(1202)은 비교적 편평하다. 전기화학 에칭 프로세스 이후에, 외부 표면(1202)은 금속 부품(1200)의 기존의 기하학적 형태 (예를 들어, 형상)를 유지하기 위하여 비교적 편평한 상태로 남아 있을 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 전기화학 에칭 프로세스는 금속 기판(1204)의 외부 표면(1202)으로부터 일정량의 금속 재료를 제거하여 외부 표면(1202)에 상이한 텍스처를 부여하는 것을 지칭한다. 일부 예에서, 전기화학 에칭 프로세스는 금속 기판(1204)을 2 내지 15 g/L 범위의 질산나트륨을 갖는 알칼리성 용액에 노출시키는 것을 포함한다. 질산나트륨은 탈산제이다. 금속 기판(1204)은 9 내지 11 중 어딘가의 pH 수준에서 약 20℃ 내지 약 50℃ 중 어딘가의 온도 범위에서 용액에 노출된다. 추가적으로, 금속 기판(1204)은 1 내지 15분 중 어딘가의 지속시간 동안 1 내지 10 A/dm2 중 어딘가의 애노드 전류 밀도에서 용액에 노출된다. 구체적으로는, 인가된 전류 밀도를 조정함으로써, 크기 (예를 들어, 인터로킹 구조물의 직경 등), 인터로킹 구조물의 밀도, 및 인터로킹 구조물의 수에 직접 영향을 줄 수 있다.
더욱이, 전기화학 에칭 프로세스는 바람직하게는 클로라이드-무함유 프로세스를 이용할 수 있음에 유의해야 한다. 실제로, 클로라이드-기반 용액, 예컨대 염산의 사용은 알루미늄 합금으로부터 형성된 금속 기판의 부식에 기여할 수 있다. 더욱이, 통상적인 전기입자화(electrograining) 프로세스 (예를 들어, 포토리소그래피 등)에 사용되는 많은 전통적인 강산 (예를 들어, 염산, 질산 등)은 본 명세서에 기술된 바와 같은 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4 - 을 형성하는 데 부적합함에 유의해야 한다. 구체적으로는, 전기입자화 프로세스에 사용되는 이들 전통적인 강산은 교류 전류 프로세싱 장비를 필요로 하며, 이에 따라 양극산화 장비 및 프로세스와 용이하게 양립가능하지 않다. 더욱이, 전기입자화 프로세스를 위한 이들 강산이 이용되더라도, 이들은 본 명세서에 기술된 바와 같은 인터로킹 구조물에 고유하게 특징적인 언더컷 기하학적 형태를 생성하지 못할 것이다. 대신에, 이러한 유형의 강산 (예를 들어, 크롬산-황산, 황산제2철, 황산 등)은 양극산화된 금속 부품의 에칭 프로세스 동안 마이크로미터-규모의 조도로 얕고 약간 가리비형으로 된 컷 또는 반구형 기공을 형성할 것이다. 이들 약간 가리비형으로 된 컷은 필요한 방수 및 인장 강도를 구비한 구조용 밴드를 갖는 휴대용 전자 디바이스를 위한 인클로저를 제공하는 데 요구되는 필요한 금속 및 비금속 접합 강도를 제공하기에 대체로 불충분함에 유의해야 한다. 대조적으로, 인터로킹 구조물은 언더컷 기하학적 형태 또는 타원형 형상을 갖는 것으로 특징지어진다.
일부 실시예에 따르면, 도 12c는 양극산화 프로세스 이후의 양극산화된 금속 부품(1220)을 나타낸다. 구체적으로는, 도 12c는 양극산화 프로세스 이후에, 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4 - 을 한정하는 금속 기판(1204)의 금속 재료를 포함하여, 금속 기판(1204)의 재료로부터 금속 산화물 층(1224)이 형성됨을 예시한다. 도 12c에 예시된 바와 같이, 금속 산화물 층(1224)은 금속 기판(1204)의 외부 표면(1202)의 비교적 편평한 영역뿐만 아니라 인터로킹 구조물(1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4)을 오버레이한다. 유익하게도, 금속 산화물 층(1224)은 외부 오염물이 아래에 놓인 금속 기판(1204)에 도달하는 것을 방지/최소화하는 배리어로서 작용한다. 실제로, 금속 산화물 층(1224)은 양극산화된 금속 부품(1220)에 내부식성을 부여할 수 있다.
추가적으로, 금속 산화물 층(1224)은 인터로킹 구조물 각각의 개구(Wo) 및 언더컷 영역(Wu)을 한정하는 벽(1216) 위에 형성된다. 금속 산화물 층(1224)은 아래에 놓인 인터로킹 구조물 형상에 상응하는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 금속 산화물 층(1224)은 또한 다중-경사 측부 표면 및 크랙을 포함할 수 있다. 후속으로, 이들 인터로킹 구조물이 비금속 재료로 충전되는 동안에, 이들 다중-경사 측부 표면이 비금속 재료로 충전되어 외부 수분이 금속 기판(204)에 도달하는 것을 방지하게 된다.
일부 예에 따르면, 금속 산화물 층(1224)은 두께가 약 500 마이크로미터 내지 약 700 마이크로미터이다. 더욱이, 금속 산화물 층(1224)은 기공 크기가 약 40 나노미터인 기공 구조물 (예시되지 않음)을 포함한다. 산화되는 금속 기판(1204)의 재료로부터의 금속 산화물 층(1224)의 형성이 개구(Wo)의 크기 및/또는 언더컷 영역(Wu)의 크기를 감소시킬 수 있을지라도, 인터로킹 구조물(1214)은 언더컷 기하학적 형태를 여전히 보유할 것임에 유의해야 한다. 유익하게도, 기공 구조물이 인터로킹 구조물(1214)과 조합하여 양극산화 금속 부품(1220)에 대한 비금속 층의 부착을 촉진시킨다.
일부 예에서, 양극산화 프로세스를 거치기 전에, 에칭된 금속 부품(1210)은 에칭 용액 (예를 들어, 질산나트륨 등)을 제거하기 위하여 2-스테이지 향류 헹굼(two-stage counter-flowed rinse)을 거친다. 양극산화 프로세스 동안, 에칭된 금속 부품(1210)은 양극산화 용액, 예컨대 인산에 노출된다. 일부 예에서, 인산은 약 10 중량% 내지 약 12 중량%의 농도로 사용될 수 있다. 추가적으로, 에칭된 금속 부품(1210)에 약 0.5 내지 약 0.8 A/dm2의 전류 밀도가 인가된다. 에칭된 금속 부품(1220)은 약 20분 내지 약 25분의 지속시간 동안 약 20℃ 내지 약 24℃의 온도에 노출된다. 특히, 인산 양극산화는, 두께가 약 500 nm 내지 700 nm 두께이고 다공도가 수십 나노미터 규모인 금속 산화물 층(1224)을 생성한다. 생성되는 금속 산화물 층(1224)은 비금속 재료 (예를 들어, 에폭시)에 의해 용이하게 습윤되어 강한 접착 접합을 형성하게 될 수 있다. 다른 예에서, 에칭된 금속 부품(1210)은 약 20분 내지 약 60분의 기간 동안 약 1 내지 3 A/dm2의 전류 밀도에서 약 20℃의 온도에서 황산 양극산화 용액, 예컨대 200 g/L의 황산에 노출된다. 다른 예에서, 에칭된 금속 부품(1210)은 붕산-황산 양극산화 프로세스를 거치게 된다.
일부 실시예에서, 양극산화 프로세스 동안, 금속 부품(1210)은 금속 산화물 층(1224)에 적용될 수 있는 에칭 프로세스를 거치게 되는데 (예를 들어, 인산에 대한 노출), 이는, 그 결과로서 양극산화 금속 부품(1220)에 대한 비금속 층의 접착력을 향상시키기 위함이다. 양극산화 프로세스 이후에, 양극산화된 금속 부품(1220)은 양극산화 용액이 헹구어지고 건조될 수 있다. 그 후에, 양극산화된 금속 부품(1220)은 도 12d를 참조하여 예시된 바와 같이 비금속 층에 접합될 수 있다.
도 12d는 일부 실시예에 따른, 양극산화된 금속 부품(1220)에 부착된 비금속 층(1232)을 갖는 다층 부품(1230) (예를 들어, 복합 부품)의 단면도이다. 일부 예에서, 비금속 층(1232)은 돌출된 특징부를 갖는 벌크 층으로서 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 비금속 층(1232)은 중합체 재료, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 ("PET"), 폴리아릴에테르케톤 ("PAEK"), 또는 폴리에테르 에테르 케톤 ("PEEK")을 지칭할 수 있으며, 이들은 용융된 상태 또는 액체 상태에 있는 동안에 양극산화된 금속 부품(1230)의 인터로킹 구조물 - 1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4 - 내로 유입되게 할 수 있다. 일부 예에서, 비금속 층(1232)은, 비금속 층(1232)이 충분하고 인터로킹 구조물에 의해 수용될 수 있는 한, 다른 재료 (예를 들어, 금속, 비금속 등)에 더하여 비금속 재료를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 비금속 층(1232)은 양극산화된 금속 부품(1220)의 외부 표면(1222)에 부착하기에 충분한 임의의 크기의 점도 또는 표면 장력을 가질 수 있다. 비금속 재료가 인터로킹 구조물 내로 유입될 때, 중합체는 이들 인터로킹 구조물(1214 - 1, 1214 - 2, 1214 - 3, 1214 - 4)의 언더컷 영역(Wu) 내로 침투되고, 언더컷 영역(Wu)뿐만 아니라 금속 산화물 층(1224)의 기공 구조물 내에 충전될 수 있다. 이들 언더컷 영역(Wu) 및 기공 구조물 내로 유입된 후에, 비금속 재료는 돌출 부분 또는 부착 특징부(1236)로 경화되게 할 수 있다. 구체적으로는, 도 12d는, 제1 돌출 부분(1236 - 1)은 제1 인터로킹 구조물(1214 - 1)에 접합되고, 제2 돌출 부분(1236 - 2)은 제2 인터로킹 구조물(1214 - 2)에 접합되고, 제3 돌출 부분(1236 - 3)은 제3 인터로킹 구조물(1214 - 3)에 접합되고, 제4 돌출 부분(1236 - 4)은 제4 인터로킹 구조물(1214 - 4)에 접합됨을 예시한다. 더욱이, 비금속 층(1234)의 비금속 재료는 금속 산화물 층(1224)의 기공 구조물 (예시되지 않음) 내에 충전되고 그에 의해 보유될 수 있다. 그 후에, 비금속 재료는 액체 상태로부터 고체 상태로 전이될 수 있다. 고체 상태로 변한 후에, 비금속 층(1234)은 양극산화된 금속 부품(1220)에 물리적으로 부착 또는 접합하여 다층 부품(1230)을 형성한다. 도 12d에 예시된 바와 같이, 고체 상태의 비금속 층(1234)은 그것이 양극산화된 금속 부품(1220)의 외부 표면(1222)과 비교적 맞닿아 있을 수 있다. 결과로서 형성되는 다층 부품(1230)은 휴대용 디바이스 - 예를 들어, 102, 104, 106, 108 - 의 인클로저에 상응할 수 있는 외부 표면(1234)을 가질 수 있다. 다층 부품(1230)은 인클로저를 둘러싸는 주연부 밴드를 지칭할 수 있음에 유의해야 하는데, 여기서 비금속 층(1234)은 인클로저의 상이한 금속 섹션들 사이에 전기 절연을 부여할 수 있다.
도 12e는 일부 실시예에 따른, 가교된 양극산화된 금속 부품(1240)의 단면도를 예시한다. 구체적으로는, 가교된 양극산화된 금속 부품(1240)은 가교된 인터로킹 구조물(1244)을 포함한 것을 제외하고는 양극산화된 금속 부품(1220)과 유사하다. 가교된 인터로킹 구조물(1244)은 서로 가교 또는 연결되는 다수의 인터로킹 구조물(1214)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 가교된 인터로킹 구조물(1244)은 이웃하는 인터로킹 구조물들이, 그들 각각의 언더컷 영역(Wu4, Wu5)이 연결될 정도로 서로 가깝게 형성될 때 형성된다.
도 13a 내지 도 13c는 일부 실시예에 따른, 인터로킹 구조물을 갖는 양극산화된 금속 부품의 다양한 단면도를 예시한다. 도 13a는 양극산화된 금속 부품(1220)에 상응할 수 있는 양극산화된 금속 부품(1300)을 예시한다. 도 13a는 양극산화된 금속 부품(1300)이 외부 표면(1302)으로부터 금속 기판(1304)을 향해 연장되는 인터로킹 구조물(1314)을 포함함을 예시한다. 인터로킹 구조물(1314)은 금속 기판(1304)의 일부분 내로 연장될 수 있으며, 이에 따라 금속 기판(1304)의 일부분을 노출시킬 수 있다. 그러나, 금속 산화물 층(1306)은 금속 기판(1304)을 오버레이한다. 금속 산화물 층(1304)은 인터로킹 구조물(1314)의 형상에 대체로 상응하는 형상을 나타낼 수 있다.
도 13b는 일부 실시예에 따른, 도 13a의 인터로킹 구조물(1314)의 확대 단면도를 예시한다. 인터로킹 구조물(1314)은 본 명세서에 더 상세히 기술된 바와 같이 비금속 층(1232)의 돌출 부분 - 예를 들어, 1236 - 을 포획 및 보유할 수 있는 언더컷 영역(Wu) 내로 이어지는 폭(W1)을 갖는 개구(Wo)를 포함한다. 언더컷 영역(Wu)은 (W1)보다 더 큰 폭(W2)을 갖는다. 언더컷 영역(Wu)은 오버행(1320)에 의해 한정되며, 오버행은 개구(Wo)를 언더컷 영역(Wu)과 분리하는 계단 형상을 갖는다. 일부 실시예에서, 개구(Wo) 및 언더컷 영역(Wu)은 다중-경사 측부 표면(1322)을 갖는 벽(1324)에 의해 한정된다. 일부 예에서, 벽(1324)은 금속 산화물 재료로 형성된다. 벽(1324)은 에칭된 금속 부품(1210)의 에칭된 벽의 형상을 나타낼 수 있음에 유의해야 한다.
추가적으로, 도 13b는 인터로킹 구조물(1314)이 개구(Wo)의 폭(W1)보다 더 큰 깊이(D)를 가짐을 예시한다. 일부 예에서, 폭 : 깊이 비는 약 0.6 내지 약 0.9이다.
도 13c는 일부 실시예에 따른, 양극산화된 금속 부품(1300)의 외부 표면(1302)의 확대 단면도를 예시한다. 구체적으로는, 도 13c는 금속 산화물 층(1306)이 외부 표면(1302)으로부터 금속 기판(1304)을 향해 연장되는 기공 구조물(1312)을 포함함을 예시한다. 기공 구조물(1312)은 양극산화된 금속 부품(1300)의 외부 표면(1302)의 중심 평면과 대체로 직각인 방향으로 세장된 대체로 원기둥인 형상이다. 더욱이, 기공 구조물(1312)은 벽(1316)에 의해 한정된다. 추가적으로, 기공 구조물(1312)은 비금속 재료로 충전될 수 있는 하부 표면(1318)을 포함한다. 기공 구조물(1312)은 인터로킹 구조물(1314)과 상이함에 유의해야 하는데, 이는, 적어도, 인터로킹 구조물(1314)은 전기화학 에칭 프로세스의 결과로서 형성된다는 점에서 그러하다.
도 14a 내지 도 14c는 일부 실시예에 따른, 인터로킹 구조물을 갖는 멀티-피스 부품의 다양한 단면도를 예시한다. 도 14a는 멀티-피스 부품(1230)에 상응할 수 있는 멀티-피스 부품(1400)을 예시한다. 도 14a는 도 13a 내지 도 13c의 양극산화된 금속 부품(1300)이, 양극산화된 금속 부품(1300)의 인터로킹 구조물(1314) 내로 연장되어 그에 의해 보유되는 고정 특징부(1430)를 포함하는 비금속 층(1408)에 접합됨을 예시한다. 도 14a에 예시된 바와 같이, 인터로킹 구조물(1314)을 한정하는 금속 기판(1304)의 재료 (예를 들어, 알루미늄)가 금속 산화물 층(1306)에 의해 오버레이된다.
도 14b는 일부 실시예에 따른, 도 14a의 인터로킹 구조물(1314)의 확대 단면도를 예시한다. 인터로킹 구조물(1314)은 비금속 층(1408)의 고정 특징부(1430)를 포획 및 보유할 수 있는 언더컷 영역(Wu) 내로 이어지는 폭(W1)을 갖는 개구(Wo)를 포함한다. 개구(Wo)를 언더컷 영역(Wu)과 분리하는 계단 형상은 인터로킹 구조물(1314)과 비금속 층(1408) 사이에 증가된 보유력을 제공하는 데 유익하다. 개구(Wo) 및 언더컷 영역(Wu)은 다중-경사 측부 표면(1322)을 갖는 벽(1324)에 의해 한정된다.
도 14b는 다중-경사 측부 표면(1322)이 비금속 재료 - 예를 들어, 고정 특징부(1430) - 로 충전 또는 라이닝될 수 있음을 예시한다. 유익하게도, 비금속 재료는 다중-경사 측부 표면(1322)에 의해 형성된 포켓 내에 충전되기 때문에, 돌출 부분과 벽(1324) 사이에 에어 갭 또는 간격이 없을 수 있다. 추가적으로, 다중-경사 측부 표면(1322)은 수분이 금속 기판(1304)에 도달하는 것을 억제할 수 있는 누설 억제 경로를 한정할 수 있음에 유의한다. 구체적으로는, 다중-경사 측부 표면(1322)은 비금속 재료로 충전될 수 있는 다수의 포켓을 한정하기 때문에, 누설 억제 경로는, 비균일 폭을 갖고, 개구(Wo)에 의해 진입하는 수분이 언더컷 영역(Wu)을 우회하여 금속 기판(1304)에 도달하는 것을 억제할 수 있는 구불구불한 사행 경로를 갖는 것으로 특징지어진다.
도 14c는 일부 실시예에 따른, 멀티-피스 부품(1400)의 외부 표면(1402)의 확대 단면도를 예시한다. 구체적으로는, 도 14c는 금속 산화물 층(1306)의 기공 구조물(1312)이 비금속 재료로 충전될 수 있음을 예시한다. 예를 들어, 기공 구조물(1312)은 비금속 층(1408)의 고정 특징부(1430)로 충전될 수 있다. 유익하게도, 도 14a 내지 도 14c는 비금속 층(1408)이 인터로킹 구조물 - 예를 들어, 1314 - 및 기공 구조물 - 예를 들어, 1312 - 에 의해 양극산화된 금속 부품(1300)에 부착되고, 그럼으로써 양극산화된 금속 부품(1300)과 비금속 층(1408) 사이의 보유력 및 내인장성(resistance to pull)을 향상시킴을 예시한다. 일부 예에서, 기공 구조물(1312) 내에 충전되고/되거나 그 안에 보유되는 비금속 층(1408)의 비금속 재료는 나노미터 규모의 화학적 접합으로 지칭될 수 있는 반면, 인터로킹 구조물(1314) 내에 충전되고/되거나 그 안에 보유되는 고정 특징부(1430)는 마이크로미터 규모의 기계적 접합으로 지칭될 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 일부 실시예에 따른, 다수의 인터로킹 구조물이 부품(1500)의 외부 표면을 통해 형성된 부품(1500)의 상이한 사시도를 예시한다. 도 15a는 부품(1500)의 외부 표면(1502)의 상이한 영역들 내로 에칭되는 인터로킹 구조물(1514 - 1, 1514 - 2, 1514 - 3)을 갖는 부품(1500)의 평면도를 예시한다. 도 15a는 인터로킹 구조물(1514 - 1, 1514 - 2, 1514 - 3)이 서로 이산적으로 형성됨을 예시하지만, 인터로킹 구조물(1514)은 또한 서로 교차할 수 있음에 유의해야 한다. 일부 예에서, 인터로킹 구조물(1514 - 1, 1514 - 2, 1514 - 3) 각각의 개구는 벽들이 서로 중첩되거나 불안정화되지 않도록 하는 (예를 들어, 언더컷 영역의 형상 또는 크기에 영향을 주지 않도록 하는) 최소 분리 거리에 의해 분리된다.
일부 예에 따르면, 인터로킹 구조물(1514)은 외부 표면(1502)의 총 표면적의 약 25% 내지 약 70%를 커버할 수 있다. 외부 표면(1502)의 오버-에칭 (X > 70%)은 인터로킹 구조물(1514) 각각을 분리하는 벽들의 불안정화를 야기할 수 있음에 유의해야 한다. 추가적으로, 외부 표면(1502)의 언더-에칭 (X < 25%)은 비금속 층 - 예를 들어, 비금속 층(1232) - 에 대한 충분한 부착점을 허용하지 않을 수 있다.
도 15b는 도 15a에서의 기준선(1510)으로 표시된 바와 같은 부품(1500)의 사시 단면도를 예시한다. 도 15b에 예시된 바와 같이, 부품(1500)은 다수의 인터로킹 구조물(1514 - 1, 1514 - 2, 1514 - 3)을 갖는다. 인터로킹 구조물(1514) 각각은 언더컷 영역(Wu) 내로 연장되는 개구(Wo)를 포함한다. 일부 예에서, 개구(Wo)의 폭 대 언더컷 영역(Wu)의 폭의 비는 약 1:1.1 내지 1:1.3이며, 일부 예에서, 개구(Wo)의 폭 대 언더컷 영역(Wu)의 폭의 비는 1:2이다. 실제로, 일부 예에서, 언더컷 영역(Wu)의 폭에 대한 개구(Wo)의 폭의 차이의 증가는 부품(1500)과 비금속 층 - 예를 들어, 비금속 층(1232) - 사이의 인장 강도를 증가시킬 수 있다.
추가적으로, 도 15b는 인터로킹 구조물(1514 - 1, 1514 - 2, 1514 - 3)이 금속 산화물 층(1506)에 의해 오버레이됨을 예시한다. 인터로킹 구조물(1514 - 1, 1514 - 2, 1514 - 3)은 직경이 약 20 마이크로미터 내지 약 70 마이크로미터이다. 인터로킹 구조물(1514)은 두께가 적어도 5 마이크로미터이다. 하지만, 인터로킹 구조물(1514)이, 30% 유리 충전제를 갖는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT)와 같은 재료로부터의, 비금속 층(1232)으로부터의 유리 섬유를 수용하기 위하여, 인터로킹 구조물(1514)은 두께가 적어도 50 마이크로미터일 수 있다.
도 16은 일부 실시예에 따른, 중합체 층을 금속 부품에 접합하기 위한 방법(1600)을 예시한다. 도 16에 예시된 바와 같이, 방법(1600)은 선택적으로 단계(1602)에서 시작할 수 있으며, 이 단계에서는 부품 - 예를 들어, 금속 기판(1204) - 이 선택적으로 마무리 프로세스로 처리된다. 일부 예에서, 마무리 프로세스는 금속 기판(1204)의 외부 표면을 버핑(buffing), 폴리싱, 형상화, 또는 텍스처화하는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 마무리 프로세스는 금속 기판(1204)의 외부 표면의 화학 세정 (예를 들어, 탈지(de-greasing), 산 에칭 등) 또는 헹굼을 포함할 수 있다.
단계(1604)에서는, 금속 기판(1204)이 전기화학 에칭 프로세스를 거치게 함으로써 금속 부품(1200)의 외부 표면(1202)의 하나의 영역 또는 상이한 영역들에 로킹 구조물 - 예를 들어, 인터로킹 구조물(1214) - 이 형성될 수 있다. 구체적으로는, 전기화학 에칭 프로세스는 에칭 용액에 금속 부품(1200)을 노출시키는 것을 포함한다. 일부 예에서, 에칭 용액은 약 2 내지 15 g/L 농도의 질산나트륨의 알칼리성 용액을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 에칭 용액은 약 150 내지 250 g/L 농도의 염화제2철 (FeCl3)을 포함할 수 있다. 금속 부품(1200)은 약 1 내지 15분의 기간 동안 1 내지 10 A/dm2의 애노드 전류 밀도로 pH 9 내지 11에 노출될 수 있다. 일부 예에서, 외부 표면(1202)의 미리 결정된 영역이 전기화학 에칭 프로세스 동안 왁스, 테이프, 또는 다른 차폐 기법의 조합을 사용하여 마스킹 오프될 수 있다.
일부 예에서, 금속 부품(1200)은 질산염 용액을 사용하여 에칭될 수 있다. 예를 들어, 금속 부품(1200)은 35℃ 내지 45℃의 온도에서, 약 9 내지 12의 pH 수준, 0.5 내지 2 g/L의 질산나트륨 용액, 및 900초의 노출 시간 동안 전기화학 에칭 프로세스를 거치게 될 수 있다. 다른 예에서는, 금속 부품(1200)에 약 1 내지 10 A/dm2의 전류 밀도를 인가하였다.
후속으로, 단계(1606)에서는, 양극산화 프로세스의 결과로서 금속 기판(1204)으로부터 금속 산화물 층(1224)이 형성되어, 양극산화된 금속 부품(1220)을 형성하게 된다. 금속 산화물 층(1224)은 금속 기판(1204) 및 인터로킹 구조물(1214)을 오버레이한다. 일부 예에서, 양극산화 프로세스는 금속 기판(1204)을 인산 용액, 염화제2철, 또는 질산나트륨에 노출시키는 것을 포함한다.
단계(1608)에서는, 양극산화 프로세스 이후에 그리고/또는 동안에, 방법(1600)은 선택적으로 금속 기판(1204)이 에칭 프로세스를 거치게 하는 것을 포함한다. 예를 들어, 금속 기판(1204)은 질산나트륨에 노출되며, 이는 금속 산화물 재료를 에칭하고, 인터로킹 구조물(1314)을 한정하는 금속 산화물 층(1224)의 벽(1324) 내에 다중-경사 측부 표면(1322)을 형성할 수 있다. 유익하게도, 다중-경사 측부 표면(1322)은 수분이 금속 기판(1304)에 도달하는 것을 방지하는 사행 경로를 한정할 수 있다. 더욱이, 다중-경사 측부 표면(1322)은 양극산화된 금속 부품(1300)에 대한 비금속 층(1408)의 접착력을 증가시킬 수 있다.
단계(1610)에서는, 중합체 층 - 예를 들어, 비금속 층(1232) - 이 금속 산화물 층(1224)에 부착된다. 구체적으로는, 비금속 층(1232)은, 액체 상태에 있는 동안에, 양극산화된 금속 부품(1220)의 인터로킹 구조물(1214) 내로 유입되게 할 수 있는 비금속 재료를 지칭할 수 있다. 비금속 재료가 이들 인터로킹 구조물(1214) 내로 유입될 때, 비금속 재료는 이들 인터로킹 구조물(1214)의 언더컷 영역(Wu) 내로 침투되고, 언더컷 영역(Wu)뿐만 아니라 금속 산화물 층(1224)의 기공 구조물 내에 충전될 수 있다. 이들 언더컷 영역(Wu) 및 기공 구조물 내로 유입된 후에, 비금속 재료는 돌출 부분 또는 부착 특징부(1236)로 경화되게 할 수 있다.
도 17은 일부 실시예에 따른, 비금속 층을 금속 부품에 접합하기 위한 방법(1700)을 예시한다. 도 17에 예시된 바와 같이, 방법(1700)은 단계(1702)에서 시작되며, 이 단계에서는 부품 - 예를 들어, 금속 기판(1204) - 의 외부 표면이 3-D 이미지 스캐닝 시스템, 전자 현미경, 또는 다른 적합한 시스템을 사용하여 스캐닝된다.
단계(1704)에서는, 외부 표면(1202)을 스캐닝하여, 비금속 층(1232)이 금속 기판(1204)의 그러한 특정 영역들에 부착되기를 원하는 영역들을 확인할 수 있으며, 이는, 예를 들어 그러한 영역들이 다층 인클로저 또는 복합 부품을 갖는 외부 표면의 부분들에 상응하는 경우이다.
단계(1706)에서는, 외부 표면(1202)의 영역이, 예를 들어 포토리소그래피 프로세스를 사용함으로써, 마스킹될 수 있다. 이들 하나 이상의 영역을 마스킹함으로써, 이들은 커버되고, 이들 하나 이상의 영역의 화학적 또는 야금학적 특성에 관계 없이 에칭 프로세스를 거치게 되는 것으로부터 대체로 방지된다.
단계(1708)에서는, 로킹 구조물 - 예를 들어, 인터로킹 구조물(1214) - 이 외부 표면(1202)의 하나 이상의 선택된 영역에 형성될 수 있는데, 이는, 마스킹된 영역들이 에칭되는 것을 방지하면서 외부 표면(1202)의 마스킹되지 않은 영역들이 전기화학 에칭 프로세스를 거치게 함으로써 행해진다. 마스킹에 더하여, 테이프, 왁스, 또는 전해질로부터 중합체를 사용한 차폐를 사용하여, 에칭을 필요로 하지 않는 외부 표면(1202)의 다른 영역이 보호될 수 있다. 전기화학 에칭 프로세스 이후에, 외부 표면(1202) 상에 존재하는 어떠한 잔존하는 에칭 용액도 탈이온수를 사용함으로써 세정하여 인터로킹 구조물(1214)이 추가로 성장하는 것을 방지할 수 있다. 단계(1708)와 함께, 외부 표면(1202) 내에 형성되는 인터로킹 구조물(1214)의 집중도 및/또는 수가 모니터링 및 제어될 수 있다. 추가적으로, 인터로킹 구조물(1214)의 직경 및 두께가 모니터링 및 제어될 수 있다.
단계(1710)에서는, 양극산화 프로세스의 결과로서 금속 기판(1204)으로부터 금속 산화물 층(1224)이 형성되어, 양극산화된 금속 부품(1220)을 형성하게 된다. 금속 산화물 층(1224)은 금속 기판(1204) 및 인터로킹 구조물(1214)을 오버레이한다. 일부 예에서, 양극산화 프로세스는 금속 기판(1204)을 인산 용액에 노출시키는 것을 포함한다. 일부 예에서, 양극산화 프로세스는 금속 기판(1204)이 에칭 프로세스를 거치게 하는 것을 포함한다.
단계(1712)에서는, 방법(1700)이 선택적으로, 비금속 층(1232)을 양극산화된 금속 부품(1220)에 부착하여 복합 부품(1230)을 형성하는 것을 포함한다. 구체적으로는, 비금속 층(1232)은 양극산화된 금속 부품(1220)에 접합 또는 부착될 수 있다. 일부 예에서, 마무리 또는 세정 프로세스가 복합 부품(1230)에 대해 수행될 수 있다.
도 18은 금속 부품의 프로세싱의 유형의 함수로서의 인장 강도의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다. 예시적인 시험에서, 비금속 층에 부착된 상이한 금속 부품들을 인장 강도에 대해 개별적으로 시험하였다. 시험된 상이한 금속 부품들은 (i) 알루미늄 부품, (ii) 양극산화된 알루미늄 부품, 및 (iii) 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품을 포함한다. 알루미늄 부품은, 에칭하지 않아서 인터로킹 구조물을 형성하지도 않았고 양극산화하지도 않았다. 예시적인 시험에서, 알루미늄 부품은 약 0 ㎏/F의 인장력을 나타내었다. 양극산화된 알루미늄 부품은, 인산 용액을 사용하여 양극산화하였다. 양극산화된 알루미늄 부품은 약 78 내지 135 ㎏/F의 인장력을 나타내었다. 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품은, 질산염 용액을 사용하여 에칭하여 인터로킹 구조물을 형성하고, 후속으로 인산 용액을 사용하여 양극산화하였다. 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품은 약 130 내지 210 ㎏/F의 인장력을 나타내었다. 일부 예에서, 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품은 더 특히 157 +/- 21 ㎏/F의 인장력을 나타내었다. 양극산화된 알루미늄 부품을 질산염 용액을 사용하여 에칭하여 인터로킹 구조물을 형성하는 프로세스는 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품과 비금속 층 사이의 인장 강도를 증가시키는 데 유익함에 유의해야 한다.
도 19는 금속 부품의 프로세싱의 유형의 함수로서의 공기 누설의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다. 예시적인 시험에서, 비금속 층에 부착된 상이한 금속 부품들을 공기 누설에 대해 개별적으로 시험하였다. 시험된 상이한 금속 부품들은 (i) 편평한 표면을 갖는 금속 부품, (ii) 양극산화된 알루미늄 부품, 및 (iii) 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품을 포함한다. 편평한 표면을 갖는 금속 부품은, 에칭하지도 양극산화하지도 않았다. 예시적인 시험에서, 편평한 표면을 갖는 모든 금속 부품은 공기 누설 저항성과 관련된 역치를 훨씬 밑도는 공기 누설을 나타내었다. 양극산화된 알루미늄 부품은, 인산 용액을 사용하여 양극산화하였다. 모든 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품은 공기 누설 저항성에 대한 역치를 만족시키는 공기 누설 등급을 나타내었다. 따라서, 예시적인 시험은, 금속 부품을 질산염 용액을 사용하여 에칭하여 인터로킹 구조물을 형성함으로써, 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품과 비금속 층 사이의 공기 누설을 또한 감소시킨다는 것을 입증한다. 이는, 양극산화된 알루미늄 부품에 비하여, 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품이, 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품과 비금속 층 사이의 공기 누설 접합부의 수 및/또는 크기를 최소화한다는 것을 입증할 수 있다.
도 20은 금속 부품의 프로세싱의 유형의 함수로서의 공기 누설의 관계를 나타낸 그래프를 예시한다. 예시적인 시험에서, 비금속 층에 부착된 상이한 금속 부품들을 공기 누설에 대해 개별적으로 시험하였다. 상이한 금속 부품들은 (i) 양극산화된 알루미늄 부품, 및 (ii) 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품을 포함하며, 이들은 둘 모두 인산으로 양극처리되었다. 양극산화된 알루미늄 부품의 90%가 공기 누설과 관련된 역치보다 낮은 공기 누설량을 나타내었다. 대조적으로, 에칭된 양극산화된 알루미늄 부품의 97%가 공기 누설과 관련된 역치를 만족시키거나 초과하는 공기 누설량을 나타내었다. 일부 예에서, 양극산화된 알루미늄 부품의 공기 누설은 0.6 bar에서 X < 0.2 sccm인 것으로 측정되었다.
도 21a 내지 도 21c는 일부 실시예에 따른, 양극산화된 금속 부품의 예시적인 전자 현미경 이미지를 예시한다. 도 21a는 양극산화된 금속 부품(2102)의 단면도를 예시한다. 도 21a에 도시된 바와 같이, 양극산화된 금속 부품(2102)은 유리-보강된 플라스틱을 포함하는 중합체 층(2110)에 부착된다. 위치(A)에서, 중합체 층(2110)은 편평한 표면(2104)에서 양극산화된 금속 부품(2102)에 부착된다. 위치(B)에서, 중합체 층(22110)은 인터로킹 구조물(2106)을 통해 양극산화된 금속 부품(2102)에 부착된다.
도 21b는 위치(B)의 확대 단면도를 예시한다. 구체적으로는, 중합체 층(2110)의 유리 섬유(2114) 및 중합체 재료(2112)는 인터로킹 구조물(2106) 내에 충전된다. 일부 예에서, 인터로킹 구조물(2106)은 유리 섬유(2114)를 수용하기 위하여 두께가 적어도 5 마이크로미터이다. 인터로킹 구조물(210)의 오버행(2108)은 달리 중합체 층(2110)을 인터로킹 구조물(2106)로부터 탈착하는 데 필요할 인장 강도의 크기를 증가시킨다.
도 21c는 위치(A)의 확대 단면도를 예시한다. 구체적으로는, 양극산화된 금속 부품(2102)의 금속 산화물 층의 기공 구조물은 유리 섬유(2114)를 수용하는 데 충분히 크지 않을 수 있다. 그러나, 기공 구조물은 비금속 재료 (예를 들어, 중합체 재료(2112))를 수용하고 그로 충전될 수 있다.
기술된 실시예들의 다양한 태양들, 실시예들, 구현들 또는 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 기술된 실시예들의 다양한 태양들은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다. 기술된 실시예들은 또한 제조 동작들을 제어하는 컴퓨터 판독가능 매체 상의 컴퓨터 판독가능 코드로서 또는 제조 라인을 제어하는 컴퓨터 판독가능 매체 상의 컴퓨터 판독가능 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 나중에 컴퓨터 시스템에 의해 판독될 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 저장 디바이스이다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예들은 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, CD-ROM들, HDD들, DVD들, 자기 테이프, 및 광학 데이터 저장 디바이스들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 또한 컴퓨터 판독가능 코드가 분산 방식으로 저장 및 실행되도록 네트워크로 결합된 컴퓨터 시스템들에 걸쳐 분산될 수 있다.
전술한 설명은, 설명의 목적을 위해, 설명된 실시예들의 충분한 이해를 제공하기 위해 특정 명명법을 사용하였다. 그러나, 특정 상세사항들은 설명된 실시예들을 실시하는 데 필수적인 것은 아니라는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 특정 실시예들에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시되어 있다. 이들은 총망라하고자 하거나 기술된 실시예들을 개시된 정확한 형태들로 제한하려고 하는 것은 아니다. 많은 수정들 및 변형들이 상기 교시 내용들에 비추어 가능하다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

Claims (40)

  1. 휴대용 전자 디바이스를 위한 인클로저(enclosure)로서,
    금속 기판을 포함하는 금속 부품;
    상기 금속 기판의 제1 부분을 오버레이(overlay)하는 제1 금속 산화물 층 - 상기 제1 금속 산화물 층은 외부 표면 및 상기 외부 표면에서의 개구를 한정함 -;
    상기 금속 기판의 제2 부분을 오버레이하는 제2 금속 산화물 층 - 상기 제2 금속 산화물 층은 상기 개구내로 이어지고 상기 금속 기판 내로 연장되는 언더컷 영역을 한정하고, 상기 개구는 제1 폭을 가지며, 상기 언더컷 영역은 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭을 가짐 -; 및
    상기 제1 및 제2 금속 산화물 층을 오버레이하는 비금속 벌크 층 - 상기 비금속 벌크 층은 상기 비금속 벌크 층이 상기 금속 부품과 인터로킹(interlocking)하도록 상기 언더컷 영역으로 연장하는 돌출 부분을 포함함 -
    을 포함하는 인클로저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 언더컷 영역은 상기 제2 폭보다 작은 깊이를 갖는, 인클로저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 언더컷 영역은 상기 제2 금속 산화물 층의 에칭된 벽들에 의해 한정되고, 상기 에칭된 벽들은 텍스처화된 표면들을 가지며, 상기 비금속 벌크 층은 상기 언더컷 영역을 실질적으로 충전하는, 인클로저.
  4. 제1항에 있어서, 상기 개구는 상기 외부 표면을 따라 균일하게 분포되는 복수의 개구들 중 하나의 개구인, 인클로저.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 금속 산화물 층은 두께가 0.5 마이크로미터 이상인, 인클로저.
  6. 제1항에 있어서, 상기 비금속 벌크 층은 상기 제1 금속 산화물 층의 기공들 내로 연장되는, 인클로저.
  7. 제4항에 있어서, 상기 복수의 개구는 상기 외부 표면의 전체 표면적의 25% 내지 75%를 나타내는, 인클로저.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속 부품은 알루미늄 합금을 포함하고, 상기 비금속 벌크 층은 중합체를 포함하는, 인클로저.
  9. 휴대용 전자 디바이스를 위한 복합 인클로저로서,
    금속 산화물 층에 의해 오버레이된 금속 기판을 포함하는 부품 - 상기 부품은 외부 표면으로부터 상기 금속 기판에 의해 한정되는 언더컷 영역으로 연장되는 개구를 한정하고, 상기 언더컷 영역의 최대 폭 대비 상기 개구의 폭의 비율은 0.7 내지 0.95임 - ; 및
    상기 언더컷 영역 내로 연장되어 그와 인터로킹되는 돌출 특징부를 포함하는 비금속 부품
    을 포함하는 복합 인클로저.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서, 상기 개구 및 상기 언더컷 영역은 텍스처화된 표면을 갖는 에칭된 벽들에 의해 한정되고, 상기 비금속 부품은 상기 언더컷 영역을 충전하는, 복합 인클로저.
  13. 제12항에 있어서, 상기 비금속 부품이 상기 금속 산화물 층에 의해 한정되는 기공들 내로 연장되어 그와 인터로킹되는, 복합 인클로저.
  14. 제9항에 있어서, 상기 언더컷 영역은 깊이가 10 마이크로미터와 20 마이크로미터 사이인, 복합 인클로저.
  15. 인클로저를 형성하기 위한 방법으로서,
    상기 인클로저는 금속 산화물 층에 의해 오버레이된 금속 기판을 포함하며, 상기 방법은
    상기 금속 기판이 전기화학 에칭 프로세스를 거치게 함으로써 외부 표면으로부터 상기 금속 기판 내로 연장되는 언더컷 영역들을 형성하는 단계 - 상기 외부 표면에서의 상기 언더컷 영역들 중의 언더컷 영역의 개구이 폭의, 상기 언더컷 영역의 최대 폭 대비 비율은 0.7 내지 0.95임 -;
    상기 언더컷 영역들을 한정하는 상기 금속 기판의 부분들 위로 금속 산화물 층을 형성하는 단계; 및
    상기 언더컷 영역들을 비금속 층의 돌출 부분들로 충전함으로써 상기 비금속 층을 상기 금속 산화물 층에 접합하는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 금속 산화물 층은 기공들을 한정하며, 상기 비금속 층이 상기 기공들을 충전하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 언더컷 영역들을 형성하는 단계는 상기 언더컷 영역들이 형성되는 마스킹되지 않은 영역들에 인접한 상기 외부 표면의 영역들을 마스킹하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 언더컷 영역들은 전기화학 에칭 프로세스에 의해 형성되는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 외부 표면으로부터 어떠한 잔류 에칭 용액도 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 삭제
  21. 복합 부품으로서,
    금속 기판 및 상기 금속 기판을 오버레이하는 금속 산화물 층을 포함하는 제1 부품 - 상기 금속 산화물 층은 외부 표면과, 상기 금속 산화물 층에 의해 한정되고 상기 금속 기판 내로 연장되는 언더컷 영역들 내로 이어지는 상기 외부 표면에서의 개구를 한정하고, 각각의 개구는 상기 개구와 이어지는 상기 언더컷 영역의 최대 폭보다 작은 개구 폭을 가짐 - ; 및
    비금속 재료로 형성되는 제2 부품 - 상기 제2 부품은 상기 외부 표면을 오버레이하는 벌크 층과 상기 벌크 층으로부터 상기 언더컷 영역들로 상기 개구들을 통해 연장하는 돌출부들을 포함하고, 상기 돌출부들은 상기 언더컷 영역들 내에서 상기 금속 산화물 층에 의해 한정되는 기공들로 더 연장됨 -
    을 포함하는 복합 부품.
  22. 제21항에 있어서, 상기 언더컷 영역의 상기 최대 폭 대비 상기 개구 폭의 비율이 0.5:1 이상인, 복합 부품.
  23. 제21항에 있어서, 상기 언더컷 영역들은 25 마이크로미터와 200 마이크로미터인 사이의 깊이로 상기 금속 기판 내로 연장되는, 복합 부품.
  24. 제21항에 있어서, 상기 개구들의 위치들은 상기 금속 산화물 층의 상기 외부 표면에서의 결함들에 대응하는, 복합 부품.
  25. 제21항에 있어서, 상기 언더컷 영역들은 수분이 상기 금속 기판에 도달하는 것을 억제하는 사행 경로를 한정하는 다중-경사(multi-angle) 측부 표면을 갖는 에칭된 들에 의해 한정되는, 복합 부품.
  26. 제25항에 있어서, 상기 다중-경사 측부 표면들은 상기 비금속 재료로 충전되는 크랙들(cracks)을 한정하는, 복합 부품.
  27. 제21항에 있어서, 상기 금속 기판은 강 합금을 포함하고, 상기 비금속 재료는 중합체 재료를 포함하는, 복합 부품.
  28. 전자 디바이스를 위한 멀티-피스 인클로저로서,
    금속 산화물 층에 의해 오버레이된 금속 기판을 포함하는 제1 피스 - 상기 금속 산화물 층은 외부 표면을 한정하며, 상기 외부 표면 위에 개구들이 랜덤하게 분포되고, 각각의 개구는 상기 금속 산화물 층에 의해 한정되는 제1 폭을 갖고 상기 금속 산화물 층 및 상기 금속 기판에 의해 한정되는 언더컷 영역 내로 이어지며, 상기 언더컷 영역은 상기 제1 폭 보다 큰 제2 폭을 갖고, 상기 제2 폭 대비 0.6 내지 0.9의 비율의 깊이로 상기 외부 표면으로부터 상기 금속 기판 내로 연장됨 -; 및
    비금속 재료로 형성되고, 돌출 특징부들과 함께 벌크 부분을 포함하는 제2 피스 - 상기 돌출 특징부들은 상기 개구들을 통해 상기 언더컷 영역으로 연장됨 -
    를 포함하는 멀티-피스 인클로저.
  29. 제28항에 있어서, 상기 언더컷 영역에서의 상기 제1 피스와 상기 제2 피스 사이의 접합부가 상기 접합부를 통한 액체의 유입을 억제하는 사행 경로를 포함하는, 멀티-피스 인클로저.
  30. 제29항에 있어서, 상기 언더컷 영역은 상기 사행 경로를 한정하는 다중-경사 측부 표면들을 갖는 에칭된 벽들에 의해 한정되는, 멀티-피스 인클로저.
  31. 삭제
  32. 제28항에 있어서, 상기 돌출 특징부들 중 적어도 하나는 상기 언더컷 영역을 충전하는, 멀티-피스 인클로저.
  33. 제28항에 있어서, 상기 외부 표면의 총 표면적이 상기 개구들을 포함하며, 상기 개구는 상기 총 표면적의 25% 내지 65%를 차지하는, 멀티-피스 인클로저.
  34. 1차 금속 산화물 층에 의해 오버레이된 금속 기판을 포함하는 부품에서 구조물들을 형성하기 위한 방법으로서,
    상기 1차 금속 산화물 층에 의해 한정되는 외부 표면에서의 1차 금속 산화물 결함들의 위치들에 제1 구조물들을 형성하는 단계 - 상기 제1 구조물들은 상기 금속 기판에 의해 한정되고 상기 외부 표면에서 제1 폭을 갖는 개구를 포함하며, 상기 개구는 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭을 갖는 언더컷 영역으로 이어지고, 상기 언더컷 영역은 상기 금속 기판 내로 연장됨 -;
    상기 제1 구조물들을 한정하는 상기 금속 기판의 부분들 위로 자연 산화물 층을 형성하는 단계; 및
    상기 자연 산화물 층의 자연 산화물 결함들의 위치들에서 기공 구조물들을 형성하는 단계 - 상기 기공 구조물들은 상기 자연 산화물 층에 의해 한정됨 -
    을 포함하는, 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    비금속 기판을 상기 외부 표면 상에 적용하는 단계 - 상기 제1 구조물들 및 상기 기공 구조물들은 상기 비금속 기판의 돌출 부분들을 수용할 수 있음 - 를 추가로 포함하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제1 구조물들 및 상기 기공 구조물들이 차지하는 상기 외부 표면의 총 표면적이 역치량(threshold amount)을 만족시키는지의 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 총 표면적이 상기 역치량을 만족시키지 않는 것으로 결정됨에 응답하여, 상기 외부 표면에 추가 구조물들을 형성하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 제34항에 있어서,
    상기 1차 금속 산화물 결함들의 위치들에 인접한 상기 외부 표면의 영역들을 마스킹하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  40. 제34항에 있어서,
    상기 외부 표면으로부터 잔류 금속 에칭 용액을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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