半導体レーザによる異種材料接合法の開発とマイクロ機能部品製作への適用

开发使用半导体激光器连接不同材料的方法及其在微型功能部件生产中的应用

基本信息

批准号：
15760079
负责人：
早川伸哉
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

レーザ光の波長に対して透明な樹脂と不透明な樹脂を重ね合わせて透明樹脂側からレーザ光を照射すると,透明樹脂を透過したレーザ光が不透明樹脂の表面で吸収されて樹脂が発熱するため,2枚の樹脂が接合界面で局所的に溶融し接合される.この技術はレーザ接合法と呼ばれ利用が年々拡大しているが,その適用は熱的特性が等しい同種の熱可塑性樹脂の接合に限定されている.本研究はこれを異種材料の接合に応用することを目的としており,とくに金属と熱可塑性樹脂との接合を試みている.前年度までに行った実験により,金属側接合面をサンドペーパーなどによって処理して凹凸を付与することで金属と樹脂のレーザ接合が可能になることがわかった.この表面処理には,金属表面におけるレーザ光吸収率を増大させて十分な温度上昇を得る作用と,アンカー効果によって金属と樹脂を機械的に締結する作用があると考えられる.そこで本年度は,サンドペーパーなどによって前処理した面の状態を定量的に評価し,レーザ光吸収率や接合強度との関係を明らかにすることを目的とした.実験には波長820nm,最大出力15Wの半導体レーザを使用し,接合試料にはスズおよびアクリルを用いた.サンドペーパー,サンドブラストおよび放電加工によって前処理したスズ表面の状態を表面粗さ計を用いて測定し,十点平均粗さRzと算術平均傾斜Δaから溝ピッチを2Rz/tan(Δa)のように定義してレーザ光吸収率との関係を整理した.その結果,溝ピッチが小さいほどレーザ光吸収率が大きくなることがわかった.また,算術平均傾斜と接合強度の関係を整理した結果,算術平均傾斜が大きく溝の断面形状が鋭いほど接合強度が大きくなることがわかった.

当对激光的波长透明的树脂和不透明的树脂重叠并且从透明树脂侧照射激光时，穿过透明树脂的激光被不透明树脂的表面吸收树脂，使树脂产生热量，在粘合界面处局部熔化并粘合。这种技术称为激光粘合，其用途逐年扩大，但其应用仅限于粘合相同的热塑性树脂。本研究仅限于具有相同热性能的类型。我们的目标是将该技术应用于异种材料的接合，特别是我们正在尝试接合金属和热塑性树脂。根据去年进行的实验，我们发现金属侧的接合表面具有经砂纸处理形成凹凸后发现，通过添加和可以实现金属和树脂的激光接合。这被认为具有机械结合树脂的效果，因此，今年我们将定量评估用砂纸等预处理的表面状况，并阐明激光吸收率与半导体结合强度之间的关系。实验采用波长820 nm、最大输出15 W的激光，以锡和亚克力为粘合样品。锡经过砂纸、喷砂、放电加工等预处理。使用表面粗糙度计测量表面状况，根据十点平均粗糙度Rz和算术平均斜率Δa将槽间距定义为2Rz/tan(Δa)，并整理与激光吸收率的关系作为结果。，凹槽节距为发现斜率越小，激光光吸收率越高。另外，整理算术平均斜率与结合强度的关系，发现算术平均斜率越大，十字越尖锐。沟槽的截面形状越大，粘接强度越大。