JP4200464B2

JP4200464B2 - 成形体及びその製造方法

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Publication number: JP4200464B2
Application number: JP2006212976A
Authority: JP
Inventors: 正喜管野; 祐也青木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2026-08-04
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Description

この発明は、樹脂モールドされたアンテナ一体のＩＣタグモジュールを封止してなる成形体に関し、特にＩＣタグモジュールを内蔵する電子機器筐体あるいは光ディスク成形体に関する。

従来、物流・管理の効率化や製品のトレーサービリティーのために、電源が不要で非接触のＩＤとして、安価なバーコードラベルが存在している。しかし、傷・汚れなどに弱いこと、本体ではなく包装体に印刷・貼付けされることが多いため製造から廃棄までのライフサイクルでの使用を考えた場合は実用的ではなかった。また例えラベルを樹脂フィルムなどで保護したとしても傷・汚れに対する根本的な解決にはならず、ラベルを製品に接着するためにまつわる接着不良・剥れ、接着スペースの確保といった問題も生じていた。

そこで近年、ＩＣ化されたＩＣタグが利用されるようになっている。非接触にて読み取り、または読み書きが可能であるうえ従来のバーコードに比べ情報量が多いという利点があり、このようなＩＣタグは従来の識別方法とは一線を画すため、今後使用数、使用範囲とも急激な拡大が期待されている。

また、ＩＣタグそのもののコストは大量生産による価格低下だけでなく通信のためのアンテナをＩＣに一体化するなどのＩＣタグモジュール技術が開発されている（特許文献１，２）。そのため、将来は一個５円を切ると言われており、今後あらゆる商品の電子タグとして実装される可能性が高い。

しかしながら、ＩＣタグの商品への装着は一般的にＩＣタグシート（フィルム状に加工したインレットと呼ばれるシート）に加工した上での接着、貼り付けが主となっており、工数・コストがかかるという問題があった。また耐久性、セキュリティの点でも問題が多く破損・劣化等による不良発生があることから耐久消費財である電子機器への実装法としては適当ではない。さらに、タグの流用などの海賊行為対策も今後は必要になってくる。

また、ＩＣタグの接着、貼り付けなどによる実装コストが高く、かつ耐久性に問題が残る。例えば、家電製品のような耐久財にＩＤを付与する場合は使用後までＩＤとしての機能を保証する必要がある。平均的な使用期間はＴＶで約１０年、長く使い続ける場合は２０年を超えると考えられていることからＩＤの寿命は最低で２０年、実際には３０年以上が求められるものと思われる。また、著作権保護などのセキュリティ用途ではさらに不法行為に対する耐性が求められている。

特開平８−２７６４５８号公報特開２００２−１６３６２７号公報

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、低コストで同時に衝撃・温湿度などによる品質劣化が少なく海賊行為が困難であり長期にわたって信頼性が損なわれないＩＣタグモジュールを内蔵した成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、樹脂モールドされたアンテナ一体のＩＣタグモジュールが成形材料で封止され、光ディスクの形状に成形されてなる成形体であって、前記成形材料は、１８５℃以下の成形温度で射出成形されてなるポリ乳酸を主原料とする熱可塑性樹脂単体または該熱可塑性樹脂を含む材料であることを特徴とする成形体である。

ここで、前記ＩＣタグモジュールがディスククランプエリアに配置されていることが好ましい。

また、前記ＩＣタグモジュールは、ＩＣチップが前記光ディスクの内周側に位置するように配置されていることが好適である。

前記課題を解決するために提供する本発明は、樹脂モールドされたアンテナ一体のＩＣタグモジュールを、ポリ乳酸を主原料とする熱可塑性樹脂単体または該熱可塑性樹脂を含む材料である成形材料の１８５℃以下の成形温度での射出成形と同時に封止して光ディスクの形状の成形体を形成することを特徴とする成形体の製造方法である。

本発明の成形体によれば、ＩＣタグモジュールの半導体への成形時のダメージが少なく２重封止となるため長期信頼性が高い。さらにＩＣタグモジュール内で半田の再溶融による半田不良が発生しないため、封止する電子回路において低コストの半田接続が可能となり、モジュール制約が少なくなる。
本発明の成形体の製造方法によれば、著作権や課金に使用可能な商品固有ＩＤのセキュリティの高い実装が一体成形封止により、低コストで出来る。

以下に、本発明に係る成形体について説明する。
本発明に係る成形体は、樹脂モールドされたアンテナ一体のＩＣタグモジュールが成形材料で封止されてなる成形体であって、前記成形材料は、脂肪族ポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド１１、ポリアミド１２のいずれか一の熱可塑性樹脂を少なくとも含むものであることを特徴とするものである。

ここで、成形体に封止されるＩＣタグモジュールは、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と呼ばれる樹脂モールドされたアンテナ一体型のＩＣタグモジュールである。また、電源を持つ必要がなくチップ単体でＩＣタグの全機能を有するパッシブ型ＩＣタグであり、例えば、大日本印刷株式会社製「Mタグ（ACCUWAVE-IM0505-SLI）」（５．４５ｍｍ角、厚さ０．７６ｍｍ）、日立マクセル株式会社製「コイル・オン・チップＲＦＩＤ（ME-Y2000）」（２．５ｍｍ角）などが挙げられる。これらのＩＣタグモジュールはエポキシ樹脂でモールドされている。

一般にＩＣタグの通信距離は使用周波帯、アンテナサイズ、リーダー出力パワーなどで決まり数ｍｍ〜数ｍの範囲が主流であるが、アンテナ内蔵型はアンテナサイズを大きく出来ないために通信距離が短くなる傾向がある。ここに例示したものは微弱型のリーダー／ライタでは数ｍｍ〜３０ｍｍの通信距離となっている。

本発明の成形体を構成する成形材料は、融点または溶融温度が２３０℃以下の熱可塑性樹脂単体、または該熱可塑性樹脂を含む材料からなる。ここでいう、熱可塑性樹脂は、例えば、脂肪族ポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリアセタール（融点１８０〜２１０℃）、ポリエチレン（融点１３０〜１３５℃）、ポリプロピレン（融点１６５℃）、ポリアミド１１（融点１８３〜１８７℃）、ポリアミド１２（融点１８３〜１８７℃）が挙げられる。

前記脂肪族ポリエステルは、生分解性を有する有機高分子化合物（生分解性高分子化合物）である。この生分解性高分子化合物は、使用後は自然界において微生物が関与して低分子化合物、最終的に水と二酸化炭素に分解する化合物（生分解性プラスチック研究会、ＩＳＯ／ＴＣ−２０７／ＳＣ３）である。

脂肪族ポリエステルとしては、ポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ）、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸とのランダム共重合体等のポリ乳酸、またはそれらの誘導体がより好適である。一般的なポリ乳酸は、融点が１６０〜１７０℃程度、ガラス転移温度が５８℃程度の生分解性に優れた結晶性ポリマーである。またこれらの他、例えばポリカプロラクトン、ポリヒドキシ酪酸、ポリヒドロキシ吉草酸、ポリエチレンスクシネート、ポリブチレンスクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリリンゴ酸、ポリグリコール酸、ポリコハク酸エステル、ポリシュウ酸エステル、ポリジグリコール酸ブチレン、ポリジオキサノン、微生物合成ポリエステル等も適用でき、微生物合成ポリエステルとしては、例えば、３−ヒドロキシブチレート（３ＨＢ）、３−ヒドロキシバリレート（３ＨＶ）、またはその共重合体等が挙げられる。

また脂肪族ポリエステルの分子量（数平均分子量）は、３００００〜２０００００程度が好適である。分子量が３００００未満であると、最終的に得られる複合組成物の強度が不充分となり、一方、２０００００を超えると、成形性や加工性が劣化してしまうためである。

また、成形材料は、後述するように成形温度２３０℃以下で射出成形可能であれば、融点または溶融温度が２３０℃より高い樹脂やフィラーを前記熱可塑性樹脂と混同してもよい。例えば、ポリ乳酸にポリカーボネートを７０重量％以上混合しても、２３０℃以下で射出成形ができる粘度に溶融する。

前記フィラーは、ＩＣタグモジュールの通信特性に影響を及ぼさない非金属のフィラーであることが好ましく、例えば植物繊維が挙げられる。この植物繊維は、脂肪族ポリエステルと混合することが好ましく、特に限定されるものではないが、綿繊維と紙繊維が好適である。綿繊維は平均繊維径が１００μｍ以下のものが好ましい。平均繊維径が１００μｍを超えると、脂肪族ポリエステル中における分散性が低下し、最終的に目的とする複合組成物の剛性と耐熱性の向上効果が不充分となるためである。また平均繊維径の下限については、特に技術上の制限はない。

また、綿繊維と紙繊維は、いわゆる脱脂処理により脂肪分を除去して用いることが好ましい。綿繊維から脂肪分を除去することにより、上述した脂肪族ポリエステ中に均一分散化が容易になり、最終的に目的とする複合組成物の剛性、及び耐熱性の向上効果が発揮され、また、綿繊維による着色が抑制されるという効果も得られるためである。但し、外観上、着色等が問題とならない場合には、特に脱脂処理は必要ない。

さらに綿繊維と紙繊維は、上述した脂肪族ポリエステとの親和性や分散性を向上させるため、化学的な表面処理を施すことが好ましい。表面処理としては、アセチル化、ベンゾイル化等のアシル化処理や、シランカップリング処理等が挙げられる。
このような表面処理を施すことにより、上述した脂肪族ポリエステルとの表面密着性が向上し、樹脂と繊維との界面剥離による強度低下の抑制が図られる。

脂肪族ポリエステルと、上記植物繊維との混合比率（重量比）は、脂肪族ポリエステル／植物繊維＝９５／５〜４０／６０とすることが好適である。
植物繊維の含有量が５重量％未満であると、充分な耐熱性向上効果が得られず、一方において６０重量％を超えると、最終的に得られる複合組成物の強度低下等、実用的な材料としての課題を招来する。

なお、植物繊維においては、綿繊維、紙繊維が好適であるが、特に刻苧綿であることが望ましい。ここで刻苧綿とは、機織の際に生ずる繊維のチリを集めた微細繊維であるものとする。

脂肪族ポリエステルには加水分解抑制剤を添加することが好ましい。
加水分解抑制剤は、脂肪族ポリエステルの加水分解を抑制する添加剤であり、例えば、脂肪族ポリエステルの活性水素と反応性を有する化合物が挙げられる。これにより、脂肪族ポリエステル中の活性水素量が低減し、活性水素が触媒的に脂肪族ポリエステルの生分解性高分子鎖を加水分解することが回避できる。

なお、活性水素とは、酸素、窒素等と水素との結合（Ｎ−Ｈ結合やＯ−Ｈ結合）における水素のことであり、かかる水素は炭素と水素の結合（Ｃ−Ｈ結合）における水素に比べて反応性が高い。具体的には、生分解性高分子化合物中の、例えばカルボキシル基：−ＣＯＯＨ、水酸基：−ＯＨ、アミノ基：−ＮＨ₂、またはアミド結合：−ＮＨＣＯ−等における水素が挙げられる。

脂肪族ポリエステル中の活性水素と反応性を有する化合物としては、カルボジイミド化合物、イソシアネート化合物、オキソゾリン系化合物が挙げられる。特にカルボジイミド化合物は、脂肪族ポリエステルと溶融混練可能であり、少量の添加で、加水分解性を抑制する効果が発揮できる。

カルボジイミド化合物とは、分子中に一個以上のカルボジイミド基を有する化合物であり、ポリカルボジイミド化合物も含まれる。
カルボジイミド化合物の合成方法としては、例えば、触媒として、ジメチル−（３−メチル−４−ニトロフェニル）ホスホロチオエート、ジメチル−（３−メチル−４−（メチルチオ）フェニル）ホスホロチオエート、ジエチル−２−イソプロピル−６−メチルピリミジン−４−イルホスホロチオエート等の有機リン系化合物、または、例えばロジウム錯体、チタン錯体、タングステン錯体、パラジウム錯体等の有機金属化合物を用い、各種ポリマーイソシアネートを約７０℃以上の温度で、無溶媒または不活性溶媒（例えば、ヘキサン、ベンゼン、ジオキサン、クロロホルム等）中で脱炭酸重縮合により製造するという方法が挙げられる。

カルボジイミド化合物の一種であるモノカルボジイミド化合物としては、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、ジメチルカルボジイミド、ジイソブチルカルボジイミド、ジオクチルカルボジイミド、ジフェニルカルボジイミド、ナフチルカルボジイミド等が挙げられ、特に工業的に入手が容易であるジシクロヘキシルカルボジイミドやジイソプロピルカルボジイミドが好ましい。

イソシアネート化合物としては、例えば２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、３，３’−ジクロロ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、１，５−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、１，３−シクロヘキシレンジイソシアネート、１，４−シクロヘキシレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、または３，３’−ジメチル−４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。

上記イソシアネート化合物は、公知の方法で合成でき、また市販品を適宜使用することができる。
市販のポリイソシアナート化合物としては、コロネート（日本ポリウレタン製商品名：水添ジフェニルメタンジイソシアネート）、またはミリオネート（日本ポリウレタン製商品名）等の、芳香族イソシアネートアダクト体が適用可能である。
特に、液状より固形物、例えばイソシアネート基をマスク剤（多価脂肪族アルコール、芳香族ポリオール等）でブロックしたポリイソシアネート化合物が好ましい。

オキサゾリン系化合物としては、例えば、２，２’−ｏ−フェニレンビス（２−オキサゾリン）、２，２’−ｍ−フェニレンビス（２−オキサゾリン）、２，２’−ｐ−フェニレンビス（２−オキサゾリン）、２，２’−ｐ−フェニレンビス（４−メチル−２−オキサゾリン）、２，２’−ｍ−フェニレンビス（４−メチル−２−オキサゾリン）、２，２’−ｐ−フェニレンビス（４，４’−ジメチル−２−オキサゾリン）、２，２’−ｍ−フェニレンビス（４，４’−ジメチル−２−オキサゾリン）、２，２’−エチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２’−テトラメチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２’−ヘキサメチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２’−オクタメチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２’−エチレンビス（４−メチル−２−オキサゾリン）、または２，２’−ジフェニレンビス（２−オキサゾリン）等が挙げられる。

上述した各種加水分解抑制剤の種類、または添加量により、最終的に得られる複合組成物（前記脂肪族ポリエステルと、植物繊維と、加水分解抑制剤とを含有するもの）の生分解速度や、機械的強度を制御可能であるので、この複合組成物を用いて製造する成形体の種類に応じて、種類及び配合量を決定する。
具体的には、加水分解抑制剤の添加量は、約７重量％以下とすることが好ましい。
また、加水分解抑制剤は、上述した各化合物を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。

成形材料として前記複合組成物を製造する方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法を適用できる。例えば、脂肪族ポリエステルに、上述した植物繊維、及び加水分解抑制剤を溶融混練することにより製造することができる。具体的には、脂肪族ポリエステルを溶融する前工程、あるいは溶融工程において植物繊維及び加水分解抑制剤を添加し混合する。
なお、植物繊維及び加水分解抑制剤は同時に添加してもよいし、個別に添加してもよい。個別に添加する場合、添加する順序は任意でよい。
また、脂肪族ポリエステルを溶融後、植物繊維又は加水分解抑制剤のいずれかを添加し、混合した後、得られた複合組成物を再び溶融し、加水分解抑制剤又は植物繊維のいずれか一方を添加し、混合するようにしてもよい。

なお、本発明でいう、成形体とは、射出成形により成形されるものであり、例えば、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）プレーヤー、ＣＤ（コンパクトディスク）プレーヤー、アンプ等の据置型のＡＶ機器、スピーカー、車載用ＡＶ／ＩＴ機器、携帯電話端末、電子書籍等のＰＤＡ、ビデオデッキ、テレビ、プロジェクター、テレビ受信機器、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、プリンター、ラジオ、ラジカセ、システムステレオ、マイク、ヘッドフォン、ＴＶ、キーボード、ヘッドフォンステレオ等の携帯型音楽機、パソコン、及びパソコン周辺機器等の電子機器筐体、あるいは光ディスク成形体である。

図１に光ディスクの形状に成形された成形体の構成例を示す。図１（ａ）は光ディスク成形体１０の正面図、図１（ｂ）はその側面図、図１（ｃ）はＩＣタグモジュール２０の拡大図である。
ここでは、ＤＶＤやＣＤとなる光ディスク成形体の構成を示しており、光ディスク成形体１０は、ディスククランプエリア１１と記録エリア１２とが一体成形されたものであり、ＩＣタグモジュール２０がディスククランプエリア１１に配置されている。また、このときＩＣタグモジュール２０の重心が当該光ディスク成形体１０の内周側に位置するように該ＩＣタグモジュール２０が配置されることが好ましい。具体的には、ＩＣタグモジュール２０のＩＣチップ２１が当該光ディスク成形体１０の内周側に位置するように配置する。

光ディスクにおいて、ＩＣタグモジュールを内蔵することで重量のアンバランスが増え高速回転時のサーボへの影響が無視できない。例えば、ＤＶＤなどではサーボ系への負担を軽くしより安定な再生を可能とするために偏重心量が規定されている。この値が小さいほど高速回転時の安定性が増すことになり、ＤＶＤにおいては１ｇ・ｃｍとなっている。光ディスクでは記録/再生のビットレートを高くするために倍速以上の高回転が当たり前のように行われており、ディスクのアンバランス重量は小さいことが望ましい。回転によるアンバランス力は角速度の二乗に比例するために２倍速で安定な再生をするためには偏重心量は基準速の１／４、すなわち０．２５ｇ・ｃｍ以下となる。

そのために、例えば特開２００５−２０９３２３号公報「ＲＦＩＤタグ内蔵式光ディスク及び光ディスクのＲＦＩＤタグ構成方式」には、バランサーとしてダミーのチップを搭載することでアンバランス量を減らす工夫が開示されている。

回転によるアンバランス力は以下の式（１）で表される。
（回転によるアンバランス力）＝（アンバランス重量）×（中心からの距離）×（角速度）^２・・・（１）

すなわち、同じ位置と回転速度ならアンバランス重量が小さい方が、また同じアンバランス重量ならディスク内周にＩＣタグモジュールを位置させることで値を小さく出来るが、ディスクセンターは中心穴でありこの部分への実装は不可能であり好適な搭載エリアが存在する。

また、アンバランス重量は以下の式（２）で表される。
（アンバランス重量）＝（（ＩＣタグ密度）―（樹脂密度））×（ＩＣタグ体積）・・・（２）

アンバランス重量を小さくするにはＩＣタグ密度と樹脂密度の差を小さくする、またはＩＣタグモジュールのサイズを小さくすることが必要である。また、使用するＩＣタグモジュールが決められている場合はＩＣタグモジュールの密度と近い密度の樹脂とすることで値を小さく出来る。

ここで、ＩＣタグモジュールの密度はその構成要素により決まるが、主な構成要素はＩＣタグチップ（シリコン）が２．３３ｇ／ｃｍ³、アンテナ基板（ガラスエポキシ）が１．５〜１．７ｇ／ｃｍ³、パッケージモールド（エポキシ樹脂）が１．８〜１．９ｇ／ｃｍ³である。基本構成要素が全て一般的な光ディスク成形に使われるプラスチックよりも重いためＩＣタグモジュールの密度は光ディスク樹脂より高くなってしまう。例えば、大日本印刷株式会社製「Mタグ（ACCUWAVE-IM0505-SLI）」（５．４５ｍｍ角、厚さ０．７６ｍｍ）の密度は２．０ｇ／ｃｍ³である。

光ディスクで使われる成形材料（樹脂）は機械的特性だけではなく光学特性が重要なため短波長での透過率が高いＰＣ/ポリカーボネート（密度１．２ｇ／ｃｍ³）やＣＯＰ/シクロオレフィンポリマー（密度１．０１ｇ／ｃｍ³）などが使用されており添加剤は光学的特性の面で使用できない。密度が高いポリカーボネートで考えてもＩＣタグモジュールとの密度差は０．８ｇ／ｃｍ^３ある。ここで、本発明で使用する成形材料のうち、脂肪族ポリエステルを含む材料はこれらよりも密度が高い。例えば、ポリ乳酸を主原料とする熱可塑性樹脂（三井化学社製:H100J）は密度が１．３３ｇ／ｃｍ^３でありアンバランス重量を小さくするのに有利である。

また、図１（ａ）、（ｂ）に示した光ディスク成形体において、１２ｃｍディスクを考えると内径部１３はφ１５ｍｍの中心穴であり、半径７．５ｍｍ以内は物理的にＩＣタグモジュール搭載不可能な領域である。また、φ４５ｍｍ（半径２２．５ｍｍ）より外周は信号記録エリア１２であり、ＲＯＭディスクにおいては金属反射膜によりＩＣタグの通信距離が短くなってしまうために搭載エリアとしては不適となる。従って、製造マージンを考慮した場合、半径８〜２２ｍｍが好適なＩＣタグモジュール搭載エリアと考えられる。さらに内周の凹凸形状を考えると平坦部であるディスククランプエリア１１がＩＣタグモジュール配置に適しており半径１１．０〜１６．５ｍｍがより好適と考えられる。

また、ＩＣタグモジュールではＩＣチップ（シリコンチップ）の密度が一番高いため必ずしも重心はＩＣタグモジュール中心とならないことがある。その場合はタグ重心が光ディスク内周側に来るように配置することでより重量アンバランスを小さくし、光ディスクを安定して回転させることができる（図１（ｃ））。

つぎに、本発明の成形体の製造方法について説明する。
本発明の成形体の製造方法は、樹脂モールドされたアンテナ一体のＩＣタグモジュールを、前述した脂肪族ポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド１１、ポリアミド１２のいずれか一の熱可塑性樹脂単体または該熱可塑性樹脂を含む材料である成形材料の射出成形と同時に封止して形成されるものであり、このとき２３０℃以下の成形温度で射出成形することが好ましい。

図２は、本発明の成形体の製造方法を適用した射出成形機の構成例である。
射出成形機は、成形体の型である金型１と、金型１の空洞部に溶融した成形材料を注入するノズル２と、成形材料の移送、圧縮、混練、溶融、計量動作を含む可塑化動作などを行うスクリュー３と、筒状の外側にバンドヒータが巻かれ中にスクリュー３を内蔵した構造であり成形材料を可塑化する部分であるスクリューシリンダー４と、成形材料をスクリュー３に供給するホッパ５と、スクリュー３を前進させる射出シリンダー６と、スクリュー３を回転させる油圧モータ７とを備える。

ここでは、次の手順で本発明の成形体を形成する。
（Ｓ１１）樹脂モールドされたアンテナ一体のＩＣタグモジュールを金型１の空洞部の所定位置に配置する。
（Ｓ１２）ホッパ５から前記成形材料をスクリュー３に供給し、油圧モータ７で回転するスクリュー３によって加熱して流動状態としつつスクリューシリンダー４内のノズル２の方向に移送する。
（Ｓ１３）スクリューシリンダー４は２３０℃以下の成形温度（シリンダー温度）に加熱されており、スクリューシリンダー４内のノズル２側に滞留した溶融状態の成形材料は該成形温度で保持される。
（Ｓ１４）射出シリンダー６がスクリュー３を前進させることにより、滞留した溶融状態の成形材料が金型１の空洞部（キャビティー）に注入される。
（Ｓ１５）成形材料は金型１内で固化し、前記ＩＣタグモジュールを封止しつつ金型１の空洞部の形状に相当する成形体となる。

この射出成形における成形時間は、使用する成形材料や成形体の形状やサイズ、金型などにより大きく変わるが、光ディスクなど短いものでは数秒、大型部品や肉厚部品など長いもので数分である。また、成形においては射出注入、保圧、冷却・固化の段階で成形材料が高温であるのは樹脂充填までの期間であり大型部品でなければ、一分以内のものが多い。

射出成形時にも溶融した成形材料による温度と圧力がＩＣタグモジュールに加わるためにより低温、低圧で成形を行うことがＩＣタグモジュールの信頼性向上につながることは言うまでもなく、低温・低圧での成形することがＩＣタグモジュールの電子部品へのダメージを小さくするうえで肝要となる。すなわち、ＩＣタグモジュールの樹脂モールド及び内部の半田接合部分への熱影響を考慮する必要がある。

一般にＩＣモジュール樹脂は熱による劣化が生じることが知られている。例えば半田リフローにおけるパッケージクラックはパッケージに吸収された水分とパッケージ樹脂温との関係で生じることが分かっており水分量、温度が高いほど発生しやすくなる。従ってパッケージ水分量及びパッケージ温度をより低く制御することが重要である。ふくれやクラックといった熱ストレスによる現象はすぐに電気的異常を起こすことは稀であるが耐湿特性の劣化を示すことが知られている。これらのことを考慮して図３に示すようにリフロー温度と時間は厳密に管理され、この例ではＩＣパッケージ表面温度の最大温度は２６０℃／１０秒間、２２０℃以上２６０℃未満の時間は最大６０秒となっている。実際のリフローにおける基板実装の場合は熱による基板の反りによる圧力ストレスも同時に加わるため応力ストレスがない状態ではピーク温度を除く温度条件は緩めに移行すると考えられる。

また、一般的なＩＣタグモジュールの樹脂モールドを構成する材料はエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂であり硬化後の熱変形温度は２００℃程度となる。高温対応のセラミック封止タイプもあるがコストが高く一般的ではない。この場合の熱変形温度とは一定加重時における規定たわみ量発生温度を示しており素子破壊を示すものではないが、温度管理上のひとつの目安となる。

以上を整理すると、ＩＣタグモジュールのパッケージが曝される温度は２６０℃より低い温度が望ましく、２３０℃以下がよい、さらに言えば２２０℃以下がより好適で、２００℃以下であればさらに望ましいことになる。また、モジュール内の電子部品の接続において、例えばアンテナとＲＦＩＤチップの接続が半田により行われている場合は高融点タイプでも２６０℃以上では再溶融が発生する。この意味でも２６０℃以下であることが望ましい。

封止状態での成形材料の温度（成形材料が樹脂単独の場合には樹脂温（封止樹脂温））を２３０℃以下にするためには該成形材料の融点または溶融温度がそれ以下である必要がある。射出成形機のスクリューシリンダー４及びノズル２の温度（成形温度）と成形材料の温度との差は、成形機の種類によって異なり、又適切な射出圧力は成形体形状及びゲート構造により影響を受け易いことはよく知られている。従って実際の成形封止状態での温度を特定することは困難ではあるが、電子機器筐体などの小型、低重量品では一般的に次のことが言える。すなわち、成形材料はスクリューシリンダー４において溶融され射出されるが成形材料の温度は射出時等のせん断発熱による影響と、成形材料固化のために１００℃前後またはそれ以下に設定される金型１の壁面接触による温度低下の影響を受ける。しかし、電子機器筐体などではせん断発熱の影響は小さく金型壁面の影響が大きいためスクリューシリンダー設定温度より成形時の成形材料の温度（樹脂温）は低くなる。

ただし、金型１内での流動性を確保するために封止するＩＣタグモジュール表面での成形材料温度（樹脂温）は該成形材料の融点または溶融温度以上であることが必要である。従って、成形機や成形体形状などによらず成形時のスクリューシリンダーの温度が成形封止時の成形材料の最高温度、成形材料の融点または溶融温度が成形封止時の成形材料の最低温度と考える。

以下に、本発明を検証するために行った実験について説明する。
（実験例１）
実際のＩＣタグモジュールを用いてパッケージダメージとパッケージ表面温度について実験を行った。ここでは、ＩＣタグモジュールとして、大日本印刷株式会社製「Mタグ（ACCUWAVE-IM0505-SLI）」（通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯のアンテナ一体型、５．４５ｍｍ角、厚さ７５０μｍ）を用い、該ＩＣタグモジュール単体を加熱し樹脂モールドの状態変化及びメモリー機能への影響を評価した。

本実験では、ＩＣタグモジュールの加熱として常温から１５０℃まで２℃/秒で昇温し、１５０℃で２分間保持するプリヒート加熱を行い、ついで１５０℃からつぎの４通りの加熱を行った。なお本実験においてハロゲンランプによる加熱では昇温過程での保持時間は昇温時間の逆数と定義した。
（加熱条件１）シリコンオイルバスにて２３０℃まで加熱を行い、２３０℃で２分間の保温後終了した。
（加熱条件２）ハロゲンランプにより４方向から加熱して５℃/秒で昇温し、目標温度３００℃到達で終了した。
（加熱条件３）ハロゲンランプにより４方向から加熱して１℃/秒で昇温し、目標温度３００℃到達で終了した。
（加熱条件４）ハロゲンランプにより４方向から加熱して３３０℃まで昇温し５分間の保温後終了した。

評価に当っては、加熱中に樹脂モールドの燃焼状態を目視観察し、樹脂モールドの変色、変形については加熱終了後常温に戻ってから目視観察及び寸法測定により行った。また、加熱後のＩＣタグモジュールについて通信によりＩＤ読み込み（ＩＤ）、書き込み（記録）、書き込んだコードが再生できる状態であるかどうかを評価した。それぞれ可能であれば○、不可であれば×とした。また、読み込み、書き込みはＫＤＲコーポレーション株式会社のＫＩ−７３０Ｒを用いた。

表１に以上の実験結果を示す。
加熱温度２３０℃では２分間保持しても変色・変形は認められなかった。この結果からパッケージへの熱ダメージを抑えるには射出成形時の成形材料温度（封止樹脂温）を２３０℃以下にするのが有効であることが分かった。また、加熱条件２において、昇温勾配が５℃/秒（保持０．２秒）と急峻な加熱では加熱温度が２９５℃と低くなっているのはモジュール内での熱分布が一様ではなく一部分が高くなる影響のためと考えられる。またこの温度は燃焼開始温度であり樹脂そのものは難燃性が付与されているため燃焼続けることはなかった。この結果から３００℃前後で燃焼による非可逆なパッケージダメージが生じることが分かった。また、樹脂モールドの変色は黒色化、変形はモジュール厚のふくらみとして観察され最大２％厚みが増した。ただし、通信機能は加熱条件４（加熱温度３３０℃/５分間保持）以外は、ＲＯＭ、ＲＡＭとも正常に動作することを確認した。従って本実験例でのＩＣタグモジュールのダメージはパッケージクラックと同じように電気的異常が短期的には発生しない信頼性低下現象と考えられる。

（実施例１）
ポリ乳酸を主原料とする低融点のプラスチック、ポリスチレン、ポリカーボネートの３種類の成形材料により、成形温度を変えて射出成形を行った。その用いたＩＣタグモジュール及び成形材料は次の通りである。
（１）ＩＣタグモジュール：大日本印刷株式会社製「Mタグ（ACCUWAVE-IM0505-SLI）」（通信周波数１３．５６ＭＨｚ帯のアンテナ一体型、５．４５ｍｍ角、厚さ７５０μｍ）
（２）成形材料：つぎの３種類の材料から選択した。
・ポリ乳酸を主原料とする熱可塑性樹脂（三井化学社製:H100J）
・ポリスチレンを主原料とする熱可塑性樹脂（ＰＳジャパン社製:ＧＰＰＳ HF77）
・ポリカーボネートを主原料とする熱可塑性樹脂(帝人化成社製:パンライトＬ-1225L)

射出成形に当っては、ＩＣタグモジュールをあらかじめ金型の可動側の水平部に置いた後、金型を閉め、表２に示す成形条件で型締圧５０トンの射出成形機（日精樹脂工業製、NEX500）を用いて射出成型を行った。この場合の成形温度は射出成形機のシリンダー設定温度である。なお、成型温度によらず二次圧（保圧）３０ＭＰａ、射出時間１５秒間、冷却時間２０秒間一定とした。

射出成形により、金型内に置かれたＩＣタグモジュールは成形材料の流動により成形体の端に押しつけられる形で封止され成形体を得た。その後、ＩＣタグモジュールの変形及び通信特性を評価した。
ＩＣタグモジュールの変形を評価するために得られた成型体からＩＣタグモジュールを取り出して厚さを測定した。厚さはマイクロメーターにより測定した。なお、ＩＣタグモジュールの成形材料による封止前の厚さは７５０μｍである。また、通信評価は実験例１の場合と同じ方法で行った。

表３に評価結果を示す。

成形条件１では、温度と成形圧力によりＩＣタグモジュールのパッケージが厚さ方向の押しつぶされるために厚さがもとの厚さよりも５μｍ薄くなっている。これに対し成形条件３〜５では加重が加わっているにもかかわらず厚さが厚くなっている。明らかに熱により加重と逆方向の変形であり、成形条件１を基準として反りや膨らみなどの厚さの増加を変形量として規定した。

また、成形材料による封止におけるＩＣタグモジュールの反りが１％以下で長期信頼性が向上すると考え、厚さが７．５μｍ以上増加したものは熱によるソリや変形が起こったと判断した。なお、反り１％以下としたのは、日立化成のテクニカルレポート（ＵＲＬ；http://www.hitachi-chem.co.jp/japanease/report/040/40_sou.pdf）において、無鉛半田リフローに対応するための樹脂封止剤の検討が行われているが、ここでは厚さ１．４ｍｍのＱＦＰ用封止材としてみた場合のチップ反りについてチップ厚の２％となる３０μｍ以下を設計値としており、この２％の半分の１％以下で長期信頼性が向上すると考えたことによる。

また、融点（樹脂により融点が存在しないものもあるがここでは樹脂溶融温度も含めて融点として説明している）が１６４℃及び１８０℃の低い成形材料を２３０℃以下の低温成形した成形条件１，２では射出圧の影響があるにもかかわらず１％以上の変形は生じず通信も可能だった。
成形条件３では、成形条件２と同じ樹脂を使い成形温度を２６０℃と高くして行ったものであり、成形温度が高い分、封止樹脂温が高くなり変形が生じたと考えられる。成形温度は２６０℃を超えないことが必要であることが分かった。
成形条件４では、融点２６０℃の成形材料を成形可能なぎりぎりの低い成形温度にて、成形条件５では同じ成形材料を逆に通常より高めの成形温度で行った例である。成形条件４は成形温度が低い分射出圧は高い。どちらも同じように変形が認められた。融点が２６０℃と高い成形材料を用いる場合は成形条件によらず不適と考えられる。
成形条件３〜５のいずれの場合も短期的には電気的異常は認められず長期信頼性が低下する不良現象であり市場出荷後の不良発生が生じる可能性が高く、ＩＤ交換が困難な内蔵型としての使用は困難である。

このように、本発明の成形体によって、低融点の脂肪族ポリエステルなどの成形材料を用いて低温一体成形封止することでタグを抜き出すなどの海賊行為に強いＩＤを商品に付与することが可能となり商品の製造から使用後までの長期間にわたる信頼性の高いＩＤとしての使用が可能となる。

すなわち、内蔵するＩＣタグモジュールのような電子部品の信頼性を確保するのは例えば樹脂封止により外気と遮断することが望ましいが、本発明では、ＩＣタグモジュールをその電子部品としての信頼性を確保しつつ実際の商品に搭載するために、該ＩＣタグモジュールを特定の成形材料からなる商品筐体などの成形体中に封止している。これによりＩＣタグモジュールの装着のコストが低減されるだけでなく、信頼性やセキュリティを向上させることができる。

本発明に係る成形体の一例である光ディスク成形体の構成を示す概略図である。本発明の成形体の製造に使用する射出成形機の構成を示す概略図である。半田リフロー温度の管理プロファイルを示す図である。

符号の説明

１・・・金型、２・・・ノズル、３・・・スクリュー、４・・・スクリューシリンダー、５・・・ホッパ、６・・・射出シリンダー、７・・・油圧モータ、１０・・・光ディスク成形体、１１・・・ディスククランプエリア、１２・・・記録エリア、１３・・・内径部、２０・・・ＩＣタグモジュール、２２・・・ＩＣチップ

Claims

樹脂モールドされたアンテナ一体のＩＣタグモジュールが成形材料で封止され、光ディスクの形状に成形されてなる成形体であって、
前記成形材料は、１８５℃以下の成形温度で射出成形されてなるポリ乳酸を主原料とする熱可塑性樹脂単体または該熱可塑性樹脂を含む材料であることを特徴とする成形体。
前記ＩＣタグモジュールがディスククランプエリアに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の成形体。
前記ＩＣタグモジュールは、ＩＣチップが前記光ディスクの内周側に位置するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の成形体。
樹脂モールドされたアンテナ一体のＩＣタグモジュールを、ポリ乳酸を主原料とする熱可塑性樹脂単体または該熱可塑性樹脂を含む材料である成形材料の１８５℃以下の成形温度での射出成形と同時に封止して光ディスクの形状の成形体を形成することを特徴とする成形体の製造方法。