WO2016103672A1 - 樹脂成形体およびその製造方法 - Google Patents

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WO2016103672A1
WO2016103672A1 PCT/JP2015/006352 JP2015006352W WO2016103672A1 WO 2016103672 A1 WO2016103672 A1 WO 2016103672A1 JP 2015006352 W JP2015006352 W JP 2015006352W WO 2016103672 A1 WO2016103672 A1 WO 2016103672A1
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synthetic resin
base polymer
adhesive
density
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PCT/JP2015/006352
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龍介 泉
鑑孝 井上
穂高 森
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株式会社デンソー
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    • B29C39/02—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/12—Bonding of a preformed macromolecular material to the same or other solid material such as metal, glass, leather, e.g. using adhesives

Definitions

  • the present disclosure relates to a resin molded body obtained by insert-molding a primary molded product or metal part made of a thermosetting resin with a synthetic resin member such as a thermoplastic resin, and a method for manufacturing such a resin molded body.
  • Patent Document 1 proposes a resin molded body having a structure in which an insert part (built-in part) is insert-molded with a thermosetting resin composition mixed with a thermoplastic resin.
  • the mixed components in the thermosetting resin composition mixed with the thermoplastic resin are dispersed on the surface of the insert part. ing. Specifically, a temperature gradient is generated by heating the insert part during molding, and the formation of a continuous phase and an aggregated phase in the synthetic resin by the thermoplastic resin and the thermosetting resin using this temperature gradient, that is, Controls the formation of sea-island structures.
  • the thermoplastic resin is a continuous phase (so-called sea structure) and the thermosetting resin is a cohesive phase (so-called island structure) with respect to the phase structure in the synthetic resin.
  • the phase structure in the synthetic resin is a thermoplastic resin as an agglomerated phase and a thermosetting resin as a continuous phase.
  • the phase structure in the synthetic resin is made such that the thermoplastic resin is an agglomerated phase and the thermosetting resin is a continuous phase in the portion to be bonded to the insert part.
  • the aggregated phase here means a phase separated in a state where the interface with the continuous phase is clear, in other words, it can be called a separated phase.
  • the present disclosure aims to obtain higher adhesive strength in a resin molded body formed by sealing an insert part with a synthetic resin.
  • the resin molded body is an insert part having a functional group composed of a primary molded product of a thermosetting resin or a metal part, and a function of the insert part with respect to the base polymer of the thermoplastic resin.
  • a synthetic resin member sealed with a synthetic resin to which an adhesive component that adheres to the base is added.
  • the synthetic resin member has a sea structure composed of a continuous phase containing a base polymer, and at least a part of the adhesive component is dispersed in the sea structure, and the dispersed component is an insert. It is bonded to the functional group of the part.
  • an adhesive component that adheres to the functional group of the insert part composed of a thermosetting resin is added to the thermoplastic resin that is the base polymer of the synthetic resin member that seals the insert part. is doing. Further, in order to form a continuous phase (sea structure) with the base polymer and to obtain the target adhesive strength with the insert part, a necessary number of adhesive component molecules are dispersed in the continuous phase. As a result, the functional group of the adhesive component added and dispersed in the synthetic resin member chemically reacts with the functional group present on the surface of the insert part, so that higher adhesive strength can be obtained.
  • the temperature and pressure at the time of molding the synthetic resin member, the solute concentration ⁇ which is a value obtained by dividing the number of molecules of the adhesive component by the volume of the base polymer, and the adhesion as the solute species
  • the equilibrium constant ⁇ between the dispersion and aggregation of the adhesive component in the base polymer is calculated, and from the equilibrium constant ⁇ and the solute concentration ⁇
  • the dispersion energy density ⁇ 1 which is the density of the dispersed components among the adhesion components
  • Equation 2 The dispersion component density ⁇ 1 and the equilibrium constant ⁇ are given by Equation 2.
  • the resin molded body according to the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
  • the resin molding demonstrated by this embodiment is mounted in vehicles, such as a motor vehicle, for example, and is applied as a semiconductor device for driving the various electronic devices for vehicles.
  • the semiconductor device as a resin molded body of the present embodiment includes an insert component 10 and a synthetic resin member 20 that seals a part of the surface of the insert component 10.
  • the insert part 10 is composed of a primary molded product of a thermosetting resin having a functional group on the surface, such as an epoxy resin, or a metal part having a functional group on the surface.
  • the insert component 10 made of a thermosetting resin may contain a filler made of an insulating material such as silica or alumina as necessary.
  • the insert part 10 composed of such a primary molded product is formed by performing transfer molding, compression molding, molding by a potting method or the like and thermosetting treatment.
  • the synthetic resin member 20 is made of an epoxy resin or the like that becomes an adhesive component 20b that adheres to a functional group of the insert part 10 to a thermoplastic resin having PPS (polyphenylene sulfide) or PBT (polyphenylene terephthalate) as a base polymer 20a. It is comprised with the polymer alloy resin which added the thermosetting resin.
  • the synthetic resin member 20 is formed by injection molding a polymer alloy resin so as to seal a part of the insert part 10.
  • an epoxy resin is cited, but a polymer that constitutes a functional group (for example, a reactive group) having an adhesive effect.
  • the adhesive component 20b can be composed of a polymer having any one or more of a hydroxyl group, an epoxy group, an amino group, a carbonyl group, and the like.
  • the functional group of the adhesive component 20b added to the synthetic resin member 20 chemically reacts with the functional group present on the surface of the insert component 10 to enable highly adhesive bonding.
  • the base polymer 20a and the adhesive component 20b form a continuous phase (sea structure) and an aggregated phase (island structure) in a state before solidification. And in order to obtain the adhesive strength with the target insert part 10, it has a structure in which a necessary number of adhesive component molecules are dispersed in the continuous phase.
  • the base polymer 20a and at least a part of the adhesive component 20b have a structure in which the interface of the boundary portion is not clear by melting with each other at the boundary portion. ing.
  • At least a part of the adhesive component 20b is a dispersed component 20ba, and a component 20bb that is aggregated without being dispersed may be present, but at least a dispersed component 20ba is present. It is in a state.
  • the adhesive component 20b has a uniformly dispersed component 20ba even if an agglomerated component is present.
  • the component 20ba is in a state in which the functional group is dispersed.
  • the agglomeration means a case where the radial distribution function converges at 0 as the distance r from a certain particle increases, as shown in FIG. As shown in b), this means that the radial distribution function converges at 1 as the distance r from a certain particle increases.
  • the synthetic resin member 20 is set with conditions such as the base polymer 20a and the adhesive component 20b so as to satisfy the following mathematical formula, in order to obtain the target adhesive strength with the insert component 10,
  • the structure is such that a required number of adhesive component molecules are dispersed in the continuous phase.
  • the density of the adhesive component 20b added in the continuous phase (the amount of the adhesive component 20b per unit volume), that is, the added amount N of the adhesive component 20b corresponding to the number of adhesive component molecules is divided by the volume V of the base polymer 20a.
  • This solute concentration ⁇ corresponds to the total number of reactive groups of the adhesive component 20b added per unit volume.
  • the density of the dispersed component of the adhesive component 20b (hereinafter referred to as the dispersed component density) is ⁇ 1
  • an equilibrium constant (dispersion-aggregation equilibrium constant) ⁇ of dispersion and aggregation represented by the following formula 1 is set so that the base polymer 20a and the adhesive component 20b are dispersed, and the dispersion component density ⁇ 1.
  • the equilibrium constant ⁇ is set so as to satisfy the value expressed by Equation 2.
  • ⁇ 1 0 represents the number density of chemical bonds necessary for forming an interfacial bond between the insert member 10 and the synthetic resin member 20, as will be described later.
  • the dispersion component density ⁇ 1 and the equilibrium constant ⁇ are parameters representing dispersibility, and the larger the dispersion component density ⁇ 1 and the equilibrium constant ⁇ , the higher the dispersibility and the higher the adhesiveness.
  • the dispersion component density ⁇ 1 gradually increases as the addition amount of the adhesive component 20b increases, and the dispersion component density ⁇ 1 decreases when it exceeds a certain value.
  • the added amount of the adhesive component 20b is less than the amount at which the dispersion component density ⁇ 1 becomes a constant value, the structure is composed of only the continuous phase, and when the amount exceeds the constant value, the sea island structure is formed.
  • the dispersion component density ⁇ 1 varies depending on the composition of the adhesive component 20b. Specifically, the dispersion component density ⁇ 1 varies depending on the skeleton of the polymer polymerization part constituting the adhesive component 20b. For example, as shown in FIG. 5, the three types of dispersion component densities ⁇ 1 of the skeletons A to C are different. If so, a skeleton having a larger dispersion component density ⁇ 1 tends to have a structure composed of only a continuous phase.
  • the synthetic resin member 20 with the dispersed component density ⁇ 1 changed is secondarily formed on the insert part 10 and these are parallel to the interface.
  • the failure mode was examined by pulling in the opposite direction. As a result, as shown in FIG. 6, when the dispersion component density ⁇ ⁇ b> 1 is small (P ⁇ b> 1 in the figure) even when the addition amount of the adhesive component 20 b is small and the structure is composed of only the continuous phase, it is synthesized with the insert part 10.
  • the fracture mode was such that the resin member 20 was peeled off at the interface.
  • the dispersion component density ⁇ 1 is a parameter representing dispersibility, and the greater the dispersion component density ⁇ 1, the higher the dispersibility and the higher the adhesive strength.
  • the dispersion component density ⁇ 1 is taken as an example, but the same applies to the equilibrium constant ⁇ . The larger the equilibrium constant ⁇ , the higher the dispersibility and the higher the adhesive strength.
  • the synthetic resin member 20 configured as described above is provided so as to seal a part of the surface of the insert part 10. Thereby, a part of the surface of the insert component 10 is a sealing surface 11 sealed with the synthetic resin member 20. And the remaining part which is parts other than the sealing surface 11 among the surfaces of the insert component 10 is the exposed surface 12 exposed from the synthetic resin member 20.
  • the insert part 10 is configured to have a rectangular parallelepiped block shape.
  • a part of the surface of the insert part 10 on the one end 10a side in the longitudinal direction of the insert part 10 is a sealing surface 11, and the remaining part of the surface of the insert part 10 on the other end 10b side in the longitudinal direction is the exposed surface 12. It is said that.
  • the insert part 10 has a semiconductor element 30 and an electrical connection member 40 sealed by the insert part 10 therein.
  • the semiconductor element 30 is a sensor chip made of a silicon semiconductor or the like used for a magnetic sensor, an optical sensor, a pressure sensor or the like. Such a semiconductor element 30 is formed by a normal semiconductor process.
  • the entire semiconductor element 30 is sealed with the insert part 10, and the semiconductor element 30 detects external magnetism via the insert part 10.
  • an opening (not shown) that opens a part of the semiconductor element 30 is formed in the insert part 10, and the semiconductor element 30 is configured to transmit light or light through the opening. Pressure is detected.
  • the electrical connection member 40 is for electrically connecting the semiconductor element 30 and a wiring member (not shown) outside the semiconductor device.
  • a part 41 of the electrical connection member 40 is covered with the insert part 10, and the remaining part 42 protrudes from the sealing surface 11 of the insert part 10. Further, the remaining part 42 of the electrical connecting member 40 is sealed by the synthetic resin member 20 outside the insert component 10, and the tip portion is exposed from the synthetic resin member 20.
  • a part 41 of the electrical connection member 40 is electrically connected to the semiconductor element 30 in the insert part 10.
  • the connection method with this semiconductor element 30 is not specifically limited, Here, it connects with the bonding wires 50, such as Al and Au.
  • the synthetic resin member 20 seals the remaining portion 42 of the electrical connection member 40, but the synthetic resin member 20 has an opening 21. In the opening 21, a part of the remaining portion 42 of the electrical connection member 40 is exposed to the outside of the synthetic resin member 20.
  • the opening 21 of the synthetic resin member 20 is a part to which an external wiring member (not shown) such as a connector member is inserted and connected, whereby the external wiring member and the electrical connection member 40 are electrically connected. Connected.
  • the electrical connection member 40 functions as a detection output of the semiconductor element 30 and the like, and the semiconductor element 30 enables electrical exchange with the outside of the apparatus via the electrical connection member 40.
  • a terminal terminal made of a rod-shaped member such as Cu or Al is used as such an electrical connection member 40, but a circuit board or the like may be used as the electrical connection member 40.
  • the remaining portion 42 of the electrical connection member 40 protrudes from the sealing surface 11 of the insert part 10 and is further sealed by the synthetic resin member 20 so that the tip portion protrudes.
  • the resin molded body according to the present embodiment is configured.
  • the base polymer 20a and the adhesive component 20b constituting the synthetic resin member 20 form a continuous phase (sea structure) and an agglomerated phase (island structure), and target insert parts
  • a necessary number of adhesive component molecules are dispersed in the continuous phase. For this reason, it becomes possible to obtain high adhesive strength.
  • the adhesive component 20b when the base polymer 20a is a continuous phase and the adhesive component 20b is a completely phase-separated structure such that the adhesive component 20b is an agglomerated phase, the adhesive component comes to the interface side with the insert part 10 due to aggregation. Not come. For this reason, the adhesiveness in the interface of the insert component 10 and the synthetic resin member 20 falls.
  • the base polymer 20a when the base polymer 20a has a complete phase separation structure in which the adhesive component 20b is a continuous phase and the adhesive component 20b is a continuous phase, the adhesive component 20b becomes amorphous. In the vicinity of the interface with the component 10, the strength of the synthetic resin member 20 serving as a base material is reduced. For this reason, peeling arises between the insert member 10 and the synthetic resin member 20 by a base material crack.
  • the adhesive fall in the interface of the insert member 10 and the synthetic resin member 20 can be suppressed, and the strength reduction of the synthetic resin member 20 in the vicinity of these interfaces will be reduced. Can be suppressed. Therefore, high adhesive strength can be obtained.
  • an insert part 10 is prepared. For example, as shown in FIG. 1, after the semiconductor element 30 and the electrical connection member 40 are connected by a bonding wire 50, a primary molded product sealed with a thermosetting resin is prepared as the insert part 10.
  • a polymer alloy resin constituting the synthetic resin member 20 for sealing the insert component 10 by secondary molding is prepared, and the insert component 10 is sealed by the synthetic resin member 20 by resin molding.
  • a semiconductor device as a resin molded body is manufactured.
  • the base polymer 20a constituting the polymer alloy resin and the adhesive component 20b form a continuous phase (sea structure) and an agglomerated phase (island structure) to obtain the target adhesive strength with the insert component 10.
  • the dispersibility calculation between the base polymer 20a and the adhesive component 20b is performed by performing a molecular simulation described below so that a necessary number of adhesive component molecules are dispersed in the continuous phase. . Based on this dispersibility calculation, conditions satisfying a desired dispersion component density ⁇ 1 and equilibrium constant ⁇ are set as various conditions when forming the synthetic resin member 20.
  • various conditions are set during secondary molding.
  • the various conditions referred to here include a constituent material of the base polymer 20a serving as a solvent species for constituting the synthetic resin member 20, a constituent material of the adhesive component 20b serving as a solute species, a solute concentration (that is, number density) ⁇ , a secondary It means the temperature and pressure during molding.
  • thermoplastic resin is used as a constituent material of the base polymer 20a serving as a solvent species.
  • thermosetting resin is used as a constituent material of the adhesive component 20b serving as a solute species.
  • the total number density of the solute concentration ⁇ [mol / m 3 ], that is, the dispersion component density ⁇ 1 of the adhesive component 20b in the base polymer 20a and the aggregation component density ⁇ 2, for example, is 2.0 ⁇ 10 2 mol / m 3. It is said.
  • the temperature [° C.] is 310 ° C. and the pressure [atm] is 1 atm.
  • the interatomic interaction is set. Specifically, a parameter that determines the interatomic interaction that is an interaction between the atoms that constitute the base polymer 20a and the atoms that constitute the adhesive component 20b, that is, a force field that is a factor that determines the calculation accuracy of the molecular simulation.
  • a force field it is assumed that the application of such well known and is General Amber and TEAM _ LS in example molecular simulation.
  • a molecular simulation model having a solute concentration x% is created, and in step 130, a solvation free energy ⁇ having a solute concentration x% is calculated.
  • the molecular simulation model is created assuming that the adhesive component 20b serving as the solute species is dissolved in the base polymer 20a serving as the solvent species.
  • the model illustrated in FIG. 10 is created.
  • ⁇ 1 which is a solvation free energy ⁇ at a solute concentration x%, is calculated using the following Equation 3.
  • Equation 3 k B is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature (Kelvin), v is the energy due to the solute-solvent interaction, and N is the number of solvent molecules.
  • ri represents the arrangement relationship (distance) of two polymers when one polymer coordinate is (x1, x2, x3) and the other polymer coordinate is (y1, y2, y3). Represents.
  • the portion surrounded by ⁇ > represents a value obtained by generating an ensemble average of only the solvent, that is, a snapshot by molecular dynamics or Monte Carlo calculation, and calculating an average value of all snapshots.
  • step 140 a molecular simulation model having a solute concentration of 100% is created, and in step 150, a solvation free energy ⁇ having a solute concentration of 100% is calculated.
  • the molecular simulation model is created on the assumption that the adhesive component 20b serving as the solute species is in an aggregated state in the base polymer 20a serving as the solvent species.
  • ⁇ 2 which is a solvation free energy ⁇ at a solute concentration of 100%, is calculated using Equation 3 described above.
  • step 160 from the solvation free energy ⁇ 1 when the solute concentration x% obtained in step 130 and the solvation free energy ⁇ 2 when the solute concentration obtained in step 150 is 100%, the above equation 1 is obtained. Based on this, the dispersion-aggregation equilibrium constant ⁇ is calculated. Further, since the solute concentration ⁇ of the adhesive component 20b previously added to the base polymer 20a can be grasped, the dispersion-aggregation equilibrium constant ⁇ and the solute concentration ⁇ calculated based on Equation 1 and the solute concentration ⁇ and Equation 2 are used. The dispersion component density ⁇ 1 is calculated.
  • the dispersion component density ⁇ 1 satisfies the relationship that it is larger than the required CO bond density ⁇ 1 0 at the interface between the insert member 10 and the synthetic resin member 20. . If the condition is satisfied, the condition set in step 100 can be determined as a condition that a desired adhesive strength can be obtained.
  • the insert part 10 is composed of an epoxy resin molded product, and the synthetic resin member 20 in which epoxy is added as an adhesive component 20b to the base polymer 20a composed of PPS resin.
  • the case of sealing will be described as an example.
  • the insert part 10 and the synthetic resin member 20 are made of such a material, they are bonded to each other through a covalent bond by a CO bond or a hydrogen bond by an O ... H bond at the interface.
  • the bonding strength target Ta It calculates the number density .rho.1 0 of chemical bonds per unit volume required to satisfy.
  • an initial structure for modeling chemical bonds in a chemical bond portion is prepared.
  • a model representing the bonding state between molecules in the polymer shown in FIG. 10 is extracted as the initial structure.
  • the structure shown in FIG. 12 is manufactured as an initial structure.
  • step 210 energy minimization calculation in the initial structure produced in step 200 is performed.
  • Energy minimization calculation means obtaining a stable structure in which the force acting between molecules in the chemical bond of the initial structure is minimized. Even in the initial structure, the force acting between the molecules changes due to the twist of the molecular structure, etc., so that the state where the force is the smallest is regarded as the stable state, and the structure at that time is obtained.
  • step 230 the relationship between the displacement dL obtained in step 220 and the energy is fitted to the potential curve.
  • the following formula 4 can be obtained.
  • step 240 when the mathematical expression showing the potential curve obtained at step 230 is differentiated with respect to the displacement amount dL, mathematical expression 5 can be obtained.
  • the maximum value in this equation is defined as a coupling coefficient F B (L).
  • De represents the dissociation energy
  • ⁇ represents a scale of the curve of the energy E B (L) at the minimum position.
  • the bonding force F B per chemical bond formed at the adhesive interface is calculated from the following equation, for example, in the case of a C—O bond.
  • the bonding force F B — C—O (L) per CO bond formed at the bonding interface for each displacement dL is obtained as shown in FIG. 13, and the CO bond 1 formed at the bonding interface is obtained.
  • the binding force F B — C—O per contact is 3.46 ⁇ 10 15 N / mol.
  • the .rho.1 0 calculated in this manner, the dispersion component density .rho.1 (distributed in other words - equilibrium constant of aggregated alpha) if it satisfies the equation 2 described above, the base polymer in the synthetic resin member 20 20a and the adhesive component 20b that adheres to the insert part 10 having a functional group form a continuous phase (sea structure) and an agglomerated phase (island structure) to obtain the target adhesive strength with the insert part 10 In this structure, a necessary number of adhesive component molecules are dispersed. Therefore, it becomes possible to obtain desired adhesive strength by having such a structure.
  • ⁇ 1 1.56 ⁇ 10 2 is the number density of CO bonds required when the chemical bond formed at the adhesive interface is a covalent bond by a CO bond ⁇ 1 0_C—O (4.34 ⁇ 10 -1 mol / m 3) greater than, more adhesive number density of O ... H bond required in the case of interfacial chemical bonds formed hydrogen bond by O ... H bond ⁇ 1 0_O ... H (1.14 ⁇ 10 1 mol / m 3 ), the desired adhesive strength can be obtained.
  • GAFF General AMBER Force Field
  • ⁇ 1 2.0 ⁇ 10 2 is the number density of CO bonds ⁇ 1 0 — C —O (4.34 ⁇ 10) required when the chemical bond formed at the adhesive interface is a covalent bond by a CO bond. ⁇ 1 mol / m 3 ), and even when the chemical bond formed at the adhesion interface is a hydrogen bond by an O ... H bond, the required number density of O ... H bonds ⁇ 1 0 — O ... H (1.14 ⁇ Since it is larger than 10 1 mol / m 3 ), it becomes possible to obtain a desired adhesive strength.
  • the synthetic resin member 20 for sealing the insert part 10 is added with the adhesive component 20b composed of a thermosetting resin or the like to the thermoplastic resin serving as the base polymer 20a.
  • the base polymer 20a and the adhesive component 20b form a continuous phase (sea structure) and an agglomerated phase (island structure), and the necessary number of adhesive components to obtain the target adhesive strength with the insert part 10 is obtained.
  • the structure is such that molecules are dispersed.
  • the functional group of the adhesive component 20 b added to the synthetic resin member 20 chemically reacts with the functional group present on the surface of the insert component 10, and higher adhesive strength can be obtained.
  • the solvation free energies ⁇ 1 and ⁇ 2 at the solute concentration x% and 100% are calculated using the molecular simulation model. And then the equilibrium constant ⁇ is calculated. If the dispersion component density ⁇ 1 calculated from the solute concentration ⁇ and the equilibrium constant ⁇ is larger than the CO bond density ⁇ 1 O necessary for the interface obtained as described above, the synthetic resin member 20 can obtain the desired density. It can be confirmed that the adhesive strength can be obtained.
  • the synthetic resin member 20 forms a continuous phase (sea structure) and an agglomerated phase (island structure) using molecular simulation while changing various conditions at the time of secondary molding.
  • a sufficient adhesive strength it is confirmed that a structure in which the necessary number of adhesive component molecules are dispersed in the continuous phase can be obtained, and a structure in which the necessary number of adhesive component molecules are dispersed in the continuous phase is obtained.
  • the synthetic resin member 20 is formed using the obtained conditions. Thereby, it becomes possible to obtain higher adhesive strength in the resin molded body configured by sealing the insert part 10 with the synthetic resin member 20.
  • a primary molded product of a thermosetting resin is given as an example of the insert part 10, and an epoxy resin or the like is given as an example of a thermosetting resin.
  • an example of the synthetic resin member 20 an example in which PPS or PBT is used as the base polymer 20a, and an epoxy resin or the like is used as the adhesive component 20b is given.
  • the insert part 10 is not limited to a primary molded product of a thermosetting resin, but may be a metal part or the like.
  • the shape of the resin molded body the example described in the above embodiment is merely an example, and other shapes may be used.
  • the covalent bond and the hydrogen bond were mentioned as an example as a coupling
  • molecular simulations such as calculating the bonding force F B (L) per chemical bond can be performed. The effect of can be obtained.

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Abstract

　樹脂成形体は、熱硬化性樹脂の一次成形品もしくは金属部品にて構成され、かつ、官能基を有するインサート部品（１０）と、インサート部品を、熱可塑性樹脂のベースポリマー（２０ａ）に対して、インサート部品が有する官能基と接着する接着成分（２０ｂ）を添加した合成樹脂にて封止する合成樹脂部材（２０）と、を有する。合成樹脂部材は、ベースポリマーを含む連続相で構成される海構造を有するとともに、該海構造内において接着成分の少なくとも一部が分散している成分（２０ｂａ）として存在し、分散している成分が、インサート部品の有する官能基と接着している。

Description

樹脂成形体およびその製造方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１４年１２月２６日に出願された日本出願番号２０１４－２６５６６７号、２０１５年５月２５日に出願された日本出願番号２０１５－１０５６０３号、および２０１５年１１月３０日に出願された日本出願番号２０１５－２３３４５３号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、熱硬化性樹脂による１次成形物や金属部品を熱可塑性樹脂などの合成樹脂部材でインサート成形した樹脂成形体、および、そのような樹脂成形体の製造方法に関する。
　従来、特許文献１において、熱可塑性樹脂を混合した熱硬化性樹脂組成物によってインサート部品（内蔵部品）をインサート成形した構造の樹脂成形体が提案されている。この樹脂成形体では、熱硬化性樹脂組成物とインサート部品との界面での応力緩和を図るために、熱可塑性樹脂を混合した熱硬化性樹脂組成物における混合成分をインサート部品の表面において分散させている。具体的には、成形時にインサート部品を加熱することで温度勾配を生じさせ、この温度勾配を利用して熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とによる合成樹脂内の連続相と凝集相の形成、つまりは海島構造の形成を制御している。すなわち、インサート部品との界面から離れた位置では、合成樹脂内の相構造について、熱可塑性樹脂を連続相（いわゆる海構造）、熱硬化性樹脂を凝集相（いわゆる島構造）とし、インサート部品との界面では、合成樹脂内の相構造を熱可塑性樹脂を凝集相、熱硬化性樹脂を連続相としている。
　このように、成形時にインサート部品を加熱することで、インサート部品と接着させたい部分において、合成樹脂内の相構造を熱可塑性樹脂が凝集相で熱硬化性樹脂が連続相となるようにしている。
　なお、ここでいう凝集相とは、連続相との間の界面が明確となっている状態で分離している相のことを意味しており、換言すれば分離相ということができる。
特開２００４－２２３９３６号公報
　しかしながら、特許文献１に示す相構造としても、非晶質の樹脂層が形成され、結晶性の熱可塑性樹脂としても母材強度が低下し、接着界面で破壊し易くなるため、接着強度が低下する。このため、インサート部品と合成樹脂との間に所望の接着強度が得られなくなる。
　本開示は、インサート部品を合成樹脂で封止することによって構成する樹脂成形体において、より高い接着強度が得られるようにすることを目的とする。
　樹脂成形体の一態様は、熱硬化性樹脂の一次成形品もしくは金属部品にて構成される官能基を有するインサート部品と、インサート部品を熱可塑性樹脂のベースポリマーに対して、インサート部品が有する官能基と接着する接着成分を添加した合成樹脂にて封止する合成樹脂部材と、を有する。合成樹脂部材は、ベースポリマーを含む連続相で構成される海構造を有するとともに、該海構造内において接着成分の少なくとも一部が分散している成分として存在し、分散している成分が、インサート部品の有する官能基と接着している。
　このように、樹脂成形体において、インサート部品を封止する合成樹脂部材のベースポリマーとなる熱可塑性樹脂に、熱硬化性樹脂などで構成されるインサート部品が有する官能基と接着する接着成分を添加している。また、ベースポリマーにて連続相（海構造）を形成し、目標となるインサート部品との接着強度を得るために、連続相内に必要な個数の接着成分分子が分散している。これにより、合成樹脂部材に添加されて分散している接着成分の官能基がインサート部品の表面に存在する官能基と化学反応して、より高い接着強度を得ることができる。
　上記樹脂成形体の製造方法の一態様においては、合成樹脂部材の成形時の温度、圧力、接着成分の分子の個数をベースポリマーの体積で割った値である溶質濃度ρ、溶質種となる接着成分の構成材料、および、溶媒種となるベースポリマーの構成材料を含む、合成樹脂部材の成形の条件を設定することと、ベースポリマーを構成する原子と接着成分を構成する原子との間の相互作用である原子間相互作用を設定することと、溶質濃度をｘ％としたときの第１溶媒和自由エネルギーを計算することと、溶質濃度を１００％としたときの第２溶媒和自由エネルギーを計算することと、第１、第２溶媒和自由エネルギーに基づいて、ベースポリマー中における接着成分の分散と凝集との平衡定数αを計算すると共に、該平衡定数αと溶質濃度ρとから接着成分のうちの分散している成分の密度である分散成分密度ρ１を算出することと、インサート部材と合成樹脂部材との界面において目標とする接着強度を得るのに必要な結合エネルギーを満足する共有結合、配位結合、イオン結合、水素結合のいずれかからなる化学結合の密度をρ１0として、平衡定数αが数式１で表され、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　分散成分密度ρ１および平衡定数αが数式２
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　を満たすことを確認することと、を含む分子シミュレーションを行い、成形の条件を設定する。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。図面において、
本開示の第１実施形態にかかる樹脂成形体としての半導体装置の断面構成を示す図である。 ベースポリマーと接着成分によって形成される連続相内の接着成分がインサート部品の表面と接着するイメージを示した断面図である。 図２（ａ）に示す連続相内で分散している接着成分分子の様子を示した拡大図である。 凝集を示すある粒子からの距離ｒと動径分布関数ｒｄｆとの関係を示す図である。 分散を示すある粒子からの距離ｒと動径分布関数ｒｄｆとの関係を示す図である。 接着成分の添加量と分散成分密度ρ１との関係を示した図である。 高分子の重合部の骨格の種類と分散成分密度ρ１との関係を示した図である。 分散成分密度ρ１と接着強度との関係を示した図である。 ベースポリマーと接着成分とによる海島構造の一例を示した断面図である。 ベースポリマーと接着成分とによる海島構造の一例を示した断面図である。 目標となるインサート部品との接着強度を得るための、連続相内に必要な接着成分分子の個数（数密度）を算出する分子シミュレーションのフローチャートである。 分子シミュレーションモデルとして用いられる高分子の一例を示した図である。 接着界面に形成される化学結合１つあたりの結合力ＦB（Ｌ）を算出する分子シミュレーションのフローチャートである。 モデリングを行う化学結合の一例を示した図である。 Ｃ－Ｏ結合に変位量Ｌを与えた時のエネルギーＥB＿C-O（Ｌ）と結合力ＦB＿C-O（Ｌ）を示した図である。 Ｏ…Ｈ結合に変位量Ｌを与えた時のエネルギーＥB＿O…H（Ｌ）と結合力ＦB＿O…H（Ｌ）を示した図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態にかかる樹脂成形体について、図１を参照して説明する。なお、本実施形態で説明する樹脂成形体は、例えば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための半導体装置として適用される。
　図１に示すように、本実施形態の樹脂成形体としての半導体装置は、インサート部品１０とインサート部品１０の表面の一部を封止する合成樹脂部材２０とを備えて構成されている。
　インサート部品１０は、エポキシ樹脂等の表面に官能基を有する熱硬化性樹脂の一次成形物、もしくは表面に官能基を有する金属部品によって構成されている。熱硬化性樹脂によって構成されるインサート部品１０には、必要に応じて、シリカやアルミナ等の絶縁性材料よりなるフィラーが含有されていてもよい。このような一次成形物にて構成されるインサート部品１０は、トランスファー成形、コンプレッション成形、あるいは、ポッティング法等による成形および熱硬化処理を行うことで形成される。
　また、合成樹脂部材２０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリフェニレンテレフタレート）等をベースポリマー２０ａとする熱可塑性樹脂に、インサート部品１０が有する官能基と接着する接着成分２０ｂとなるエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を添加したポリマーアロイ樹脂によって構成されている。例えば、インサート部品１０の一部を封止するようにポリマーアロイ樹脂を射出成形することにより、合成樹脂部材２０が形成される。ここでは、合成樹脂部材２０内に添加したインサート部品１０が有する官能基と接着する接着成分２０ｂとして、例えばエポキシ樹脂を挙げているが、接着効果を有する官能基（例えば反応基）を構成するポリマーであれば良く、熱硬化性樹脂に限るものではない。例えば、水酸基、エポキシ基、アミノ基、カルボニル基などのいずれか１つもしくは複数を有するポリマーによって接着成分２０ｂを構成できる。この合成樹脂部材２０に添加された接着成分２０ｂの官能基がインサート部品１０の表面に存在する官能基と化学反応して、高密着性な接合を可能としている。
　この合成樹脂部材２０は、固化前の状態において、ベースポリマー２０ａと接着成分２０ｂとが連続相（海構造）と凝集相（島構造）とを形成している。そして、目標となるインサート部品１０との接着強度を得るために、連続相内に必要な個数の接着成分分子が分散している構造となっている。
　例えば、図２（ａ）に示すように、ベースポリマー２０ａと接着成分２０ｂのうちの少なくとも一部とは、これらの境界部において互いに溶け合うことで境界部の界面が明確になっていない構造となっている。この接着成分２０ｂのうちの少なくとも一部が分散している成分２０ｂａであり、分散せずに凝集している成分２０ｂｂが存在していても良いが、少なくとも分散している成分２０ｂａが存在している状態になっている。
　より詳しくは、図２（ｂ）に示すように、接着成分２０ｂは、凝集している成分が存在していたとしても、均一に分散している成分２０ｂａが存在していて、この分散している成分２０ｂａによって官能基が分散したまま存在した状態となっている。
　ここで、凝集とは、図３（ａ）に示すように、ある粒子からの距離ｒが大きくなるに連れて動径分布関数が０で収束する場合を意味し、分散とは、図３（ｂ）に示すように、ある粒子からの距離ｒが大きくなるに連れて動径分布関数が１で収束する場合を意味している。
　具体的には、合成樹脂部材２０は、下記の数式を満たすようにベースポリマー２０ａや接着成分２０ｂなどの条件が設定されることで、目標となるインサート部品１０との接着強度を得るために、連続相内に必要な個数の接着成分分子が分散する構造とされている。
　まず、連続相中に添加した接着成分２０ｂの密度（単位体積当たりの接着成分２０ｂの量）、つまり接着成分分子の個数に相当する接着成分２０ｂの添加量Ｎをベースポリマー２０ａの体積Ｖで割った値（＝Ｎ／Ｖ）である溶質濃度をρとしている。この溶質濃度ρは、単位体積当たりに添加した接着成分２０ｂの総反応基数に相当している。また、接着成分２０ｂのうちの分散している成分の密度（以下、分散成分密度という）をρ１、接着成分２０ｂのうちの凝集している成分の密度（以下、凝集成分密度という）をρ２としている。なお、ρ＝ρ１＋ρ２である。そして、ベースポリマー２０ａと接着成分２０ｂとが分散となるように下記の数式１で表される分散と凝集との平衡定数（分散－凝集の平衡定数）αを設定しており、分散成分密度ρ１や平衡定数αが数式２で示される値を満たすように設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　なお、数式２は、ρ＝ρ１＋ρ２とα＝ρ１／ρ２の２式をρ１について解いた式に相当する。本式において、ρ１0は、後述するように、インサート部材１０と合成樹脂部材
２０との界面接着形成において必要な化学結合の数密度を表している。
　ここで、分散成分密度ρ１や平衡定数αは分散性を表すパラメータであり、分散成分密度ρ１や平衡定数αが大きいほど、分散性が高く接着性が高いことを示している。
　図４に示すように、接着成分２０ｂの添加量が大きくなると分散成分密度ρ１が徐々に大きくなり、一定値を超えると、分散成分密度ρ１が低下する。接着成分２０ｂの添加量が分散成分密度ρ１が一定値となる量よりも少ない量のときには連続相のみで構成される構造となり、一定値となる量を超えると海島構造となる。また、接着成分２０ｂの組成によって分散成分密度ρ１は変動する。具体的には、接着成分２０ｂを構成する高分子の重合部の骨格によって分散成分密度ρ１が変動し、例えば図５に示すように、例えば骨格Ａ～Ｃの３種類の分散成分密度ρ１が異なっているとすると、分散成分密度ρ１が大きな骨格ほど連続相のみで構成される構造になりやすい。
　また、インサート部品１０を合成樹脂部材２０で封止した構造を想定して、インサート部品１０の上に分散成分密度ρ１を変化させた合成樹脂部材２０を二次成形し、これらを互いに界面と平行な逆方向に引っ張り合うことで破壊モードを調べた。その結果、図６に示すように、接着成分２０ｂの添加量が少なくて連続相のみで構成される構造であっても分散成分密度ρ１が小さいとき（図中Ｐ１）にはインサート部品１０と合成樹脂部材２０とが界面剥離するという破壊モードとなった。そして、接着成分２０ｂの添加量が多くなって分散成分密度ρ１が大きくなると（図中Ｐ２）、接着強度が高くなっていき、インサート部品１０と合成樹脂部材２０とが界面付近で互いの母材が相互に破壊されるという破壊モードとなった。さらに、接着成分２０ｂの添加量が多くなって分散成分密度ρ１が低下していくと（図中Ｐ３）、今度は海島構造に逆転して接着強度が低下し、インサート部品１０との界面近傍において合成樹脂部材２０が破壊するという破壊モードとなった。
　このような結果からも、分散成分密度ρ１の大きさが分散性を表すパラメータとなっており、分散成分密度ρ１が大きいほど、分散性が高く接着強度が高い構造となる。なお、ここでは分散成分密度ρ１を例に挙げているが、平衡定数αについても同様であり、平衡定数αが大きいほど、分散性が高く接着強度が高い構造となる。
　このように構成された合成樹脂部材２０は、インサート部品１０の表面の一部を封止するように設けられている。これにより、インサート部品１０の表面の一部は、合成樹脂部材２０により封止された封止面１１とされている。そして、インサート部品１０の表面のうち封止面１１以外の部分である残部は、合成樹脂部材２０より露出する露出面１２とされている。
　ここでは、インサート部品１０は、直方体状のブロック形状をなすものとして構成されている。そして、このインサート部品１０の長手方向の一端１０ａ側におけるインサート部品１０の表面の一部が封止面１１とされ、当該長手方向の他端１０ｂ側におけるインサート部品１０の表面の残部が露出面１２とされている。
　インサート部品１０は、その内部に、インサート部品１０により封止された半導体素子３０、電気接続部材４０を有している。
　半導体素子３０は、磁気センサや光センサ、あるいは、圧力センサ等に用いられるシリコン半導体等よりなるセンサチップである。このような半導体素子３０は、通常の半導体プロセスにより形成される。
　例えば、磁気センサ用の半導体素子３０の場合、半導体素子３０の全体がインサート部品１０により封止されており、半導体素子３０は、インサート部品１０を介して外部の磁気を検出するようにしている。また、光センサや圧力センサ用の半導体素子３０の場合、半導体素子３０の一部を開口させる図示しない開口部が、インサート部品１０に形成され、半導体素子３０は、当該開口部を介して光や圧力を検出するようになっている。
　一方、電気接続部材４０は、半導体素子３０と半導体装置の外部の図示しない配線部材とを電気的に接続するためのものである。ここでは、電気接続部材４０の一部４１はインサート部品１０に被覆されて、残部４２はインサート部品１０における封止面１１より突出する。また、電気接続部材４０の残部４２は、インサート部品１０の外部にて合成樹脂部材２０により封止され、かつ、その先端部が合成樹脂部材２０から露出させられている。
　ここで、電気接続部材４０の一部４１は、インサート部品１０内にて、半導体素子３０と電気接続されている。この半導体素子３０との接続手法は特に限定するものではないが、ここでは、ＡｌやＡｕ等のボンディングワイヤ５０により接続されている。
　一方、合成樹脂部材２０は、電気接続部材４０の残部４２を封止しているが、合成樹脂部材２０には開口部２１が形成されている。そして、この開口部２１において、電気接続部材４０の残部４２のうちのさらに一部が、合成樹脂部材２０の外部に露出している。
　この合成樹脂部材２０の開口部２１は、図示しない外部の配線部材、たとえばコネクタ部材等が挿入されて接続される部位であり、それにより、この外部の配線部材と電気接続部材４０とが、電気的に接続されるようになっている。
　つまり、電気接続部材４０は、半導体素子３０の検出出力等を行うものとして機能し、半導体素子３０は、電気接続部材４０を介して、装置の外部との電気的なやり取りを可能としている。このような電気接続部材４０として、本実施形態では、ＣｕやＡｌ等の棒状部材よりなるターミナル端子を用いているが、その他、回路基板などを電気接続部材４０として用いてもよい。
　また、上述したように、電気接続部材４０の残部４２は、インサート部品１０における封止面１１より突出し、さらに先端部が突き出すようにして合成樹脂部材２０により封止されている。
　以上のようにして、本実施形態にかかる樹脂成形体が構成されている。このように構成される樹脂成形体では、合成樹脂部材２０を構成するベースポリマー２０ａと接着成分２０ｂとが連続相（海構造）と凝集相（島構造）とを形成し、目標となるインサート部品１０との接着強度を得るために、連続相内に必要な個数の接着成分分子が分散している構造となっている。このため、高い接着強度を得ることが可能となる。
　すなわち、図７に示すように、ベースポリマー２０ａが連続相で接着成分２０ｂが凝集相となるような完全に相分離構造となる場合、凝集により接着成分がインサート部品１０との界面側に出てこない。このため、インサート部品１０と合成樹脂部材２０との界面での接着性が低下する。同様に、図８に示すように、ベースポリマー２０ａが凝集相で接着成分２０ｂが連続相となるような完全なる相分離構造となる場合には、接着成分２０ｂが非晶性となるため、インサート部品１０との界面付近において、母材となる合成樹脂部材２０の強度が低下する。このため、母材割れによってインサート部材１０と合成樹脂部材２０との間に剥離が生じる。
　これに対して、本実施形態の構成であれば、インサート部材１０と合成樹脂部材２０との界面での接着性低下を抑制でき、かつ、これらの界面付近での合成樹脂部材２０の強度低下を抑制できる。したがって、高い接着強度を得ることが可能となる。
　続いて、本実施形態にかかる樹脂成形体としての半導体装置の製造方法について説明する。
　まず、第１工程として、インサート部品１０を用意する。例えば、図１に示すように、半導体素子３０および電気接続部材４０をボンディングワイヤ５０にて接続したのち、熱硬化性樹脂によって封止した一次成形物をインサート部品１０として用意している。
　続いて、第２工程として、インサート部品１０を二次成形によって封止するための合成樹脂部材２０を構成するポリマーアロイ樹脂を用意し、樹脂成形により合成樹脂部材２０によってインサート部品１０を封止した樹脂成形体としての半導体装置を製造する。
　このとき、ポリマーアロイ樹脂を構成するベースポリマー２０ａと接着成分２０ｂとが連続相（海構造）と凝集相（島構造）とを形成し、目標となるインサート部品１０との接着強度を得るために、連続相内に必要な個数の接着成分分子が分散している構造となるように、以下に説明する分子シミュレーションを行うことで、ベースポリマー２０ａと接着成分２０ｂとの分散性計算を行っている。そして、この分散性計算に基づいて、合成樹脂部材２０を形成する際の各種条件として、所望の分散成分密度ρ１や平衡定数αを満たす条件を設定している。
　以下、図９～図１２を用いて、平衡定数αの計算手法について説明する。
　図９に示すように、ステップ１００として、二次成形時の各種条件設定を行う。ここでいう各種条件とは、合成樹脂部材２０を構成するための溶媒種となるベースポリマー２０ａの構成材料や溶質種となる接着成分２０ｂの構成材料、溶質濃度（つまり数密度）ρ、二次成形時の温度や圧力などを意味している。
　ここでは、溶媒種となるベースポリマー２０ａの構成材料として熱可塑性樹脂を用いており、例えば熱可塑性樹脂として、化学式１で示されるＰＰＳ（ｎ＝８０、但し、ｎは重合度）を用いている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 　また、溶質種となる接着成分２０ｂの構成材料として熱硬化性樹脂を用いており、例えば熱硬化性樹脂として、化学式２で示されるエポキシ樹脂であるビスフェノールＡ型エポキシ（ｎ＝１、ただし、ｎは重合度）を用いている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 　さらに、溶質濃度ρ［ｍｏｌ／ｍ3］、つまりベースポリマー２０ａ中における接着成分２０ｂの分散成分密度ρ１と凝集成分密度ρ２と足したトータルの数密度を例えば２．０×１０2 ｍｏｌ／ｍ3としている。温度［℃］を３１０℃、圧力［ａｔｍ］を１ａｔｍとしている。
　次に、ステップ１１０として、原子間相互作用の設定を行う。具体的には、ベースポリマー２０ａを構成する原子と接着成分２０ｂを構成する原子との間の相互作用である原子間相互作用を決めるパラメータ、つまり分子シミュレーションの計算精度を決めるファクターとなる力場を設定する。ここでは、力場として、例えば分子シミュレーションにおいて周知であるGeneral AmberやTEAM＿LSなどを適用することを想定している。
　続いて、ステップ１２０として、溶質濃度ｘ％の分子シミュレーションモデルを作成し、さらにステップ１３０として、溶質濃度ｘ％の溶媒和自由エネルギーΔμを計算する。分子シミュレーションモデルについては、溶質種となる接着成分２０ｂが溶媒種となるベースポリマー２０ａ中に溶けている状態を想定して作成しており、例えば図１０に示すモデルを作成している。溶質濃度ｘ％の溶媒和自由エネルギーΔμであるΔμ１については、下記の数式３を用いて演算している。
　なお、数式３中において、ｋBはボルツマン定数、Ｔは絶対温度（ケルビン）、ｖは溶質－溶媒相互作用によるエネルギー、Ｎは溶媒分子数を表している。また、ｒｉは、高分子１つの座標を（ｘ１、ｘ２、ｘ３）とし、他の高分子１つの座標を（ｙ１、ｙ２、ｙ３）とした場合の２つの高分子の配置関係（距離）を表している。数式３において、＜＞で囲んだ部分は、溶媒のみのアンサンブル平均、つまり分子動力学もしくはモンテカルロ計算によるスナップショットを生成し、全スナップショットの平均値を計算した値を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　さらに、ステップ１４０として、溶質濃度１００％の分子シミュレーションモデルを作成し、さらにステップ１５０として、溶質濃度１００％の溶媒和自由エネルギーΔμを計算する。分子シミュレーションモデルについては、溶質種となる接着成分２０ｂが溶媒種となるベースポリマー２０ａ中において凝集状態となっていることを想定して作成している。溶質濃度１００％の溶媒和自由エネルギーΔμであるΔμ２については、上記した数式３を用いて演算している。
　なお、溶質濃度１００％の場合には、溶質濃度ｘ％の場合と比較して分子シミュレーションモデルが異なっていることから、それぞれの場合における溶媒和自由エネルギーΔμであるΔμ１、Δμ２は異なった値として計算される。
　そして、ステップ１６０において、ステップ１３０で得た溶質濃度ｘ％の時の溶媒和自由エネルギーΔμ１と、ステップ１５０で得た溶質濃度１００％の時の溶媒和自由エネルギーΔμ２とから、上記した数式１に基づいて、分散－凝集の平衡定数αを計算する。さらに、予めベースポリマー２０ａ中に添加した接着成分２０ｂの溶質濃度ρについては把握できていることから、数式１に基づいて計算した分散－凝集の平衡定数αと溶質濃度ρおよび数式２に基づいて、分散成分密度ρ１を演算する。このとき、数式２に示すように、分散成分密度ρ１がインサート部材１０と合成樹脂部材２０との界面において必要なＣ－Ｏ結合の密度ρ１0よりも大きいという関係を満たしていることを確認する。そして、満たしていれば、ステップ１００で設定した条件は、所望の接着強度が得られる条件であるとすることができる。
　ここで、平衡定数αの規定値の設定においては、目標とする接着強度（以下、接着強度目標という）をＴａ［ＭＰａ（＝Ｎ／ｍｍ2）］としたときの値を規定値として設定している。以下、この規定値の設定手法について、例えばインサート部品１０をエポキシ樹脂成形品にて構成し、ＰＰＳ樹脂で構成されるベースポリマー２０ａに対してエポキシが接着成分２０ｂとして添加された合成樹脂部材２０で封止する場合を例に挙げて説明する。
　このような材料でインサート部品１０および合成樹脂部材２０を構成した場合、これらが界面においてＣ－Ｏ結合による共有結合、あるいはＯ…Ｈ結合による水素結合を介して接着させられる。
　このため、第１ステップとして、インサート部品１０と合成樹脂部材２０との界面における接着強度目標Ｔａを満足する、接着界面に形成される化学結合１つあたりの結合力ＦBと、接着強度目標Ｔａを満足するために必要な単位体積あたりの化学結合の数密度ρ１0を算出する。
　初めに、接着界面に形成される化学結合部に、変位量ｄＬを移動させた際のエネルギーＥB（Ｌ）とした場合において、変位量ｄＬごとの接着界面に形成される化学結合１つあたりの結合力ＦB（Ｌ）の算出方法について示す。図１１を参照して、結合力ＦB（Ｌ）の算出方法について説明する。
　まず、図１１に示すように、ステップ２００として、化学結合部における化学結合のモデリングを行うための初期構造を作製する。例えば、図１０中に示した高分子中における分子間の結合状態を表したモデルを初期構造として抽出する。例えば、図１２に示す構造を初期構造として作製している。
　次に、ステップ２１０として、ステップ２００で作製した初期構造におけるエネルギー最小化計算を行う。エネルギー最小化計算とは、初期構造の化学結合において分子間に働く力が最も小さくなる安定状態となる構造を求めることを意味している。初期構造においても、分子構造のねじれなどによって分子間に働く力が変わることから、その力が最も小さくなる状態を安定状態として、そのときの構造を求めている。
　続いて、ステップ２２０として、ステップ２１０でエネルギー最小化計算を行って求めた構造について、分子間の距離の変位量ｄＬを変えてエネルギーＥB（Ｌ）の一点計算を実施する。例えば、変位量Ｌ＝１のときのエネルギーＥB（１）を演算したのち、変位量Ｌ＝２のときのエネルギーＥB（２）を演算するという演算を繰り返し行う。これにより、変位量ｄＬを変化させたときのエネルギーの変化を求めることができる。
　その後、ステップ２３０として、ステップ２２０で得た変位量ｄＬとエネルギーとの関係をポテンシャル曲線にフィッティングする。フィッティング関数として、下記の数式４を得ることができる。そして、ステップ２４０として、ステップ２３０で得たポテンシャル曲線を示す数式を変位量ｄＬについて微分すると、数式５を得ることができる。この数式中における最大値を結合係数ＦB（Ｌ）とする。なお、下記の数式中において、Ｄｅは解離エネルギーを示しており、βは極小位置におけるエネルギーＥB（Ｌ）の曲線の尺度を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　この結果より、接着界面に形成される化学結合１つあたりの結合力ＦBは、例えばＣ－Ｏ結合の場合には以下の式より算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　ここで、接界界面に形成される化学結合がＣ－Ｏ結合による共有結合の場合と、Ｏ…Ｈ結合による水素結合の場合を考える。
＜Ｃ－Ｏ結合による共有結合の場合＞
　初めに変位量ｄＬごとの接着界面に形成されるＣ－Ｏ結合１つあたりの結合力ＦB＿C-O（Ｌ）は図１３のように求められ、接着界面に形成されるＣ－Ｏ結合１つあたりの結合力ＦB＿C-Oは３．４６×１０15Ｎ／ｍｏｌとなる。
　次に、接着強度目標Ｔａを満足するために必要な単位体積あたりの化学結合の数密度ρ１0は、界面接着に寄与する合成樹脂層の厚みをｔとした時、以下の式から算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　接着強度目標Ｔａを１５ＭＰａとした時、ρ１0は以下の式から４．３４×１０-1 ｍｏｌ／ｍ3となる。
＜Ｏ…Ｈ結合による水素結合の場合＞
　初めに変位量ｄＬごとの接着界面に形成されるＯ…Ｈ結合１つあたりの結合力ＦB＿O…H（Ｌ）は図１４のように求められ、接着界面に形成されるＯ…Ｈ結合１つあたりの結合力ＦB＿O…Hは１．３２×１０14Ｎ／ｍｏｌとなり、数式７より接着強度目標Ｔａを１５ＭＰａのとした時の、ρ１0は１．１４×１０1ｍｏｌ／ｍ3となる。
　そして、このように算出されたρ１0に対して、分散成分密度ρ１（換言すれば分散－凝集の平衡定数α）が上記した数式２を満足していれば、合成樹脂部材２０中におけるベースポリマー２０ａと、官能基を有するインサート部品１０と接着する接着成分２０ｂとが連続相（海構造）と凝集相（島構造）とを形成し、目標となるインサート部品１０との接着強度を得るために、必要な個数の接着成分分子が分散している構造となっている。したがって、このような構造を有することで、所望の接着強度を得ることが可能となる。
　例えば、分子シミュレーションに用いる力場としてGAFF（General AMBER Force Field）を用いて上記したステップ１６０で計算した場合、平衡定数αの計算結果が３．５であった場合、計算条件として設定したρが２．０×１０2ｍｏｌ／ｍ3であるため、ρ１＝｛α／（１＋α）｝×ρ＝３．５／４．５×２．０×１０2＝１．５６×１０2となる。したがって、ρ１＝１．５６×１０2が、接着界面に形成される化学結合がＣ－Ｏ結合による共有結合の場合に必要なＣ－Ｏ結合の数密度ρ１0＿C-O（４．３４×１０-1ｍｏｌ／ｍ3）より大きい、さらには接着界面に形成される化学結合がＯ…Ｈ結合による水素結合の場合に必要なＯ…Ｈ結合の数密度ρ１0＿O…H（１．１４×１０1ｍｏｌ／ｍ3）より大きいので、所望の接着強度を得ることが可能となる。
　また、TEAM＿LSを用いて上記したステップ１６０で計算した場合、平衡定数αの計算結果が１４８３．５であり、計算条件として設定したρが２．０×１０2ｍｏｌ／ｍ3であるため、ρ１＝｛α／（１＋α）｝×ρ＝１４８３．５／１４８４．５×２．０×１０2＝２．０×１０2となる。したがって、ρ１＝２．０×１０2が、接着界面に形成される化学結合がＣ－Ｏ結合による共有結合の場合に必要なＣ－Ｏ結合の数密度ρ１0＿C-O（４．３４×１０-1ｍｏｌ／ｍ3）よりも大きく、さらには接着界面に形成される化学結合がＯ…Ｈ結合による水素結合の場合でも必要なＯ…Ｈ結合の数密度ρ１0＿O…H（１．１４×１０1ｍｏｌ／ｍ3）よりも大きいので、所望の接着強度を得ることが可能となる。
　以上説明したように、樹脂成形体において、インサート部品１０を封止する合成樹脂部材２０をベースポリマー２０ａとなる熱可塑性樹脂に熱硬化性樹脂などで構成される接着成分２０ｂを添加している。また、ベースポリマー２０ａと接着成分２０ｂとが連続相（海構造）と凝集相（島構造）とを形成し、目標となるインサート部品１０との接着強度を得るために、必要な個数の接着成分分子が分散している構造となるようにしている。これにより、合成樹脂部材２０に添加された接着成分２０ｂの官能基がインサート部品１０の表面に存在する官能基と化学反応して、より高い接着強度を得ることができる。
　また、このような条件を満たすように、二次成形時の各種条件設定を行ったのち、分子シミュレーションモデルを用いて溶質濃度ｘ％のときと１００％のときの溶媒和自由エネルギーΔμ１、Δμ２を算出し、それから平衡定数αを計算する。そして、溶質濃度ρと平衡定数αにて計算される分散成分密度ρ１が上記のようにして得られる界面に必要なＣ－Ｏ結合の密度ρ１Oより大きければ、合成樹脂部材２０にて所望の接着強度を得ることが可能であると確認できる。
　このように、二次成形時の各種条件を変更しながら分子シミュレーションを用いて合成樹脂部材２０が連続相（海構造）と凝集相（島構造）とを形成し、目標となるインサート部品１０との接着強度を得るために、連続相内に必要な個数の接着成分分子が分散している構造を取れることを確認し、連続相内に必要な個数の接着成分分子が分散している構造が得られる条件を用いて合成樹脂部材２０を形成する。これにより、インサート部品１０を合成樹脂部材２０で封止することによって構成する樹脂成形体において、より高い接着強度が得られるようにすることが可能となる。
　（他の実施形態）
　本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
　例えば、インサート部品１０の一例として熱硬化性樹脂の一次成形物を挙げ、熱硬化性樹脂の一例としてエポキシ樹脂等を挙げた。また、合成樹脂部材２０の一例としてＰＰＳやＰＢＴをベースポリマー２０ａとし、エポキシ樹脂などを接着成分２０ｂとする例を挙げた。しかしながら、これらは一例を挙げたに過ぎず、他の材料であっても良い。例えば、インサート部品１０としては熱硬化性樹脂の一次成形物に限らず、金属部品などであっても良い。また、樹脂成形体の形状などについても、上記実施形態で説明した例は一例であり、他の形状であっても良い。
　また、分子シミュレーションに用いる力場の一例としてGeneral AmberやTEAM＿LSを例に挙げたが、勿論、他の力場を用いても構わない。
　また、上記実施形態では、合成樹脂部材２０に含まれる接着成分２０ｂ中の分散している成分２０ｂａとインサート部品１０の官能基との結合形態として、共有結合や水素結合を例に挙げて説明した。しかしながら、これらは結合形態の一例を示したに過ぎず、他の結合形態、例えばインサート部品１０の官能基と分散している成分２０ｂａとが配位結合やイオン結合される場合についても、上記実施形態と同様のことが言える。これら配位結合やイオン結合についても、共有結合や水素結合の場合と同様に、化学結合１つあたりの結合力ＦB（Ｌ）を算出するなどの分子シミュレーションを行うことができ、上記と同様の効果を得ることができる。

 

Claims (5)

  1. 　熱硬化性樹脂の一次成形品もしくは金属部品にて構成され、かつ、官能基を有するインサート部品（１０）と、
    　前記インサート部品を、熱可塑性樹脂のベースポリマー（２０ａ）に対して、前記インサート部品が有する官能基と接着する接着成分（２０ｂ）を添加した合成樹脂にて封止する合成樹脂部材（２０）と、を有し、
    　前記合成樹脂部材は、前記ベースポリマーを含む連続相で構成される海構造を有するとともに、該海構造内において前記接着成分の少なくとも一部が分散している成分（２０ｂａ）として存在し、前記分散している成分が、前記インサート部品の有する官能基と接着している樹脂成形体。
  2. 　前記合成樹脂部材は、前記ベースポリマーで構成された前記連続相と、前記接着成分の一部が凝集した凝集相にて構成される島構造とを有し、
    　前記接着成分のうち前記島構造とは異なる前記分散している成分が、前記インサート部品の有する官能基と接着している請求項１に記載の樹脂成形体。
  3. 　前記合成樹脂部材中における前記接着成分の分子の個数を前記ベースポリマーの体積で割った値である溶質濃度をρ、前記接着成分のうちの分散している成分の密度である分散成分密度をρ１、前記接着成分のうちの凝集している成分の密度である凝集成分密度をρ２とし、前記インサート部材と前記合成樹脂部材との界面において目標とする接着強度を得るのに必要な結合エネルギーを満足する共有結合、配位結合、イオン結合、水素結合のいずれかからなる化学結合の密度をρ１0とし、さらに、前記ベースポリマー中における
    前記接着成分の分散と凝集との平衡定数をαとして、
    　前記平衡定数αが数式１で表され、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
     　前記分散成分密度ρ１および前記平衡定数αが数式２
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
     　を満たしている請求項２に記載の樹脂成形体。
  4. 　熱硬化性樹脂の一次成形品もしくは金属部品にて構成され、かつ、官能基を有するインサート部品（１０）と、
    　前記インサート部品を熱可塑性樹脂のベースポリマー（２０ａ）に対して、前記インサート部品が有する官能基と接着する接着成分（２０ｂ）を添加した合成樹脂にて封止する合成樹脂部材（２０）と、を有し、
    　前記合成樹脂部材は、前記ベースポリマーを含む連続相で構成される海構造を有するとともに、該海構造内において前記接着成分の少なくとも一部が分散している成分（２０ｂａ）として存在し、前記分散している成分が、前記インサート部品の有する官能基と接着している樹脂成形体の製造方法であって、
    　前記合成樹脂部材の成形時の温度、圧力、前記接着成分の分子の個数を前記ベースポリマーの体積で割った値である溶質濃度ρ、溶質種となる前記接着成分の構成材料、および、溶媒種となる前記ベースポリマーの構成材料を含む、前記合成樹脂部材の成形の条件を設定すること（Ｓ１００）と、
    　前記ベースポリマーを構成する原子と前記接着成分を構成する原子との間の相互作用である原子間相互作用を設定すること（Ｓ１１０）と、
    　前記溶質濃度をｘ％としたときの第１溶媒和自由エネルギー（Δμ１）を計算すること（Ｓ１２０、Ｓ１３０）と、
    　前記溶質濃度を１００％としたときの第２溶媒和自由エネルギー（Δμ２）を計算すること（Ｓ１４０、Ｓ１５０）と、
    　前記第１、第２溶媒和自由エネルギーに基づいて、前記ベースポリマー中における前記接着成分の分散と凝集との平衡定数αを計算すると共に、該平衡定数αと前記溶質濃度ρとから前記接着成分のうちの分散している成分の密度である分散成分密度ρ１を算出し、
    　前記インサート部材と前記合成樹脂部材との界面において目標とする接着強度を得るのに必要な結合エネルギーを満足する共有結合、配位結合、イオン結合、水素結合のいずれかからなる化学結合の密度をρ１0として、前記平衡定数αが数式１で表され、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
     　前記分散成分密度ρ１および前記平衡定数αが数式２
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
     　を満たすことを確認すること（Ｓ１６０）と、を含む分子シミュレーションを行い、前記成形の条件を設定する樹脂成形体の製造方法。
  5. 　前記第１溶媒和自由エネルギーを計算することでは、前記溶質濃度ρがｘ％での分子シミュレーションモデルを作成し、該分子シミュレーションモデルから前記第１溶媒和自由エネルギーを計算し、
    　前記第２溶媒和自由エネルギーを計算することでは、前記溶質濃度ρが１００％での分子シミュレーションモデルを作成し、該分子シミュレーションモデルから前記第２溶媒和自由エネルギーを計算する請求項４に記載の樹脂成形体の製造方法。

     
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