JP7486908B1 - Wavelength-selective infrared radiation control member - Google Patents

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Abstract

【課題】キャビティ表面に形成する金属被膜を特定の厚みよりも薄くすることにより、隣接するキャビティ間との光干渉と基材自体の大きな放射率の効果を重畳させて全体として大きな放射率の選択的赤外放射制御部材を提供する。【解決手段】あらかじめ設定した波長範囲の赤外線を選択的に放射する波長選択型赤外放射制御部材であって、半導体材料または誘電体材料からなる基材の一方の面に、設定された開口形状と開口深さを有する多数のキャビティが設定された配置構成で2次元に配置され、キャビティとキャビティが形成された表面は、赤外領域の放射率が基材よりも小さな金属被膜が形成されており、キャビティが形成された表面に形成された金属被膜は、その表皮深さ以上で、かつ、表皮深さの3.5倍以下の厚みとし、キャビティに形成された金属被膜は、キャビティが形成された表面に形成された金属被膜の厚み以下とした。【選択図】図1[Problem] To provide a selective infrared radiation control member with a high overall emissivity by making the metal coating formed on the cavity surface thinner than a specific thickness, combining the effects of optical interference between adjacent cavities and the high emissivity of the substrate itself. [Solution] A wavelength-selective infrared radiation control member that selectively emits infrared rays in a preset wavelength range, in which a large number of cavities having a preset opening shape and opening depth are arranged two-dimensionally in a preset configuration on one surface of a substrate made of a semiconductor material or a dielectric material, and the cavities and the surface on which the cavities are formed are formed with a metal coating having a lower emissivity in the infrared region than the substrate, the metal coating formed on the surface on which the cavities are formed has a thickness equal to or greater than the skin depth and equal to or less than 3.5 times the skin depth, and the metal coating formed on the cavities has a thickness equal to or less than the thickness of the metal coating formed on the surface on which the cavities are formed. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、特定の赤外線透過波長域を有する樹脂部材において、その特定の赤外線波長領域の放射強度を大きくできる波長選択型赤外放射制御部材に関する。 The present invention relates to a wavelength-selective infrared radiation control member that can increase the radiation intensity of a specific infrared wavelength range in a resin member having a specific infrared transmission wavelength range.

パーソナルコンピュータやスマートホンなどの電子機器には多くの半導体素子が用いられており、かつ、処理速度も年々向上している。CPUなどの半導体素子は、小型化と高機能化の両立が要請されており、単位体積当りの発熱量の増加が顕著になっている。しかし、半導体素子は樹脂封止構造とすることが多いので、半導体素子で発生した熱を効率よく外部に冷却することが難しい。また、半導体素子だけでなく、種々の電子機器も小型化、軽量化の要請が強く、金属筐体から樹脂で直接封止した構造とする傾向にある。 Many semiconductor elements are used in electronic devices such as personal computers and smartphones, and their processing speeds are improving year by year. There is a demand for semiconductor elements such as CPUs to be both compact and highly functional, and the amount of heat generated per unit volume is increasing significantly. However, since semiconductor elements are often sealed with resin, it is difficult to efficiently cool the heat generated by the semiconductor elements to the outside. In addition, there is a strong demand for miniaturization and weight reduction not only in semiconductor elements but also in various electronic devices, and there is a trend toward structures in which they are directly sealed with resin from the metal casing.

一般的に、熱の移動は、熱伝導、対流および熱放射(輻射)により生じる。樹脂封止した半導体素子の冷却は、半導体素子とヒートシンクとの間に高熱伝導性シートを密着させて挟み込み、熱伝導を利用した冷却を行っているのが多い。しかし、機器の小型化の要求が強まるにつれて、ヒートシンクを配置するスペースを設けることが難しくなってきている。そこで、近年、熱放射を利用して冷却する方式が注目されている。 Generally, heat transfer occurs through thermal conduction, convection, and thermal radiation. In many cases, resin-encapsulated semiconductor elements are cooled by placing a highly thermally conductive sheet tightly between the semiconductor element and a heat sink, and cooling is achieved using thermal conduction. However, as the demand for smaller devices increases, it is becoming more difficult to provide space for placing a heat sink. As a result, in recent years, cooling methods that use thermal radiation have been attracting attention.

熱放射とは、ある物体からエネルギーが電磁波の形で放出される現象であり、0~100℃程度の低い温度範囲では、電磁波はほとんど赤外線の領域で放射される。熱放射による放熱量は放熱面積と放射率に比例し、環境温度との温度差が大きくなるほど大きくなる。熱放射により放熱するための放射材料も色々と開発されている。 Thermal radiation is the phenomenon in which an object releases energy in the form of electromagnetic waves; in the low temperature range of around 0 to 100°C, electromagnetic waves are mostly emitted in the infrared region. The amount of heat dissipated by thermal radiation is proportional to the heat dissipation area and emissivity, and increases as the temperature difference with the ambient temperature increases. Various radiating materials have also been developed to dissipate heat by thermal radiation.

例えば、発熱源が特定の赤外線透過波長域を有する樹脂部材で覆われている電子機器において、周期的な表面微細凹凸パターンを形成する多数のマイクロキャビティが二次元配列された熱放射面を有する波長選択性熱放射材料を、発熱源と樹脂部材との間にこの発熱源を覆うように配置し、発熱源からの熱エネルギーを伝熱または熱放射により波長選択性熱放射材料へ投入し、そして波長選択性熱放射材料の熱放射面から樹脂部材へ向けて、樹脂部材の赤外線透過波長域に対応する熱放射光を選択的に放射させることにより、電子機器の放熱効率を向上させる方法とそのための波長選択制熱放射材料が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, in an electronic device in which a heat source is covered with a resin member having a specific infrared transmission wavelength range, a wavelength-selective heat radiation material having a heat radiation surface on which a large number of microcavities forming a periodic surface micro-convex pattern are arranged two-dimensionally is placed between the heat source and the resin member so as to cover the heat source, thermal energy from the heat source is input to the wavelength-selective heat radiation material by heat transfer or thermal radiation, and thermal radiation light corresponding to the infrared transmission wavelength range of the resin member is selectively emitted from the heat radiation surface of the wavelength-selective heat radiation material toward the resin member, thereby improving the heat dissipation efficiency of the electronic device, and a wavelength-selective heat radiation material for this purpose has been disclosed (see, for example, Patent Document 1).

また、過飽和固溶体を二相共存領域で時効処理したときに、スピノーダル分解により二相分離可能な合金基材を準備する工程と、この合金基材を二相共存領域で時効処理してスピノーダル分解させ、規則的に配列された第1の相と、第1の相の間に配列された第2の相とを形成する工程と、第2の相を所定の深さまで選択的に溶解除去して、第1の相を浮き上がらせる工程と、第2の相の溶解除去により浮き上がった第1の相を、超音波により物理的に除去する工程と、第1の相を超音波により物理的に除去した後、表面にある第1の相を選択的に溶解除去する工程と、を具備することを特徴とする波長選択性の熱放射または熱吸収材料の製造方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 Also disclosed is a method for producing a wavelength-selective heat emitting or absorbing material, which comprises the steps of: preparing an alloy substrate capable of being separated into two phases by spinodal decomposition when a supersaturated solid solution is aged in a two-phase coexistence region; aging the alloy substrate in a two-phase coexistence region to cause spinodal decomposition to form a regularly arranged first phase and a second phase arranged between the first phase; selectively dissolving and removing the second phase to a predetermined depth to lift up the first phase; physically removing the first phase lifted up by dissolving and removing the second phase with ultrasonic waves; and physically removing the first phase with ultrasonic waves and then selectively dissolving and removing the first phase on the surface. (See, for example, Patent Document 2.)

さらに、樹脂部材の赤外線透過波長域に対応する熱放射光を選択的に放射する波長選択性熱放射材料であって、波長選択性熱放射材料は周期的に繰り返されかつ格子状に二次元配列される矩形の開口を有する多数のマイクロキャビティが形成された熱放射面を有しており、そしてマイクロキャビティは、開口比a/Λ(a;開口径,Λ;開口の周期)が0.5~0.9の範囲であり、かつマイクロキャビティを区画するキャビティ壁上部の表面粗さRzが1μm以下であることを特徴とする波長選択性熱放射材料も開示されている(例えば、特許文献3参照)。 Furthermore, a wavelength-selective thermal radiation material that selectively emits thermal radiation light corresponding to the infrared transmission wavelength range of a resin member has been disclosed, the wavelength-selective thermal radiation material having a thermal radiation surface on which a large number of microcavities having rectangular openings that are periodically repeated and two-dimensionally arranged in a lattice pattern are formed, the microcavities having an opening ratio a/Λ (a: opening diameter, Λ: opening period) in the range of 0.5 to 0.9, and the surface roughness Rz of the upper part of the cavity wall that defines the microcavity being 1 μm or less (see, for example, Patent Document 3).

さらに、特定の光吸収帯を持つふく射性ガス分子を効率良く加熱するために用いられる波長選択性熱放射材料であって、平面上に周期的に繰り返される微細凹凸パターンを形成するように、実質的に二次元配列された多数のマイクロキャビティと、マイクロキャビティを覆う被覆層を有し、ふく射性ガス分子の特定の光吸収帯の波長領域に対応する熱ふく射電磁波を選択的に放射する熱放射面と、を具備することを特徴とする波長選択性熱放射材料も開示されている(例えば、特許文献4参照)。 Furthermore, a wavelength-selective thermal emission material has been disclosed that is used to efficiently heat radiative gas molecules having a specific light absorption band, and is characterized by having a large number of microcavities arranged substantially two-dimensionally so as to form a periodically repeated fine uneven pattern on a plane, and a thermal emission surface that has a coating layer that covers the microcavities and selectively emits thermal radiation electromagnetic waves that correspond to the wavelength region of the specific light absorption band of the radiative gas molecules (see, for example, Patent Document 4).

特開2010-27831号公報JP 2010-27831 A 特開2013-32570号公報JP 2013-32570 A WO2015/190163WO2015/190163 特開2004-238230号公報JP 2004-238230 A

特許文献1に記載の発明は、発熱源が特定の赤外線透過波長域を有する樹脂部材で覆われている電子機器において発熱源の放熱効率を向上させるために使用される波長選択性熱放射材料であり、基材としてはシリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体、タングステンやタンタルなどの高融点金属を用い、マイクロキャビティの表面物質としては白金、金、銀、銅やアルミニウムなどの電気伝導性に優れた金属膜を被覆層として形成することが開示されている。しかし、数値解析と実施例では、被覆層として白金膜を形成することは開示されているが、その厚みについては全く開示されていない。 The invention described in Patent Document 1 is a wavelength-selective heat radiation material used to improve the heat dissipation efficiency of a heat source in an electronic device in which the heat source is covered with a resin member having a specific infrared transmission wavelength range, and it is disclosed that elemental semiconductors such as silicon and germanium, and high-melting point metals such as tungsten and tantalum are used as the base material, and a metal film with excellent electrical conductivity such as platinum, gold, silver, copper or aluminum is formed as the surface material of the microcavity as a coating layer. However, while the numerical analysis and examples disclose the formation of a platinum film as the coating layer, there is no disclosure of its thickness.

特許文献2に記載の発明は、一定形状のマイクロキャビティを形成する場合に、通常行われているフォトリソプロセスとエッチングプロセスとの組み合わせ方式では工程が複雑で、コストアップになるという課題を有しており、これを解決するために規則的な構造を有する合金素材を用いてエッチング処理するだけでマイクロキャビティを形成することがポイントである。この合金素材は、電気伝導度が低く、赤外領域の反射が低くなるので、合金素材よりも電気伝導度が高い金属膜を被覆している。材料としては、白金などの貴金属、タングステン、タンタルなどの金属がよいとしており、その厚みは、最低でも電磁波の侵入深さ分は必要であるとしており、実施例では白金を100nm形成したことが開示されている。また、この合金素材を用いて波長選択型赤外放射体に要求される規則的な構造を量産レベルで安定に製造することは難しいという課題も有する。 The invention described in Patent Document 2 has the problem that when forming a microcavity of a certain shape, the process is complicated and costs increase when using the commonly used combination method of photolithography and etching processes. To solve this problem, the key point is to form a microcavity by simply etching an alloy material with a regular structure. This alloy material has low electrical conductivity and low reflection in the infrared region, so it is covered with a metal film with higher electrical conductivity than the alloy material. It is said that the material should be a precious metal such as platinum, or a metal such as tungsten or tantalum, and that the thickness must be at least the penetration depth of the electromagnetic waves. In the embodiment, it is disclosed that platinum was formed to a thickness of 100 nm. In addition, there is also the problem that it is difficult to stably manufacture the regular structure required for a wavelength-selective infrared radiator at a mass production level using this alloy material.

特許文献3に記載の発明は、基材として、(100)の結晶面の面積占有率が93%以上であるアルミニウム又はアルミニウムの合金の金属箔を用いて、異方性エッチングを行うことで、熱放射面に対し垂直に配向されたマイクロキャビティを容易に作製することが特徴である。基材としてアルミニウムを用いるため被覆層を形成していない。 The invention described in Patent Document 3 is characterized by the use of a metal foil of aluminum or an aluminum alloy, in which the area occupancy rate of the (100) crystal plane is 93% or more, as the substrate, and the use of anisotropic etching to easily fabricate microcavities oriented perpendicular to the heat radiation surface. Because aluminum is used as the substrate, no coating layer is formed.

特許文献4に記載の発明は、輻射性ガスを効率よく加熱するために、輻射性ガス分子の特定の光吸収体波長と実質的に同じ周期かまたは1μm短い周期に形成することで、対象ガスの光吸収体波長域で放射率を増加させることが特徴である。基材としてシリコンウエハを用いているので、被覆層は密着性増進のためにチタン薄膜を40nm形成した後に、白金薄膜を100nm形成しているが、被覆層の必要厚みについては開示されていない。 The invention described in Patent Document 4 is characterized by increasing the emissivity in the light absorber wavelength range of the target gas by forming the period to be substantially the same as or 1 μm shorter than the specific light absorber wavelength of the radiative gas molecules in order to efficiently heat the radiative gas. Since a silicon wafer is used as the substrate, the coating layer is formed by forming a 40 nm titanium thin film, followed by a 100 nm platinum thin film to improve adhesion, but the required thickness of the coating layer is not disclosed.

本発明は、特定の赤外線波長領域の放射率を向上させるために、キャビティ表面に形成する金属被膜を特定の厚みよりも薄くすることにより、隣接するキャビティ間との光干渉と基材自体の大きな放射率の効果を重畳させて全体として大きな放射率を有する波長選択型赤外放射制御部材を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a wavelength-selective infrared radiation control component that has a high overall emissivity by combining the effects of optical interference between adjacent cavities and the high emissivity of the substrate itself, by forming a metal coating on the cavity surface thinner than a specific thickness in order to improve the emissivity in a specific infrared wavelength range.

上記従来の課題を解決するために本発明の波長選択型赤外放射制御部材は、あらかじめ設定した波長範囲の赤外線を選択的に放射する波長選択型赤外放射制御部材であって、半導体材料または誘電体材料からなる基材の一方の面に、設定された開口形状と開口深さを有する多数のキャビティが設定された配置構成で2次元に配置され、キャビティとキャビティが形成された表面は、赤外領域の放射率が基材よりも小さな金属被膜が形成されており、キャビティが形成された表面に形成された金属被膜は、その表皮深さ以上で、かつ、表皮深さの3.5倍以下の厚みとし、キャビティに形成された金属被膜は、キャビティが形成された表面に形成された金属被膜の厚み以下としたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the wavelength-selective infrared radiation control member of the present invention is a wavelength-selective infrared radiation control member that selectively emits infrared radiation in a preset wavelength range, and is characterized in that a large number of cavities having a preset opening shape and opening depth are arranged two-dimensionally in a preset configuration on one side of a substrate made of a semiconductor material or a dielectric material, the cavities and the surface on which the cavities are formed are formed with a metal coating having an emissivity in the infrared region lower than that of the substrate, the metal coating formed on the surface on which the cavities are formed has a thickness equal to or greater than the skin depth and equal to or less than 3.5 times the skin depth, and the metal coating formed on the cavities has a thickness equal to or less than the thickness of the metal coating formed on the surface on which the cavities are formed.

このような構成とすることにより、表面の金属被膜の赤外線に対する遮蔽能力を低くして、隣接するキャビティとの光干渉や基材の大きな放射率も活用するようにし、キャビティからの放射率だけでなく、光干渉の放射率と基材の放射率とを相乗して結果的に大きな放射率を実現できる。 By using this type of configuration, the infrared shielding ability of the metal coating on the surface is reduced, and the optical interference with adjacent cavities and the large emissivity of the substrate are utilized. As a result, a large emissivity can be achieved by synergizing not only the emissivity from the cavity, but also the emissivity of the optical interference and the emissivity of the substrate.

なお、放射率は、その物体の放射(および吸収)の能率を表す尺度で、0から黒体の値である1の間の値をとる。全波長についての比率を全放射率、特定波長における比率を分光放射率という。本発明でいう放射率は、分光放射率である。また、放射率は物体の材質、表面状態(酸化、汚れ等)、表面形状(粗さ、凹凸)、温度により変化することが知られている。さらに、表皮深さとは、ある材質に入射した電磁界が1/に減衰する距離のことをいう。金属は負誘電体であるので、表皮深さは下記の数式で求められる。
Emissivity is a measure of the efficiency of radiation (and absorption) of an object, and takes values between 0 and 1, the value for a black body. The ratio for all wavelengths is called total emissivity, and the ratio for a specific wavelength is called spectral emissivity. The emissivity referred to in this invention is spectral emissivity. It is also known that emissivity varies depending on the material of the object, the surface condition (oxidation, dirt, etc.), the surface shape (roughness, unevenness), and the temperature. Furthermore, skin depth refers to the distance at which an electromagnetic field incident on a certain material attenuates to 1/ e . Since metals are negative dielectrics, the skin depth can be calculated using the following formula.

本発明では、封止樹脂部材の透過波長帯域である約3.5~5.6μmで赤外線を効率よく放射させる波長選択型赤外放射制御部材を主とする。そこで、波長を5μmとし、金属被膜の材料としてアルミニウム(Al)を用いた場合、表皮深さは17.2nmである。表皮深さの厚みを形成した場合には、電磁波のエネルギーが1/ε、すなわち-8.7dB減衰する。電磁波シールド性能の目安としては、-30dBとすることがより好ましいので、この場合には表皮深さの3.5倍の厚み、すなわちAlでは60.4nmとなる。これ以上の厚みを形成すればさらに電磁波シールド性能が大きくなるが、本発明では電磁波シールド性能を少し小さくすることで、キャビティからの放射率だけでなく、光干渉の放射率と基材の放射率とを相乗して結果的に大きな放射率を実現しようとするものである。このため、金属被膜の厚みとしては少なくとも表皮深さの3.5倍以下とすることが好ましい。一方、金属被膜が薄い場合には、波長選択性が低下する。これを回避するためには、少なくとも表皮深さ以上にすることが好ましい。Alについてみると、表皮深さである17.2nm以上で、表皮深さの60.4nm以下とすることが好ましい。 In the present invention, the wavelength-selective infrared radiation control member is mainly for efficiently radiating infrared rays in the transmission wavelength band of the sealing resin member, which is about 3.5 to 5.6 μm. Therefore, when the wavelength is set to 5 μm and aluminum (Al) is used as the material of the metal coating, the skin depth is 17.2 nm. When the thickness of the skin depth is formed, the energy of the electromagnetic wave is attenuated by 1/ε, that is, -8.7 dB. As a guideline for electromagnetic wave shielding performance, it is more preferable to set it to -30 dB, so in this case, the thickness is 3.5 times the skin depth, that is, 60.4 nm for Al. If the thickness is formed more than this, the electromagnetic wave shielding performance will be even greater, but in the present invention, by slightly reducing the electromagnetic wave shielding performance, it is intended to achieve a large emissivity by synergizing not only the emissivity from the cavity but also the emissivity of the light interference and the emissivity of the base material. For this reason, it is preferable that the thickness of the metal coating is at least 3.5 times the skin depth. On the other hand, if the metal coating is thin, the wavelength selectivity decreases. To avoid this, it is preferable to set it at least equal to or greater than the skin depth. For Al, it is preferable to set it to equal to or greater than the skin depth of 17.2 nm and equal to or less than the skin depth of 60.4 nm.

上記構成において、キャビティは、開口形状と開口深さとの比であるアスペクト比が少なくとも1以上であり、かつ、キャビティに隣接する複数の他のキャビティとのそれぞれの中心間距離が少なくとも一つは異なるように配置されていてもよい。 In the above configuration, the cavity may have an aspect ratio, which is the ratio between the opening shape and the opening depth, of at least 1, and may be arranged such that the center-to-center distance between the cavity and a plurality of other cavities adjacent to the cavity differs by at least one.

なお、キャビティは電磁場の共振器として作用すると考えられる。共振条件では入射電磁波の吸収率が増大するので、輻射増大が生じる。したがって、アスペクト比が1より小さいと共振器としての作用が生じにくいので好ましくない。アスペクト比は大きいほうがよいが、開口形状の開口径の目標値は約3μmであるので、アスペクト比が2より大きくしようとすると、キャビティ形成のエッチング加工時にサイドエッチングが大きくなり、開口形状の開口径の精度が低下する。したがって、アスペクト比は1以上で、2以下が好ましい。ただし、エッチング加工においてサイドエッチングを生じさせないようにできれば、2より大きくしても構わない。なお、開口形状の開口径は、四角形の場合には幅、円形の場合には直径をいう。以下では、開口径を開口形状とよぶ場合がある。 The cavity is considered to act as a resonator of the electromagnetic field. Under resonance conditions, the absorption rate of the incident electromagnetic wave increases, resulting in increased radiation. Therefore, an aspect ratio smaller than 1 is not preferable because it is difficult to function as a resonator. A larger aspect ratio is better, but since the target value of the aperture diameter of the aperture shape is about 3 μm, if the aspect ratio is attempted to be larger than 2, side etching will become large during the etching process to form the cavity, and the accuracy of the aperture diameter of the aperture shape will decrease. Therefore, the aspect ratio is preferably 1 or more and 2 or less. However, it may be larger than 2 if side etching can be prevented from occurring during the etching process. The aperture diameter of the aperture shape refers to the width in the case of a square, and the diameter in the case of a circle. In the following, the aperture diameter may be referred to as the aperture shape.

このような配置構成とすることにより、一部で周期的な配列の乱れが生じ、その結果として波長と放射率が異なる複数の放射波が現出し、それらが重畳することにより、必要とする赤外線波長領域である3.5~5.6μmの積分放射率を大きくすることができる。なお、積分放射率とは、本発明では3.5~5.6μmの波長範囲における放射率を積算した値、すなわち3.5~5.6μmの範囲の放射率面積をいう。 By configuring in this way, periodic disturbances occur in some areas, resulting in the emergence of multiple radiation waves with different wavelengths and emissivity, which are superimposed to increase the integral emissivity in the required infrared wavelength range of 3.5 to 5.6 μm. In this invention, the integral emissivity refers to the integrated value of the emissivity in the wavelength range of 3.5 to 5.6 μm, i.e., the emissivity area in the range of 3.5 to 5.6 μm.

上記構成において、キャビティは、開口形状と開口深さとの比であるアスペクト比が少なくとも1以上であり、かつ、キャビティは同一の周期で配置されていてもよい。このような配置構成とすることにより、多数のキャビティは2次元的に一定の周期で配置されるので、特定の波長の放射ピーク強度を大きくすることができる。 In the above configuration, the aspect ratio of the cavity, which is the ratio between the opening shape and the opening depth, is at least 1, and the cavities may be arranged at the same period. By using such an arrangement, a large number of cavities are arranged two-dimensionally at a constant period, so that the radiation peak intensity of a specific wavelength can be increased.

上記構成において、半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素、および、ガリウムひ素から選択された単結晶、多結晶または非晶質材料であってもよい。また、半導体材料は、平滑面を有する基板上に、少なくとも開口深さ以上の厚みで成膜されたものであってもよい。 In the above configuration, the semiconductor material may be a single crystal, polycrystalline, or amorphous material selected from silicon, germanium, silicon carbide, and gallium arsenide. The semiconductor material may also be a film formed on a substrate having a smooth surface to a thickness at least equal to or greater than the opening depth.

シリコンやゲルマニウムなどの半導体材料の放射率は大きいので、本発明の金属被膜を薄くすることで基材からの放射も有効に利用できる。なお、波長が0.9μmの場合、シリコンの放射率は0.69~0.71、ゲルマニウムの放射率は0.6、炭化ケイ素の放射率は0.80~0.83、ガリウムひ素の放射率は0.68である。ただし、放射率は表面状態に大きく影響されるのでこれらの値は参考値である。 Since semiconductor materials such as silicon and germanium have high emissivity, by making the metal coating of the present invention thin, radiation from the base material can also be effectively utilized. When the wavelength is 0.9 μm, the emissivity of silicon is 0.69 to 0.71, the emissivity of germanium is 0.6, the emissivity of silicon carbide is 0.80 to 0.83, and the emissivity of gallium arsenide is 0.68. However, emissivity is greatly affected by the surface condition, so these values are for reference only.

半導体材料としては、単結晶、多結晶または非晶質でもよく、単結晶の場合には集積回路製造に用いるウエハを用いればよい。また、多結晶の場合には、太陽電池などに用いられているウエハを用いてもよいし、ガラス基板や石英基板上に少なくとも開口深さ以上の膜厚で形成してもよい。また、膜生成において、必ずしも多結晶化することは必要なく、非晶質であってもよいし、非晶質と多結晶との混在状態でもよい。膜生成は、例えばスパッタリングやCVDなどの既存の成膜方法を使うことができる。基板としても、ガラス基板や石英基板に限定されることはなく、例えば平滑面を有するポリイミドシート上に形成してもよい。 The semiconductor material may be single crystal, polycrystalline, or amorphous. In the case of single crystal, a wafer used in integrated circuit manufacturing may be used. In the case of polycrystal, a wafer used in solar cells may be used, or the film may be formed on a glass substrate or a quartz substrate with a thickness at least equal to the opening depth. In film formation, it is not necessary to make the film polycrystallized, and the film may be amorphous or may be a mixture of amorphous and polycrystalline. The film may be formed by existing film formation methods such as sputtering or CVD. The substrate is not limited to a glass substrate or a quartz substrate, and may be formed on a polyimide sheet having a smooth surface, for example.

このような材料を用いることにより、放射率が大きく、かつ大面積で平滑な基板を容易に得ることができ、かつキャビティ形成のためのフォトリソプロセスとエッチングプロセスとを確実に行うことができる。 By using such materials, it is possible to easily obtain a large, smooth substrate with high emissivity, and the photolithography and etching processes for cavity formation can be carried out reliably.

また、半導体材料を成膜する場合、キャビティの開口深さ以上の厚みとすることが好ましい。このような厚みにすれば、エッチングによりキャビティを形成するときに、キャビティは半導体材料内のみで形成される。したがって、単結晶の半導体材料を用いた場合と同じ特性を得ることができる。一方、ガラス基板や石英基板上に半導体材料を成膜すれば、単結晶の半導体材料に比べて安価にすることができる。 When forming a film of semiconductor material, it is preferable to make the thickness equal to or greater than the opening depth of the cavity. With such a thickness, when the cavity is formed by etching, it is formed only within the semiconductor material. Therefore, it is possible to obtain the same characteristics as when a single crystal semiconductor material is used. On the other hand, if a semiconductor material is formed on a glass substrate or a quartz substrate, it can be made less expensive than single crystal semiconductor material.

上記構成において、誘電体材料は、樹脂材料またはセラミック材料であってもよい。また、樹脂材料は、平滑面を有する基板上に少なくともキャビティの開口深さ以上の厚みで形成されたものであってもよい。 In the above configuration, the dielectric material may be a resin material or a ceramic material. The resin material may be formed on a substrate having a smooth surface to a thickness at least equal to or greater than the opening depth of the cavity.

樹脂材料は選択放射体であり、特定の波長で透過と吸収(放射)が大きく変化する。吸収(放射)が大きい波長で測定すると放射率は大きい。樹脂材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂等を用いることができる。また、セラミック材料としてはアルミナ(放射率:0.9)、マグネシア(放射率:0.91)や窒化ケイ素(放射率:0.89)等の焼結材あるいはCVDなどにより形成した成膜材あるいはバルク材を用いることができる。 Resin materials are selective emitters, and their transmission and absorption (radiation) change significantly at specific wavelengths. When measured at wavelengths where absorption (radiation) is high, the emissivity is high. Examples of resin materials that can be used include polyethylene terephthalate resin, polycarbonate resin, ABS resin, acrylic resin, polyvinyl chloride resin, and polyester resin. Examples of ceramic materials that can be used include sintered materials such as alumina (emissivity: 0.9), magnesia (emissivity: 0.91), and silicon nitride (emissivity: 0.89), as well as film-formed materials or bulk materials formed by CVD, etc.

樹脂材料の場合、ガラス基板や石英基板あるいはアルミニウム箔など平滑面を有する基板上に少なくともキャビティの開口深さ以上の厚みで形成すれば、キャビティは樹脂材料のみで形成できるので、エッチング加工が容易になる。なお、樹脂材料を所定の厚みで形成するのは、例えばロールコータを用いれば容易に行える。
上記構成において、キャビティは、多角形状または円形状、あるいは、多角形状と円形状との組み合わせからなるものであってもよい。
In the case of resin materials, if a resin material is formed on a substrate having a smooth surface such as a glass substrate, a quartz substrate, or an aluminum foil to a thickness at least equal to the opening depth of the cavity, the cavity can be formed only from the resin material, which makes etching easy. Note that forming the resin material to a predetermined thickness can be easily performed by using, for example, a roll coater.
In the above configuration, the cavity may be polygonal or circular, or may be a combination of a polygonal shape and a circular shape.

本発明は、3.5~5.6μmの範囲の波長における放射強度の積分値、すなわち積分放射率を大きくすることを目的の一つとしている。大きさの異なる多角形の組み合わせ、大きさの異なる円形の組み合わせ、多角形と円形との組み合わせとすれば、それぞれの形状により放射強度のピーク値が異なるので、これらを積算した積算放射率を大きくすることができる。なお、単一の多角形状や単一の円形状を用いてもよい。 One of the objectives of the present invention is to increase the integral value of radiation intensity in the wavelength range of 3.5 to 5.6 μm, i.e., the integral emissivity. By combining polygons of different sizes, combining circles of different sizes, or combining a polygon and a circle, the peak value of the radiation intensity differs depending on each shape, so the integrated integrated emissivity of these can be increased. Note that a single polygonal shape or a single circular shape may also be used.

上記構成において、発熱源を有する電子回路部が、特定の赤外線波長域で透過率の高い領域を有する封止樹脂部材により封止してなる電子機器に用いるものであって、電子回路部と封止樹脂部材との間に配置され、封止樹脂部材の特定の赤外線透過波長域を選択的に放射するように、キャビティ形状と配置構成とを設定してもよい。 The above configuration may be used in an electronic device in which an electronic circuit section having a heat source is sealed with a sealing resin member having an area with high transmittance in a specific infrared wavelength range, and the cavity shape and configuration may be set so that the cavity is disposed between the electronic circuit section and the sealing resin member and selectively radiates the specific infrared transmission wavelength range of the sealing resin member.

例えば、CPUなどは高機能化するに伴い単位体積当たりの発熱量が大きくなっている。このパッケージは通常樹脂封止されているので、封止樹脂部材を介して熱伝導による放熱が難しい。このような電子回路部と封止樹脂部材との間に、本発明の波長選択型赤外放射制御部材を配置すれば、封止樹脂部材の透過率の高い領域からの外部への放射を大きくでき、輻射による放熱効果を高めることができる。 For example, as the functionality of CPUs and other devices increases, the amount of heat generated per unit volume increases. Because these packages are usually sealed with resin, it is difficult to dissipate heat by thermal conduction through the sealing resin material. By placing the wavelength-selective infrared radiation control member of the present invention between such an electronic circuit section and the sealing resin material, it is possible to increase the radiation to the outside from the highly transmittance areas of the sealing resin material, thereby improving the heat dissipation effect by radiation.

つぎに、本発明の電子機器は、発熱源を有する電子回路部が、特定の赤外線波長域で透過率の高い領域を有する封止樹脂部材で封止してなる電子機器であって、電子回路部と封止樹脂部材との間に配置され、封止樹脂部材の特定の赤外線透過波長域を選択的に放射する波長選択型赤外線放射シートとを含み、波長選択型赤外線放射シートが上記記載の波長選択型赤外放射制御部材であることを特徴とする。 The electronic device of the present invention is an electronic device in which an electronic circuit section having a heat source is sealed with a sealing resin member having an area with high transmittance in a specific infrared wavelength range, and includes a wavelength-selective infrared radiation sheet that is disposed between the electronic circuit section and the sealing resin member and selectively radiates the specific infrared transmission wavelength range of the sealing resin member, and is characterized in that the wavelength-selective infrared radiation sheet is the wavelength-selective infrared radiation control member described above.

例えば、CPUなどは高機能化するに伴い単位体積当たりの発熱量が大きくなっており、このような電子回路部を含む電子機器の放熱対策が求められている。これらの電子機器は通常樹脂封止されており、封止樹脂部材を介して熱伝導による放熱が難しい。このような電子回路部と封止樹脂との間に、本発明の波長選択型赤外放射制御部材を配置すれば、封止樹脂部材の透過率の高い領域からの外部への放射を大きくでき、輻射による放熱効果を高めた電子機器を実現することができる。 For example, as the functionality of CPUs and the like increases, the amount of heat generated per unit volume increases, and heat dissipation measures are required for electronic devices that include such electronic circuitry. These electronic devices are usually sealed with resin, making it difficult to dissipate heat by thermal conduction through the sealing resin material. By placing the wavelength-selective infrared radiation control member of the present invention between such electronic circuitry and the sealing resin, it is possible to increase the radiation to the outside from the highly transmittance areas of the sealing resin material, thereby realizing electronic devices with improved heat dissipation effects through radiation.

本発明の波長選択型赤外放射制御部材は、発熱部を有する電子回路部が設けられた電子機器の発熱源からの熱を封止樹脂の赤外線透過帯域を介して放射により放熱して冷却することができ、半導体装置分野に大きな効果を奏する。 The wavelength-selective infrared radiation control member of the present invention can dissipate heat from a heat source of an electronic device that has an electronic circuit section with a heat generating section by radiating it through the infrared transmission band of the sealing resin, thereby cooling it, and is highly effective in the field of semiconductor devices.

本発明の第1の実施の形態にかかる波長選択型赤外放射制御部材の概略構成を示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)のX-X線に沿った断面図である。1A and 1B are diagrams showing a schematic configuration of a wavelength-selective infrared radiation control member according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a sectional view taken along line XX of (a). 第1の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材について、円形の開口形状を有し、キャビティに隣接する複数の他のキャビティとのそれぞれの中心間距離が少なくとも一つは異なるように配列した波長選択型赤外放射制御部材と一定の周期で配列した波長選択型赤外放射制御部材との放射率特性を比較した図である。FIG. 11 is a diagram comparing the emissivity characteristics of a wavelength-selective infrared radiation control member according to the first embodiment, which has a circular opening shape and is arranged so that at least one of the center-to-center distances between a cavity and a plurality of other cavities adjacent to the cavity is different, and a wavelength-selective infrared radiation control member which is arranged at a constant period. 第1の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材について、周期配列とランダム配列Aおよびランダム配列Bの配列状態を示す図である。3A to 3C are diagrams showing the arrangement states of a periodic array, a random array A, and a random array B for a wavelength-selective infrared radiation control member according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材について、図3の周期配列構成において、キャビティを形成する表面の金属膜の厚みを変化させて放射率特性を調べた結果である。The graph shows the results of investigating the emissivity characteristics of the wavelength-selective infrared radiation control member according to the first embodiment by changing the thickness of the metal film on the surface forming the cavity in the periodic array configuration of FIG. 第1の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材について、図3のランダム配列Bの構成において、キャビティを形成する表面の金属膜の厚みを変化させて放射率特性を調べた結果である。The wavelength-selective infrared radiation control member according to the first embodiment has a random arrangement B configuration as shown in FIG. 3. The thickness of the metal film on the surface forming the cavity is changed, and the emissivity characteristics are examined. 第1の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材について、開口形状を四角形として周期を5μmとして周期配列した場合のAl膜厚による放射率特性を調べた結果である。13 shows the results of investigating the emissivity characteristics as a function of the Al film thickness when the wavelength-selective infrared radiation control member according to the first embodiment has rectangular openings arranged periodically with a period of 5 μm. 第1の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材について、開口形状を円形として仮想円の周期を5μmとし、かつ、周期配列した場合のAl膜厚による放射率特性を調べた結果である。The wavelength-selective infrared radiation control member according to the first embodiment has circular openings with a period of 5 μm between the imaginary circles, and is arranged periodically. The results show the emissivity characteristics as a function of the Al film thickness. 第1の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材について、図6と図7に用いた試料の開口形状を示すSEM像である。8 is a SEM image showing the shape of an opening of the sample used in FIG. 6 and FIG. 7 for the wavelength-selective infrared radiation control member according to the first embodiment. 第2の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材の断面概略図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a wavelength-selective infrared radiation control member according to a second embodiment. 第3の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材についての製造工程を説明するための断面概略図である。13A to 13C are schematic cross-sectional views for explaining a manufacturing process for a wavelength-selective infrared radiation control member according to a third embodiment. 本発明の電子機器の構造を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a structure of an electronic device of the present invention.

(第1の実施の形態) (First embodiment)

以下、本発明の第1の実施の形態の波長選択型赤外放射制御部材について図面を用いながら説明する。図1は、本発明の波長選択型赤外放射制御部材1の概略構成を示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)のX-X線に沿った断面図である。なお、図1は模式図であり平面図と断面図とは必ずしも正確に一致するようには記載されていない。 The wavelength-selective infrared radiation control member according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a wavelength-selective infrared radiation control member 1 according to the present invention, where (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line X-X in (a). Note that FIG. 1 is a schematic view, and the plan view and the cross-sectional view are not necessarily drawn to exactly match each other.

本発明の波長選択型赤外放射制御部材1は、あらかじめ設定した波長範囲の赤外線を選択的に放射する波長選択型赤外放射制御部材であって、半導体材料または誘電体材料からなる基材2の一方の面に、設定された開口形状Wと開口深さDを有する多数のキャビティ4a、4b、4c、4d、4e、4fが設定された配置構成で2次元に配置されている。キャビティ4a、4b、4c、4d、4e、4fと、キャビティ4a、4b、4c、4d、4e、4fが形成された表面5a、5b、5c、5d、5eは、赤外領域の放射率が基材よりも小さな金属被膜3a、3bが形成されている。キャビティ4a、4b、4c、4d、4e、4fが形成された表面5a、5b、5c、5d、5eに形成された金属被膜3aは、その表皮深さ以上で、かつ、表皮深さの3.5倍以下の厚みである。一方、キャビティ4a、4b、4c、4d、4e、4fに形成された金属被膜3bは、キャビティ4a、4b、4c、4d、4e、4fが形成された表面5a、5b、5c、5d、5eに形成された金属被膜の厚み以下としている。 The wavelength-selective infrared radiation control member 1 of the present invention is a wavelength-selective infrared radiation control member that selectively emits infrared rays in a preset wavelength range, and has a number of cavities 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f having a set opening shape W and opening depth D arranged two-dimensionally in a set arrangement configuration on one surface of a substrate 2 made of a semiconductor material or a dielectric material. Metal coatings 3a, 3b having a lower emissivity in the infrared region than the substrate are formed on the cavities 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f and the surfaces 5a, 5b, 5c, 5d, 5e on which the cavities 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f are formed. The metal coating 3a formed on the surfaces 5a, 5b, 5c, 5d, 5e on which the cavities 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f are formed has a thickness that is equal to or greater than the skin depth and is 3.5 times the skin depth or less. On the other hand, the metal coating 3b formed on the cavities 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, and 4f is made to be equal to or less in thickness than the metal coating formed on the surfaces 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e on which the cavities 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, and 4f are formed.

なお、上記説明ではX-X線に沿った断面図に記載したキャビティとキャビティが形成された表面およびそれに形成された金属被膜のみについて説明したが、図1(a)からわかるようにキャビティは全面に多数配列されている。 In the above explanation, only the cavities shown in the cross-sectional view along line X-X, the surface on which the cavities are formed, and the metal coating formed thereon are described, but as can be seen from Figure 1(a), numerous cavities are arranged over the entire surface.

本実施の形態では、キャビティは、開口形状Wと開口深さDとの比であるアスペクト比が少なくとも1以上であり、かつ、キャビティに隣接する複数の他のキャビティとのそれぞれの中心間距離が少なくとも一つは異なるように配置されている。例えば、図1(a)のキャビティ4gに注目すると、このキャビティ4gに隣接するキャビティ4h、4i、4j、4k、4lおよび4mの内、キャビティ4mとキャビティ4gとの中心間距離は他のキャビティとの中心間距離よりも小さく設定されている。他のキャビティに注目してもそれに隣接するキャビティのうち少なくとも一つは中心間距離が異なるように配列されている。
本実施の形態では、基材2として半導体材料であるシリコン基板を用いた。図1(b)に示す形状を作製する手順を以下に述べる。
In this embodiment, the cavity has an aspect ratio, which is the ratio between the opening shape W and the opening depth D, of at least 1, and is arranged such that at least one of the center-to-center distances between the cavity and a plurality of other cavities adjacent to the cavity is different. For example, when focusing on cavity 4g in Fig. 1(a), among cavities 4h, 4i, 4j, 4k, 4l, and 4m adjacent to cavity 4g, the center-to-center distance between cavity 4m and cavity 4g is set to be smaller than the center-to-center distance between the other cavities. When focusing on the other cavities, at least one of the adjacent cavities is arranged such that the center-to-center distance is different.
In this embodiment, a silicon substrate, which is a semiconductor material, is used as the base material 2. The procedure for fabricating the shape shown in FIG.

シリコン基板の表面にフォトレジストを塗布する。フォトレジストの塗布は一般的にスピンコーティングが用いられている。本実施の形態でもスピンコーティングを用いた。 Photoresist is applied to the surface of the silicon substrate. Spin coating is generally used to apply photoresist. Spin coating was also used in this embodiment.

つぎに、隣接間のキャビティのうち少なくとも一つの中心間距離を異ならせたフォトマスクを用意する。このフォトマスクを用いて露光する。開口形状Wは3μmを目標としているので、ステッパーを用いた。なお、本実施の形態では、円形の開口形状、四角形の開口形状で、かつ、種々の大きさの開口形状を有する波長選択型赤外放射制御部材を作製した。このために、フォトマスクも種々の形状のものを作製した。 Next, a photomask is prepared in which the center distance of at least one of the adjacent cavities is made different. Exposure is performed using this photomask. Since the target opening shape W is 3 μm, a stepper is used. Note that in this embodiment, wavelength-selective infrared radiation control members having circular and rectangular opening shapes, as well as opening shapes of various sizes, were produced. For this purpose, photomasks of various shapes were also produced.

所定時間露光後、現像処理することによりフォトレジストの所定箇所が現像されてシリコン基板表面が露出する。このようにしたシリコン基板をドライエッチング装置で異方性ドライエッチングを行った。これにより所定の開口形状Wを有し、所定の深さを有するキャビティが多数配列された構造を得た。その後、フォトレジストを除去し、洗浄後、スパッタリング装置に投入して例えばAlを所定厚み形成した。このようにして所定の開口形状Wを有し、所定の深さDのキャビティが多数配列された波長選択型赤外放射部材1を得た。 After exposure for a predetermined time, a development process is performed to develop predetermined locations of the photoresist, exposing the surface of the silicon substrate. The silicon substrate thus prepared is subjected to anisotropic dry etching using a dry etching device. This results in a structure in which a large number of cavities having a predetermined opening shape W and a predetermined depth are arranged. The photoresist is then removed, and after cleaning, the substrate is placed in a sputtering device to form, for example, Al to a predetermined thickness. In this way, a wavelength-selective infrared radiation component 1 is obtained in which a large number of cavities having a predetermined opening shape W and a predetermined depth D are arranged.

なお、成膜をスパッタリングにより行うと、キャビティが形成された表面に形成された金属被膜の厚みに対して、キャビティに形成された金属被膜の厚みは約0.5~1の範囲にすることができる。また、開口形状Wと深さDとは厳密には金属被膜が形成された後の形状であるが、エッチングで開口するキャビティは約3μmであり、金属被膜は約50nmであるので、金属被膜の厚み分はほぼ無視できる。成膜方式はスパッタリングに限定されることはなく、例えばMOCVD方式でもよいし、あるいは無電解メッキ方式でもよい。これらの方式の場合には、キャビティが形成された表面に形成された金属被膜の厚みに対して、キャビティに形成された金属被膜の厚みはほぼ同じか、あるいはやや小さな厚みにすることができる。すなわち、約0.8~1の範囲にすることができる。
つぎに、金属被膜としてAlを用い、種々の膜厚および開口形状などを変化させて作製した波長選択型赤外放射制御部材の放射率特性について説明する。
In addition, when the film is formed by sputtering, the thickness of the metal film formed on the cavity can be in the range of about 0.5 to 1 with respect to the thickness of the metal film formed on the surface on which the cavity is formed. Furthermore, strictly speaking, the opening shape W and the depth D are the shapes after the metal film is formed, but the cavity opened by etching is about 3 μm and the metal film is about 50 nm, so the thickness of the metal film can be almost negligible. The film formation method is not limited to sputtering, and may be, for example, an MOCVD method or an electroless plating method. In these methods, the thickness of the metal film formed on the cavity can be almost the same as or slightly smaller than the thickness of the metal film formed on the surface on which the cavity is formed. That is, it can be in the range of about 0.8 to 1.
Next, the emissivity characteristics of wavelength-selective infrared radiation control members fabricated using Al as the metal coating and varying the film thickness and opening shape will be described.

図2は、円形の開口形状Wを有し、キャビティに隣接する複数の他のキャビティとのそれぞれの中心間距離が少なくとも一つは異なるように配列した波長選択型赤外放射制御部材と一定の周期で配列した波長選択型赤外放射制御部材とのそれぞれの放射率を比較した図である。異なるように配列した構成を以下ではランダム配列とよぶことにする。
図3は、周期配列とランダム配列Aおよびランダム配列Bの配列状態を示す図である。
2 is a diagram comparing the emissivity of a wavelength-selective infrared radiation control member having a circular opening shape W, arranged so that at least one of the center distances between a cavity and a plurality of other adjacent cavities is different, and a wavelength-selective infrared radiation control member arranged at a constant period. The configuration in which the cavities are arranged differently will be referred to as a random arrangement below.
FIG. 3 is a diagram showing the arrangement states of a periodic array, a random array A, and a random array B.

周期配列は、円形の開口形状Wを3μmとし、中心間距離を5μmとして配列した。この配列は、直径が5μmの仮想円を稠密状態で配列し、その仮想円と同心で3μmの円形の開口形状を配列すれば得られる。 The periodic array was made with a circular opening shape W of 3 μm and a center-to-center distance of 5 μm. This array was obtained by arranging imaginary circles with a diameter of 5 μm in a dense state, and then arranging circular opening shapes of 3 μm concentrically with the imaginary circles.

ランダム配列Aは、円形の開口形状は同じく3μmである。配列方法は、直径が5μmの仮想円を稠密状態で配列し、この仮想円内にさらに直径が4μmの第2仮想円を同心で配列し、この第2仮想円に対して円形の開口形状を、第2仮想円からはみ出さない範囲で離心させて配列してなる。 In the random array A, the circular opening shape is also 3 μm. The array method is to arrange imaginary circles with a diameter of 5 μm in a dense state, and then arrange a second imaginary circle with a diameter of 4 μm concentrically within this imaginary circle, and arrange the circular opening shape eccentrically relative to this second imaginary circle within a range that does not protrude from the second imaginary circle.

ランダム配列Bは、円形の開口形状は同じく3μmである。配列方法は、直径が5μmの仮想円を稠密状態で配列し、この仮想円に対して円形の開口形状を、仮想円からはみ出さない範囲で離心させて配列してなる。図3からもわかるように、ランダム配列Bはランダム配列Aよりもランダム性が高い配列である。 In random array B, the circular opening shape is also 3 μm. The arrangement method is to arrange imaginary circles with a diameter of 5 μm in a dense state, and arrange the circular opening shapes off-center with respect to the imaginary circles, but within a range that does not extend beyond the imaginary circles. As can be seen from Figure 3, random array B is an arrangement with a higher degree of randomness than random array A.

配列方法の説明からわかるように、5μmの仮想円を稠密に配列して、その中に3μmの円形の開口形状を配列しているのはすべて同じである。したがって、同一面積中のキャビティの個数はすべて同じである。 As can be seen from the explanation of the arrangement method, they are all the same in that 5 μm imaginary circles are densely arranged with 3 μm circular opening shapes arranged within them. Therefore, the number of cavities in the same area is all the same.

図2の放射率特性をみると、周期配列のピーク波長は4.9μm、ピーク強度は69.1である。一方、ランダム配列Aのピーク波長は同じく4.9μm、ピーク強度は67.0である。また、ランダム配列Bのピーク波長は同じく4.9μm、ピーク強度は61.4である。ピーク強度についてみると、周期配列が最も大きくなることがわかった。しかし、封止樹脂部材の赤外線透過波長帯域である3.5~5.6μの範囲についての積分放射率を求めると、周期配列は3365、ランダム配列Aは3390であるのに対して、ランダム配列Bは3598であった。この結果からみると、実質的に赤外線を放射することによる冷却効果は、ランダム配列Bのほうがよいことがわかった。これは、ランダム配列Bの場合には、ピーク強度は小さくなるが、3.5~5.6μmの波長範囲で幅広く放射率が他よりも大きくなることによる。 Looking at the emissivity characteristics in Figure 2, the periodic array has a peak wavelength of 4.9 μm and a peak intensity of 69.1. Meanwhile, the random array A has a peak wavelength of 4.9 μm and a peak intensity of 67.0. The random array B also has a peak wavelength of 4.9 μm and a peak intensity of 61.4. Looking at the peak intensity, it was found that the periodic array has the largest emissivity. However, when the integrated emissivity was calculated for the range of 3.5 to 5.6 μm, which is the infrared transmission wavelength band of the sealing resin material, the periodic array had an integrated emissivity of 3365, the random array A had an integrated emissivity of 3390, and the random array B had an integrated emissivity of 3598. Looking at these results, it was found that the random array B has a better cooling effect by emitting infrared rays. This is because the peak intensity is smaller in the case of the random array B, but the emissivity is higher than the others in a wide range of wavelengths from 3.5 to 5.6 μm.

図4は、図3の周期配列構成において、キャビティを形成する表面の金属膜の厚みを変化させて放射率特性を調べた結果である。金属膜としては、Alを用いてスパッタリングにより形成した。開口形状Wは3μm、開口深さDは3.3μm、周期配列の周期は5μmである。図からわかるように、Al膜を形成しない場合とAl膜を12nm形成した場合には、明確なピークが得られず、波長選択型赤外放射制御部材としては使用できないことがわかった。Al膜厚を25nmおよび50nmとした場合には、ピーク波長は同じ4.9μmであり、積分放射率も25nmでは4307、50nmでは5096と大きな値が得られた。一方、Al膜厚を100nmとした場合には、ピーク波長はほぼ同じであるが、ピーク強度は小さくなった。さらに、積分放射率は3365となり、25nmと50nmとに比べて小さな結果が得られた。 Figure 4 shows the results of investigating the emissivity characteristics by changing the thickness of the metal film on the surface forming the cavity in the periodic array configuration of Figure 3. The metal film was formed by sputtering using Al. The opening shape W was 3 μm, the opening depth D was 3.3 μm, and the period of the periodic array was 5 μm. As can be seen from the figure, no clear peak was obtained when no Al film was formed and when an Al film was formed to a thickness of 12 nm, and it was found that it cannot be used as a wavelength-selective infrared radiation control member. When the Al film thickness was 25 nm and 50 nm, the peak wavelength was the same 4.9 μm, and the integrated emissivity was also large, 4307 at 25 nm and 5096 at 50 nm. On the other hand, when the Al film thickness was 100 nm, the peak wavelength was almost the same, but the peak intensity was smaller. Furthermore, the integrated emissivity was 3365, which was smaller than the results obtained for 25 nm and 50 nm.

Alの場合、表皮深さは17.2nmであるので、Alを12nm形成してもシールド効果が得られず、5.6μm以上の長い波長帯域でも放射されてしまい、波長選択型赤外放射制御部材の効果が得られない。シールド効果を確実に得るためには、-30dBとすることが必要であるが、そのためには表皮深さの3.5倍の厚みが要求される。Alの表皮深さの3.5倍は60.4nmである。Al膜厚を100nmとした場合にはシールド効果が十分に作用する。この結果、波長が4.9μmに急峻なピークが得られ、それ以外の波長では放射率が非常に小さくなる。急峻なピークを得たい場合には、非常に優れた特性である。しかし、波長選択型赤外放射制御部材としては、3.5~5.6μmの範囲の積分放射率を大きくする方が好ましい。膜厚を100nmとした場合には、急峻なピークが得られるが、積分放射率は小さくなるので波長選択型赤外放射制御部材としての特性は十分とはいえない。 In the case of Al, the skin depth is 17.2 nm, so even if Al is formed to a thickness of 12 nm, no shielding effect is obtained, and radiation is emitted even in the long wavelength band of 5.6 μm or more, and the effect of the wavelength-selective infrared radiation control member is not obtained. In order to reliably obtain the shielding effect, it is necessary to make it -30 dB, but for that, a thickness of 3.5 times the skin depth is required. 3.5 times the skin depth of Al is 60.4 nm. When the Al film thickness is 100 nm, the shielding effect works sufficiently. As a result, a steep peak is obtained at a wavelength of 4.9 μm, and the emissivity is very small at other wavelengths. If a steep peak is desired, it is an extremely excellent characteristic. However, as a wavelength-selective infrared radiation control member, it is preferable to increase the integral emissivity in the range of 3.5 to 5.6 μm. When the film thickness is 100 nm, a steep peak is obtained, but the integral emissivity is small, so the characteristics as a wavelength-selective infrared radiation control member cannot be said to be sufficient.

図5は、図3のランダム配列Bの構成において、キャビティを形成する表面の金属膜の厚みを変化させて放射率特性を調べた結果である。金属膜としては、Alを用いてスパッタリングにより形成した。開口形状Wは3μm、開口深さDは3.3μm、仮想円の直径は5μmである。図からわかるように、Al膜厚を25nmとした場合には、5.6μmよりも長波長側で放射率が大きくなったが、3.5~5.6μmの波長範囲の積分放射率も4503となり、大きい結果が得られた。Al膜厚を50nmとした場合には、ピーク強度が最も大きくなり、かつ積分放射率も4329となったが、Al膜厚を25nmとした場合よりやや小さい結果となった。それに対して、Al膜厚を100nmとした場合には、ピーク強度もやや小さくなるだけでなく、積分放射率も小さくなった。 Figure 5 shows the results of investigating the emissivity characteristics by changing the thickness of the metal film on the surface forming the cavity in the configuration of random arrangement B in Figure 3. The metal film was formed by sputtering using Al. The opening shape W was 3 μm, the opening depth D was 3.3 μm, and the diameter of the virtual circle was 5 μm. As can be seen from the figure, when the Al film thickness was 25 nm, the emissivity was high on the longer wavelength side than 5.6 μm, but the integrated emissivity in the wavelength range of 3.5 to 5.6 μm was also 4503, which was a large result. When the Al film thickness was 50 nm, the peak intensity was the largest and the integrated emissivity was 4329, but this was slightly smaller than when the Al film thickness was 25 nm. On the other hand, when the Al film thickness was 100 nm, not only was the peak intensity slightly smaller, but the integrated emissivity was also smaller.

Alの場合、表皮深さは17.2nmであり、表皮深さの3.5倍は60.4nmである。Al膜厚を100nmとした場合、シールド効果が十分に作用するが、その結果として3.5~5.6μmの範囲の積分放射率が小さくなり、波長選択型赤外放射制御部材としての特性が十分に得られない。 In the case of Al, the skin depth is 17.2 nm, and 3.5 times the skin depth is 60.4 nm. If the Al film thickness is set to 100 nm, the shielding effect is sufficient, but as a result, the integrated emissivity in the range of 3.5 to 5.6 μm becomes small, and the characteristics as a wavelength-selective infrared radiation control member are not fully obtained.

図6は、開口形状を四角形として周期を5μmとして周期配列した場合のAl膜厚による放射率特性を調べた結果である。図7は、開口形状を円形として仮想円の周期を5μmとし、かつ、周期配列した場合のAl膜厚による放射率特性を調べた結果である。図8は、図6と図7に用いた試料の開口形状を示すSEM像である。フォトマスクでは正四角形としているが、露光およびドライエッチングの影響により角部が丸みを有する形状となっており、厳密な四角形状になっていない。円形の試料については、ほぼ正確な円形状である。 Figure 6 shows the results of investigating the emissivity characteristics as a function of Al film thickness when the opening shape is rectangular, the period is 5 μm, and they are periodically arranged. Figure 7 shows the results of investigating the emissivity characteristics as a function of Al film thickness when the opening shape is circular, the period of the virtual circles is 5 μm, and they are periodically arranged. Figure 8 is an SEM image showing the opening shape of the sample used in Figures 6 and 7. The photomask shows a regular square, but the corners are rounded due to the effects of exposure and dry etching, and the shape is not strictly square. The circular sample is almost exactly circular.

図6からわかるように、Al膜厚を50nmとした場合にはピーク強度が90を超えているのに対して、Al膜厚を100nm、500nmとした場合、ピーク強度が小さくなることがわかる。3.5~5.6μmの波長範囲における積分放射率は、Al膜厚が50nmでは14045、100nmでは10410、500nmでは9542となった。この結果から、Alの表皮深さの3.5倍よりも大きい厚みとすると、積分放射率は小さくなることがわかった。なお、放射率特性において、ピーク波長の長波長側にもピークがみられる。これは、図8に示すように、四角形状が正確に得られていないことによると推測している。 As can be seen from Figure 6, when the Al film thickness is 50 nm, the peak intensity exceeds 90, whereas when the Al film thickness is 100 nm or 500 nm, the peak intensity is smaller. The integral emissivity in the wavelength range of 3.5 to 5.6 μm is 14045 when the Al film thickness is 50 nm, 10410 when it is 100 nm, and 9542 when it is 500 nm. From this result, it was found that the integral emissivity is smaller when the thickness is greater than 3.5 times the skin depth of Al. In addition, a peak is also seen on the long wavelength side of the peak wavelength in the emissivity characteristics. It is presumed that this is due to the fact that the rectangular shape is not accurately obtained, as shown in Figure 8.

図7は開口形状が円形で、かつ、仮想円を5μmとして周期配列とした場合であるが、この場合においてもAl膜厚が50nmのピーク強度が最大であり、100nm、500nmともにピーク値が小さくなる傾向がみられた。積分放射率についてみると、Al膜厚が50nmでは12792、100nmでは11742、500nmでは9452となり、四角形状の場合と同様にAl膜厚を表皮深さの3.5倍よりも大きくすると積分放射率が小さくなることが見いだされた。 Figure 7 shows the case where the opening shape is circular and the imaginary circle is arranged periodically at 5 μm. Even in this case, the peak intensity is greatest for an Al film thickness of 50 nm, and the peak value tends to decrease for both 100 nm and 500 nm. Looking at the integrated emissivity, it is 12792 for an Al film thickness of 50 nm, 11742 for 100 nm, and 9452 for 500 nm, and it was found that the integrated emissivity decreases when the Al film thickness is made larger than 3.5 times the skin depth, just as in the case of a square shape.

なお、本実施の形態では半導体材料としてシリコン基板を用いたが、ゲルマニウム、炭化ケイ素あるいはガリウムひ素等を用いてもよい。炭化ケイ素は単結晶材料でもよいし、多結晶材料でもよい。また、セラミック材料としてアルミナ、ジルコニアなどを用いることもできる。
(第2の実施の形態)
In this embodiment, a silicon substrate is used as the semiconductor material, but germanium, silicon carbide, gallium arsenide, etc. may be used. Silicon carbide may be a single crystal material or a polycrystalline material. Also, alumina, zirconia, etc. may be used as the ceramic material.
Second Embodiment

図9は、本発明の第2の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材10の断面概略図である。本実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材10は、平滑面を有する基板11上に、少なくともキャビティ14a、14b、14c、14d、14e、14fの開口深さ以上の厚みで半導体材料を成膜し、この半導体材料に対してフォトリソプロセスとエッチングプロセスとを用いてキャビティ14a、14b、14c、14d、14e、14fを形成し、その後金属被膜13a、13bを形成することにより作製したものである。
本実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材10の製造方法を以下に説明する。
9 is a schematic cross-sectional view of a wavelength-selective infrared radiation control member 10 according to a second embodiment of the present invention. The wavelength-selective infrared radiation control member 10 according to this embodiment is fabricated by forming a semiconductor material film on a substrate 11 having a smooth surface to a thickness at least equal to or greater than the opening depth of the cavities 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and 14f, forming the cavities 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and 14f in the semiconductor material using a photolithography process and an etching process, and then forming the metal coatings 13a and 13b.
A method for manufacturing the wavelength-selective infrared radiation control member 10 according to this embodiment will be described below.

本実施の形態では、基板11としてガラス基板を用いた。ガラス基板は、液晶ディスプレイ用として薄く、かつ非常に平滑な面を有するものが大量に生産されており、利用しやすい材料である。ガラス基板11上に、プラズマCVD装置を用いて、非晶質のシリコン膜を4μm成膜した。その後、第1の実施の形態で説明した製造方法と同じ製造方法を用いて、円形の開口形状で、ランダム配列Bの構成の波長選択型赤外放射制御部材11を製造した。キャビティ14a、14b、14c、14d、14e、14fの形成のためのドライエッチングは、単結晶のシリコンの場合と同じ条件で可能であったが、非晶質材料であるので単結晶に比べるとエッチングは容易であった。 In this embodiment, a glass substrate was used as the substrate 11. Glass substrates are thin and have very smooth surfaces, and are mass-produced for use in liquid crystal displays, making them an easy-to-use material. An amorphous silicon film was formed on the glass substrate 11 to a thickness of 4 μm using a plasma CVD device. Then, using the same manufacturing method as described in the first embodiment, a wavelength-selective infrared radiation control member 11 with a circular opening shape and random arrangement B was manufactured. Dry etching for forming the cavities 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and 14f was possible under the same conditions as for single-crystal silicon, but since it is an amorphous material, etching was easier than with single crystals.

金属被膜としてはAlをスパッタリングにより成膜した。キャビティが形成された表面15a、15b、15c、15d、15eに形成された金属被膜13aであるAlは、その表皮深さ以上で、かつ、表皮深さの3.5倍以下の厚みとし、キャビティ14a、14b、14c、14d、14e、14fに形成された金属被膜13bであるAlは、キャビティ14a、14b、14c、14d、14e、14fが形成された表面15a、15b、15c、15d、15eに形成された金属被膜13aであるAlの厚み以下とした。具体的には、キャビティ14a、14b、14c、14d、14e、14fが形成された表面15a、15b、15c、15d、15eに形成された金属被膜13aの厚みを50nmとした。スパッタリングで成膜したので、キャビティ14a、14b、14c、14d、14e、14fに形成された金属被膜13bであるAlは少なくとも50nm以下であった。
このようにして作製した波長選択型赤外放射制御部材10の放射率特性は、図5のAl厚みを50nmとした場合の特性とほぼ同じ特性を得ることができた。
The metal coating was formed by sputtering Al. The thickness of the Al metal coating 13a formed on the surfaces 15a, 15b, 15c, 15d, and 15e on which the cavities were formed was set to be equal to or greater than the skin depth and equal to or less than 3.5 times the skin depth, and the thickness of the Al metal coating 13b formed on the cavities 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and 14f was set to be equal to or less than the thickness of the Al metal coating 13a formed on the surfaces 15a, 15b, 15c, 15d, and 15e on which the cavities 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and 14f were formed. Specifically, the thickness of the metal coating 13a formed on the surfaces 15a, 15b, 15c, 15d, and 15e on which the cavities 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and 14f was set to 50 nm. Since the film was formed by sputtering, the Al metal coating 13b formed in the cavities 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and 14f had a thickness of at least 50 nm.
The wavelength-selective infrared radiation control member 10 thus fabricated had emissivity characteristics that were substantially the same as those in the case of the Al thickness of 50 nm shown in FIG.

なお、本実施の形態では、ガラス基板上にシリコン膜を形成して用いたが、ゲルマニウムや炭化ケイ素の膜を形成して用いてもよい。炭化ケイ素は放射率も大きく、かつ、色々な分野で製膜して用いられており、かつ、エッチング技術も確立しているので好ましい材料である。
(第3の実施の形態)
In this embodiment, a silicon film is formed on a glass substrate, but a germanium or silicon carbide film may be formed on the glass substrate. Silicon carbide is a preferred material because it has a high emissivity, is used in a variety of fields, and has an established etching technology.
Third Embodiment

図10は、本発明の第3の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材24の製造工程を説明するための断面概略図である。図10(a)は基板21上に波長選択型赤外放射制御部材24となる樹脂シート23を、粘着性部材22を介して貼り合わせた状態を示す図である。図10(b)は、貼り合わせた後に、樹脂シート23の所定箇所をエッチングしてキャビティ25を形成し、その後金属被膜26を形成して波長選択型赤外放射制御部材24を作製した状態を示す図である。図10(c)は、基板21から剥離して波長選択型赤外放射制御部材24のみとした状態を示す図である。
以下、本実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材24の製造方法を説明する。
10A and 10B are schematic cross-sectional views for explaining the manufacturing process of a wavelength-selective infrared radiation control member 24 according to a third embodiment of the present invention. Fig. 10A is a diagram showing a state in which a resin sheet 23 to be the wavelength-selective infrared radiation control member 24 is bonded to a substrate 21 via an adhesive member 22. Fig. 10B is a diagram showing a state in which, after bonding, predetermined locations of the resin sheet 23 are etched to form cavities 25, and then a metal coating 26 is formed to produce the wavelength-selective infrared radiation control member 24. Fig. 10C is a diagram showing a state in which only the wavelength-selective infrared radiation control member 24 remains after peeling from the substrate 21.
A method for manufacturing the wavelength-selective infrared radiation control member 24 according to this embodiment will be described below.

本実施の形態では、第2の実施の形態と同様に基板21としてガラス基板を用いた。ガラス基板21上に、粘着性部材22を均一に塗布した後、樹脂シート23として厚みが18μmのポリイミドシートを貼り付けた。以下、樹脂シート23をポリイミドシート23とよぶ場合がある。貼り付けるときに粘着性部材22とポリイミドシート23との間に気泡が生じないように注意が必要である。 In this embodiment, a glass substrate was used as the substrate 21, as in the second embodiment. After the adhesive member 22 was uniformly applied onto the glass substrate 21, a polyimide sheet having a thickness of 18 μm was attached as the resin sheet 23. Hereinafter, the resin sheet 23 may be referred to as the polyimide sheet 23. Care must be taken not to generate air bubbles between the adhesive member 22 and the polyimide sheet 23 when attaching them.

その後、第1の実施の形態で説明した製造方法と同じ製造方法を用いて、キャビティが円形の開口形状で、ランダム配列Bの構成をエッチングにより形成した。キャビティ形成のためのエッチングは、半導体分野で用いられているポリイミドのエッチング加工技術を活用した。具体的には、リアクティブイオンエッチング(RIE)により加工した。キャビティを形成後、全面に金属被膜26としてAl膜を50nm形成した。これにより波長選択型赤外放射制御部材24が形成される。この状態を図10(b)に示している。 Then, using the same manufacturing method as described in the first embodiment, the cavity was etched to form a random arrangement B with a circular opening. The etching for forming the cavity utilized polyimide etching processing technology used in the semiconductor field. Specifically, reactive ion etching (RIE) was used for processing. After the cavity was formed, a 50 nm thick Al film was formed as a metal coating 26 on the entire surface. This forms a wavelength-selective infrared radiation control member 24. This state is shown in Figure 10 (b).

つぎに、粘着性部材22と波長選択型赤外放射制御部材24との間を剥離する。剥離は機械的に行ってもよいし、あるいは粘着性部材22を溶解する液を注いで粘着性を喪失させて剥離してもよい。これを図10(c)に示す。これにより、全体の厚みが18μmのポリイミドシート23からなる波長選択型赤外放射制御部材24を得た。 Next, the adhesive member 22 and the wavelength-selective infrared radiation control member 24 are peeled off. The peeling may be performed mechanically, or a liquid that dissolves the adhesive member 22 may be poured in to cause it to lose its adhesiveness and peel off. This is shown in Figure 10 (c). In this way, a wavelength-selective infrared radiation control member 24 made of a polyimide sheet 23 with a total thickness of 18 μm was obtained.

この波長選択型赤外放射制御部材24の放射率特性を調べた。シリコンに比べてポリイミドは熱伝導率が小さいので、発熱部材からの熱がキャビティ25まで伝達するのに時間がかかるが、キャビティ25が加熱されると、図5のAl膜が50nmの場合とほぼ同じ特性を得ることができた。 The emissivity characteristics of this wavelength-selective infrared radiation control member 24 were investigated. Since polyimide has a lower thermal conductivity than silicon, it takes time for the heat from the heat-generating member to be transmitted to the cavity 25. However, when the cavity 25 is heated, it is possible to obtain characteristics that are almost the same as those obtained when the Al film in Figure 5 is 50 nm thick.

なお、本実施の形態では樹脂シート23として18μm厚みのポリイミドシートを用いたが、本発明はこれに限定されない。厚みは任意に設定してもよいし、樹脂シートの材料としてもポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることもできる。 In this embodiment, a polyimide sheet having a thickness of 18 μm is used as the resin sheet 23, but the present invention is not limited to this. The thickness may be set arbitrarily, and the resin sheet may be made of thermoplastic resins such as polyester, polycarbonate, polystyrene, polypropylene, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, or thermosetting resins such as epoxy resin.

また、樹脂シート23のエッチングにおいても、本実施の形態ではポリイミドをドライエッチングする方法としたが、ウエットエッチングでもよいし、エッチング加工ではなくインプリント方式でキャビティを形成してもよい。 In addition, in the present embodiment, the resin sheet 23 is etched by dry etching polyimide, but wet etching may also be used, and the cavity may be formed by an imprinting method instead of etching.

第1の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材1、第2の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材10、および第3の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材24を、発熱源を有する電子回路部が、特定の赤外線波長域で透過率の高い領域を有する封止樹脂部材により封止してなる電子機器に用いてもよい。この場合、波長選択型赤外放射制御部材が電子回路部と封止樹脂部材との間に配置され、封止樹脂部材の特定の赤外線透過波長域を選択的に放射するように、キャビティ形状と配置構成とを設定してもよい。具体的には、封止樹脂の赤外線透過率の大きな領域は、波長が3.5~5.6μmの範囲である。したがって、この範囲で積分放射率を大きくした波長選択型赤外放射制御部材は良好な放熱特性を有する。
(第4の実施の形態)
The wavelength-selective infrared radiation control member 1 according to the first embodiment, the wavelength-selective infrared radiation control member 10 according to the second embodiment, and the wavelength-selective infrared radiation control member 24 according to the third embodiment may be used in an electronic device in which an electronic circuit unit having a heat source is sealed with a sealing resin member having a region with high transmittance in a specific infrared wavelength range. In this case, the wavelength-selective infrared radiation control member may be disposed between the electronic circuit unit and the sealing resin member, and the cavity shape and arrangement may be set so as to selectively radiate a specific infrared transmission wavelength range of the sealing resin member. Specifically, the region with high infrared transmittance of the sealing resin is in the wavelength range of 3.5 to 5.6 μm. Therefore, a wavelength-selective infrared radiation control member with a large integral emissivity in this range has good heat dissipation characteristics.
(Fourth embodiment)

つぎに、本発明の電子機器30について説明する。図11は、本発明の電子機器30の構造を示す模式的断面図である。発熱源を有する電子回路部31が特定の赤外線波長域で透過率の高い領域を有する封止樹脂部材33で封止してなるものであって、電子回路部31と封止樹脂部材33との間に配置され、封止樹脂部材33の特定の赤外線透過波長域を選択的に放射する波長選択型赤外線放射シート35とを含み、波長選択型赤外線放射シート35が上記構成の波長選択型赤外放射制御部材である。なお、本実施の形態の場合、電子機器30は、基板34上に発熱源を有する電子回路部31のみでなく、発熱源を有しない電子回路部32も実装されており、これらを含めて封止樹脂部材33で封止されている。封止樹脂部材33として多く使われているのはエポキシ樹脂であるが、本実施の形態の電子機器30についてもエポキシ樹脂を用いている。エポキシ樹脂の赤外吸収特性データからは3.5~5.6μmの波長範囲が特異的に赤外線を透過させる特性を有する。そこで、本発明の波長選択型赤外放射制御部材を発熱源の上に配置すると、波長選択型赤外放射制御部材は上記の特定の波長範囲で積分放射率が大きいので、図11の矢印で示すように赤外線が封止樹脂部材33を通り抜けて外部に放出され、輻射による冷却効率を高めることができる。 Next, the electronic device 30 of the present invention will be described. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the electronic device 30 of the present invention. The electronic device 30 includes an electronic circuit section 31 having a heat source sealed with a sealing resin member 33 having a region with high transmittance in a specific infrared wavelength range, and includes a wavelength-selective infrared radiation sheet 35 that is disposed between the electronic circuit section 31 and the sealing resin member 33 and selectively radiates a specific infrared transmission wavelength range of the sealing resin member 33, and the wavelength-selective infrared radiation sheet 35 is a wavelength-selective infrared radiation control member of the above configuration. In the present embodiment, the electronic device 30 is mounted not only with the electronic circuit section 31 having a heat source on the substrate 34, but also with the electronic circuit section 32 having no heat source, and is sealed with the sealing resin member 33 including these. Epoxy resin is often used as the sealing resin member 33, and epoxy resin is also used for the electronic device 30 of the present embodiment. From the infrared absorption characteristic data of epoxy resin, it has a characteristic of specifically transmitting infrared rays in the wavelength range of 3.5 to 5.6 μm. Therefore, when the wavelength-selective infrared radiation control member of the present invention is placed on a heat source, the wavelength-selective infrared radiation control member has a large integral emissivity in the specific wavelength range described above, so that infrared rays pass through the sealing resin member 33 and are emitted to the outside, as shown by the arrows in Figure 11, thereby increasing the cooling efficiency by radiation.

なお、本実施の形態では、封止樹脂部材33は電子回路部31、32および波長選択型赤外放射制御部材35に密接して設けられているが、本発明はこの構造に限定されない。封止樹脂部材33と、電子回路部31、32および波長選択型赤外放射部材35との間に空間を有するように、封止樹脂部材33を設けた構造でもよい。また、発熱源を有しない電子回路部32を実装したが、本発明はこれに限定されない。どちらの電子回路部も発熱源を有する電子回路部であってもよい。 In this embodiment, the sealing resin member 33 is provided in close contact with the electronic circuit units 31, 32 and the wavelength-selective infrared radiation control member 35, but the present invention is not limited to this structure. The sealing resin member 33 may be provided so that there is a space between the sealing resin member 33 and the electronic circuit units 31, 32 and the wavelength-selective infrared radiation member 35. In addition, the electronic circuit unit 32 that does not have a heat source is implemented, but the present invention is not limited to this. Both electronic circuit units may be electronic circuit units that have a heat source.

なお、第1の実施の形態から第4の実施の形態までにおいては、キャビティの開口形状を四角形または円形の場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。キャビティは、多角形状または円形状、あるいは、多角形状と円形状との組み合わせからなるものであってもよい。例えば、多角形状または円形状の組み合わせとしては、大きさの異なる複数の多角形状または円形状を配列してもよい。さらに、多角形状と円形状との組み合わせを配列してもよい。大きさの異なる多角形の組み合わせ、大きさの異なる円形の組み合わせ、多角形と円形との組み合わせとすれば、それぞれの形状により放射強度のピーク値が異なるので、これらの積算放射強度を大きくすることができる。 In the first to fourth embodiments, the cavity opening shape has been described as being rectangular or circular, but the present invention is not limited to this. The cavity may be polygonal or circular, or a combination of polygonal and circular shapes. For example, a combination of polygonal or circular shapes may be an arrangement of multiple polygonal or circular shapes of different sizes. Furthermore, a combination of polygonal and circular shapes may be arranged. If a combination of polygonal shapes of different sizes, a combination of circular shapes of different sizes, or a combination of polygonal and circular shapes is used, the peak value of the radiation intensity differs depending on the shape, and the integrated radiation intensity can be increased.

なお、第1の実施の形態から第4の実施の形態に係る波長選択型赤外放射制御部材の金属被膜としてAl膜を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。金属被膜としては導電率の大きな材料で、赤外領域の放射率が基材よりも小さなことが要求される。銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)等はこの条件に適合するが、シリコンや樹脂との密着性が悪いのでチタンなどを形成してその上に形成することが要求される。 Although an Al film has been described as the metal coating of the wavelength-selective infrared radiation control member according to the first to fourth embodiments, the present invention is not limited to this. The metal coating must be a material with high conductivity and a lower emissivity in the infrared region than the base material. Copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), etc. meet this condition, but because they have poor adhesion to silicon and resin, it is required to form titanium or the like and form the coating on top of it.

本発明の波長選択型赤外放射制御部材は、発熱源を有する電子回路部を封止樹脂部材により封止した電子機器などに用いて効率的な輻射による冷却ができるので、半導体機器分野に有用である。 The wavelength-selective infrared radiation control member of the present invention can be used in electronic devices in which an electronic circuit section having a heat source is sealed with a sealing resin member to enable efficient cooling by radiation, and is therefore useful in the semiconductor equipment field.

1、10、24 波長選択型赤外放射制御部材
2 基材
3a、3b、13a、13b、26 金属被膜
4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h、4i、4j、4k、4l、4m、14a、14b、14c、14d、14e、14f、25 キャビティ
5a、5b、5c、5d、5e、15a、15b、15c、15d、15e 表面
11、21、34 基板
22 粘着性部材
23 樹脂シート(ポリイミドシート)
30 電子機器
31、32 電子回路部
33 封止樹脂部材
35 波長選択型赤外線放射シート(波長選択型赤外放射制御部材)
W 開口形状
D 開口深さ

1, 10, 24 Wavelength-selective infrared radiation control member 2 Base material 3a, 3b, 13a, 13b, 26 Metal coating 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 4l, 4m, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 25 Cavity 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e Surface 11, 21, 34 Substrate 22 Adhesive member 23 Resin sheet (polyimide sheet)
30 Electronic device 31, 32 Electronic circuit section 33 Sealing resin member 35 Wavelength-selective infrared radiation sheet (wavelength-selective infrared radiation control member)
W Opening shape D Opening depth

Claims (8)

3.5~5.6μmの波長範囲の赤外線を選択的に放射する波長選択型赤外放射制御部材であって、
半導体材料または誘電体材料からなる基材の一方の面に、設定された開口形状と開口深さを有する多数の四角形状もしくは円形状のキャビティが、ランダム配列からなる配置構成で2次元に配置され、
前記キャビティと前記キャビティが形成された表面は、赤外領域の放射率が前記基材よりも小さな金属被膜が形成されており、
前記キャビティが形成された表面に形成された前記金属被膜は、前記赤外線の波長を5μmとし、下記式(数1)で求めた表皮深さ以上で、かつ、表皮深さの3.5倍以下の厚みとし、
前記キャビティに形成された前記金属被膜は、前記キャビティが形成された表面に形成 された前記金属被膜の厚み以下とし、
前記金属被膜がアルミニウム、銅、金または銀であることを特徴とする波長選択型赤外放射制御部材。
A wavelength-selective infrared radiation control member that selectively emits infrared rays in a wavelength range of 3.5 to 5.6 μm,
A number of rectangular or circular cavities having a set opening shape and opening depth are arranged two-dimensionally in a random arrangement on one surface of a substrate made of a semiconductor material or a dielectric material;
a metal coating having an infrared emissivity lower than that of the base material is formed on the cavity and the surface on which the cavity is formed;
The metal coating formed on the surface on which the cavity is formed has a thickness that is equal to or greater than a skin depth calculated by the following formula (Mathematical Formula 1 ) when the wavelength of the infrared ray is 5 μm, and is equal to or less than 3.5 times the skin depth,
the thickness of the metal coating formed on the cavity is equal to or less than the thickness of the metal coating formed on the surface on which the cavity is formed;
4. A wavelength-selective infrared radiation control member, wherein the metal coating is made of aluminum, copper, gold or silver .
前記キャビティは、前記開口形状と前記開口深さとの比であるアスペクト比が少なくとも1以上であり、かつ、前記ランダム配列からなる配置構成は前記キャビティに隣接する 複数の他のキャビティとのそれぞれの中心間距離が少なくとも一つは異なるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の波長選択型赤外放射制御部材。
2. The wavelength-selective infrared radiation control member according to claim 1, wherein the cavity has an aspect ratio, which is a ratio between the opening shape and the opening depth, of at least 1, and the randomly arranged arrangement is such that at least one of the center-to-center distances between the cavity and a plurality of other cavities adjacent to the cavity is different.
前記半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素、および、ガリウムひ素から選択された単結晶、多結晶または非晶質材料であることを特徴とする請求項1に記載の波 長選択型赤外放射制御部材。
2. The wavelength-selective infrared radiation control member according to claim 1, wherein the semiconductor material is a single crystal, polycrystalline or amorphous material selected from the group consisting of silicon, germanium, silicon carbide and gallium arsenide.
前記半導体材料は、平滑面を有する基板上に、少なくとも前記開口深さ以上の厚みで成膜されたものであることを特徴とする請求項に記載の波長選択型赤外放射制御部材。
4. The wavelength-selective infrared radiation control member according to claim 3 , wherein the semiconductor material is formed on a substrate having a smooth surface to a thickness at least equal to or greater than the depth of the opening.
前記誘電体材料は、樹脂材料またはセラミック材料であることを特徴とする請求項1に記載の波長選択型赤外放射制御部材。
2. The wavelength-selective infrared radiation control member according to claim 1, wherein the dielectric material is a resin material or a ceramic material.
前記樹脂材料は、平滑面を有する基板上に少なくとも前記開口深さ以上の厚みで形成されたものであることを特徴とする請求項に記載の波長選択型赤外放射制御部材。
6. The wavelength-selective infrared radiation control member according to claim 5 , wherein the resin material is formed on a substrate having a smooth surface to a thickness at least equal to or greater than the depth of the opening.
発熱源を有する電子回路部が、波長が3.5~5.6μmの特定の赤外線透過波長域で透過率の高い領域を有する封止樹脂部材により封止してなる電子機器に用いるものであって、
前記電子回路部と前記封止樹脂部材との間に配置され、前記封止樹脂部材の前記特定の赤外線透過波長域を選択的に放射するように、前記キャビティの開口形状と前記キャビティの配置構成とを設定したことを特徴とする請求項1からまでのいずれか1項に記載の波長選択型赤外放射制御部材。
The present invention is used in an electronic device in which an electronic circuit portion having a heat source is sealed with a sealing resin member having a region with high transmittance in a specific infrared transmission wavelength region of 3.5 to 5.6 μm,
7. The wavelength-selective infrared radiation control component according to claim 1, wherein the wavelength-selective infrared radiation control component is disposed between the electronic circuit section and the sealing resin member, and the opening shape of the cavity and the arrangement configuration of the cavity are set so as to selectively radiate the specific infrared transmission wavelength range of the sealing resin member.
発熱源を有する電子回路部が、波長が3.5~5.6μmの特定の赤外線透過波長域で透過率の高い領域を有する封止樹脂部材で封止してなる電子機器であって、
前記電子回路部と前記封止樹脂部材との間に配置され、前記封止樹脂部材の前記特定の赤外線透過波長域を選択的に放射する波長選択型赤外線放射シートとを含み、前記波長選択型赤外線放射シートが請求項1からまでのいずれか1項に記載の波長選択型赤外放射制御部材であることを特徴とする電子機器。
An electronic device in which an electronic circuit section having a heat source is sealed with a sealing resin member having a region with high transmittance in a specific infrared transmission wavelength range of 3.5 to 5.6 μm,
7. An electronic device comprising: a wavelength-selective infrared radiation sheet disposed between the electronic circuit section and the sealing resin member and selectively radiating the specific infrared transmission wavelength range of the sealing resin member, the wavelength-selective infrared radiation sheet being a wavelength-selective infrared radiation control member according to any one of claims 1 to 6 .
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