特開 2024-92426 波長選択型赤外放射制御部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024092426

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】波長選択型赤外放射制御部材

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/18 20060101AFI20240701BHJP

   H01L 23/29 20060101ALI20240701BHJP

   G02B 5/28 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

G02B5/18

H01L23/30 R

G02B5/28

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022208333

(22)【出願日】2022-12-26

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-05-20

(71)【出願人】

【識別番号】000195029

【氏名又は名称】星和電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100164013

【弁理士】

【氏名又は名称】佐原 隆一

(72)【発明者】

【氏名】川添 公美子

(72)【発明者】

【氏名】高橋 典生

【テーマコード（参考）】

2H148

2H249

4M109

【Ｆターム（参考）】

2H148FA05

2H148FA12

2H148FA22

2H249AA07

2H249AA16

2H249AA43

2H249AA44

2H249AA46

2H249AA55

2H249AA64

4M109AA01

4M109BA03

4M109EA02

4M109EC11

4M109GA05

(57)【要約】      （修正有）

【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

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
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、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、
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たことを特徴とする波長選択型赤外放射制御部材。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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、前記キャビティは同一の周期で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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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４に記載の波長選択型赤外放射制御部材。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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６に記載の波長選択型赤外放射制御部材。

【請求項8】

前記キャビティは、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。

【請求項9】

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、
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、前記キャビティ形状と前記配置構成とを設定したことを特徴とする請求項１から８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。

【請求項10】

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、
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８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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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）。

【0006】

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）。

【0007】

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）。

【0008】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１０－２７８３１号公報

【特許文献2】特開２０１３－３２５７０号公報

【特許文献3】ＷＯ２０１５／１９０１６３

【特許文献4】特開２００４－２３８２３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【課題を解決するための手段】

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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／ε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。

【0018】

【数1】

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【発明の効果】

【0037】

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。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】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。

【図10】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。

【図11】本発明の電子機器の構造を示す模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

（第１の実施の形態）

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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）

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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）

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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）

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【産業上の利用可能性】

【0078】

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。

【符号の説明】

【0079】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2024-01-05

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、設定された周期配列または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（数式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たことを特徴とする波長選択型赤外放射制御部材。

【数1】

【請求項2】

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。

【請求項3】

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、前記周期配列からなる配置構成は、前記キャビティが同一の周期で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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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４に記載の波長選択型赤外放射制御部材。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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６に記載の波長選択型赤外放射制御部材。

【請求項8】

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７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。

【請求項9】

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７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。

【手続補正書】

【提出日】2024-04-12

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【数1】

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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３に記載の波長選択型赤外放射制御部材。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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５に記載の波長選択型赤外放射制御部材。

【請求項7】

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６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。

【請求項8】

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６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。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0017】

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／ｅ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。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0018】

【数1】