JP2014033062A - Production method of wavelength selective heat radiation material composed of aluminum sheet by nanoimprint method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノインプリント方法により、型に形成されている平面上に周期的に繰り返される表面微細凹凸パターンをアルミニウムシートへ転写成形することによる波長選択性熱放射材料の製造方法に関し、特に発熱源が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、発熱源と樹脂部材との間に該発熱源を覆うように配置することによって、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波長選択性熱放射材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a wavelength-selective heat radiation material by transferring a surface fine uneven pattern periodically repeated on a plane formed in a mold to an aluminum sheet by a nanoimprint method, and in particular, a heat source is provided. In an electronic device covered with a resin member having an infrared transmission wavelength region, the resin is removed from the heat radiation surface of the wavelength selective heat radiation material by disposing the heat source between the heat source and the resin member. The present invention relates to a method for manufacturing a wavelength-selective heat radiation material that selectively emits heat radiation light corresponding to an infrared transmission wavelength region of a resin member toward a member.
近年では、電子機器の小型軽量化・高速化・多機能化に伴って半導体部品の高速化、高集積化が促進され、これにより各素子の発熱密度が増大し、局所的な発熱の集中が生じるようになってきている。また、電子機器関係の部品には各種の樹脂材料が使用されているため、熱伝導性が悪いという樹脂材料の特性により、電子機器が発する熱は樹脂製のカバーなどに捕捉されて蓄熱してしまい、温度上昇によって電子機器の故障率が上昇し、各部品の寿命が短くなるという問題があった。 In recent years, as electronic devices have become smaller, lighter, faster, and more multifunctional, semiconductor components have become faster and more integrated, and this has increased the heat generation density of each element, resulting in local concentration of heat generation. It is starting to happen. In addition, since various resin materials are used for electronic equipment-related parts, the heat generated by the electronic equipment is captured and stored by a resin cover due to the poor thermal conductivity of the resin material. As a result, the failure rate of the electronic equipment increases due to the temperature rise, and the life of each component is shortened.
このため、本発明者等は上記の問題を解決するため、特開２０１０−２７８３１号公報（特許文献１）に記載されているように、発熱源が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波長選択性熱放射材料を発熱源と樹脂部材との間に配置することによって、発熱源を覆っている樹脂の赤外線に対する透過性を向上（透明化）させて電子機器の放熱効率を向上させる方法について開発した。 For this reason, in order to solve the above problems, the present inventors have covered the heat source with a resin member having an infrared transmission wavelength region as described in JP 2010-27831 A (Patent Document 1). In an electronic device, a heat-generating source is formed by arranging a wavelength-selective heat radiation material in which a number of microcavities forming a periodic surface fine unevenness pattern are two-dimensionally arranged between a heat-generating source and a resin member. We have developed a method for improving the heat radiation efficiency of electronic equipment by improving the transparency of the resin that it covers (infrared).
ところで、特許文献１に記載されている波長選択性熱放射材料の表面に形成されているマイクロキャビティは、その開口径が数μｍ程度と極めて微細な窪みである。そのため、特許文献１に記載されている波長選択性熱放射材料は、半導体フォトリソグラフィプロセスを利用してシリコン基板上に二次元配列された多数のマイクロキャビティを形成させ、さらにマイクロキャビティ効果・表面プラズモン共鳴効果を得るためにマイクロキャビティが形成されたシリコン基板の表面を白金でコーティングすることにより製造されている。 By the way, the microcavity formed on the surface of the wavelength-selective heat radiation material described in Patent Document 1 is a very fine depression with an opening diameter of about several μm. Therefore, the wavelength-selective thermal radiation material described in Patent Document 1 uses a semiconductor photolithography process to form a number of microcavities that are two-dimensionally arranged on a silicon substrate, and further, the microcavity effect / surface plasmon In order to obtain a resonance effect, it is manufactured by coating the surface of a silicon substrate on which a microcavity is formed with platinum.
具体的には、特許文献１に記載されている波長選択性熱放射材料は、（ａ）半導体フォトリソグラフィプロセスを用いて金属薄膜シートに開口する多数の周期配列孔を開口形成し、これにより多孔金属マスクを得るステップと、（ｂ）シリコン基板にレジストを塗布し、このレジスト塗膜と向き合うように多孔金属マスクを配置し、周期配列孔を介してレジスト塗膜に所定波長の光を照射してパターン露光するステップと、（ｃ）レジスト塗膜に現像液を接触させ、該レジスト塗膜中のパターン露光潜像を現像するステップと、（ｄ）所定のエッチング法を用いて半導体基板をパターンエッチングし、これにより当該シリコン基板の表面に微細凹凸パターンを形成するステップと、そして（ｅ）シリコン基板からレジスト塗膜を除去し、物理的気相成長法又は化学的気相成長法を用いてシリコン基板表面の微細凹凸パターンの上に白金からなる金属被覆膜を積層し、これによりシリコン基板の上に周期的に二次元配列されたマイクロキャビティを得るステップにより製造されていた。 Specifically, the wavelength-selective heat radiation material described in Patent Document 1 (a) uses a semiconductor photolithography process to open a large number of periodically arranged holes that are opened in a metal thin film sheet, thereby making it porous. A step of obtaining a metal mask; and (b) applying a resist to the silicon substrate, arranging a porous metal mask so as to face the resist coating film, and irradiating the resist coating film with light of a predetermined wavelength through the periodic array holes. Pattern exposure step, (c) contacting the resist coating film with a developer, developing a pattern exposure latent image in the resist coating film, and (d) patterning the semiconductor substrate using a predetermined etching method. Etching, thereby forming a fine concavo-convex pattern on the surface of the silicon substrate, and (e) removing the resist coating film from the silicon substrate, Using a vapor deposition method or a chemical vapor deposition method, a metal coating film made of platinum was laminated on the fine concavo-convex pattern on the surface of the silicon substrate, and thereby two-dimensionally arranged periodically on the silicon substrate. It was manufactured by the step of obtaining a microcavity.
このように、多数のマイクロキャビティを有する波長選択性熱放射材料の製造は、半導体フォトリソグラフィプロセスによる微細な加工を必要とするためにその製造工程が極めて複雑であり、かつ高コストであるという問題があった。 As described above, the production of a wavelength-selective thermal radiation material having a large number of microcavities requires a fine processing by a semiconductor photolithography process, and thus the production process is extremely complicated and expensive. was there.
一方、近年では、半導体フォトリソグラフィプロセスに代わる加工技術としてナノインプリント技術を利用した微細加工技術が注目されている。ナノインプリント技術とは、ナノスケールの凹凸パターンを形成したナノスタンパを樹脂薄膜が塗布された基板に押し当てて、樹脂薄膜にナノスタンパの凹凸パターンを転写する成形加工技術であり、従来の半導体リソグラフィのコア技術であるフォトリソグラフィ、電子線直接描画法に比べて簡便かつ低コストにナノスケールの加工が可能な技術として期待されている。 On the other hand, in recent years, a fine processing technique using a nanoimprint technique has been attracting attention as a processing technique replacing the semiconductor photolithography process. Nanoimprint technology is a molding technology that presses a nano stamper with a nano-scale concavo-convex pattern against a substrate coated with a resin thin film, and transfers the concavo-convex pattern of the nano stamper onto the resin thin film. It is expected as a technology capable of nano-scale processing at a simpler and lower cost than photolithography and direct electron beam lithography.
しかしながら、ナノインプリント技術は型（ナノスタンパ）を用いてその表面微細凹凸パターンを基板などへ転写する技術であり、また転写される凹凸パターンも極めて微細なものであるため、ナノインプリント技術が適用できる加工材料は実質的に樹脂などの柔らかい材料に限られていた。このため、樹脂材料などと比べて比較的に硬い金属材料から製造されることが前提となる特許文献１に記載されている波長選択性熱放射材料は、実質的にナノインプリント技術を利用して製造することができないと考えられていた。 However, nanoimprint technology is a technology that uses a mold (nano stamper) to transfer the surface fine unevenness pattern to a substrate, etc., and the transferred unevenness pattern is also extremely fine. Substantially limited to soft materials such as resin. For this reason, the wavelength-selective heat radiation material described in Patent Document 1, which is premised on being manufactured from a relatively hard metal material compared to a resin material or the like, is substantially manufactured using nanoimprint technology. It was thought that it could not be done.
そこで、本発明は、ナノインプリント方法を用いて、型に形成されている平面上に周期的に繰り返される表面微細凹凸パターンを金属材料に対し転写成形することにより、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の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention uses a nanoimprint method to transfer and repeatedly mold a fine surface irregular pattern on a plane formed on a mold on a metal material, thereby arranging a large number of microcavities in a two-dimensional array. Another object of the present invention is to provide a method for producing a wavelength-selective heat radiation material having a heat radiation surface.
本発明者等は、ナノインプリント方法を用いて、型に形成されている平面上に周期的に繰り返される表面微細凹凸パターンを金属材料に対し転写成形する製造条件について鋭意検討を重ねた結果、転写成形される金属材料として所定の成形性、性状を有するアルミニウムシートを用い、また転写成形の条件として、アルミニウムシートの加工面とは反対側の面の下部に所定の厚みを有する緩衝材を配置することなどにより、所望の形状、大きさを備えた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製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies on production conditions for transferring and molding a surface fine uneven pattern periodically repeated on a plane formed on a mold using a nanoimprint method to a metal material, the present inventors have conducted transfer molding. An aluminum sheet having a predetermined formability and properties is used as the metal material to be used, and a buffer material having a predetermined thickness is disposed under the surface opposite to the processed surface of the aluminum sheet as a condition for transfer molding. Thus, it has been found that a wavelength-selective heat radiation material having a heat radiation surface in which microcavities having a desired shape and size are two-dimensionally arranged can be manufactured, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明によれば、転写成形される金属材料として焼きなましたアルミニウムシートを用いることにより、ナノインプリント方法によっても型に形成されている平面上に周期的に繰り返される表面微細凹凸パターンを前記アルミニウムシートへ転写成形することが可能となり、実質的に二次元配列された多数のマイクロキャビティが形成されたアルミニウムシートからなる波長選択性熱放射材料を得ることができるようになる。 That is, according to the present invention, by using an annealed aluminum sheet as a metal material to be transferred and molded, the aluminum sheet has a surface micro uneven pattern that is periodically repeated on the plane formed in the mold by the nanoimprint method. It becomes possible to obtain a wavelength-selective heat radiation material made of an aluminum sheet in which a large number of microcavities arranged substantially two-dimensionally are formed.
本発明の製造方法により製造される波長選択性熱放射材料は、発熱源が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、発熱源と樹脂部材との間に該発熱源を覆うように配置され、発熱源からの熱エネルギーが伝熱または熱放射により波長選択性熱放射材料へ投入され、そして波長選択性熱放射材料の熱放射面から前記樹脂部材へ向けて、樹脂部材の赤外線透過波長域に含まれる熱放射光を選択的に放射させる波長選択性熱放射材料に適用することができる。上述の機能を発揮するために波長選択性熱放射材料の表面に成形されるマイクロキャビティの形状、表面性状が、焼きなましたアルミニウムシートの転写成形性と適合するからである。 The wavelength-selective heat radiating material manufactured by the manufacturing method of the present invention is an electronic device in which a heat source is covered with a resin member having an infrared transmission wavelength region, and the heat source is disposed between the heat source and the resin member. The resin member is disposed so as to cover, the heat energy from the heat source is input to the wavelength selective heat radiation material by heat transfer or heat radiation, and the heat radiation surface of the wavelength selective heat radiation material is directed toward the resin member. The present invention can be applied to a wavelength-selective heat radiation material that selectively emits heat radiation light included in the infrared transmission wavelength region. This is because the shape and surface properties of the microcavity formed on the surface of the wavelength-selective heat radiation material in order to exhibit the above-described function are compatible with the transfer formability of the annealed aluminum sheet.
具体的には、本発明の製造方法により製造される波長選択性熱放射材料は、発熱源の放熱効率を最大限にするために発熱源と樹脂部材との間に該発熱源を覆うように配置されることが好ましく、さらに、前記熱放射光は熱の伝達において影響力の大きい赤外線を対象とすることが好ましい。 Specifically, the wavelength selective heat radiation material manufactured by the manufacturing method of the present invention covers the heat source between the heat source and the resin member in order to maximize the heat dissipation efficiency of the heat source. Preferably, the thermal radiation light is intended for infrared rays having a large influence on heat transfer.
本発明の製造方法により製造される波長選択性熱放射材料の熱放射面には、表面テクスチャー化（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）された多数のマイクロキャビティが存在する。これらのマイクロキャビティは、所定の開口比及び所定のアスペクト比を有するように矩形状または円形状に開口し、かつ発熱源を覆っている樹脂部材の赤外線透過波長域の波長と実質的に同じ周期か、または１μｍ短い周期に形成されていることが好ましい。 There are a number of surface textured microcavities on the heat radiating surface of the wavelength selective heat radiating material manufactured by the manufacturing method of the present invention. These microcavities have a rectangular or circular shape having a predetermined opening ratio and a predetermined aspect ratio, and have substantially the same period as the wavelength of the infrared transmission wavelength region of the resin member covering the heat source. Alternatively, it is preferably formed at a period shorter by 1 μm.
その理由は、マイクロキャビティの周期を、発熱源を覆っている樹脂部材の赤外線透過波長域の波長と実質的に同じ周期にすると、その周期構造と熱放射光の電磁場とで表面プラズモン共鳴を生じるので、樹脂製部材の赤外線透過波長帯域での放射率が増加するからである（共鳴効果）。 The reason is that if the period of the microcavity is substantially the same as the wavelength of the infrared transmission wavelength region of the resin member covering the heat source, surface plasmon resonance occurs between the periodic structure and the electromagnetic field of the heat radiation light. This is because the emissivity of the resin member in the infrared transmission wavelength band increases (resonance effect).
また、マイクロキャビティの周期を、発熱源を覆っている樹脂部材の赤外線透過波長域の波長よりも１μｍ短い周期にすると、マイクロキャビティ内に閉じ込められた電磁波の中で最も強い強度を持つモードの波長と樹脂部材の赤外線透過波長域の波長とを一致させることが出来る。その結果、樹脂部材の赤外線透過波長域で放射率が増加するからである（キャビティ効果）。 Also, if the microcavity has a period shorter by 1 μm than the wavelength of the infrared transmission wavelength region of the resin member covering the heat source, the wavelength of the mode having the strongest intensity among the electromagnetic waves confined in the microcavity And the wavelength of the infrared transmission wavelength region of the resin member can be matched. As a result, the emissivity increases in the infrared transmission wavelength region of the resin member (cavity effect).
マイクロキャビティは、平面視野において放射面に格子状に配列されていることが好ましい。格子状の配列は熱エネルギー線の放射率を効率よく増加させるからである。なお、本発明は格子状配列のみに限定されるものではなく、ハニカム構造などの他の配列としてもよい。 The microcavities are preferably arranged in a lattice pattern on the radiation surface in a planar view. This is because the lattice arrangement efficiently increases the emissivity of the thermal energy rays. Note that the present invention is not limited to the lattice arrangement, and may be other arrangements such as a honeycomb structure.
また、被覆層（マイクロキャビティの表面物質）は、波長１〜１０μｍの赤外領域の放射率が０．４以下の金属材料からなることが好ましい。赤外領域の放射率が０．４を超えると、選択放射特性が低下する不都合を生じるからである。 Moreover, it is preferable that a coating layer (surface substance of a microcavity) consists of a metal material whose emissivity of the infrared region with a wavelength of 1-10 micrometers is 0.4 or less. This is because if the emissivity in the infrared region exceeds 0.4, there is a disadvantage that the selective radiation characteristic is deteriorated.
また、マイクロキャビティの周期は４〜７μｍとし、発熱源を覆っている樹脂部材の赤外線透過波長域の赤外線のみを選択的に放出できるようにすることが好ましい。樹脂の種類によって若干赤外線の吸収波長域と透過波長域が異なる場合もあるが、現在電子機器用部材として使用されている樹脂材料のほとんどは上記の波長域を示すことが多いからである。なお、マイクロキャビティの特性の詳細については、特許文献１に記載された解析結果をここに導入する Moreover, it is preferable that the period of the microcavity is 4 to 7 μm so that only the infrared rays in the infrared transmission wavelength region of the resin member covering the heat generation source can be selectively emitted. This is because most of the resin materials currently used as electronic device members often exhibit the above wavelength range, although the infrared absorption wavelength range and transmission wavelength range may be slightly different depending on the type of resin. In addition, about the detail of the characteristic of a microcavity, the analysis result described in patent document 1 is introduced here
以上の結果を踏まえて、本発明の製造方法では、アルミニウムシートへ転写成形される表面微細凹凸パターンは、マイクロキャビティの開口比ａ／Λ（ａ；開口径，Λ；開口の周期）が０．５〜０．９の範囲内であることが好ましい。 Based on the above results, in the manufacturing method of the present invention, the microcavity opening ratio a / Λ (a: opening diameter, Λ: period of opening) of the surface fine concavo-convex pattern transferred to the aluminum sheet is 0. It is preferable to be within the range of 5 to 0.9.
アルミニウムシートへ形成されるマイクロキャビティの開口比が０．５を下回ると熱放射の選択性が低下するという不都合を生じ、逆に開口比が０．９を上回ると微細構造の熱安定性が低下する不都合を生じるからである。 If the aperture ratio of the microcavity formed in the aluminum sheet is less than 0.5, the thermal radiation selectivity is reduced. Conversely, if the aperture ratio exceeds 0.9, the thermal stability of the microstructure is degraded. This is because inconvenience occurs.
また、本発明の製造方法では、アルミニウムシートへ転写成形される表面微細凹凸パターンは、マイクロキャビティのアスペクト比ｄ／ａ（ｄ；開口の深さ，ａ；開口径）が０．８〜３．０の範囲内であることが好ましい。 In the production method of the present invention, the surface fine uneven pattern transferred and formed on the aluminum sheet has a microcavity aspect ratio d / a (d: opening depth, a: opening diameter) of 0.8 to 3. A range of 0 is preferable.
アルミニウムシートへ形成されるマイクロキャビティのアスペクト比が０．８を下回ると選択放射強度が低下するという不都合を生じ、逆にアスペクトが３．０を上回ると、焼きなましたアルミニウムシートを用いても所望のアスペクト比を有するマイクロキャビティを形成させることができなくなるからである。 If the aspect ratio of the microcavity formed on the aluminum sheet is less than 0.8, the selective radiation intensity is reduced. Conversely, if the aspect ratio is more than 3.0, it is desirable to use the annealed aluminum sheet. This is because a microcavity having an aspect ratio cannot be formed.
上述のような開口比および／またはアスペクト比を有するマイクロキャビティを転写成形するのに適したアルミニウムシートの厚みは、好ましくはナノインプリント前３０〜１０００μｍの範囲内であり、より好ましくは８０〜３００μｍの範囲内である。 The thickness of the aluminum sheet suitable for transfer molding of the microcavity having the aperture ratio and / or aspect ratio as described above is preferably in the range of 30 to 1000 μm, more preferably in the range of 80 to 300 μm before nanoimprint. Is within.
基本的にアルミニウムシートの厚みは、厚みが厚いほど型の表面微細凹凸パターンの転写成形性が向上するが、本発明の製造方法においてアスペクト比が３．０のマイクロキャビティを得るためには、アルミニウムシートの厚みが１０００μｍもあれば十分であり、特にアルミニウムシートの厚みが３００μｍ以下である場合は型のプレス圧がアルミニウムシートの全体に万遍なく伝わり、均質なマイクロキャビティを得ることができる。一方、アルミニウムシートの厚みが８０μｍ未満であると転写成形性が低下する傾向がみられ、特にアルミニウムシートの厚みが３０μｍ未満である場合はアスペクト比が０．８以上のマイクロキャビティを得ることが極めて困難となる。 Basically, as the thickness of the aluminum sheet increases, the transfer moldability of the surface fine unevenness pattern of the mold is improved, but in order to obtain a microcavity having an aspect ratio of 3.0 in the production method of the present invention, aluminum is used. A sheet thickness of 1000 μm is sufficient, and particularly when the thickness of the aluminum sheet is 300 μm or less, the press pressure of the mold is uniformly transmitted to the entire aluminum sheet, and a homogeneous microcavity can be obtained. On the other hand, when the thickness of the aluminum sheet is less than 80 μm, there is a tendency that the transfer moldability is lowered. Particularly when the thickness of the aluminum sheet is less than 30 μm, it is extremely possible to obtain a microcavity having an aspect ratio of 0.8 or more. It becomes difficult.
型による表面微細凹凸パターンの転写成形は素材の塑性変形を伴うものであるので、焼きなましたアルミニウムシートの成形性を評価する指標として、アルミニウムシートの伸び率ηと転写成形可能なアルミニウムシートのアスペクト比ｄ／ａとの関係を調べてみた。そうすると、特にアルミニウムシートの伸び率が１５％以上である場合、アスペクト比が０．８以上の良好なマイクロキャビティを安定して得られることが判った。 Since the transfer molding of the surface fine unevenness pattern by the mold involves plastic deformation of the material, as an index for evaluating the formability of the annealed aluminum sheet, the elongation ratio η of the aluminum sheet and the aspect ratio of the transferable aluminum sheet I examined the relationship with d / a. Then, it was found that a good microcavity having an aspect ratio of 0.8 or more can be stably obtained particularly when the elongation percentage of the aluminum sheet is 15% or more.
また、マイクロキャビティによる波長選択性は素材の表面性状（特に表面粗さＲａ）にも影響されるものなので、焼きなましたアルミニウムシートの成形性を評価する指標として、アルミニウムシートの表面粗さと転写成形性との関係について調べた。なお、本願明細書において、アルミニウムシートの表面粗さに基づく「転写性」とは、得られたマイクロキャビティにより選択される波長ピークが目標とする波長ピークと一致し且つそのピークが明確に表れている場合の転写性を「良（○）」とし、得られたマイクロキャビティにより選択される波長ピークが目標とする波長ピークと不一致であるか、若しくはそのピークが広過ぎて不明確である場合の転写性を「不良（×）」と判別することによって評価した。その結果、特にアルミニウムシートの表面粗さＲａが０．５μｍ以下である場合に所望とする波長選択性を有するマイクロキャビティを得られることが判った。 In addition, since the wavelength selectivity due to the microcavity is also affected by the surface properties of the material (particularly the surface roughness Ra), the surface roughness and transfer moldability of the aluminum sheet are used as an index for evaluating the formability of the annealed aluminum sheet. We investigated the relationship with. In the present specification, “transferability” based on the surface roughness of an aluminum sheet means that the wavelength peak selected by the obtained microcavity coincides with the target wavelength peak and the peak clearly appears. If the transferability is “good (◯)” and the wavelength peak selected by the obtained microcavity does not match the target wavelength peak, or the peak is too wide and unclear The transferability was evaluated by discriminating it from “bad (×)”. As a result, it was found that a microcavity having a desired wavelength selectivity can be obtained particularly when the surface roughness Ra of the aluminum sheet is 0.5 μm or less.
また、上述のようなナノインプリントは、一軸プレス法によって、表面に微細凹凸パターンが形成された型をアルミニウムシートへ押圧することにより転写成形するのが好ましい。 Further, the nanoimprint as described above is preferably transferred and molded by pressing a mold having a fine concavo-convex pattern formed on the surface thereof onto an aluminum sheet by a uniaxial pressing method.
特に、一軸プレス法により転写成形する場合は、アルミニウムシートの転写面とは反対側の面の下部に厚み８０〜３００μｍの樹脂製フィルムを敷くと、「弾性接触論」（「はじめてのナノプリント技術」、谷口淳著）により説明されている、型の「エッジ効果」や「中抜け現象」を回避することができ、良好なマイクロキャビティを得ることができる。 In particular, in the case of transfer molding by the uniaxial press method, if a resin film having a thickness of 80 to 300 μm is laid on the lower side of the surface opposite to the transfer surface of the aluminum sheet, “elastic contact theory” (“first nanoprint technology” ”, By Taniguchi, Satoshi), the“ edge effect ”and“ collapse phenomenon ”of the mold can be avoided, and a good microcavity can be obtained.
なお、上述のような一軸プレス法による転写成形に用いる型は、型本体を鉄系材料から成形し、表面微細凹凸部はニッケル電鋳又はセラミックスから成形すると、型の精度、加工性および高い耐久性を得られて有利である。 Note that the mold used for transfer molding by the uniaxial press method as described above is such that the mold body is molded from an iron-based material, and the fine surface irregularities are molded from nickel electroforming or ceramics. It is advantageous to obtain properties.
本発明の製造方法により製造される波長選択性熱放射材料は、アルミニウムシートの熱放射面とは反対側の面に、耐熱性の熱伝導性粘接着剤によって貼付された剥離紙をさらに含んでいることが好ましい。この場合、発熱源が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、波長選択性熱放射材料を発熱源と樹脂部材との間に容易に配置することができるようになり便利である。 The wavelength-selective heat radiation material produced by the production method of the present invention further includes a release paper affixed to the surface opposite to the heat radiation surface of the aluminum sheet with a heat-resistant heat conductive adhesive. It is preferable that In this case, in an electronic device in which the heat source is covered with a resin member having an infrared transmission wavelength region, the wavelength selective heat radiation material can be easily disposed between the heat source and the resin member. It is.
また、熱伝導性粘接着剤として、耐熱温度が１５０〜２００℃、熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上、剥離強度が３〜１０Ｎ／２５ｍｍを有するものを使用すると、本発明の製造方法により製造される波長選択性熱放射材料の放熱特性を阻害することなく、該波長選択性熱放射材料の熱放射面から電子機器の樹脂部材へ向けて、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が可能となる。 Further, when a heat conductive adhesive having a heat resistant temperature of 150 to 200 ° C., a thermal conductivity of 0.3 W / m · K or more and a peel strength of 3 to 10 N / 25 mm is used, Without disturbing the heat dissipation characteristics of the wavelength-selective heat radiation material produced by the production method, from the heat radiation surface of the wavelength-selective heat radiation material toward the resin member of the electronic device, in the infrared transmission wavelength region of the resin member Corresponding heat radiation light can be selectively emitted.
本発明の製造方法によれば、ナノインプリント方法により、型に形成されている平面上に周期的に繰り返される表面微細凹凸パターンをアルミニウムシートへ転写成形することにより波長選択性熱放射材料を低コストで容易に製造することが可能となる。特に本発明の製造方法によれば、発熱源が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、発熱源と樹脂部材との間に該発熱源を覆うように配置することによって、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波長選択性熱放射材料を低コストで容易に製造することが可能となる。 According to the manufacturing method of the present invention, a wavelength-selective heat radiation material can be obtained at low cost by transferring and molding a surface fine uneven pattern periodically repeated on a plane formed in a mold onto an aluminum sheet by a nanoimprint method. It can be easily manufactured. In particular, according to the manufacturing method of the present invention, in an electronic device in which the heat source is covered with a resin member having an infrared transmission wavelength region, the heat source is disposed between the heat source and the resin member so as to cover the heat source. A wavelength-selective heat radiation material that selectively emits heat radiation light corresponding to the infrared transmission wavelength region of the resin member from the heat radiation surface of the wavelength-selective heat radiation material to the resin member is easily manufactured at low cost. It becomes possible to do.
以下、実施例、比較例を用いて本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、本発明は、以下に示される実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described using examples and comparative examples. The present invention is not limited to the examples shown below, and various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention.
実施例１
厚みの異なる焼きなましたアルミニウムシートを準備し、型に形成されている所定の開口比ａ／Λ（ａ；開口径，Λ；開口の周期）を有するマイクロキャビティを一軸プレス法によって前記アルミニウムシートへ転写成形することにより、本発明による波長選択性熱放射材料の製造方法において、アルミニウムシートの厚みが転写成形性に及ぼす影響について調べた。
なお、アルミニウムシート素材の転写成形性は、アルミニウムシートへ転写成形されたマイクロキャビティのアスペクト比ｄ／ａ（ｄ；開口の深さ，ａ；開口径）を測定することにより、アスペクト比が０．８〜３．０の範囲内に到達した場合を「○」とし、０．８〜３．０の範囲外にある場合を「×」とした。その結果を下記の表１に示す。
Example 1
Prepare annealed aluminum sheets with different thicknesses, and transfer microcavities with a predetermined aperture ratio a / Λ (a; aperture diameter, Λ; aperture period) formed in the mold to the aluminum sheet by uniaxial press method By molding, the influence of the thickness of the aluminum sheet on the transfer moldability was investigated in the method for producing a wavelength-selective heat radiation material according to the present invention.
The transfer formability of the aluminum sheet material is determined by measuring the aspect ratio d / a (d: opening depth, a: opening diameter) of the microcavity transferred and formed on the aluminum sheet. The case where it reached the range of 8 to 3.0 was set as “◯”, and the case where it was outside the range of 0.8 to 3.0 was set as “x”. The results are shown in Table 1 below.
試験条件
（１）成形材料・・・伸び率ηが１５％の焼きなましたアルミニウムシート
（２）アルミニウムシートの厚み・・・３０，８０，１００，１５０，３００μｍ
（３）型に形成されたマイクロキャビティの形状・・・開口径ａ；３μｍ，開口の深さｄ；４μｍ，開口の周期Λ；５μｍ
（４）転写条件・・・一軸プレス法によるプレス圧力３０ＫＮ／ｃｍ２、アルミニウムシートの転写面とは反対側の面の下部に厚み１００μｍのＰＴＦＥ樹脂フィルムを設置
（５）アスペクト比ｄ／ａの測定方法・・・レーザー顕微鏡による写真測定
Test conditions (1) Molding material: Annealed aluminum sheet with 15% elongation η (2) Thickness of aluminum sheet: 30, 80, 100, 150, 300 μm
(3) Shape of the microcavity formed in the mold: opening diameter a: 3 μm, opening depth d: 4 μm, opening period Λ: 5 μm
(4) Transfer conditions: a press pressure of 30 KN / cm 2 by a uniaxial press method, and a PTFE resin film having a thickness of 100 μm is installed below the surface opposite to the transfer surface of the aluminum sheet. Measuring method: Photo measurement with a laser microscope
表１より、焼きなましたアルミニウムシートに対する型の表面微細凹凸パターンの転写成形性は、アルミニウムシートの厚みが厚いほど型の表面微細凹凸パターンの転写成形性が向上するが、本発明の製造方法においてアスペクト比が０．８〜３．０のマイクロキャビティを得るためには、アルミニウムシートの厚みが１０００μｍもあれば十分であり、特にアルミニウムシートの厚みが３００μｍ以下である場合は型のプレス圧がアルミニウムシートの全体に万遍なく伝わり、均質なマイクロキャビティを得られることが判った。一方、アルミニウムシートの厚みが８０μｍ未満であると転写成形性が低下する傾向がみられ、特にアルミニウムシートの厚みが３０μｍ未満である場合はアスペクト比が０．８以上のマイクロキャビティを得ることが極めて困難となることが判った。 From Table 1, the transfer formability of the mold surface fine concavo-convex pattern on the annealed aluminum sheet increases as the thickness of the aluminum sheet increases, but the transfer formability of the mold surface fine concavo-convex pattern improves in the production method of the present invention. In order to obtain a microcavity having a ratio of 0.8 to 3.0, it is sufficient that the thickness of the aluminum sheet is 1000 μm. In particular, when the thickness of the aluminum sheet is 300 μm or less, the press pressure of the die is the aluminum sheet. It was found that a uniform microcavity can be obtained. On the other hand, when the thickness of the aluminum sheet is less than 80 μm, there is a tendency that the transfer moldability is lowered. Particularly when the thickness of the aluminum sheet is less than 30 μm, it is extremely possible to obtain a microcavity having an aspect ratio of 0.8 or more. It turned out to be difficult.
以上の結果、上記のような開口比および／またはアスペクト比を有するマイクロキャビティを転写成形するのに適したアルミニウムシートの厚みは、好ましくは３０〜１０００μｍの範囲内であり、より好ましくは８０〜３００μｍの範囲内である。 As a result of the above, the thickness of the aluminum sheet suitable for transfer molding of the microcavity having the above opening ratio and / or aspect ratio is preferably in the range of 30 to 1000 μm, more preferably 80 to 300 μm. Is within the range.
実施例２
伸び率が異なる焼きなましたアルミニウムシートを準備し、型に形成されている所定の開口比ａ／Λ（ａ；開口径，Λ；開口の周期）を有するマイクロキャビティを一軸プレス法によって前記アルミニウムシートへ転写成形することにより、本発明による波長選択性熱放射材料の製造方法において、アルミニウムシートの伸び率が転写成形性に及ぼす影響について調べた。
なお、アルミニウムシート素材の転写成形性は、アルミニウムシートへ転写成形されたマイクロキャビティのアスペクト比ｄ／ａ（ｄ；開口の深さ，ａ；開口径）を測定することにより、アスペクト比が０．８〜３．０の範囲内に到達した場合を「○」とし、０．８〜３．０の範囲外にある場合を「×」とした。その結果を下記の表２に示す。
Example 2
An annealed aluminum sheet having different elongation rates is prepared, and a microcavity having a predetermined opening ratio a / Λ (a; opening diameter, Λ; opening period) formed in the mold is uniaxially pressed into the aluminum sheet. By the transfer molding, the influence of the elongation percentage of the aluminum sheet on the transfer moldability was investigated in the method for producing a wavelength selective heat radiation material according to the present invention.
The transfer formability of the aluminum sheet material is determined by measuring the aspect ratio d / a (d: opening depth, a: opening diameter) of the microcavity transferred and formed on the aluminum sheet. The case where it reached the range of 8 to 3.0 was set as “◯”, and the case where it was outside the range of 0.8 to 3.0 was set as “x”. The results are shown in Table 2 below.
試験条件
（１）成形材料・・・厚みが１００μｍの焼きなましたアルミニウムシート
（２）アルミニウムシートの伸び率η・・・２，５，７，１０，１５，２２，３０％
なお、アルミニウムシートの伸び率の測定は、ＪＩＳＺ２２４１ 金属材料引っ張り試験方法に従って、万能試験機を用いて引っ張り試験を実施し、測定した。
（３）型に形成されたマイクロキャビティの形状・・・開口径ａ；３μｍ，開口の深さｄ；４μｍ，開口の周期Λ；５μｍ
（４）転写条件・・・一軸プレス法によるプレス圧力３０ＫＮ／ｃｍ２、アルミニウムシートの転写面とは反対側の面の下部に厚み１００μｍのＰＴＦＥ樹脂フィルムを設置
（５）アスペクト比ｄ／ａの測定方法・・・レーザー顕微鏡による写真測定
Test conditions (1) Molding material: Annealed aluminum sheet with a thickness of 100 μm (2) Elongation rate η of aluminum sheet: 2, 5, 7, 10, 15, 22, 30%
The elongation percentage of the aluminum sheet was measured by carrying out a tensile test using a universal testing machine in accordance with the JISZ2241 metal material tensile test method.
(3) Shape of the microcavity formed in the mold: opening diameter a: 3 μm, opening depth d: 4 μm, opening period Λ: 5 μm
(4) Transfer conditions: a press pressure of 30 KN / cm 2 by a uniaxial press method, and a PTFE resin film having a thickness of 100 μm is installed below the surface opposite to the transfer surface of the aluminum sheet. Measuring method: Photo measurement with a laser microscope
表２より、焼きなましたアルミニウムシートに対する型の表面微細凹凸パターンの転写成形性は、アルミニウムシートの伸び率が大きいほど向上する傾向にある。これは、型による表面微細凹凸パターンの転写成形は素材の塑性変形を伴うものであるため、伸び率が大きいアルミニウムシートほど大きなプレス圧を必要とすることなく塑性流動、材料変形を起したものと推察される。その結果、特にアルミニウムシートの伸び率が１５％以上である場合、本発明による製造方法によってアスペクト比が０．８以上の良好なマイクロキャビティを安定して得られることが判った。 From Table 2, the transfer moldability of the surface fine unevenness pattern of the mold on the annealed aluminum sheet tends to improve as the elongation percentage of the aluminum sheet increases. This is because transfer molding of the surface fine concavo-convex pattern by the mold is accompanied by plastic deformation of the material, so that an aluminum sheet having a higher elongation rate causes plastic flow and material deformation without requiring a large press pressure. Inferred. As a result, it was found that a good microcavity having an aspect ratio of 0.8 or more can be stably obtained by the manufacturing method according to the present invention, particularly when the elongation percentage of the aluminum sheet is 15% or more.
実施例３
表面粗さが異なる焼きなましたアルミニウムシートを準備し、型に形成されている所定の開口比ａ／Λ（ａ；開口径，Λ；開口の周期）を有するマイクロキャビティを一軸プレス法によって前記アルミニウムシートへ転写成形することにより、本発明による波長選択性熱放射材料の製造方法において、アルミニウムシートの表面粗さが転写成形性に及ぼす影響について調べた。
なお、アルミニウムシート素材の表面粗さに基づく転写成性は、得られたマイクロキャビティにより選択される波長ピークが目標とする波長ピークと一致し且つそのピークが明確に表れている場合の転写性を「○」とし、得られたマイクロキャビティにより選択される波長ピークが目標とする波長ピークと不一致であるか、若しくはそのピークが広過ぎて不明確である場合の転写性を「×」と判別することによって評価した。その結果を下記の表３に示す。
Example 3
An annealed aluminum sheet having different surface roughness is prepared, and the microcavity having a predetermined opening ratio a / Λ (a; opening diameter, Λ; opening period) formed in a mold is uniaxially pressed to form the aluminum sheet. The effect of the surface roughness of the aluminum sheet on the transfer moldability was investigated in the method for producing a wavelength selective heat radiation material according to the present invention.
The transferability based on the surface roughness of the aluminum sheet material is the transferability when the wavelength peak selected by the obtained microcavity coincides with the target wavelength peak and the peak clearly appears. “○” indicates that the wavelength peak selected by the obtained microcavity is inconsistent with the target wavelength peak, or the transferability when the peak is too wide and unclear is determined as “x”. Was evaluated by The results are shown in Table 3 below.
試験条件
（１）成形材料・・・厚みが１００μｍ、伸び率ηが１５％の焼きなましたアルミニウムシート
（２）アルミニウムシートの表面粗さＲａ・・・０．１０５，０．１６９，０．３６５，０．４４５，０．８５７，０．９００，０．９６１μｍ
（３）型に形成されたマイクロキャビティの形状・・・開口径ａ；３μｍ，開口の深さｄ；４μｍ，開口の周期Λ；５μｍ
（４）転写条件・・・一軸プレス法によるプレス圧力３０ＫＮ／ｃｍ２、アルミニウムシートの転写面とは反対側の面の下部に厚み１００μｍのＰＴＦＥ樹脂フィルムを設置
Test conditions (1) Molding material: Annealed aluminum sheet having a thickness of 100 μm and an elongation rate η of 15% (2) Surface roughness Ra of the aluminum sheet: 0.105, 0.169, 0.365, 0.445, 0.857, 0.900, 0.961 μm
(3) Shape of the microcavity formed in the mold: opening diameter a: 3 μm, opening depth d: 4 μm, opening period Λ: 5 μm
(4) Transfer conditions: a press pressure of 30 KN / cm 2 by a uniaxial press method, and a PTFE resin film having a thickness of 100 μm is installed on the lower side of the surface opposite to the transfer surface of the aluminum sheet.
アルミニウムシートに転写成形されるマイクロキャビティは、開口径ａが３μｍ，開口の深さｄが４μｍ，開口の周期Λが５μｍの極めて微細な凹凸である。従って、表３によれば、アルミニウムシートの表面粗さが大き過ぎると、転写成形されるマイクロキャビティの寸法精度に悪影響を及ぼし、その結果、所望とするアスペクト比や開口比を有するマイクロキャビティが得られ難くなることが推察される。表３の結果より、本発明の製造方法では、アルミニウムシートの表面粗さＲａが０．５μｍ以下である場合に所望とする波長選択性を有するマイクロキャビティを得られることが判った。 The microcavity transferred and formed on the aluminum sheet has very fine irregularities having an opening diameter a of 3 μm, an opening depth d of 4 μm, and an opening period Λ of 5 μm. Therefore, according to Table 3, if the surface roughness of the aluminum sheet is too large, it will adversely affect the dimensional accuracy of the transferred microcavity, resulting in a microcavity having the desired aspect ratio and aperture ratio. It is presumed that it will be difficult to be done. From the results of Table 3, it was found that in the production method of the present invention, a microcavity having a desired wavelength selectivity can be obtained when the surface roughness Ra of the aluminum sheet is 0.5 μm or less.
実施例４
異なる厚みのＰＴＦＥ樹脂フィルムを準備し、型に形成されている所定の開口比ａ／Λ（ａ；開口径，Λ；開口の周期）を有するマイクロキャビティを一軸プレス法によってアルミニウムシートへ転写成形する時に、前記樹脂フィルムをアルミニウムシートの転写面とは反対側の面の下部に敷くことにより、本発明による波長選択性熱放射材料の製造方法において、加工材下の樹脂フィルム厚みが転写成形性に及ぼす影響について調べた。
なお、アルミニウムシート素材の転写成形性は、アルミニウムシートへ転写成形されたマイクロキャビティを顕微鏡観察し、そして寸法を測定することにより、マイクロキャビティの転写状態にエッジ効果（中抜け現象）が生じておらず且つアスペクト比が０．８〜３．０の範囲内に到達した場合の転写性を「○」とし、マイクロキャビティの転写状態にエッジ効果（中抜け現象）が生じており且つアスペクト比が０．８〜３．０の範囲外にある場合の転写性を「×」、マイクロキャビティの転写状態にエッジ効果（中抜け現象）が生じているが、アスペクト比が０．８〜３．０の範囲内にある場合の転写性を「△」と判別することによって評価した。その結果を下記の表４に示す。
Example 4
PTFE resin films having different thicknesses are prepared, and a microcavity having a predetermined opening ratio a / Λ (a; opening diameter, Λ; opening period) formed in a mold is transferred to an aluminum sheet by a uniaxial press method. Sometimes, by placing the resin film under the surface opposite to the transfer surface of the aluminum sheet, the thickness of the resin film under the workpiece becomes transfer moldability in the method for producing a wavelength-selective heat radiation material according to the present invention. The effect was examined.
Note that the transferability of the aluminum sheet material does not cause an edge effect (missing phenomenon) in the transfer state of the microcavity by observing the microcavity transferred to the aluminum sheet under a microscope and measuring the dimensions. In addition, the transferability when the aspect ratio reaches within the range of 0.8 to 3.0 is set to “◯”, the edge effect (the hollowing out phenomenon) occurs in the transfer state of the microcavity, and the aspect ratio is 0. Transferability when outside the range of .8 to 3.0 is “x”, and the edge effect (slow-out phenomenon) occurs in the transfer state of the microcavity, but the aspect ratio is 0.8 to 3.0. Evaluation was made by discriminating the transferability in the range from “Δ”. The results are shown in Table 4 below.
試験条件
（１）成形材料・・・厚みが１００μｍ、伸び率ηが１５％の焼きなましたアルミニウムシート
（２）型に形成されたマイクロキャビティの形状・・・開口径ａ；３μｍ，開口の深さｄ；４μｍ，開口の周期Λ；５μｍ
（３）転写条件・・・一軸プレス法によるプレス圧力３０ＫＮ／ｃｍ２
（４）アルミニウムシートの転写面とは反対側の面の下部に敷かれるＰＴＦＥ樹脂フィルムの厚み・・・５０，１００，１３０，２００，３００，５００，１０００μｍ
（５）マイクロキャビティ寸法の測定方法・・・レーザー顕微鏡による写真測定
Test conditions (1) Molding material: Annealed aluminum sheet with a thickness of 100 μm and elongation η of 15% (2) Shape of microcavity formed in the mold: Opening diameter a: 3 μm, opening depth d; 4 μm, aperture period Λ; 5 μm
(3) Transfer conditions: Press pressure of 30 KN / cm 2 by uniaxial press method
(4) The thickness of the PTFE resin film laid on the lower side of the surface opposite to the transfer surface of the aluminum sheet: 50, 100, 130, 200, 300, 500, 1000 μm
(5) Measuring method of microcavity dimensions ... Photo measurement by laser microscope
表４より、本発明による波長選択性熱放射材料の製造方法において一軸プレス法により転写成形する場合は、アルミニウムシートの転写面とは反対側の面の下部に厚み８０〜３００μｍの樹脂製フィルムを敷くと、型の「エッジ効果」や「中抜け現象」を回避することができ、高精度のマイクロキャビティを得ることができる。これは、プレス素材の下部に緩衝材を敷くことにより、プレス素材に生じる荷重分布の均一化が図られたことにより得られた効果であると考えられる（「はじめてのナノプリント技術」、谷口淳著参照）。 From Table 4, in the production method of the wavelength-selective heat radiation material according to the present invention, when the transfer molding is performed by the uniaxial press method, a resin film having a thickness of 80 to 300 μm is formed on the lower side of the surface opposite to the transfer surface of the aluminum sheet. When it is laid, it is possible to avoid the “edge effect” and “missing phenomenon” of the mold, and a highly accurate microcavity can be obtained. This is considered to be an effect obtained by laying a cushioning material under the press material to make the load distribution generated in the press material uniform (“Nanoprint Technology for the First Time”, Jun Taniguchi). See the book).
なお、上述した実施例１〜４の転写成形に用いる型は、型本体を鉄系材料から成形し、表面微細凹凸部はニッケル電鋳又はセラミックスから成形したものを使用した。 In addition, the type | mold used for transfer shaping | molding of Examples 1-4 mentioned above used the type | mold main body shape | molded from the iron-type material, and the surface fine uneven | corrugated | grooved part used what was shape | molded from nickel electroforming or ceramics.
Claims (13)
前記発熱源と前記樹脂部材との間に該発熱源を覆うように配置され、
前記発熱源からの熱エネルギーが伝熱または熱放射により前記波長選択性熱放射材料へ投入され、そして
前記波長選択性熱放射材料の熱放射面から前記樹脂部材へ向けて、前記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
前記波長選択性熱放射材料であることを特徴とする請求項１に記載の波長選択性熱放射材料の製造方法。 In the electronic device in which the wavelength selective heat radiation material is covered with a resin member having a heat generation source having an infrared transmission wavelength region,
Arranged to cover the heat source between the heat source and the resin member,
Thermal energy from the heat source is input to the wavelength-selective heat radiation material by heat transfer or heat radiation, and from the heat radiation surface of the wavelength-selective heat radiation material toward the resin member, infrared rays of the resin member 2. The method for producing a wavelength selective heat radiation material according to claim 1, wherein the wavelength selective heat radiation material selectively radiates heat radiation light corresponding to a transmission wavelength region.
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