(57)【要約】      （修正有）【課題】界面熱抵抗に関する情報を取得する。【解決手段】熱抵抗情報取得装置１は、界面を有する第１層および第２層を含む試料１００における第１層に対し光を照射し試料を加熱する加熱部と、試料の側面における界面１０７を含む領域であって、加熱部によって加熱された領域の温度分布を検知する赤外線サーモグラフィ１７と、赤外線サーモグラフィ１７によって検知された温度分布に基づいて、試料の界面における熱抵抗に関する情報を取得するコンピュータ２０とを備える。【選択図】図１
2020190443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面を有する第１層および第２層を含む試料における当該第１層に対し光を照射し当該試料を加熱する加熱部と、
前記試料の側面における前記界面を含む領域であって、前記加熱部によって加熱された領域の温度分布を検知する検知部と、
前記検知部によって検知された温度分布に基づいて、前記試料の前記界面における熱抵抗に関する情報を取得する取得部と
を備える熱抵抗情報取得装置。
【請求項２】
前記取得部が取得した前記熱抵抗に関する情報を表示させる表示部を有する
請求項１記載の熱抵抗情報取得装置。
【請求項３】
前記表示部は、前記界面における熱抵抗に相当する数値を表示させる
請求項１または２記載の熱抵抗情報取得装置。
【請求項４】
前記加熱部および前記試料を相対移動させ、当該試料における前記領域を変位させる変位部を備える
請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱抵抗情報取得装置。
【請求項５】
前記検知部は、前記界面から放射された赤外線を集光するレンズと、当該レンズによって集光された光を検知するサーモグラフィとを有する
請求項１乃至４のいずれか１項記載の熱抵抗情報取得装置。
【請求項６】
前記取得部は、前記検知部によって検知された温度分布の振幅および位相遅れの少なくとも一方に基づいて、前記試料の前記界面における熱抵抗に関する情報を取得する
請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱抵抗情報取得装置。
【請求項７】
前記試料の前記第１層において、前記加熱部によって光が照射される光照射領域の中心から当該試料の前記側面までの距離が、当該光照射領域の外径よりも小さい
請求項１乃至６のいずれか１項記載の熱抵抗情報取得装置。
【請求項８】
界面を有する第１層および第２層を含む試料における当該第１層に対し光を照射し当該試料を加熱するステップと、
前記試料の側面における前記界面を含む領域であって前記第１層に照射される光によって加熱された領域の温度分布を検知するステップと、
検知された温度分布に基づいて、前記試料の前記界面における熱抵抗に関する情報を取得するステップと
を備える熱抵抗情報取得方法。
【請求項９】
コンピュータに
界面を有する第１層および第２層を含む試料における当該第１層に対し光を照射し当該試料を加熱する機能と、
前記試料の側面における前記界面を含む領域であって、前記第１層に照射される光によって加熱された領域の温度分布を検知する機能と、
検知された温度分布に基づいて、前記試料の前記界面における熱抵抗に関する情報を取得する機能と
を実行させるプログラム。
【請求項１０】
界面を有する第１部材および第２部材を含む試料における当該第１部材に対し光を照射し当該試料を加熱する加熱部と、
前記試料の側面における前記界面を含む領域の温度分布を検知する検知部と、
前記検知部によって検知された温度分布に基づいて、前記界面における前記第１部材および前記第２部材の接触状態に関する情報を取得する取得部と
を備える接触情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱抵抗情報取得装置、熱抵抗情報取得方法、プログラム、および接触情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
界面熱抵抗は、物質が接触している境界で熱の流れが阻害され、温度が不連続に変化する現象である。この界面熱抵抗は、例えば様々な電子機器において内部から外部への排熱を阻害し、熱を原因とする問題を引き起こし得る。
【０００３】
特許文献１には、第１物質のみから成る単層試料と、第２物質のみからなる単層試料とを積層した２層試料の積層板間または薄膜間の界面部分の界面熱抵抗を測定するに際して、第１物質のみからなる単層試料の表面をパルス加熱した後の温度応答と、第２物質のみからなる単層試料の表面をパルス加熱した後の温度応答を観測することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１１６７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば界面熱抵抗の低減にはその発生メカニズムの理解が必要であり、そのためには発生メカニズムを構成する要素と現象の関連性を明らかにするため、新たな界面熱抵抗に関する情報の取得装置が求められることがあった。
【０００６】
本明細書に開示される技術は、界面熱抵抗に関する情報を取得することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本明細書に開示される技術は、界面を有する第１層および第２層を含む試料における当該第１層に対し光を照射し当該試料を加熱する加熱部と、前記試料の側面における前記界面を含む領域であって、前記加熱部によって加熱された領域の温度分布を検知する検知部と、前記検知部によって検知された温度分布に基づいて、前記試料の前記界面における熱抵抗に関する情報を取得する取得部とを備える熱抵抗情報取得装置である。
ここで、前記取得部が取得した前記熱抵抗に関する情報を表示させる表示部を有するとよい。
また、前記表示部は、前記界面における熱抵抗に相当する数値を表示させるとよい。
また、前記加熱部および前記試料を相対移動させ、当該試料における前記領域を変位させる変位部を備えるとよい。
また、前記検知部は、前記界面から放射された赤外線を集光するレンズと、当該レンズによって集光された光を検知するサーモグラフィとを有するとよい。
また、前記取得部は、前記検知部によって検知された温度分布の振幅および位相遅れの少なくとも一方に基づいて、前記試料の前記界面における熱抵抗に関する情報を取得するとよい。
また、前記試料の前記第１層において、前記加熱部によって光が照射される光照射領域の中心から当該試料の前記側面までの距離が、当該光照射領域の外径よりも小さいとよい。
【０００８】
他の観点から捉えると、本明細書に開示される技術は、界面を有する第１層および第２層を含む試料における当該第１層に対し光を照射し当該試料を加熱するステップと、前記試料の側面における前記界面を含む領域であって前記第１層に照射される光によって加熱された領域の温度分布を検知するステップと、検知された温度分布に基づいて、前記試料の前記界面における熱抵抗に関する情報を取得するステップとを備える熱抵抗情報取得方法である。
【０００９】
他の観点から捉えると、本明細書に開示される技術は、コンピュータに界面を有する第１層および第２層を含む試料における当該第１層に対し光を照射し当該試料を加熱する機能と、前記試料の側面における前記界面を含む領域であって、前記第１層に照射される光によって加熱された領域の温度分布を検知する機能と、検知された温度分布に基づいて、前記試料の前記界面における熱抵抗に関する情報を取得する機能とを実行させるプログラムである。
【００１０】
他の観点から捉えると、本明細書に開示される技術は、界面を有する第１部材および第２部材を含む試料における当該第１部材に対し光を照射し当該試料を加熱する加熱部と、前記試料の側面における前記界面を含む領域の温度分布を検知する検知部と、前記検知部によって検知された温度分布に基づいて、前記界面における前記第１部材および前記第２部材の接触状態に関する情報を取得する取得部とを備える接触情報取得装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書に開示される技術によれば、界面熱抵抗に関する情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態に係る配向同定装置を示す概略構成図である。
【図２】コンピュータの機能構成図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、界面熱抵抗の測定原理を示す説明図である。
【図４】測定試料における加熱領域を示す説明図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、測定試料における厚み方向の振幅及び位相遅れの理論曲線を示す。
【図６】界面熱抵抗測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】（ａ）は加熱周波数１Ｈｚにおける振幅の分布図を示し、（ｂ）は加熱周波数１Ｈｚにおける位相遅れの分布図を示す。
【図８】（ａ）は加熱周波数２０Ｈｚにおける振幅の分布図を示し、（ｂ）は加熱周波数２０Ｈｚにおける位相遅れの分布図を示す。
【図９】（ａ）は加熱周波数１Ｈｚにおける厚み方向の距離および振幅の関係を示す図であり、（ｂ）は加熱周波数１Ｈｚにおける厚み方向の距離および位相遅れの関係を示す図である。
【図１０】（ａ）は加熱周波数２０Ｈｚにおける厚み方向の距離および振幅の関係を示す図であり、（ｂ）は加熱周波数２０Ｈｚにおける厚み方向の距離および位相遅れの関係を示す図である。
【図１１】コンピュータのハードウェア構成例を示した図である。
【図１２】変形例における測定試料の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本実施の形態について詳細に説明する。
＜界面熱抵抗測定装置１の構成＞
図１は、本実施の形態に係る界面熱抵抗測定装置１を示す概略構成図である。
まず、図１を参照して、本実施の形態が適用される界面熱抵抗測定装置１の構成を説明する。
図１に示すように、本実施の形態が適用される界面熱抵抗測定装置１は、板状に形成された測定試料１００を支持するホルダ２と、参照光を出力する発光ダイオード３と、測定試料１００の一方の面（表面）を撮像するＣＣＤ撮像素子４と、一方向に延びるレール５と、このレール５に設けられホルダ２を支持する第１ＸＹＺステージ６と、レール５に設けられ発光ダイオード３およびＣＣＤ撮像素子４を支持する第２ＸＹＺステージ７とを備える。
【００１４】
また、界面熱抵抗測定装置１は、加熱用光源として機能するダイオードレーザ１０と、ダイオードレーザ１０から出射されたレーザ光のビーム径を拡大するビームエキスパンダ１５と、測定試料１００の表面に照射されるレーザ光のビーム径を調整する（絞る）マイクロスコープ１６とを備える。
【００１５】
また、界面熱抵抗測定装置１は、測定試料１００の第１側面１０７（後述）に対向して設けられたマイクロレンズ（顕微赤外レンズ）１８と、マイクロレンズ１８によって集光された光を受ける赤外線サーモグラフィ（ロックインサーモグラフィ）１７と、赤外線サーモグラフィ１７からの信号を受けるコンピュータ２０と、周期的信号を発生させダイオードレーザ１０および赤外線サーモグラフィ１７へと出力する周期的信号発生器３０とを備える。
【００１６】
このように構成された界面熱抵抗測定装置１においては、ダイオードレーザ１０から出射されたレーザ光が、ビームエキスパンダ１５およびマイクロスコープ１６を経た後に、測定試料１００へと照射される。この測定試料１００においては、レーザ光が照射される箇所（領域）が周期的に加熱される。すなわち、測定試料１００の表面における特定の点（位置）が、スポット周期加熱される。付言すると、界面熱抵抗測定装置１においては、測定試料１００の加熱にレーザ光を用いることで、測定試料１００の加熱の制御が容易になる。
【００１７】
また、ダイオードレーザ１０のレーザ光により加熱された測定試料１００の温度は、赤外線サーモグラフィ１７によって測定される。なお、赤外線サーモグラフィ１７は、ダイオードレーザ１０によりスポット周期加熱される領域を含む予め定めた範囲（領域）を、赤外線画像として撮像（測定）する。さらに説明をすると、例えば、スポット周期加熱される領域（略円形）の寸法（直径）が０．１μｍ〜１ｍｍである。また、赤外線サーモグラフィ１７により撮像される領域（略長方形）の寸法（一辺）は０．１ｍｍ〜５ｍｍである。
この赤外線サーモグラフィ１７には、周期的信号発生器３０より周期的信号が入力される。また、赤外線サーモグラフィ１７で測定された温度のデータ（温度分布データ）は、周期的信号とともにコンピュータ２０へと出力される。
【００１８】
コンピュータ２０は、赤外線サーモグラフィ１７とあわせて、所定間隔のフレームレートに基づいて、赤外線画像の取り込みと演算とを連続的に実行し、時間の経過とともに変化する温度変化量から平均化した画像を作成する（ロックイン方式）。さらに説明をすると、赤外線サーモグラフィ１７で得られたデータは、コンピュータ２０により演算処理され、試料１の界面１０１（後述）における熱抵抗（詳細は後述）が算出される。
【００１９】
＜コンピュータ２０の機能構成＞
図２は、コンピュータ２０の機能構成図である。
次に、図２を参照して、本実施の形態が適用されるコンピュータ２０の機能構成を説明する。
図２に示すように、本実施の形態が適用されるコンピュータ２０は、赤外線サーモグラフィ１７（図１参照）から入力される温度分布データおよび周期的信号を取得するデータ取得部２１と、データ取得部２１によって取得された温度分布データおよび周期的信号に基づいて温度分布の振幅を算出する振幅分布算出部２２と、データ取得部２１によって取得された温度分布データおよび周期的信号に基づいて位相遅れ分布を算出する位相遅れ分布算出部２３と、測定された振幅および位相遅れに基づいて界面熱抵抗を算出する界面熱抵抗算出部２４と、算出された界面熱抵抗の算出結果を表示する算出結果表示部２５とを備える。
【００２０】
本実施の形態のコンピュータ２０は、赤外線サーモグラフィ１７により検出された測定試料１００（図１参照）の温度分布に基づいて、測定試料１００の界面１０１（後述）における界面熱抵抗を算出する。さらに説明をすると、コンピュータ２０は、測定試料１００の温度分布の変化の振幅および応答の遅れに基づいて、測定試料１００を構成する複数部材同士の接触状態を特定する。
【００２１】
＜測定原理＞
図３（ａ）および（ｂ）は、界面熱抵抗の測定原理を示す説明図である。
図４は、測定試料１００における加熱領域Ｈａを示す説明図である。
次に、図３（ａ）、図３（ｂ）、および図４を参照しながら、本実施の形態における界面熱抵抗の測定原理を説明する。以下では、まず測定試料１００の構造について説明をしたのち、測定試料１００の界面熱抵抗の測定原理について詳細に説明する。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、測定試料１００は、平板状の部材である。測定試料１００は、各々平板状の部材であり、例えば等方性黒鉛などにより形成される第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂを積層して形成される。ここで、図３（ｂ）に示すように、測定試料１００においては、界面（Contact Interface）１０１を介して、第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂが接触して設けられる。
【００２３】
なお、第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂは、接着剤や熱融着など周知の技術により互いに固定されてもよいし、互いに固定せずにホルダ２（図１参照）などによって挟み込んで支持されてもよい。また、図示の例における第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂは、同一の厚みであり各々厚さｄで形成されている。なお、第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂの厚さｄは、加熱軸（Heating Axis）上における第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂの寸法として捉えることができる。また、ここでは第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂを同一の厚さｄとして説明をするが、互いに異なる厚みであってもよい。
【００２４】
また、測定試料１００は、レーザ光が照射される側、すなわち第１層１００Ａの表面である第１表面１０３と、レーザ光が照射される側とは反対側、すなわち第２層１００Ｂの表面である第２表面１０５（図３（ｂ）参照）とを有する。また、測定試料１００は、測定試料１００の外周面、すなわち４つの側面のうちの２つの側面として第１側面１０７および第２側面１０８を有する。
【００２５】
ここで、図３（ａ）に示すように、第１側面１０７には、マイクロレンズ１８および赤外線サーモグラフィ１７が対向して設けられる。すなわち、赤外線サーモグラフィ１７は、測定試料１００の第１側面１０７における熱分布を測定する。さらに言い替えると、赤外線サーモグラフィ１７は、測定試料１００の厚さ方向における熱分布を測定する。
【００２６】
赤外線サーモグラフィ１７は、第１側面１０７から放射される赤外線を測定する。ここで、第１側面１０７が平坦であるほど、熱分布の測定精度は向上する。例えば、測定試料１００の第１側面１０７を研磨などすることにより、第１側面１０７の表面粗さを低減するとよい。さらに説明をすると、第１側面１０７の表面粗さを、４つの側面のうちの赤外線サーモグラフィ１７によって観察されない側面である第２側面１０８の表面粗さよりも低くする（滑らかにする）とよい。
【００２７】
次に、図３（ａ）および図４を参照しながら、測定試料１００におけるダイオードレーザ１０のレーザ光が照射される光照射領域Ｈａについて説明をする。まず、図３（ａ）に示すように、本実施の形態において、ダイオードレーザ１０のレーザ光は、測定試料１００の第１表面１０３の中心（例えば略長方形状である第１表面１０３の重心１０６）に照射されずに、第１表面１０３の中心よりも外周側に照射される。
【００２８】
図４に示す例においては、光照射領域Ｈａは、第１側面１０７側の端部１０９に位置する。ここで、光照射領域Ｈａは、第１表面１０３において、ダイオードレーザ１０のレーザ光が照射され予め定めた値よりも光強度が大きい領域をいう。さらに説明をすると、図示の例においては、第１表面１０３におけるレーザ光の光強度が最大強度の点をレーザ中心Ｈｐとする。そして、レーザ中心Ｈｐの光強度との関係で、光照射領域Ｈａを定める。具体的には、光強度がレーザ中心Ｈｐの１／ｅ2以上となる領域を光照射領域Ｈａとする。図示の例においては、第１表面１０３における光照射領域Ｈａは略円形である。また、光照射領域Ｈａの直径は、ビーム径Ｄｂである。
【００２９】
さて、光照射領域Ｈａは、端部１０９からはみ出す部分が小さくなる位置に配置される。このことにより、例えばレーザ光が端部１０９よりも外側を通過し、レーザ光による加熱強度が低減することが抑制する。図示の例においては、レーザ中心Ｈｐが端部１０９からはみ出さない位置にレーザ光が照射される。さらに説明をすると、端部１０９からレーザ中心Ｈｐまでの距離を距離Ｗとすると、距離Ｗは、０よりも大きく、ビーム径Ｄｂよりも小さい（０＜Ｗ＜Ｄｂ）。より好ましくは、距離Ｗは、ビーム径Ｄｂの１／４よりも大きく、ビーム径Ｄｂの３／４よりも小さい（Ｄｂ／４＜Ｗ＜３Ｄｂ／４）。このことにより、レーザ光による加熱強度が低減することが抑制され、第１側面１０７における熱分布の測定精度が向上し得る。なお、距離Ｗは、上記に限定されるものではない。例えば、距離Ｗは、０よりも大きく、ビーム径Ｄｂの倍の大きさよりも小さい（０＜Ｗ＜２Ｄｂ）態様でもよいし、あるいは０よりも大きく、測定試料１００の厚さ２ｄよりも小さい態様でもよい（０＜Ｗ＜２ｄ）
【００３０】
次に、図３（ａ）、図３（ｂ）、および図４を参照しながら、本実施の形態における測定試料１００の測定原理について具体的に説明する。まず、本実施の形態においては、赤外線サーモグラフィ１７を用いて界面１０１の動的な熱伝播の様子から界面熱抵抗を計測する。付言すると、本実施の形態においては、界面熱抵抗を空間的に分解し、熱抵抗要素の寄与を評価する。
【００３１】
ここで、界面熱抵抗には、界面１０１における界面熱抵抗の値に応じて温度が不連続になり、また一方で熱流束は連続するという定量的な定義がある。本実施の形態においては、この定義を境界条件として界面１０１を挟む部材（第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂ）の熱伝導方程式を連立して解き、界面１０１前後のそれぞれの部材中の周期的な熱源に対する温度応答の挙動を予測する。
【００３２】
さらに説明をすると、まず、無限遠まで広がる媒質中の原点(ｒ＝０)に周期的点熱源があるとき、温度応答は波のように振る舞い、熱源から距離ｒにおける温度の時間応答Ｔ(ｒ,ｔ)は、原点での温度振幅をＴ０として以下に示す式（１）で表される。
【００３３】
【数１】
2020190443.tif 000003
【００３４】
ここで、μ=(1+i)√(ω/2D)であり、ωは加熱角周波数（iは虚数単位）、Ｄは熱拡散率である。次に点熱源からｒ＝ｈの位置にある界面１０１を考え、その界面１０１において界面熱抵抗Ｒが存在することを考える。界面１０１での温度ジャンプと熱流束連続の界面条件より、界面１０１での温度波の反射・透過係数は点熱源からの距離ｈの変数として式（２）で表される。ここで、加熱側層を第１層（Ａ層）１００Ａとし、非加熱側層を第２層（Ｂ層）１００Ｂとする。
【００３５】
【数２】
2020190443.tif 000004
【００３６】
λは熱伝導率である。測定系としては、図３（ｂ）のように，ｒ＝ｄに界面１０１を有し第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂを含む系を考える。厚さ２ｄの薄板状である測定試料１００の端部１０９を、レーザースポットで周期的に加熱し、第１側面１０７内の温度応答を赤外線サーモグラフィ１７で検出する。ここで、レーザ光（Laser）を延長した直線を加熱軸とすると、加熱軸上の第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂの温度応答は、界面１０１、第１表面１０３、および第２表面１０５で反射と透過を繰り返す温度波の重ね合わせで表現される。反射・透過温度波は、熱源から反射・透過面までの熱拡散距離に応じた式(1)による温度応答と式(2)による係数の積で表され、第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂの温度応答の非時間変化部Ａｎ(ｒ)およびＢｎ（ｒ）は、式（３）および式（４）で表される。
【００３７】
【数３】
2020190443.tif 000005
【００３８】
【数４】
2020190443.tif 000006
【００３９】
ここで，nは反射・透過回数を表し，ＧＡｎおよびＧＢｎは反射・透過係数からなる係数である。これらの総和により、加熱軸上における第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂの温度応答は式（５）で表される。
【００４０】
【数５】
2020190443.tif 000007
【００４１】
なお、第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂは同一材料であり、厚みが等しく、また試料表裏面は断熱であることを仮定している。式（５）により加熱軸上r方向における温度波の振幅と位相遅れプロファイルが得られ、ｒ＝ｄの界面において振幅と位相遅れが不連続となる。
【００４２】
図５（ａ）および（ｂ）は、測定試料１００における厚み方向の振幅及び位相遅れの理論曲線を示す。
次に、図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、上記測定原理に従った測定試料１００における厚み方向の振幅及び位相遅れの理論値について説明をする。
【００４３】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、上記測定原理に従って、界面熱抵抗Ｒが１.０×１０−９ｍ２Ｋ/Ｗから１.０×１０−４ｍ２Ｋ/Ｗまで６通りの値における、試料厚み方向の振幅及び位相遅れの理論曲線が得られた。界面熱抵抗値の増加にしたがって、横軸中央部の界面での振幅・位相遅れのジャンプ量の増加が確認できる。第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂの熱伝導率と熱拡散率が既知の場合、振幅と位相遅れのジャンプ量は界面熱抵抗Ｒのみに依存するため、赤外線サーモグラフィ１７で計測した温度応答の振幅と位相遅れプロファイルに、界面熱抵抗値をパラメータとしてフィッティングすることで界面熱抵抗の数値が測定される。
【００４４】
上記のように、マイクロレンズ１８を備えたロックインサーモグラフィである赤外線サーモグラフィ１７を用いることにより、マイクロスケールの界面１０１前後の熱伝播の様子が可視化される。また、周期加熱と赤外線サーモグラフィ１７を用いることにより、微弱な温度応答信号を高精度に検出し得る。また、長時間にわたる高精度制御が必要な定常熱流制御を不要とし得る。
【００４５】
また、熱抵抗要素の寄与を評価可能な界面熱抵抗計測を行うためにロックインサーモグラフィである赤外線サーモグラフィ１７に、高分解能顕微赤外レンズであるマイクロレンズ１８を導入する。これにより、測定試料１００全体の総括熱抵抗に対する微小領域ごとの界面熱抵抗を計測し得る。
【００４６】
また、赤外線サーモグラフィ１７を測定試料１００の第１側面１０７側に対向する位置が設けられる。この構成においては、測定試料１００周辺の空間、より具体的には測定試料１００にレーザ光が照射される側とは反対側（第２表面１０５側）の空間が小さい場合であっても、界面熱抵抗の測定を可能とし得る。
【００４７】
また、本実施の形態とは異なる従来の定常熱流法などの計測手法では、複雑な熱抵抗要素が寄与し合った結果である総括的な界面熱抵抗は計測されるものの、その要素を分解した計測を行うことは、要素ごとの熱流量と温度を精密に計測することの困難さから十分ではなかった。一方で、界面熱抵抗測定装置１においては、本発明では熱流量および温度ではなく、赤外線サーモグラフィ１７を用いて界面１０１の動的な熱伝播の様子から界面熱抵抗を計測することで、要素を分解した計測を行い得る。
【００４８】
また、本実施の形態においては、従来の計測法と比較して、計測のセットアップが容易でかつ短時間で計測可能である。また、電子機器などの熱設計において従来の計測法では個々の界面熱抵抗を計測するのは困難であるため、予め推定値を用いてマージンを持たせて設計し、製造後の試験により推定値の確度を検証する方法がとられている。しかしながら、本実施の形態においては、事前計測が可能となり、熱設計精度の向上、余分なマージンの排除による設計の効率化・機器の高性能化、検証試験の短縮による開発製造期間の短縮・コストの削減を実現し得る。
【００４９】
＜動作＞
次に、図１、図２および図６を参照して、本実施の形態における界面熱抵抗測定装置１の動作を説明する。図６は、界面熱抵抗測定装置１（図１参照）の動作を説明するフローチャートである。
【００５０】
まず、界面熱抵抗測定装置１におけるダイオードレーザ１０から出射されたレーザ光により、測定試料１００の第１表面１０３がスポット周期加熱される（ステップ６０１）。
そして、赤外線サーモグラフィ１７により測定される第１側面１０７の温度分布により、振幅分布算出部２２が振幅分布を算出する（ステップ６０２）。また、赤外線サーモグラフィ１７により測定される第１側面１０７の温度分布により、位相遅れ分布算出部２３が位相遅れ分布を算出する（ステップ６０３）。
【００５１】
そして、算出された振幅分布および位相遅れ分布に基づき、界面熱抵抗算出部２４が界面熱抵抗を算出する（ステップ６０４）。
そして、算出結果表示部２５が、振幅分布、位相遅れ分布、界面熱抵抗の算出結果を液晶ディスプレイなどの表示手段（不図示）に表示する（ステップ６０５）。
【００５２】
＜測定結果＞
図７（ａ）は、加熱周波数１Ｈｚにおける振幅の分布図を示す。
図７（ｂ）は、加熱周波数１Ｈｚにおける位相遅れの分布図を示す。
図８（ａ）は、加熱周波数２０Ｈｚにおける振幅の分布図を示す。
図８（ｂ）は、加熱周波数２０Ｈｚにおける位相遅れの分布図を示す。
なお、図７および図８の各図における中心付近横方向に界面１０１が位置し、図中上方が測定試料１００の第１表面１０３側である。
【００５３】
図９（ａ）は、加熱周波数１Ｈｚにおける厚み方向の距離および振幅の関係を示す図である。
図９（ｂ）は、加熱周波数１Ｈｚにおける厚み方向の距離および位相遅れの関係を示す図である。
図１０（ａ）は、加熱周波数２０Ｈｚにおける厚み方向の距離および振幅の関係を示す図である。
図１０（ｂ）は、加熱周波数２０Ｈｚにおける厚み方向の距離および位相遅れの関係を示す図である。
なお、図９および図１０の各図における横軸は、厚み方向の距離を示す。
【００５４】
次に、図７乃至図１０を参照して、測定試料１００を用いた測定結果を説明する。
まず、測定試料１００は、等方性黒鉛ＩＧ―１１０を２枚接着加圧硬化後、第１側面１０７を研磨し作成した。なお、測定試料１００の成形前後の厚さの差異から、界面１０１の厚さは約５μｍと推定される。
測定条件は、表１に示す通りである。
【表１】
2020190443.tif 000008
【００５５】
図７および図８に示すように、測定試料１００の周期加熱に対する温度応答に、赤外線サーモグラフィ１７を用いたロックイン解析を行い、得られた振幅と位相遅れの分布図が観察された。図７および図８の各図において、測定試料１００表面（第１表面１０３）上の振幅・位相遅れの値が最も大きい点が加熱点（レーザ中心Ｈｐ、図４参照）であり、加熱点を中心として振幅・位相遅れが同心円状に減少しているのが確認できる。そして、界面１０１を境に振幅・位相遅れの値が不連続となっており、界面１０１で振幅・位相遅れジャンプが発生することが確認できる。なお，各図における第１表面１０３よりさらに上方（レーザー入射方向）においても振幅・位相遅れの分布が確認できるは試料周囲の大気に伝導した応答を検出しているとも考えられる。
【００５６】
さて、図７および図８に示す振幅と位相遅れの分布図から、加熱軸上の振幅・位相遅れの値を抽出し、上記の測定原理に従って、温度応答の理論曲線を、界面熱抵抗値をパラメータとしてフィッティングすることで、図９および図１０に示す結果が得られた。なお、振幅は加熱点において１となるように正規化した。また、フィッティング条件は、表２に示す通りである。
【表２】
2020190443.tif 000009
【００５７】
図９および図１０に示すように、フィッティングを行った結果、振幅・位相遅れともに厚み方向０．３ｍｍ付近より大きい領域において、理論曲線と実測プロットの良好な一致が見られる。
【００５８】
振幅と位相遅れそれぞれについてフィッティング解析を行い、算出された界面熱抵抗値は、表３に示す通りである。
【表３】
2020190443.tif 000010
【００５９】
本測定とは異なる非定常的な手法による同等スケール試料の界面熱抵抗測定報告例として、１．２×１０−６〜１．１×１０−５ｍ２Ｋ／Ｗ（B. Dongmei et al., Appl. Therm. Eng., 111, (2017) 768-775）が報告されており本測定結果と同等のオーダーであることから妥当な結果であると推察される。
【００６０】
＜コンピュータ２０のハードウェア構成＞
図１１は、コンピュータ２０のハードウェア構成例を示した図である。
図１１に示すように、コンピュータ２０は、演算手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit）１２５と、記憶手段であるメインメモリ１２６およびＨＤＤ（Hard Disk Drive）１２７とを備える。ここで、ＣＰＵ１２５は、ＯＳ（Operating System）やアプリケーションソフトウェア等の各種プログラムを実行する。また、メインメモリ１２６は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域である。ＨＤＤ１２７は、各種プログラムに対する入力データや各種プログラムからの出力データ等を記憶する記憶領域である。そして、コンピュータ２０が備えるこれらの構成部材により、上記図２などで説明した各機能構成が実行される。
【００６１】
なお、コンピュータ２０は、赤外線サーモグラフィ１７など外部との通信を行うための通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）１２８を備えている。また、ＣＰＵ１２５が実行するプログラム（例えば、上記界面熱抵抗を算出するプログラム）は、予めメインメモリ１２６に記憶させておく形態の他、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してＣＰＵ１２５に提供したり、あるいは、ネットワーク（不図示）を介してＣＰＵ１２５に提供したりすることも可能である。
【００６２】
＜その他＞
上記の説明においては、界面１０１の界面熱抵抗の値を出力することを説明したが、界面熱抵抗に関する情報を出力するものであればこれに限定されない。例えば、閾値との比較結果のみを出力してもよい。さらに説明をすると、例えば、閾値よりも大きい界面熱抵抗が得られたときは特定の画像（例えば、特定の数値や記号）を表示し、閾値よりも小さい界面熱抵抗が得られたときは他の画像（例えば、他の特定の数値や記号）を表示するようにしてもよい。さらに説明をすると、界面熱抵抗値に相当する数値などを表示するようにしてもよい。
【００６３】
また、上記の説明においては、式（１）乃至式（５）などを用いた測定原理を説明したが、第１側面１０７内の温度応答を赤外線サーモグラフィ１７で検出した信号に基づき、熱抵抗に関する情報を取得するものであれば、特に限定されない。
【００６４】
ここで、界面熱抵抗は、試料同士の接触状態（上記の例においては第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂ）によって変化する。ここで、試料同士の接触状態としては、例えば、試料同士の接着の強度や、試料同士を押し付けあう圧力の大小などが含まれる。また、試料同士の接触状態としては、界面１０１、第１層１００Ａ、第２層１００Ｂなどにおけるボイド（空隙）や亀裂、接触不良、第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂの間に配置されるグリスや接着剤の未塗布領域の有無、あるいは異物質の介在などが含まれる。なお、上記の界面熱抵抗測定装置１は、測定試料１００における第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂの接触状態に関する情報を取得する装置として捉えることができる。
【００６５】
また、第１ＸＹＺステージ６などを用いて、測定試料１００と、マイクロレンズ１８および赤外線サーモグラフィ１７との相対位置を変化させて、界面１０１における界面熱抵抗を測定する測定点を移動させてもよい。すなわち、界面熱抵抗の測定点を界面１０１において走査させてもよい。
【００６６】
また、赤外線サーモグラフィ１７が検出した第１側面１０７内の温度分布の変化を観察し、温度分布に基づいて試料の接触状態を決定する関数を更新する機械学習を行い、得られた関数に基づき界面熱抵抗に関する情報を出力してもよい。
【００６７】
また、図示の例とは異なり、測定試料１００におけるダイオードレーザ１０のレーザ光が照射される光照射領域Ｈａを含む第１表面１０３の温度分布を検出する他の赤外線サーモグラフィ（不図示）を設け、他の赤外線サーモグラフィからの信号をコンピュータ２０で解析することによって、第１層１００Ａの熱拡散率および／または第２層１００Ｂの熱拡散率など、面内方向およびまたは厚み方向の熱物性値を測定してもよい。
【００６８】
さらに、測定試料１００は第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂを含む２層からなる構造に限定されるものではなく、フィラー材を含む３層以上から構成されてもよい。さらに説明をすると、第１層１００Ａおよび第２層１００Ｂの間に、第３層として、接着剤や熱伝導グリスを配置する構成や、サーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ、例えばシート状のゴム層やゲル層、グラファイトシート）などを配置する構成であってもよい。また、第３層以上設けた多層形状でももちろんよい。
【００６９】
図１２は、変形例における測定試料１０００の構成を説明する図である。
図１２に示すように、測定試料１０００は、第１層１０００Ａ、第２層１０００Ｂ、および第３層１０００Ｃを積層し、第１層１０００Ａおよび第２層１０００Ｂの界面に第１接着層１００１、第２層１０００Ｂおよび第３層１０００Ｃの界面に第２接着層１００２を有する構成であってもよい。ここで、第１接着層１００１および第２接着層１００２は、例えば接着剤、熱伝導グリス、サーマルインターフェイスマテリアルなどにより構成される。上記の界面熱抵抗測定装置１によれば、測定試料１０００における、第１層１０００Ａ、第２層１０００Ｂ、および第３層１０００Ｃの各層の熱拡散率や、各層間の熱抵抗などを測定することも可能である。
【００７０】
なお、ダイオードレーザ１０は、加熱部の一例である。測定試料１００は、試料の一例である。マイクロレンズ１８および赤外線サーモグラフィ１７は、検知部の一例である。マイクロレンズ１８は、レンズの一例である。赤外線サーモグラフィ１７は、サーモグラフィの一例である。界面熱抵抗算出部２４は、取得部の一例である。算出結果表示部２５は、表示部の一例である。第１ＸＹＺステージ６は、変位部の一例である。第１層１００Ａは、第１部材の一例である。第２層１００Ｂは、第２部材の一例である。界面熱抵抗測定装置１は、熱抵抗測定装置の一例である。
【００７１】
上記の説明においては、第１ＸＹＺステージ６および第２ＸＹＺステージ７を共通のレール５に設けることを説明したが、各々別の支持部材（例えば、レール）によって支持されてもよい。
また、上記の説明においては、振幅分布算出部２２が振幅分布を算出（ステップ６０２）した後に、位相遅れ分布算出部２３が位相遅れ分布を算出（ステップ６０３）することを説明したが、振幅分布の算出および位相遅れ分布の算出が同時に実行されてもよいし、振幅分布の算出の前に位相遅れ分布の算出が実行されてもよい。
【００７２】
さて、上記では種々の実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態や変形例同士を組み合わせて構成してももちろんよい。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１…界面熱抵抗測定装置、１０…ダイオードレーザ、１７…赤外線サーモグラフィ、２０…コンピュータ、２２…振幅分布算出部、２３…位相遅れ分布算出部、２４…界面熱抵抗算出部、１００…測定試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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