(57)【要約】【課題】発熱体から放熱体へと熱を伝える放熱方法において、発熱体及び放熱体との熱膨張係数の差にかかわらず、熱応力を良好に緩和して放熱することが可能な放熱方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明に係る放熱方法は、熱膨張係数の差が０．５×１０-6／Ｋ以上である発熱体及び放熱体を接触させて発熱体から放熱体に熱を伝える放熱方法において、該放熱体が、発熱体と接触する面の少なくとも一部がＳiＣである基板と、該基板の当該面又は両面の、全面又は一部に形成されたＢＮナノチューブ層とを有し、該放熱体の基板面に形成されたＢＮナノチューブ層を発熱体と接触させることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱膨張係数の差が０．５×１０-6／Ｋ以上である発熱体及び放熱体を接触させて発熱体から放熱体に熱を伝える放熱方法において、
該放熱体が、発熱体と接触する面の少なくとも一部がＳiＣである基板と、該基板の当該面又は両面の、全面又は一部に形成された窒化硼素（ＢＮ）ナノチューブ層とを有し、
該放熱体の基板面に形成されたＢＮナノチューブ層を発熱体と接触させることを特徴とする放熱方法。
【請求項２】
熱膨張係数の差が０．５×１０-6／Ｋ以上である発熱体及び放熱体の間にヒートスプレッダを介在させて発熱体から放熱体に熱を伝える放熱方法において、
該ヒートスプレッダが、基板面の少なくとも一部がＳiＣである基板と、該ＳiＣ基板の一面又は両面の、全面又は一部に形成されたＢＮナノチューブ層とを有し、
該ヒートスプレッダの基板面に形成されたＢＮナノチューブ層を発熱体及び／又は放熱体と接触させることを特徴とする放熱方法。
【請求項３】
前記ＢＮナノチューブ層を、接合材を介して発熱体及び／又は放熱体と接触させることを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱方法。
【請求項４】
前記接合材が、Ｉn−Ｓn、Ａu−Ｓn、ハンダ、又は活性銀鑞のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の放熱方法。
【請求項５】
前記基板がＳiＣであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載の放熱方法。
【請求項６】
前記発熱体と放熱体の室温での熱膨張係数の差が１×１０-6／Ｋ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載の放熱方法。
【請求項７】
前記発熱体が半導体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載の放熱方法。
【請求項８】
前記発熱体の主構成材がＳi、ＩnＰ、ＧaＡs、ＧaＮ、またはＡlＮのいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の放熱方法。
【請求項９】
前記ＢＮナノチューブ層において、ＢＮナノチューブが基板面に対して略垂直に成長していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一に記載の放熱方法。
【請求項１０】
前記ＢＮナノチューブの長さが、１μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一に記載の放熱方法。
【請求項１１】
前記ＢＮナノチューブの長さが、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の放熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱膨張係数の異なる発熱体と接触させ、又は発熱体と放熱体の間に挿入して、熱応力を緩和しつつ、高い放熱性を発揮する放熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータやモバイル電子機器の高機能化、高密度実装化に伴い、ＣＰＵ、ＧＰＵ、チップセット、メモリーチップ等の発熱源の単位面積あたりの発熱量が飛躍的に増大しており、放熱装置の高性能化が求められている。これは、半導体素子は構成する材料固有の作動上限温度が定まっており、その温度以上では素子が破壊してしまうため、放熱が不十分な状態では著しく寿命低下をきたすためである。通常自然対流や電動送風装置を用いた強制対流をもちいて放熱をはかるが、原理的に単位面積あたりの放熱量には冷却方式固有の上限があるため、大量の熱を放熱するためには、放熱する面積を拡大するヒートシンク、ヒートスプレッダと称する放熱装置が一般には用いられている。
【０００３】
具体的には半導体素子（以降ダイと称す）の放熱面（一般に半導体素子はＳi単結晶からなる基板の一面に薄膜からなる機能部分を作り込み、その反対面から放熱する）に比べ数〜数十倍の表面積を有し、熱伝導率の高い金属製（銅もしくはアルミニウムが一般的）のヒートシンク材に接触させ発熱した熱をダイからヒートシンクに移動させる。
この時、半導体素子と金属製ヒートシンクには熱膨張係数に大きな差があるため、そのまま積層すると、温度サイクル下で両者の界面に熱応力が発生し、半導体素子に歪みが発生してデバイスが安定動作しなかったり、または、最悪の場合は、界面でのクラックの発生や剥離、半導体素子の破壊に至る場合もある。
【０００４】
このような課題に対し、半導体素子とヒートシンク間に、ヒートスプレッダと呼ばれる中間的な放熱材料を挿入して熱応力の緩和を図る手段がよく用いられる。ヒートスプレッダ材としては、ＣuＷやＣuＭo、あるいはＡl-ＳiＣ等の複合材料が用いられる（例えば、特許文献１等参照）。これらの複合材料の熱膨張係数は複合材料を構成する成分の体積含有率で決まる。そこで、半導体素子とヒートシンクそれぞれの熱膨張係数の中間の適度な値になるように組成が調整されて製造される。これらのヒートスプレッダは、半導体素子、またはヒートシンクと、蝋付けやＡu-Ｓnメッキを介して接合される。
しかし、逆に言うと、用いる半導体素子とヒートシンクの組み合わせにより、これらの複合材ヒートスプレッダの組成を変化させなければならず、多種多様な組成の製品を予め用意しておく必要があり、また、これらの複合材料の製造コスト自体が高価であるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０８３１７号公報
【特許文献２】特許第３１８３８４５号公報
【特許文献３】特開２０００−１０９３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべく、発熱体から放熱体へと熱を伝える放熱方法において、発熱体及び放熱体との熱膨張係数の差にかかわらず、熱応力を良好に緩和して放熱することが可能な放熱方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意探究を重ねた結果、熱伝導率の高い基板表面にカーボンナノチューブからなる応力緩和層を形成したヒートスプレッダを用いることで、どのような半導体素子及びヒートシンクとの組み合わせに対しても、有効に熱応力を緩和できることを見出した。すなわち、かかる発明は、熱膨張係数の差が０．５×１０-6／Ｋ以上である発熱体及び放熱体を接触させて発熱体から放熱体に熱を伝える放熱方法において、該放熱体が、発熱体と接触する面の少なくとも一部がＳiＣである基板と、該基板の当該面又は両面の、全面又は一部に形成されたカーボンナノチューブ層とを有し、該放熱体の基板面に形成されたカーボンナノチューブ層を発熱体と接触させることを特徴とする。
このようなヒートスプレッダを発熱体と冷却体の間に挿入して使用すると、発熱体と冷却体の熱膨張係数が違っても、フレキシブルなカーボンナノチューブ層により熱応力を緩和しやすく、熱膨張係数の差に起因する応力破壊やクラック発生等が起こりにくいという利点がある。
【０００８】
ところで、上記のカーボンナノチューブを利用したヒートスプレッダは、半導体素子、またはヒートシンクと、蝋付けやＡu-Ｓnメッキ、はんだ工程等を介して接合される。すなわち、カーボンナノチューブがこれらの接合材料と接触することとなる。その際、各工程で液体状の接合材がカーボンナノチューブ層の先端と接触して接合が行われるのであるが、先端部との接触のみならず、接合材はカーボンナノチューブ層の中の気孔部にある程度侵入してしまう。すると、カーボンナノチューブ層のフレキシブル性が低下し、熱応力緩和性能が低下する場合があった。
【０００９】
そこで本発明者は、どのような接合材を用いても熱応力緩和能力が低下しないように更なる改良を重ね、本発明を完成させた。すなわち、カーボンナノチューブ層の気孔部に、上記接合成分が侵入せず、熱応力緩和機能を高くするために鋭意検討した結果、カーボンナノチューブの代わりに窒化硼素(ＢＮ)ナノチューブ層を形成することにより、溶融金属が気孔部に侵入せず、熱応力緩和機能の高いヒートスプレッダとなることを見出した。
本発明に係る放熱方法は下記の構成からなることを特徴とする。
【００１０】
（１）本発明に係る放熱方法は、熱膨張係数の差が０．５×１０-6／Ｋ以上である発熱体及び放熱体を接触させて発熱体から放熱体に熱を伝える放熱方法において、該放熱体が、発熱体と接触する面の少なくとも一部がＳiＣである基板と、該基板の当該面又は両面の、全面又は一部に形成されたＢＮナノチューブ層とを有し、該放熱体の基板面に形成されたＢＮナノチューブ層を発熱体と接触させることを特徴とする。
（２）本発明に係る他の放熱方法は、熱膨張係数の差が０．５×１０-6／Ｋ以上である発熱体及び放熱体の間にヒートスプレッダを介在させて発熱体から放熱体に熱を伝える放熱方法において、該ヒートスプレッダが、基板面の少なくとも一部がＳiＣである基板と、該ＳiＣ基板の一面又は両面の、全面又は一部に形成されたＢＮナノチューブ層とを有し、該ヒートスプレッダの基板面に形成されたＢＮナノチューブ層を発熱体及び／又は放熱体と接触させることを特徴とする。
【００１１】
（３）上記（１）又は（２）に記載の放熱方法であって、前記ＢＮナノチューブ層を、接合材を介して発熱体及び／又は放熱体と接触させることを特徴とする。
（４）上記（３）に記載の放熱方法であって、前記接合材が、Ｉn−Ｓn、Ａu−Ｓn、ハンダ、又は活性銀鑞のいずれかであることを特徴とする。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一に記載の放熱方法であって、前記基板がＳiＣであることを特徴とする。
【００１２】
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一に記載の放熱方法であって、前記発熱体と放熱体の室温での熱膨張係数の差が１×１０-6／Ｋ以上であることを特徴とする。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一に記載の放熱方法であって、前記発熱体が半導体であることを特徴とする。
（８）上記（７）に記載の放熱方法であって、前記発熱体の主構成材がＳi、ＩnＰ、ＧaＡs、ＧaＮ、またはＡlＮのいずれかであることを特徴とする。
【００１３】
（９）上記（１）〜（７）のいずれか一に記載の放熱方法であって、前記ＢＮナノチューブ層において、ＢＮナノチューブが基板面に対して略垂直に成長していることを特徴とする。
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか一に記載の放熱方法であって、前記ＢＮナノチューブの長さが、１μｍ以上であることを特徴とする。
（１１）上記（１０）に記載の放熱方法であって、前記ＢＮナノチューブの長さが、１０μｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
ＢＮナノチューブもまた、カーボンナノチューブと同様に熱伝導率が高く、かつ、非常にしなりやすい特徴を持つため、ＢＮナノチューブからなる層をヒートスプレッダの表面に形成しておけば、たとえ発熱体と放熱体（冷却体）の間に熱応力が発生しても、ＢＮナノチューブ層が応力を緩和することができる。しかも、ＢＮという材料は、それ自体、各種液体との濡れ性が極めて低いので、ＢＮナノチューブを溶融金属と接触させた時に、溶融金属はＢＮナノチューブ層中の気孔部には極めて侵入しにくい。そのために、接合後に溶融金属が固化した後でも、ナノチューブ層は十分高いフレキシブル性を維持することができるのである。
【００１５】
本発明に係る放熱方法は、例えば、半導体デバイス用の放熱方法、レーザーダイオード用の放熱方法に好ましく利用することができる。また、既存の発熱体と放熱体とを組み合わせて放熱する放熱方法の場合には、上記基板の両面にＢＮナノチューブ層が設けられたヒートスプレッダを利用する放熱方法が好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る放熱方法は、表面に柔軟性・しなり性に優れるＢＮナノチューブが形成されている放熱体又はヒートスプレッダを利用するため、異なる熱膨張係数を有する材料と接触させ、又は該材料間に挿入して使用することにより、両者の間の熱応力を緩和し、剥離等を生じさせず、かつ熱が伝搬しやすいという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る放熱方法は、熱膨張係数が異なる発熱体と放熱体を接触させて、発熱体から放熱体に熱を伝える放熱方法に関するものである。本発明においては、放熱体が、発熱体と接触する面の少なくとも一部がＳiＣである基板と、該基板の当該接触面又は両面の、全面又は一部に形成されたＢＮナノチューブ層とを有し、該放熱体の基板面に形成されたＢＮナノチューブ層を発熱体と接触させることを特徴とする。このとき、上記放熱体の基板は、平板形状をしていて、両面にＢＮナノチューブ層が形成されていてもよく、また、片面にフィンを有するいわゆるヒートシンク形状をしていて、発熱体との接触面にＢＮナノチューブ層が形成されていてもよい。この場合、本発明のヒートスプレッダはヒートシンクを兼ねている（図２（ａ）参照）。なお、図中、ＢＮＮＴはＢＮナノチューブを意味する。
【００１８】
更に、本発明に係る放熱方法は、熱膨張係数の差が０．５×１０-6／Ｋ以上である発熱体及び放熱体の間にヒートスプレッダを挿入して発熱体から放熱体へと熱を伝える放熱方法に関するものである。そして、本発明に係る放熱方法に用いられる前記ヒートスプレッダは、基板面の少なくとも一部がＳiＣである基板と、該ＳiＣ基板面の全面又は一部に形成されたＢＮナノチューブ層を有することを特徴とする。これにより、図２（ｂ）に示すごとく、当該ヒートスプレッダの基板面に形成されたＢＮナノチューブ層を発熱体及び放熱体と接触させることにより、発熱体及び放熱体の熱膨張係数の差に関わらず、両者間に発生する熱応力を良好に緩和することができるようになる。なお、図２（ｃ）は従来のヒートスプレッダによる放熱方法を示す図であり、かかる放熱方法では、上述の通り温度サイクル下で界面（接合層）に発生する熱応力により、不具合が生じる。
尚、図２（ａ）〜（ｃ）は、ＳiＣ基板が絶縁性であるために半導体基板を直接ＳiＣヒートスプレッダに接合しているが、実際のデバイスでは、ＳiＣが非絶縁性である時は、半導体基板とＳiＣヒートスプレッダ間の絶縁性を確保するために、半導体基板をＡlＮなどの絶縁性セラミックス板と接合した後に、ＡlＮ板をヒートスプレッダと接合する場合もある。
【００１９】
基板としては、後述するように、ＢＮナノチューブが形成される部分のみＳiＣであれば構わないが、伝熱性・コスト面等から、基板自体がＳiＣであることが好ましい。ＳiＣ以外の基板の場合には、該基板表面の少なくとも一部にＳiＣをコーティングしてあればよい。ＢＮナノチューブは基板面に対して略垂直に成長していることが好ましい。これにより、ＢＮナノチューブの先端部分が発熱体等の相手材表面の凹凸に隙間なく接触するようになり熱抵抗を低減でき、かつ、熱応力により相手材が撓むような場合であっても、該相手材表面にＢＮナノチューブの先端が柔軟に追従することが可能となる。
【００２０】
ＢＮナノチューブは、カーボンナノチューブを転化することにより得られる。
カーボンナノチューブは例えば特許文献２に記載の方法（以下、昇華法とも記す）で作製できる。すなわち、真空下において、ＳiＣ基板が分解して珪素原子が失われる温度に加熱すればよい。ＳiＣを真空下で加熱すると、例えば、真空度が１０-7torrでは１４００℃になるとＳiＣが分解して珪素原子が失われる。このとき、珪素原子はＳiＣ結晶の表面から順に失われるため、まずＳiＣ結晶の表面が珪素原子の欠乏した層に変化し、このＳi除去層が次第に元のＳiＣ結晶の内部に浸透するように厚みを増す。この層を顕微鏡で観察すると、カーボンナノチューブがＳiＣ表面から垂直に生成している層となっていることがわかる。
【００２１】
ＳiＣ基板は、半導体デバイス用基板として用いられるＳiＣウエハを用いることができるし、また、ＳiＣ以外の基板表面にＳiＣ薄膜を成長させたものを用いてもよい。この時、基板または最表面のＳiＣ薄膜が＜０００１＞方向に成長していることが好ましい。他の方向性を持って成長している場合は、生成するカーボンナノチューブの配向がそろわない場合がある。
【００２２】
次に、上記カーボンナノチューブを硼素と窒素を含む雰囲気と反応させることでＢＮナノチューブが得られる。
例えば、カーボンナノチューブと、Ｂ2Ｏ3などのホウ素酸化物および窒素を高温下で化学反応させることにより、カーボンナノチューブを元の形態を残したまま窒化ホウ素に変換することができる（引用文献３）。Ｂ2Ｏ3は高温で分解してＢ2Ｏ3ガス、Ｂ2Ｏ2ガス、ＢＯ2ガスなどのガスを発生してカーボンナノチューブに到達し、ナノチューブの炭素により還元を受けると同時に窒素と反応してＢＮを生成する。この反応により、原料のカーボンナノチューブの形態を残したまま、るつぼ内にＢＮナノチューブが得られる。
【００２３】
上記の硼素源としては、加熱によりホウ素酸化物を生成する物質であれば他の物質でもよい。例えば、ホウ酸、メラミンボレート等の有機ホウ酸化合物、ホウ酸と有機物の混合物等の物質の固体、液体、さらにはホウ素、酸素を含む気体でもよい。窒素源は、窒素を含む中性または還元性のガスであればよく、窒素、アンモニア等が手軽で、そのまま、または混合、希釈して用いられる。安価で安全であることから窒素ガスが最も好ましい。
【００２４】
ＢＮの生成は熱力学的に１２００℃以上で生じる。反応温度は、１２００℃から２１００℃が好適であり、特に１３００℃から１８００℃が好ましい。温度が高すぎるとＢＮの結晶化が進んで板状晶を生成するためナノチューブの形態が維持できないので、上限は２１００℃以下、好ましくは１９００℃以下である。また雰囲気に酸素が多いほどＢＮの結晶化が進んで板状晶を生成する傾向が大きいので、酸素の多い環境では１８００℃以下、好ましくは１６００以下がよい。
【００２５】
上記のようにして、カーボンナノチューブをＢＮナノチューブに転化させることができる。
相手材の表面に存在する微細な凹凸に侵入させて接触熱抵抗を低下させるためには、処理前の組織が、少なくとも最表面の１μｍ程度が垂直配向したカーボンナノチューブであれば効果がある。相手材の表面粗度が低く、また平坦度が低い場合はカーボンナノチューブを含む層の厚さが１０μｍ以上であることが好ましい。カーボンナノチューブを含むというのは、最表面に形成された垂直配向したカーボンナノチューブの内部に多孔質炭素からなる層が形成されていることを含む。接触時には多孔質層が変形して相手材の表面形状に合わせて変形して接触性が高くなる。
上記したカーボンナノチューブ、多孔質炭素はそれぞれＢＮナノチューブ、多孔質ＢＮに転化する。
【００２６】
本発明においては、基板はＳiＣ以外でもよく、基板も含めて絶縁性を確保したい場合はＡlＮやＳi3Ｎ4基板を用いても良い。これらの基板を用いる場合は、例えば、予め基板上にＳiＣ層をコーティングしておき、前記したＳiＣの熱分解法（昇華法）により、ＳiＣ層をカーボンナノチューブ層に転化させたものをさらにＢＮナノチューブ層に転化させればよい。ＢＮナノチューブは、基板の全面に形成してもよく、発熱体又は放熱体と接合する部位のみに形成してもよい。
また、カーボンナノチューブの形成法としてはこの限りでなく、ＣＶＤ法等の方法でカーボンナノチューブを形成してもよい。
【００２７】
本発明に係る放熱方法に用いるヒートスプレッダでは、カーボンナノチューブが転化したＢＮナノチューブは基板表面から直接成長している。しかも、基板とよく格子整合しているために、基板とＢＮナノチューブの間の熱抵抗は実質ゼロであると言え、高い熱伝導率を有する。これは、例えば、ＢＮナノチューブを基板面に気相合成などで形成した場合、あるいは、液体中に分散させたＢＮナノチューブの集合体から、基板表面に、なんらかの方法で垂直に配列させた場合とは大きく異なる特徴である。これらの場合は、カーボンナノチューブと基板の間には、必ず熱抵抗は存在すると考えられる。
【００２８】
本発明に係る放熱方法は、発熱体が半導体である場合に利用されることが好ましい。特に、該発熱体としての半導体の主構成材がＳi、ＩnＰ、ＧaＡs、ＧaＮ又はＡlＮである場合等に有効である。
【００２９】
ＢＮナノチューブを形成したヒートスプレッダと半導体素子の接合は、従来のとおりのＡu-Ｓnやハンダを用いた接合法等で接合すればよい。ＢＮナノチューブとヒートシンクも同様に接合してもいいし、また、Ｉn−Ｓn鑞や活性銀鑞等で蝋付け接合してもいい。昇華法で作製したカーボンナノチューブから転化したＢＮナノチューブは生成密度が高く、蝋付け等を行っても、ＢＮナノチューブ内の気孔部に接合材の成分がしみこみにくく、接合後も高い熱応力緩和機能が発揮できる。このため、接合材は特に限定されるものではなく、Ｉn−Ｓn、Ａu−Ｓn、ハンダ、又は活性銀鑞等、公知のものを好ましく用いることができる。
また、ヒートシンク側との接合は、鑞付けなどを用いず、ＢＮチューブとヒートシンクが直接接触するようにネジで留めてもいい。ＢＮナノチューブは接触性が高いので、接触させるだけでも十分低い熱抵抗が得られるので放熱を阻害することはない。
【００３０】
本発明に係る放熱方法に用いられるヒートスプレッダは、発熱体、放熱体（冷却体）の室温での熱膨張係数の差が１×１０-6／Ｋ以上であると非常に効果が大きい。例えば、発熱体が半導体素子である場合、例えばＩnＰとＧaＡsの熱膨張係数はそれぞれ、４．３×１０-6／Ｋ、５．９×１０-6／Ｋであるので、Ｃu製ヒートシンクを使う場合は、効果が絶大である。Ｃu製ヒートシンクの代わりに熱膨張係数が６．５×１０-6／ＫのＣuＷ（熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ程度）を、あえてヒートシンクとして使う場合は、ＩnＰデバイスの場合に効果がある。ＧaＡsデバイスの場合は、ＧaＡsをＣuＷに直接接合しても熱応力的にはあまり問題がないが、ＳiＣの方が熱伝導率が高いので放熱性能はよくなる。
【００３１】
前記ＢＮナノチューブ層において必要とされるＢＮナノチューブの長さは、もちろん放熱体等、相手材の面粗度や表面のうねりの程度により変わるが、相手材が極めて表面粗度の高い半導体素子である場合、ＢＮナノチューブの長さが１μｍ以上あれば熱応力は緩和できる。１μｍ未満であると効果は小さい。長さが１０μｍ以上になるとどのような相手材であっても熱応力はほぼ緩和できる。
【実施例】
【００３２】
（１）材料
＜半導体基板＞
半導体素子材料として、１０×１０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのＩnＰ、ＧaＡs、Ｓi、ＧaＮを用いた。
＜ヒートシンク＞
ヒートシンクとして、１０×１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＣu、ＣuＷを用いた。
＜ヒートスプレッダ＞
ヒートスプレッダとして、１０×１０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍの表１に示す各種材料を用いた。
【００３３】
＜カーボンナノチューブ層付ヒートスプレッダの作製＞
ＳiＣ以外の基板を用いる場合は、ＣＶＤ法により、予めＳiＣ膜を各種厚さでコーティングしたものを用いた。各種基板を真空炉に設置し、各種温度、時間、真空度で加熱して、基板の両面の全面にカーボンナノチューブを生成させた（前記昇華法）。
これにより、基板面にカーボンナノチューブ層を形成した。
【００３４】
＜ＢＮナノチューブへの転化＞
図１に示すように、内径２００ｍｍの炭素炉芯管を持つ外熱式熱ＣＶＤ炉内に、内径２ｃｍ、深さ２ｃｍの黒鉛るつぼを設置し、Ｂ2Ｏ3粉末３ｇを装填した。その上にカーボンナノチューブ試料を設置した。Ｎ2またはＮＨ3ガスを、２．０リットル／minで導入し、温度１５３０℃、で３０分間加熱した後、自然冷却した。
試料のＳＥＭ観察から、処理前と同様のナノチューブが確認できた。粉末法Ｘ線回折から、回収した試料は層状構造を持つＢＮであった。
【００３５】
（２）アセンブリ
半導体基板およびヒートシンク表面にＩn−Ｓn鑞を約１０μｍ塗布した後、該Ｉn−Ｓn鑞を塗布した面で上記ヒートスプレッダ又はカーボンナノチューブ層付ヒートスプレッダを挟み、５５０℃で１０分、真空中で加熱後、０．５℃／minの速度で室温まで冷却して接合体を得た。
【００３６】
（３）評価
＜温度サイクル試験＞
各試料を炉に投入し、１気圧の窒素中で、昇温速度１０℃／minで３００℃まで加熱、その後１分間保持した後、炉内から取り出し水中へ投入した。これを２０回繰り返した。
各回処理終了後、試料の接合部を目視または顕微鏡で観察して、クラックが発生していた場合には、その回で急冷試験を中止した。
【００３７】
＜結果＞
結果を表１に示す。なお、表中、ＣＮＴはカーボンナノチューブを意味する。
【００３８】
【表１】
2010114120.tif 000003
【００３９】
カーボンナノチューブが形成された試料１〜９はクラックの発生により温度サイクル試験を途中で終了した。ＢＮナノチューブが形成された試料１０、１６〜１８は２０回をクリアした。また、半導体素子、ヒートシンク、ヒートスプレッダの原材料が同一条件の場合には、カーボンナノチューブをＢＮナノチューブに転化した方が耐久性（熱応力緩和性能）に優れることがわかった。更に、ＢＮナノチューブの長さが長い方が、耐久性に優れていた。
試験後、接合部の断面を観察した結果、カーボンナノチューブ層にはＩn−Ｓn鑞が多量にしみ込んでいることが分かった。これに対し、ＢＮナノチューブ層にはＩn−Ｓn鑞がほとんどしみ込んでいなかった。本発明が優れた耐熱衝撃性を示したのは、ＢＮナノチューブ層にＩn−Ｓn鑞成分がしみ込みにくく、ＢＮナノチューブ層のフレキシブル性が高くて熱応力緩和機能が高いためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例において使用したＢＮナノチューブを合成する装置の概略図である。
【図２】（ａ）本発明に係る放熱方法の概略を表す図である。（ｂ）本発明に係る放熱方法の別の概略を示す図である。（ｃ）従来における放熱方法の概略を表す図である。
【図１】
2010114120.tif 000004
【図２】
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