(57)【要約】【課題】炭素元素の線状構造体を用いた熱伝導度及び電気伝導度が極めて高い放熱材料、並びにこのような放熱材料を用いた高性能の電子機器及びその製造方法を提供する。【解決手段】複数の炭素元素の線状構造体１２と、複数の線状構造体１２間に形成され、複数の線状構造体１２を支持する支持層１４ａと、支持層１４ａの少なくとも一方の表面上に形成され、支持層１４ａの材料よりも融点の低い材料の低融点材料層１４ｂ，１４ｃとを有する。【選択図】図１
2010199367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の炭素元素の線状構造体と、
複数の前記線状構造体間に形成され、複数の前記線状構造体を支持する支持層と、
前記支持層の少なくとも一方の表面上に形成され、前記支持層の材料よりも融点の低い材料の低融点材料層と
を有することを特徴とする放熱材料。
【請求項２】
請求項１記載の放熱材料において、
複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記支持層及び前記低融点材料層の材料よりも熱伝導率の高い材料の被膜を更に有する
ことを特徴とする放熱材料。
【請求項３】
請求項１又は２記載の放熱材料において、
複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部は、前記支持層の前記表面から突出している
ことを特徴とする放熱材料。
【請求項４】
発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と放熱体との間に配置され、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に形成され、複数の前記線状構造体を支持する支持層と、前記支持層の少なくとも一方の表面上に形成され、前記支持層の材料よりも融点の低い材料の低融点材料層とを含む放熱材料と
を有することを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項４記載の電子機器において、
前記放熱材料は、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記支持層及び前記低融点材料層の材料よりも熱伝導率の高い材料の被膜を更に有する
ことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項４又は５記載の電子機器において、
前記低融点材料層の材料の融点は、前記発熱体の発熱温度よりも高く、前記発熱体及び放熱体の耐熱温度よりも低い
ことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
発熱体と放熱体との間に、前記発熱体と放熱体との間に配置され、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に形成され、複数の前記線状構造体を支持する支持層と、前記支持層の少なくとも一方の表面上に形成され、前記支持層の材料よりも融点の低い材料の低融点材料層とを含む放熱材料を配置する工程と、
前記発熱体と前記放熱体とを、前記放熱材料により、前記低融点材料層の融点よりも高く前記支持層の融点よりも低い温度で熱圧着する工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項８】
第１の基板上に、複数の炭素元素の線状構造体を成長する工程と、
複数の前記線状構造体上に、第１のレジスト膜を形成した第２の基板を、複数の前記線状構造体の一端が前記第１のレジスト膜によって覆われるように、貼り合わせる工程と、
複数の前記線状構造体の他端と前記第１の基板との界面から前記第１の基板を剥離する工程と、
複数の前記線状構造体の間隙に、複数の前記線状構造体を支持する支持層を形成する工程と、
前記第１のレジスト膜を選択的に除去し、前記第２の基板を除去するとともに、複数の前記線状構造体の前記一端を露出する工程と、
前記支持層の少なくとも一方の表面に、前記支持層の材料よりも融点の低い材料の低融点材料層を形成する工程と、
を有することを特徴とする放熱材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱材料に係り、特に、炭素元素の線状構造体を有する放熱材料及びその製造方法、並びにこのような放熱材料を用いた電子機器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバーやパーソナルコンピュータの中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）などに用いられる電子部品には、半導体素子から発する熱を効率よく放熱することが求められる。このため、半導体素子の直上に設けられたサーマルインターフェイスマテリアルを介して、銅などの高い熱伝導度を有する材料のヒートスプレッダが配置された構造を有している。
【０００３】
サーマルインターフェイスマテリアルには、それ自身が高い熱伝導率を有する材料であることに加え、発熱源及びヒートスプレッダ表面の微細な凹凸に対して広面積に接触する特性が求められる。現状では、サーマルインターフェイスマテリアとして、ＰＣＭ（フェイズチェンジマテリアル）やインジウムなどが一般に用いられている。
【０００４】
しかしながら、ＰＣＭは、微細な凹凸に対する接触性はよいものの、熱伝導度（１Ｗ／ｍ・Ｋ〜５Ｗ／ｍ・Ｋ程度）は低く、効果的な放熱特性を得るためにはその膜厚を薄くする必要がある。発熱源とヒートスプレッダとの間には熱膨張係数の違いに起因してギャップが生じるが、このギャップに追従して凹凸を吸収するためには、薄膜化には限界がある。
【０００５】
また、近年におけるレアメタルの大幅な需要増加によりインジウム価格は高騰しており、インジウムよりも安価な代替材料が待望されている。また、物性的に見てもインジウムの熱伝導度（５０Ｗ／ｍ・Ｋ）は高いとはいえず、半導体素子から生じた熱をより効率的に放熱させるために更に高い熱伝導度を有する材料が望まれている。
【０００６】
このような背景から、ＰＣＭやインジウムよりも高い熱伝導度を有する材料として、カーボンナノチューブに代表される炭素元素の線状構造体が注目されている。カーボンナノチューブは、非常に高い熱伝導度（１５００Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するだけでなく、柔軟性や耐熱性に優れた材料であり、放熱材料として高いポテンシャルを有している。
【０００７】
カーボンナノチューブを用いた熱伝導シートとしては、樹脂中にカーボンナノチューブを分散した熱伝導シートや、基板上に配向成長したカーボンナノチューブ束を樹脂等によって埋め込んだ熱伝導シートが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５０３６２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４７８０１号公報
【特許文献３】特開２００６−２９０７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、カーボンナノチューブを用いた従来の放熱材料では、カーボンナノチューブの有する高い熱伝導度を充分に生かすことができなかった。
【００１０】
本発明の目的は、炭素元素の線状構造体を用いた熱伝導度及び電気伝導度が極めて高い放熱材料及びその製造方法、並びにこのような放熱材料を用いた高性能の電子機器及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態の一観点によれば、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に形成され、複数の前記線状構造体を支持する支持層と、前記支持層の少なくとも一方の表面上に形成され、前記支持層の材料よりも融点の低い材料の低融点材料層とを有する放熱材料が提供される。
【００１２】
また、実施形態の他の観点によれば、発熱体と、放熱体と、前記発熱体と放熱体との間に配置され、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に形成され、複数の前記線状構造体を支持する支持層と、前記支持層の少なくとも一方の表面上に形成され、前記支持層の材料よりも融点の低い材料の低融点材料層とを含む放熱材料とを有する電子機器が提供される。
【００１３】
また、実施形態の更に他の観点によれば、発熱体と放熱体との間に、前記発熱体と放熱体との間に配置され、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に形成され、複数の前記線状構造体を支持する支持層と、前記支持層の少なくとも一方の表面上に形成され、前記支持層の材料よりも融点の低い材料の低融点材料層とを含む放熱材料を配置する工程と、前記発熱体と前記放熱体とを、前記放熱材料により、前記低融点材料層の融点よりも高く前記支持層の融点よりも低い温度で熱圧着する工程とを有する電子機器の製造方法が提供される。
【００１４】
また、実施形態の更に他の観点によれば、第１の基板上に、複数の炭素元素の線状構造体を成長する工程と、複数の前記線状構造体上に、第１のレジスト膜を形成した第２の基板を、複数の前記線状構造体の一端が前記第１のレジスト膜によって覆われるように、貼り合わせる工程と、複数の前記線状構造体の他端と前記第１の基板との界面から前記第１の基板を剥離する工程と、複数の前記線状構造体の間隙に、複数の前記線状構造体を支持する支持層を形成する工程と、前記第１のレジスト膜を選択的に除去し、前記第２の基板を除去するとともに、複数の前記線状構造体の前記一端を露出する工程と、前記支持層の少なくとも一方の表面に、前記支持層の材料よりも融点の低い材料の低融点材料層を形成する工程とを有する放熱材料の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
開示の放熱材料及びその製造方法によれば、低融点材料層によってシートのリフロー性を確保することができるとともに、リフローによる線状構造体の配向性のみだれを支持層によって防止することができる。これにより、被着体に対する接触熱抵抗の小さい放熱材料を容易に実現することができる。また、線状構造体の少なくとも一端を支持層の表面よりも突出させることにより、線状構造体のバネ性を発現することができ、被着体に対する接触熱抵抗を低減することができる。
【００１６】
また、開示の電子機器及びその製造方法によれば、発熱体から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３】図３は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４】図４は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図５】図５は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図（その１）である。
【図６】図６は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図（その２）である。
【図７】図７は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図（その３）である。
【図８】図８は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図（その４）である。
【図９】図９は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図（その５）である。
【図１０】図１０は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの使用方法を示す工程断面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１３】図１３は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１４】図１４は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの使用方法を示す工程断面図である。
【図１５】図１５は、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１６】図１６は、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１７】図１７は、第４実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。
【図１８】図１８は、第５実施形態による電子機器の構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
第１実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図１乃至図１０を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図２乃至図４は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す概略断面図である。図５乃至図９は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図である。図１０は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの使用例を示す概略断面図である。
【００２０】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図１を用いて説明する。
【００２１】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１（ａ）に示すように、シートの膜厚方向、すなわちシートの表面と交差する方向に配向した複数のカーボンナノチューブ１２を有している。カーボンナノチューブ１２の両端には、被膜１６ａ，１６ｂが、それぞれ形成されている。カーボンナノチューブ１２の間隙には、充填層１４が形成されている。充填層１４は、シートの内部に設けられた支持層１４ａと、支持層１４ａを挟むようにシートの両表面側に形成された低融点材料層１４ｂ，１４ｃとを有している。
【００２２】
カーボンナノチューブシート１０は、例えば図１（ｂ）に示すように、被着体５０と被着体６０との間に設けられ、被着体５０と被着体６０との間の熱伝導性や電気伝導性を向上するためのものである。被着体５０，６０は、例えば、発熱体や放熱体である。発熱体は例えば半導体素子であり、放熱体は例えばヒートスプレッダである。被着体５０と被着体６０との間に設けられる際、カーボンナノチューブシート１０の低融点材料層１４ｂ，１４ｃは、被着体５０，６０の表面凹凸に応じて形状変化し、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０，６０との間の密着性を向上する。
【００２３】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０の各部について詳細に説明する。
【００２４】
カーボンナノチューブ１２は、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブのいずれでもよい。カーボンナノチューブ１２の面密度は、特に限定されるものではないが、放熱性及び電気伝導性の観点からは、１×１０１０本／ｃｍ２以上の平面密度であることが望ましい。
【００２５】
カーボンナノチューブ１２の長さは、カーボンナノチューブシート１０の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは５μｍ〜５００μｍ程度の値に設定することができる。
【００２６】
被膜１６ａ，１６ｂは、カーボンナノチューブシート１０の被着体５０，６０に対する接触面積を増加するためのものである。カーボンナノチューブ１２の高さにばらつきがある場合には、高さばらつきを緩和して接触面積を増加する効果もある。熱伝導性の高い被膜１６ａ，１６ｂを設けることにより、カーボンナノチューブ１２と被着体５０，６０との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性を高めることができる。カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとして用いる場合には、導電性を高めることができる。
【００２７】
被膜１６ａ，１６ｂを形成する材料は、充填層１４の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。被膜１６ａ，１６ｂの構成材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等を用いることができる。また、被膜１６ａ，１６ｂは、単層構造である必要はなく、例えばチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層構造など、２層或いは３層以上の積層構造であってもよい。
【００２８】
被膜１６ａ，１６ｂの膜厚は、製造過程において支持層１４ａの形成を阻害しない膜厚であれば、特に限定されるものではない。被膜１６ａ，１６ｂの膜厚は、支持層１４ａを形成する際の材料の浸透性、カーボンナノチューブシート１０に要求される特性、被膜１６ａ，１６ｂの構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。
【００２９】
なお、被膜１６ａ，１６ｂは、必ずしも設ける必要はない。被膜１６ａ，１６ｂのいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
【００３０】
支持層１４ａは、カーボンナノチューブシート１０を使用する際にカーボンナノチューブ１２が移動（例えば、傾斜したり凝集したりするなど）して配向性を失わないように支持するためのものである。この目的のもと、支持層１４ａは、少なくともカーボンナノチューブシート１０が曝される温度において固体である材料により形成する。カーボンナノチューブシート１０が曝される熱としては、カーボンナノチューブシート１０を被着体５０，６０に熱圧着（リフロー）する際の加熱、半導体素子の駆動時の発熱、等が挙げられる。
【００３１】
支持層１４ａの材料は、形成する際に液状であり硬化することができ、少なくともカーボンナノチューブシート１０が曝される温度において固体であれば、特に限定されるものではない。支持層１４ａの材料としては、例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を適用することができる。
【００３２】
支持層１４ａの材料は、例えば、有機系充填材としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などを適用することができる。また、無機系充填材としては、ＳＯＧ（Spin On Glass）などの塗布型絶縁膜形成用組成物などを適用することができる。また、インジウム、はんだ、金属ペースト（例えば、銀ペースト）などの金属材料を適用することもできる。また、例えばポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマを適用することもできる。
【００３３】
低融点材料層１４ｂ，１４ｃは、カーボンナノチューブシート１０を被着体に接したときに、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０，６０との間の隙間を充填するためのものである。この目的のもと、低融点材料層１４ｂ，１４ｃは、熱圧着或いは圧着によって被着体５０，６０の表面形状に応じて形状変化しうる材料により形成する。
【００３４】
熱圧着によって被着体５０，６０の表面形状に応じて形状変化しうる材料としては、常温において固体であり、加熱により軟化して液状或いはゲル状となる物質を適用することができる。ただし、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料の融点が支持層１４ａの材料の融点以上では、低融点材料層１４ｂ，１４ｃを熱圧着する際に支持層１４ａまでもが軟化してカーボンナノチューブ１２を支持できなくなる。このため、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料の融点は、支持層１４ａの融点未満であることが望ましい。
【００３５】
また、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０，６０との間の密着性、すなわち接触熱抵抗をより低減する観点からは、カーボンナノチューブシート１０が搭載される装置の駆動時の上限温度において固体の材料であることが望ましい。
【００３６】
すなわち、低融点材料層１４ｂ，１４ｃとしては、融点が、カーボンナノチューブシート１０が搭載される装置の駆動時の上限温度（例えば、発熱体の発熱温度）よりも高く、支持層１４ａの材料の融点よりも低い材料が望ましい。特に、温度に応じて液体と固体との間で可逆的に状態変化するものであり、常温では固体であり、加熱すると液状に変化し、冷却すると接着性を発現しつつ固体に戻る熱可塑性樹脂が好適である。
【００３７】
低融点材料層１４ｂ，１４ｃの融点の上限値は、支持層１４ａの融点未満であることに加え、被着体５０，６０の耐熱温度の下限値よりも低いことが望ましい。低融点材料層１４ｂ，１４ｃの融点が被着体５０，６０の耐熱温度より高いと、被着体５０，６０にダメージを与えることなく熱圧着することが困難となるからである。
【００３８】
低融点材料層１４ｂ，１４ｃに好適な熱可塑性樹脂としては、例えば、以下に示すホットメルト樹脂が挙げられる。ポリアミド系ホットメルト樹脂としては、例えば、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」（軟化点温度：１４０℃）、日本マタイ株式会社製の「エルファンＮＴ−１２０」（融点：１２０℃）が挙げられる。また、ポリエステル系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社の「ＤＨ５９８Ｂ」（軟化点温度：１３３℃）が挙げられる。また、ポリウレタン系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ７２２Ｂ」が挙げられる。また、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂としては、例えば、松村石油株式会社製の「ＥＰ−９０」（軟化点温度：１４８℃）が挙げられる。また、エチレン共重合体ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＡ５７４Ｂ」（軟化点温度：１０５℃）が挙げられる。また、ＳＢＲ系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６２５０」（軟化点温度：１２５℃）が挙げられる。また、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂としては、例えば、住友スリーエム株式会社製の「３７４７」（軟化点温度：１０４℃）が挙げられる。また、ブチルゴム系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６１５８」が挙げられる。なお、軟化点温度は柔軟性が出てくる温度であり、融点は溶け始める温度である。
【００３９】
これらホットメルト樹脂の中から、融点が高いものを支持層１４ａの材料として、融点が低いものを低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料として、選択してもよい。例えば、支持層１４ａの材料としてヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を用い、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料として日本マタイ株式会社製の「エルファンＮＴ−１２０」を用いることができる。
【００４０】
圧着によって被着体５０，６０の表面形状に応じて形状変化しうる材料としては、常温において液状或いはゲル状の物質を適用することができる。低融点材料層１４ｂ，１４ｃに適用可能な液状体やゲル状体の材料としては、例えば、低粘度の放熱用グリース等が挙げられる。
【００４１】
支持層１４ａ、低融点材料層１４ｂ，１４ｃには、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層１４部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１４部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート１０の全体としての熱伝導率を向上することができる。また、カーボンナノチューブシートを導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層１４部分に電導性の高い添加物を分散混合する。これにより、充填層１４部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート１０の全体としての導電率を向上することができる。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。
【００４２】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図２乃至図１０を用いて説明する。
【００４３】
まず、カーボンナノチューブシート１０を形成するための土台として用いる基板３０を用意する。基板３０としては、シリコン基板などの半導体基板、アルミナ（サファイア）基板、ＭｇＯ基板、ガラス基板などの絶縁性基板、金属基板などを用いることができる。また、これら基板上に薄膜が形成されたものでもよい。例えば、シリコン基板上に膜厚３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜が形成されたものを用いることができる。
【００４４】
基板３０は、カーボンナノチューブ１２の成長後に剥離されるものである。この目的のもと、基板３０としては、カーボンナノチューブ１２の成長温度において変質しないことが望ましい。また、少なくともカーボンナノチューブ１２に接する面がカーボンナノチューブ１２から容易に剥離できる材料によって形成されていることが望ましい。また、カーボンナノチューブ１２に対して選択的にエッチングできる材料によって形成されていることが望ましい。
【００４５】
次いで、基板３０上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜を形成し、Ｆｅの触媒金属膜３２を形成する（図２（ａ））。なお、触媒金属膜３２は、必ずしも基板３０上の全面に形成する必要はなく、カーボンナノチューブ１２の接触方向の用途によりその配置を決定するようにしてもよい。この場合、例えばリフトオフ法を用いることにより、基板３０の所定の領域上に選択的に触媒金属膜３２を形成することができる。
【００４６】
触媒金属としては、Ｆｅのほか、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金を用いてもよい。また、触媒として、金属膜以外に、微分型静電分級器（ＤＭＡ：differential mobility analyzer）等を用い、予めサイズを制御して作製した金属微粒子を用いてもよい。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様でよい。
【００４７】
また、これら触媒金属の下地膜として、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯｘ（酸化チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）などの膜又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金からなる膜を形成してもよい。例えば、Ｆｅ（２．５ｎｍ）／Ａｌ（１０ｎｍ）の積層構造、Ｃｏ（２．６ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）の積層構造等を適用することができる。金属微粒子を用いる場合は、例えば、Ｃｏ（平均直径：３．８ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）などの積層構造を適用することができる。
【００４８】
次いで、基板３０上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜３２を触媒として、カーボンナノチューブ１２を成長する。カーボンナノチューブ１２の成長条件は、例えば、原料ガスとしてアセチレン・アルゴンの混合ガス（分圧比１：９）を用い、成膜室内の総ガス圧を１ｋＰａ、ホットフィラメント温度を１０００℃、成長時間を２５分とする。これにより、層数が３層〜６層（平均４層程度）、直径が４ｎｍ〜８ｎｍ（平均６ｎｍ）、長さが１００μｍ（成長レート：４μｍ／ｍｉｎ）の多層カーボンナノチューブを成長することができる。なお、カーボンナノチューブは、熱ＣＶＤ法やリモートプラズマＣＶＤ法などの他の成膜方法により形成してもよい。また、成長するカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。また、炭素原料としては、アセチレンのほか、メタン、エチレン等の炭化水素類や、エタノール、メタノール等のアルコール類などを用いてもよい。
【００４９】
こうして、基板３０上に、基板３０の法線方向に配向（垂直配向）した複数のカーボンナノチューブ１２を形成する（図２（ｂ））。なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ１２では、カーボンナノチューブ１２の面密度は、１×１０１１本／ｃｍ２程度であった。これは、基板３０表面の面積のおよそ１０％の領域上にカーボンナノチューブ１２が形成されていることに相当する。
【００５０】
なお、図１及び図２では、図面の簡略化のためにカーボンナノチューブ１２を単純な円筒形状で描いたが、成長初期における成長ばらつき等により、必ずしも完全な円筒形状にはならない。カーボンナノチューブ１２は、全体的に見ればシートの膜厚方向に配向するが、例えば、図５に示すようにカーボンナノチューブ１２の上端部が基板３０の法線方向に対して傾いて成長したり、カーボンナノチューブ１２の長さにばらつきが生じたりすることがある。
【００５１】
次いで、カーボンナノチューブ１２上に、例えば蒸着法により、３００ｎｍ程度の膜厚のＡｕ（金）堆積し、Ａｕの被膜１６ａを形成する（図２（ｃ））。被膜１６ａは、カーボンナノチューブ１２にダメージを与えない方法であれば、他の成膜方法（例えばスパッタ法等）を用いて形成してもよい。
【００５２】
被膜１６ａは、成長初期段階では、例えば図６に示すように、各カーボンナノチューブ１２の先端部分を覆うように形成される。成長膜厚が増加してくると、隣接する各カーボンナノチューブ１２の先端部分に形成された被膜１６ａが互いに接続される。これにより、被膜１６ａは、例えば図７に示すように、複数本の各カーボンナノチューブ１２の先端部分を束ねるように形成される。被膜１６ａの成長膜厚を更に増加すると、被膜１６ａがシートの面に平行な２次元方向に完全に接続され、隙間のない完全な膜となる。
【００５３】
形成する被膜１６ａの膜厚は、充填層１４を形成する際の材料の浸透性等を考慮して、カーボンナノチューブ１２の直径や面密度に応じて適宜設定することが望ましい。
【００５４】
例えば、カーボンナノチューブ１２の直径が１０ｎｍ、面密度が１×１０１１ｃｍ−２の場合、互いに隣接するカーボンナノチューブ１２の間隙はおよそ５０ｎｍである。この場合、隣接するカーボンナノチューブ１２間が被膜１６ａにより接続されるためには、少なくとも間隙の半分以上の膜厚、すなわち膜厚２５ｎｍ程度以上の被膜１６ａを形成することが望ましい。また、被膜１６ａを厚くしすぎると被膜１６ａが隙間のない完全な膜となり、表面側からの充填層１４の材料の浸透性が低下するため、被膜１６ａの上限膜厚は、充填層１４の材料の浸透性の面から設定することが望ましい。これらの観点から、上記条件のカーボンナノチューブ１２では、被膜１６ａの膜厚は、２５ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好適である。
【００５５】
次いで、基板３０とは別に用意した基板４０上に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚６μｍのフォトレジスト膜４２を塗布する。基板４０は、特に限定されるものではないが、例えばサファイア基板等を適用することができる。
【００５６】
フォトレジスト膜４２は、基板３０上に形成したカーボンナノチューブ１２を基板４０上に転写するために用いるものであるとともに、支持層１４ａを形成する際にカーボンナノチューブ１２の端部が支持層１４ａで覆われるのを防止するためのレジスト膜である。フォトレジスト膜４２の代わりに、カーボンナノチューブ１２が転写可能な他の材料の膜を形成してもよい。この材料は、特に限定されるものではないが、後に形成する支持層１４ａの材料との間に相溶性がなく、支持層１４ａに対してエッチング選択性を有していることが望ましい。
【００５７】
次いで、基板４０のフォトレジスト膜４２の塗布面上に、カーボンナノチューブ１２の被膜１６ａの形成面が向き合うように基板３０を載置し、例えば９０℃の熱処理によりフォトレジスト膜４２を硬化させる（図３（ａ））。これにより、カーボンナノチューブ１２の被膜１６ａにより覆われた端部は、フォトレジスト膜４２によって覆われることになる。
【００５８】
次いで、カーボンナノチューブ１２から基板３０を剥離する。こうして、被膜１６ａが形成されたカーボンナノチューブ１２を、基板４０上に転写する（図７（ａ））。
【００５９】
なお、本実施形態の一部の図面では、カーボンナノチューブ１２の下端に、成長の際に用いた触媒金属膜３２が形成されている状態を示している。触媒金属膜３２は、カーボンナノチューブ１２の成長の際に凝集化してカーボンナノチューブ内に取り込まれるため、実際には図示するような状態で残存してはおらず、シートの下面にはカーボンナノチューブ１２が露出する。また、触媒金属膜３２は、基板３０を剥離する際に同時に除去されることもある。
【００６０】
次いで、基板３０から剥離したカーボンナノチューブ１２の端部上に、被膜１６ａの形成と同様にして、被膜１６ｂを形成する（図３（ｂ）、図７（ｂ））。
【００６１】
なお、被膜１６ｂは、必ずしも隣接するカーボンナノチューブ１２が互いに接続されるに十分な膜厚を形成する必要はないが、これには被膜１６ｂによって複数本のカーボンナノチューブ１２を束ねる効果がある（図６参照）。また、横方向への熱の伝導が可能となる。これにより、後工程で支持層１４ａとなる充填材がカーボンナノチューブ１２間に浸透する際に、カーボンナノチューブ１２同士がばらばらになることを抑制することができる。
【００６２】
次いで、例えばスピンコート法により、支持層１４ａとなる充填材を塗布する。この際、被膜１６上の充填材の厚さが数十ｎｍ以下になるように、塗布溶液の粘度やスピンコータの回転数を適宜設定する。
【００６３】
支持層１４ａとなる充填材は、その後に硬化できるものであり、後にカーボンナノチューブシート１０が曝される温度において固体であれば、特に限定されるものではない。ここでは、支持層１４ａとなる充填材として、シリコーン系樹脂を用いるものとする。
【００６４】
次いで、充填材を硬化して、支持層１４ａを形成する（図４（ａ）、図８（ａ））。充填材の硬化方法は、特に限定されるものではなく、常温において長時間放置してもよいし、熱処理や紫外線照射等を用いてもよい。熱処理を行う場合、熱を加えすぎるとフォトレジスト膜４２が過度に硬化してしまい、後に基板４０からカーボンナノチューブ１２を剥離しにくくなる。かかる観点から、支持層１４ａとなる充填材としては、フォトレジスト材料が硬化する温度（例えば９０℃程度）よりも低い温度で硬化できる材料を適用することが好ましい。
【００６５】
次いで、例えば有機溶剤によりフォトレジスト膜４２を選択的に除去し、支持層１４ａに埋め込まれ端部に被膜１６ａ，１６ｂが形成されたカーボンナノチューブ１２を、基板４０から剥離する（図４（ｂ）、図８（ｂ））。この際、シリコーン系樹脂は有機溶剤に対して耐エッチング性を有しているため、フォトレジスト膜４２の除去の際にシリコーン系樹脂の支持層１４ａがダメージを受けることはない。
【００６６】
フォトレジスト膜４２を除去することにより、フォトレジスト膜４２により覆われていたカーボンナノチューブ１２の一端部は、支持層１４ａによって覆われずに露出することになる。
【００６７】
次いで、基板４０から剥離したシートの両面に、フィルム状に加工した低融点材料層１４ｂ，１４ｃ形成用の熱可塑性樹脂を、支持層１４ａの形成材料の融点未満の温度で熱圧着し、熱可塑性樹脂の低融点材料層１４ｂ，１４ｃを形成する。これにより、カーボンナノチューブ１２の両端が低融点材料層１４ｂ，１４ｃによって埋め込まれ、支持層１４ａ及び低融点材料層１４ｂ，１４ｃを有する充填層１４が形成される。
【００６８】
低融点材料層１４ｂ，１４ｃとして常温でも液状体やゲル状体の材料、例えば低粘度の放熱用グリース等を用いる場合、例えばスピンコート法により、低融点材料層１４ｂ，１４ｃを形成することができる。
【００６９】
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を得る（図４（ｃ）、図９）。
【００７０】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０の使用例について図１０を用いて説明する。
【００７１】
まず、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を、被着体５０と被着体６０との間に設置する（図１０（ａ））。被着体５０，６０は、例えば、発熱体や放熱体である。発熱体は例えば半導体素子であり、放熱体は例えばヒートスプレッダである。
【００７２】
次いで、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料が常温で固体の場合には熱圧着を、常温で液状又はゲル状の場合には圧着を行い、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０及び被着体６０とを密着させる（図１０（ｂ））。熱圧着を行う場合、加熱温度は、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料の融点よりも高く、支持層１４ａの材料の融点よりも低い温度で行う。例えば、支持層１４ａの材料としてヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料として日本マタイ株式会社製の「エルファンＮＴ−１２０」を用いた場合、加熱温度を１２０℃とする。
【００７３】
これにより、カーボンナノチューブシート１０の低融点材料層１４ｂ，１４ｃは、被着体５０，６０の表面凹凸に応じて形状変化し、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０，６０との間の密着性を向上することができる。
【００７４】
また、カーボンナノチューブ１２は、低融点材料層１４ｂが軟化することにより低融点材料層１４ｂによる拘束から解かれる。カーボンナノチューブ１２はしなやかで柔軟性に富んだ材料であるため、低融点材料層１４ｂによる拘束から解かれることにより、被着体５０の表面凹凸に追従して撓むことができるようになる。これにより、被着体５０に直に接するカーボンナノチューブ１２が増加し、熱圧着の際に印加する圧力と相俟って、被着体５０，６０との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができる。
【００７５】
更に、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料として常温で固体の熱可塑性樹脂を用いた場合にあっては、熱圧着後の冷却によって接着性を発現しつつ固体に戻るため、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０，６０との間の密着性をより向上することができる。
【００７６】
このように、本実施形態によれば、低融点材料層によってシートのリフロー性を確保することができるとともに、リフローによるカーボンナノチューブの配向性のみだれを支持層によって防止することができる。これにより、被着体に対する接触熱抵抗の小さいカーボンナノチューブシートを容易に形成することができる。また、カーボンナノチューブの端部を支持層の表面よりも突出させることにより、カーボンナノチューブのバネ性を発現することができ、被着体に対する接触熱抵抗を低減することができる。
【００７７】
［第２実施形態］
第２実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図１１乃至図１４を用いて説明する。図１乃至図１０に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
【００７８】
図１１は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図１２及び図１３は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す概略断面図である。図１４は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの使用例を示す概略断面図である。
【００７９】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図１１を用いて説明する。
【００８０】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１１（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ１２と、被膜１６ａ，１６ｂと、支持層１４ａ及び低融点材料層１４ｂ，１４ｃを含む充填層１４を有している。この点で、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート１０と同様である。
【００８１】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０が第１実施形態によるカーボンナノチューブシート１０と異なる点は、被膜１６ａで覆われたカーボンナノチューブ１２の端部が支持層１４ａから突出している点にある。すなわち、図１（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では、支持層１４ａが被膜１６ｂの表面近傍まで形成されており、低融点材料層１４ｃはその上に形成されている。これに対し、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では、被膜１６ａで覆われたカーボンナノチューブ１２の端部が支持層１４ａから突出しており、低融点材料層１４ｃはその上に形成されている。
【００８２】
カーボンナノチューブシート１０は、例えば図１１（ｂ）に示すように、被着体５０と被着体６０との間に設けられる。被着体５０と被着体６０との間に設けられる際、カーボンナノチューブシート１０の低融点材料層１４ｂ，１４ｃは、被着体５０，６０の表面凹凸に応じて形状変化し、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０，６０との間の密着性を向上する。
【００８３】
実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では、被膜１６ａで覆われたカーボンナノチューブ１２の端部が支持層１４ａによる拘束を受けないため、被着体６０に対する接触熱抵抗をより小さくすることができる。
【００８４】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図１２及び図１３を用いて説明する。
【００８５】
まず、例えば図２（ａ）乃至図３（ｂ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、被膜１６ｂまでを形成する（図１２（ａ））。
【００８６】
次いで、例えばスピンコート法により、支持層１４ａとなる充填材を塗布する。支持層１４ａとなる充填材は、その後に硬化できるものであり、後にカーボンナノチューブシート１０が曝される温度において固体であれば、特に限定されるものではない。ここでは、支持層１４ａとなる充填材として、環状ゴム系樹脂を用いるものとする。
【００８７】
次いで、充填材を硬化して、支持層１４ａを形成する（図１２（ｂ））。
【００８８】
次いで、例えばウェットエッチングやドライエッチングにより支持層１４ａの表面をエッチングし、支持層１４ａ上に、被膜１６ｂで覆われたカーボンナノチューブ１２の端部を露出させる（図１２（ｃ））。支持層１４ａとなる充填材として環状ゴム系樹脂を用いた場合、例えばｎ−ヘプタンとキシレンとの混合液により、他の部分に対して選択的に支持層１４ａをウェットエッチングすることができる。
【００８９】
次いで、例えば有機溶剤によりフォトレジスト膜４２を選択的に除去し、支持層１４ａに埋め込まれ端部に被膜１６ａ，１６ｂが形成されたカーボンナノチューブ１２を、基板４０から剥離する。フォトレジスト膜４２を除去することにより、フォトレジスト膜４２で覆われていたカーボンナノチューブ１２の一端部（被膜１６ａ側）は、支持層１４ａによって覆われずに露出することになる。なお、環状ゴム系樹脂は有機溶剤に対して耐エッチング性を有しているため、フォトレジスト膜４２の除去の際に環状ゴム系樹脂の支持層１４ａがダメージを受けることはない。
【００９０】
これにより、カーボンナノチューブ１２の被膜１６ａ，１６ｂで覆われた両端部を、支持層１４ａから突出して露出させることができる（図１３（ａ））。
【００９１】
次いで、基板４０から剥離したシートの両面に、フィルム状に加工した低融点材料層１４ｂ，１４ｃ形成用の熱可塑性樹脂を、支持層１４ａの形成材料の融点未満の温度で熱圧着し、熱可塑性樹脂の低融点材料層１４ｂ，１４ｃを形成する。これにより、カーボンナノチューブ１２の両端が低融点材料層１４ｂ，１４ｃによって埋め込まれ、支持層１４ａ及び低融点材料層１４ｂ，１４ｃを有する充填層１４が形成される。
【００９２】
低融点材料層１４ｂ，１４ｃとして常温でも液状体やゲル状体の材料、例えば低粘度の放熱用グリース等を用いる場合、例えばスピンコート法により、低融点材料層１４ｂ，１４ｃを形成することができる。
【００９３】
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を得る（図１３（ｂ））。
【００９４】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０の使用例について図１４を用いて説明する。
【００９５】
まず、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を、被着体５０と被着体６０との間に設置する（図１４（ａ））。
【００９６】
次いで、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料が常温で固体の場合には熱圧着を、常温で液状又はゲル状の場合には圧着を行い、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０及び被着体６０とを密着させる（図１４（ｂ））。熱圧着を行う場合、加熱温度は、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料の融点よりも高く、支持層１４ａの材料の融点よりも低い温度で行う。
【００９７】
これにより、カーボンナノチューブシート１０の低融点材料層１４ｂ，１４ｃは、被着体５０，６０の表面凹凸に応じて形状変化し、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０，６０との間の密着性を向上することができる。
【００９８】
また、カーボンナノチューブ１２は、低融点材料層１４ｂ，１４ｃが軟化することにより低融点材料層１４ｂ，１４ｃによる拘束から解かれる。カーボンナノチューブ１２はしなやかで柔軟性に富んだ材料であるため、低融点材料層１４ｂ，１４ｃによる拘束から解かれることにより、被着体５０，６０の表面凹凸に追従して撓むことができるようになる。これにより、被着体５０，６０に直に接するカーボンナノチューブ１２が増加し、熱圧着の際に印加する圧力と相俟って、被着体５０，６０との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができる。
【００９９】
更に、低融点材料層１４ｂ，１４ｃの材料として常温で固体の熱可塑性樹脂を用いた場合にあっては、熱圧着後の冷却によって接着性を発現しつつ固体に戻るため、カーボンナノチューブシート１０と被着体５０，６０との間の密着性をより向上することができる。
【０１００】
このように、本実施形態によれば、低融点材料層によってシートのリフロー性を確保することができるとともに、リフローによるカーボンナノチューブの配向性のみだれを支持層によって防止することができる。これにより、被着体に対する接触熱抵抗の小さいカーボンナノチューブシートを容易に形成することができる。また、カーボンナノチューブの両端部を支持層の表面よりも突出させることにより、シートの両面でカーボンナノチューブのバネ性を発現することができ、被着体に対する接触熱抵抗を更に低減することができる。
【０１０１】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図１５及び図１６を用いて説明する。図１乃至図１４に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
【０１０２】
図１５及び図１６は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す概略断面図である。
【０１０３】
本実施形態では、図１１（ａ）に示す第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの他の製造方法を説明する。
【０１０４】
まず、例えば図２（ａ）乃至図３（ｂ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、被膜１６ｂまでを形成する（図１５（ａ））。
【０１０５】
次いで、基板４０とは別に用意した基板４４上に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚６μｍのフォトレジスト膜４６を塗布する。基板４４は、特に限定されるものではないが、例えばサファイア基板等を適用することができる。
【０１０６】
フォトレジスト膜４６は、支持層１４ａを形成する際にカーボンナノチューブ１２の端部が支持層１４ａで覆われるのを防止するためのレジスト膜である。フォトレジスト膜４６の代わりに、他の材料の膜を形成してもよい。この材料は、特に限定されるものではないが、後に形成する支持層１４ａの材料との間に相溶性がなく、支持層１４ａに対してエッチング選択性を有していることが望ましい。また、フォトレジスト膜４２又はその代替材料とエッチング特性が同じ或いは近似していることが望ましい。
【０１０７】
次いで、カーボンナノチューブ１２を転写した基板４０上に、フォトレジスト膜４６の形成面が向き合うように基板４４を載置し、例えば９０℃の熱処理によりフォトレジスト膜４６を硬化させる（図１５（ｂ））。これにより、カーボンナノチューブ１２の被膜１６ｂにより覆われた端部は、フォトレジスト膜４６によって覆われることになる。
【０１０８】
次いで、基板４０と基板４４との間に、毛細管現象を利用して、充填層１４ａとなる充填材１４ａ′を流し込む（図１５（ｃ））。支持層１４ａとなる充填材は、その後に硬化できるものであり、後にカーボンナノチューブシート１０が曝される温度において固体であれば、特に限定されるものではない。ここでは、支持層１４ａとなる充填材として、低粘度シリコーン系樹脂を用いるものとする。
【０１０９】
次いで、充填材１４ａ′を硬化して、支持層１４ａを形成する（図１６（ａ））。
【０１１０】
次いで、例えば有機溶剤によりフォトレジスト膜４２，４６を選択的に除去し、支持層１４ａに埋め込まれ端部に被膜１６ａ，１６ｂが形成されたカーボンナノチューブ１２を、基板４０，４４から剥離する（図１６（ｂ））。フォトレジスト膜４２，４６を除去することにより、フォトレジスト膜４２で覆われていたカーボンナノチューブ１２の両端部は、支持層１４ａによって覆われずに露出することになる。なお、環状ゴム系樹脂は有機溶剤に対して耐エッチング性を有しているため、フォトレジスト膜４２，４６の除去の際に環状ゴム系樹脂の支持層１４ａがダメージを受けることはない。
【０１１１】
これにより、カーボンナノチューブ１２の被膜１６ａ，１６ｂで覆われた両端部を、支持層１４ａから突出して露出させることができる。
【０１１２】
次いで、基板４０，４４から剥離したシートの両面に、フィルム状に加工した低融点材料層１４ｂ，１４ｃ形成用の熱可塑性樹脂を、支持層１４ａの形成材料の融点未満の温度で熱圧着し、熱可塑性樹脂の低融点材料層１４ｂ，１４ｃを形成する。これにより、カーボンナノチューブ１２の両端が低融点材料層１４ｂ，１４ｃによって埋め込まれ、支持層１４ａ及び低融点材料層１４ｂ，１４ｃを有する充填層１４が形成される。
【０１１３】
低融点材料層１４ｂ，１４ｃとして常温でも液状体やゲル状体の材料、例えば低粘度の放熱用グリース等を用いる場合、例えばスピンコート法により、低融点材料層１４ｂ，１４ｃを形成することができる。
【０１１４】
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を得る（図１６（ｃ））。
【０１１５】
［第４実施形態］
第４実施形態による電子機器について図１７を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１乃至第３実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１１６】
図１７は本実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。
【０１１７】
本実施形態では、第１乃至第３実施形態によるカーボンナノチューブシートを熱伝導シートとして適用した電子機器及びその製造方法について説明する。
【０１１８】
多層配線基板などの回路基板７０上には、例えばＣＰＵなどの半導体素子７４が実装されている。半導体素子７４は、はんだバンプなどの突起状電極７２を介して回路基板７０に電気的に接続されている。回路基板７０と半導体素子７６との間には、アンダーフィル７４が充填されている。
【０１１９】
半導体素子７６上には、半導体素子７６を覆うように、半導体素子７６からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ８０が形成されている。半導体素子７６とヒートスプレッダ８０との間には、カーボンナノチューブシート７８が形成されている。
【０１２０】
ヒートスプレッダ８０上には、ヒートスプレッダ８０に伝わった熱を放熱するためのヒートシンク８４が形成されている。ヒートスプレッダ８０とヒートシンク８４との間には、カーボンナノチューブシート８２が形成されている。
【０１２１】
このように、本実施形態による電子機器では、半導体素子７６とヒートスプレッダ８０との間及びヒートスプレッダ８０とヒートシンク８４との間に、カーボンナノチューブシート７８，８２がそれぞれ設けられている。カーボンナノチューブシート７８，８２は、第１乃至第３実施形態のいずれかに記載のカーボンナノチューブ１０である。
【０１２２】
第１乃至第３実施形態に示したように、開示のカーボンナノチューブシート１０は、カーボンナノチューブ１２がシートの膜面に対して垂直方向に配向しており、面直方向の熱伝導度が極めて高いものである。
【０１２３】
したがって、開示のカーボンナノチューブシートを、半導体素子７６とヒートスプレッダ８０との間及びヒートスプレッダ８０とヒートシンク８４との間に形成する熱伝導シートとして用いることにより、半導体素子４６から発せられた熱を効率よくヒートスプレッダ８０及びヒートシンク８４に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１２４】
半導体素子７６とヒートスプレッダ８０との間及びヒートスプレッダ８０とヒートシンク８４との間にカーボンナノチューブシート７８，８２を設ける際には、例えば図１０，１４及びその説明箇所に記載の方法を用いることができる。
【０１２５】
このように、本実施形態によれば、半導体素子とヒートスプレッダとの間及びヒートスプレッダとヒートシンクとの間に、カーボンナノチューブ束がシートの膜厚方向に配向したカーボンナノチューブシートを配置するので、これらの間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、半導体素子から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１２６】
［第５実施形態］
第５実施形態による電子機器について図１８を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１乃至第３実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１２７】
図１８は本実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。
【０１２８】
本実施形態では、第１乃至第３実施形態によるカーボンナノチューブシートを、導電性シートを兼ねる熱伝導性シートとして適用した電子機器について説明する。
【０１２９】
図１８に示すように、無線通信基地局などに用いられる高出力増幅器（ＨＰＡ：High Power Amplifier）９０は、パッケージ９２に組み込まれ、パッケージ９２の裏面においてヒートシンク９４に接合される。高出力増幅器９０から発せられた熱は、パッケージ９２の裏面を通してヒートシンク９４に放熱される。同時に、パッケージ９２は、電気的なグラウンド（接地面）としても用いられるものであり、ヒートシンク９４に対しても電気的に接続される。このため、パッケージ９２とヒートシンク９４との接合には、電気及び熱に対する良導体を用いることが望ましい。
【０１３０】
したがって、パッケージ９２とヒートシンク９４との接合部に、図１８に示すように、カーボンナノチューブシート９６を用いることにより、パッケージ９２とヒートシンク９４とを電気的に接続することができる。また、高出力増幅器９０から発せられた熱を効率よくヒートシンク９４に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１３１】
パッケージ９２とヒートシンク９４との間にカーボンナノチューブシート９６を設ける際には、例えば図１０，１４及びその説明箇所に記載の方法を用いることができる。
【０１３２】
このように、本実施形態によれば、高出力増幅器のパッケージとヒートシンクとの間に、カーボンナノチューブ束がシートの膜厚方向に配向したカーボンナノチューブシートを配置するので、これらの間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、高出力増幅器から発せられる熱の放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。また、高出力増幅器とグラウンドとしてのヒートシンクとを電気的に接続することもできる。
【０１３３】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１３４】
例えば、上記第１乃至第３実施形態では、放熱材料としてカーボンナノチューブを用いたシート状構造体（カーボンナノチューブシート）を示したが、放熱材料は、カーボンナノチューブに限定されるものではない。他の放熱材料としては、例えば、炭素元素の線状構造体を適用することができる。炭素元素の線状構造体としては、カーボンナノチューブのほか、カーボンナノワイヤ、カーボンロッド、カーボンファイバが挙げられる。これら線状構造体は、サイズが異なるほかは、カーボンナノチューブと同様である。これら線状構造体を用いた放熱材料においても適用することができる。
【０１３５】
また、上記第１乃至第３実施形態では、カーボンナノチューブ１２の両端部に被膜１６ａ，１６ｂを設けたが、被膜１６ａ，１６ｂは、必ずしも設ける必要はない。また、被膜１６ａ，１６ｂのいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
【０１３６】
また、上記第１乃至第３実施形態では、シートの両面に低融点材料層１４ｂ，１４ｃを設けたが、低融点材料層１４ｂ，１４ｃは、必ずしも両面に設ける必要はない。低融点材料層１４ｂ，１４ｃのいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
【０１３７】
また、上記実施形態に記載の構成材料や製造条件は、当該記載に限定されるものではなく、目的等に応じて適宜変更が可能である。
【０１３８】
また、カーボンナノチューブシートの使用目的も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではない。開示のカーボンナノチューブシートは、熱伝導シートとしては、例えば、ＣＰＵの放熱シート、無線通信基地局用高出力増幅器、無線通信端末用高出力増幅器、電気自動車用高出力スイッチ、サーバー、パーソナルコンピュータなどへの適用が考えられる。また、カーボンナノチューブの高い許容電流密度特性を利用して、縦型配線シートやこれを用いた種々のアプリケーションにも適用可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…カーボンナノチューブシート
１２…カーボンナノチューブ
１４…充填層
１４ａ…支持層
１４ｂ，１４ｃ…低融点材料層
１６ａ，１６ｂ…被膜
３０，４０，４４…基板
３２…触媒金属膜
４２，４６…フォトレジスト膜
５０，６０…被着体
７０…回路基板
７２…突起状電極
７４…アンダーフィル
７６…半導体素子
７８，８２…カーボンナノチューブシート
８０…ヒートスプレッダ
８４…ヒートシンク
９０…高出力増幅器
９２…パッケージ
９４…ヒートシンク
９６…カーボンナノチューブシート
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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