(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シート状構造体の製造方法を提供する。【解決手段】基板１２上に炭素元素の線状構造体１６を形成し、基板１２上に形成した線状構造体１６を熱収縮性を有する基板２０上に転写し、線状構造体１６を転写した基板２０を加熱して収縮させ、収縮した基板２０上に形成された線状構造体１６間に線状構造体１６を支持する充填層２８を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、
前記第１の基板上に形成した前記複数の線状構造体を、熱収縮性を有する第２の基板上に転写する工程と、
前記複数の線状構造体を転写した前記第２の基板を加熱して収縮させる工程と、
収縮した前記第２の基板上に形成された前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体を前記第２の基板上に転写する工程は、前記第２の基板上に、接着性を有する接着層を形成する工程と、複数の前記線状構造体の上端部に、前記第２の基板上に形成された前記接着層を接着する工程と、前記第１の基板を除去する工程とを有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載のシート状構造体の製造方法において、
前記接着層の融点は、前記第２の基板の熱収縮温度よりも低く、
前記第２の基板を収縮する工程では、前記接着層を溶融した状態で、前記第２の基板を収縮する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載のシート状構造体の製造方法において、
前記接着層の融点は、前記充填層の融点よりも低く、
前記第１の基板を除去する工程では、前記接着層の融点よりも高く、前記充填層の融点よりも低い温度で加熱して前記接着層を溶解することにより、前記第１の基板を除去する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項２又は３記載のシート状構造体の製造方法において、
前記接着層と前記充填層は、エッチング特性が異なっており、
前記第１の基板を除去する工程では、前記接着層を前記充填層に対して選択的にエッチングすることにより、前記第１の基板を除去する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシート状構造体の製造方法により、前記複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成され、前記複数の線状構造体を支持する前記充填層とを有するシート状構造体を製造する工程と、
前記シート状構造体を、発熱体と放熱体との間に配置する工程と、
前記充填層の融点よりも高い温度で熱圧着し、前記発熱体と前記放熱体とを前記シート状構造体を介して接合する工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素元素の線状構造体を有するシート状構造体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ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）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インジウムシートなどの熱伝導性シートを介して、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】
しかしながら、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（８０Ｗ／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。
【０００４】
このような背景から、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からなる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〜３０００Ｗ／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。
【０００５】
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】
【０００６】
【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２００６−３０３２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、カーボンナノチューブを用いた従来の熱伝導シートでは、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。
【０００８】
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シート状構造体及びその製造方法、並びにこのようなシート状構造体を用いた高性能の電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の一観点によれば、第１の基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、前記第１の基板上に形成した前記複数の線状構造体を、熱収縮性を有する第２の基板上に転写する工程と、前記複数の線状構造体を転写した前記第２の基板を加熱して収縮させる工程と、収縮した前記第２の基板上に形成された前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、前記充填層を形成後、前記第２の基板を除去する工程とを有するシート状構造体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示のシート状構造体の製造方法によれば、炭素元素の線状構造体を成長する際の面密度を超える高い面密度で形成された炭素元素の線状構造体を有するシート状構造体を製造することができる。これにより、シート状構造体の熱伝導性及び導電性を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１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構造を示す概略断面図である。
【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１）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２）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工程断面図（その３）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工程断面図（その４）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工程断面図（その５）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工程断面図（その６）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工程断面図（その７）である。
【図１０】図１０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製造方法を示す工程断面図（その１）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２）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３）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製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図１５】図１５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５）である。
【図１６】図１６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６）である。
【図１７】図１７は、第３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１８】図１８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１９】図１９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２０】図２０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３）である。
【図２１】図２１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４）である。
【図２２】図２２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５）である。
【図２３】図２３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６）である。
【図２４】図２４は、第４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２５】図２５は、第４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２６】図２６は、第４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２７】図２７は、第４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２８】図２８は、第４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４）である。
【図２９】図２９は、第４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５）である。
【図３０】図３０は、第４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６）である。
【図３１】図３１は、第５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３２】図３２は、第５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３３】図３３は、第５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３４】図３４は、第５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３５】図３５は、第５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４）である。
【図３６】図３６は、第５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５）である。
【図３７】図３７は、第５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６）である。
【図３８】図３８は、第６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３９】図３９は、第７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４０】図４０は、第８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４１】図４１は、第９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４２】図４２は、第９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４３】図４３は、第９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４４】図４４は、第９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４５】図４５は、第９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４）である。
【図４６】図４６は、第９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５）である。
【図４７】図４７は、第９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６）である。
【図４８】図４８は、第１０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４９】図４９は、第１１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５０】図５０は、第１２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５１】図５１は、第１３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５２】図５２は、第１３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５３】図５３は、第１３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５４】図５４は、第１３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５５】図５５は、第１３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４）である。
【図５６】図５６は、第１３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５）である。
【図５７】図５７は、第１３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６）である。
【図５８】図５８は、第１３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７）である。
【図５９】図５９は、第１３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８）である。
【図６０】図６０は、第１３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９）である。
【図６１】図６１は、カーボンナノチューブの端部に形成した被膜の構造の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［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９を用いて説明する。
【００１３】
図１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。図２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３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工程断面図である。
【００１４】
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を用いた電子機器の一例について図１を用いて説明する。
【００１５】
プリント配線基板５０上には、多層配線基板などの回路基板５４が実装されている。回路基板５４は、はんだバンプ５２を介してプリント配線基板５０に電気的に接続されている。
【００１６】
回路基板５４上には、例えばＣＰＵなどの半導体素子５８が実装されている。半導体素子５８は、はんだバンプ５６を介して回路基板５４に電気的に接続されている。
【００１７】
半導体素子５８上には、半導体素子５８を覆うように、半導体素子５８からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ６２が形成されている。ヒートスプレッダ６２は、例えば有機シーラント６０によって回路基板５４に接着されている。半導体素子５８とヒートスプレッダ６２との間には、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０が形成されている。
【００１８】
このように、図１に示す電子機器では、半導体素子５８とヒートスプレッダ６２との間、すなわち発熱部と放熱部との間に、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０８が設けられている。
【００１９】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図２（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１６を有している。カーボンナノチューブ１６の一端部側（図面において下側）には、カーボンナノチューブ１６の間隙を埋め込むように充填層２６が形成されている。カーボンナノチューブ１６の他端部側（図面において上側）には、カーボンナノチューブ１６の間隙を埋め込むように充填層２８が形成されている。
【００２０】
カーボンナノチューブシート１０は、例えば図２（ｂ）に示すように、被着体４０と被着体４２との間に設けられ、被着体４０と被着体４２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４０，４２は、例えば、発熱体（例えば、ＬＳＩチップ）や放熱体（例えば、ヒートスプレッダ）である。図１に示す電子機器の例では、発熱体は半導体素子１０６であり、放熱体はヒートスプレッダ１１０である。被着体４０と被着体４２との間に設けられる際、カーボンナノチューブシート１０の充填層２６，２８は、被着体４０，４２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４０，４２との間の密着性を向上する。この形状変化に伴い、カーボンナノチューブ１６の端部は、被着体４０，４２に接触される。
【００２１】
カーボンナノチューブ１６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１６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。後述の製造方法を用いることにより、成長時の面密度を超えた高い面密度でカーボンナノチューブ１６を形成することができる。
【００２２】
カーボンナノチューブ１２の長さ（シートの厚さ）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。
【００２３】
充填層２６，２８は、カーボンナノチューブシート１０を被着体４０，４２と接触した後にリフローが可能な材料であり、例えば、熱可塑性樹脂材料を用いることができる。なお、充填層２６，２８の具体的な構成材料については、後述する製造方法の説明の中で述べる。
【００２４】
図２（ａ）において、充填層２６と充填層２８とが直に接していないが、充填層２６と充填層２８とは直に接していてもよい。また、充填層２６，２８は、必ずしもカーボンナノチューブ１６の両端部に設ける必要はなく、充填層２６，２８の一方（例えば充填層２６）だけを設けるようにしてもよい。
【００２５】
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３乃至図１０を用いて説明する。
【００２６】
まず、カーボンナノチューブを形成するための土台として用いる基板１２を用意する。基板１２は、特に限定されるものではないが、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体基板等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。
【００２７】
基板１２はカーボンナノチューブの形成後に剥離されるものである。この目的のもと、基板１２としては、カーボンナノチューブの形成温度において、変質しないこと、少なくともカーボンナノチューブに接する面が、カーボンナノチューブから容易に剥離できる材料によって構成されていること、又はカーボンナノチューブに対して選択的にエッチングできる材料によって構成されていることが望ましい。
【００２８】
次いで、基板１２上に、例えばスパッタ法により、例えばＦｅ（鉄）を堆積し、例えば膜厚２．５ｎｍのＦｅ膜の触媒金属膜１４を形成する。
【００２９】
触媒金属膜１４は、基板１２上の全面に形成するようにしてもよいし、基板１２上の特定の領域に選択的に形成するようにしてもよい。触媒金属膜１４を基板１２上の特定の領域に選択的に形成するには、メタルマスクを用いて触媒金属を堆積する方法や、フォトレジスト膜を用いたリフトオフ法等を適用することができる。触媒金属膜１４の配置は、カーボンナノチューブシートの用途等に応じて適宜設定することができる。
【００３０】
触媒金属膜１４を形成するための触媒金属としては、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。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、あらかじ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と同様でよい。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）、若しくはＴｉＮ（チタンナイトライド）の膜、又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金の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）の積層構造を適用することができる。
【００３１】
次いで、触媒金属膜１４を形成した基板１２上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜１４を触媒としてカーボンナノチューブ１６を成長する。カーボンナノチューブ１６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２０分とする。これにより、層数が３〜６層（平均４層程度）、直径が４〜８ｎｍ（平均６ｎｍ）、長さが８０μｍ（成長レート：４μｍ／ｍｉｎ）の多層カーボンナノチューブ１６を成長することができる。
【００３２】
カーボンナノチューブ１６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１４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。
【００３３】
こうして、基板１２の触媒金属膜１４が形成された領域上に、基板１２の表面に対して垂直方向に配向した複数のカーボンナノチューブ１６を形成する（図３）。なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ１６では、面密度は、１×１０１１本／ｃｍ２程度であった。
【００３４】
なお、基板１２上にカーボンナノチューブ１６を形成する方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、基板１２とは異なる他の基板上に形成したカーボンナノチューブを、接着剤等を用いて基板１２上に転写するようにしてもよい。
【００３５】
次いで、基板１２とは別に、熱収縮性を有する基板（熱収縮性シート）２０を用意し、この熱収縮性シート２０上に接着剤を塗布する。
【００３６】
次いで、接着剤２２を塗布した熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６上に熱圧着し、カーボンナノチューブ１６上に熱収縮性シート２０を接着剤２２によって接着する（図４（ａ））。
【００３７】
熱収縮性を有する基板２０は、加熱により収縮するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリ系合成樹脂シートなどの熱収縮性シートを適用することができる。ポリ系合成樹脂シートとしては、特に限定されるものではないが、例えば、株式会社トーヨー製「こうさくプラバン」、株式会社チクマプランニングシステム製「シュリンクシート」等が挙げられる。これら製品の熱収縮温度は、１４０℃〜１５０℃程度である。
【００３８】
接着剤２２は、カーボンナノチューブ１６を熱収縮性シート２０に接着できるものであり、融点が熱収縮性シート２０の熱収縮温度よりも低いものであれば、特に限定されるものではない。接着剤２２としては、例えば、ホットメルトワックス、水溶性糊、フォトレジスト等を適用することができる。ホットメルトワックスとしては、例えば、有限会社サンユウテクノ製「ＷＴ０５０Ｔ」（融点５０℃）、ＳＯＮＮＥＢＯＲＮ社製「Ｗ４４５」（融点６０℃）等が挙げられる。水溶性糊としては、ポリビニルアルコールが挙げられる。
【００３９】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。これにより、カーボンナノチューブ１６は、熱収縮性シート２０側に転写される（図４（ｂ））。
【００４０】
なお、本実施形態の一部の図面には、カーボンナノチューブ１６の端部に触媒金属膜１４が形成されている状態が示されている。触媒金属膜１４は、カーボンナノチューブ１６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１４は、基板１２を剥離する際に同時に除去されることもある。
【００４１】
次いで、カーボンナノチューブ１６を転写した熱収縮性シート２０を、周囲から熱が均等に加わる加熱装置、例えば電気炉で、熱収縮性シート２０の熱収縮温度よりも高い温度、例えば１４０℃で加熱する。
【００４２】
この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４〜１／６程度となり、面密度は約４〜６倍となる（図５）。
【００４３】
この際、接着剤２２の融点は熱収縮性シート２０の収縮温度よりも低いため、熱収縮性シート２０の熱収縮の際に接着剤２２は溶解している。したがって、接着剤２２が熱収縮性シート２０の熱収縮を阻害することはない。また、溶解した接着剤２２は、粘性を有しており、熱収縮性シート２０の収縮の際に配向性を保持したままカーボンナノチューブ１６を支持する役割をも果たす。
【００４４】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルム２４を載置する（図６）。熱可塑性樹脂フィルム２４は、充填層２６となるものである。
【００４５】
熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料は、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示すホットメルト樹脂を適用することができる。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ＯＨ５０１」（融点：８０℃）、日本マタイ株式会社製の「エルファンＮＴ１２０」（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。
【００４６】
熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料は、軟化温度が接着剤２２の融点よりも高いこと、又は、接着剤２２の溶剤に対する耐性があることが望ましい。
【００４７】
次いで、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも高い温度で加熱し、溶解した熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層２６を形成する（図７）。熱可塑性樹脂フィルム２４として例えば日本マタイ株式会社製の「エルファンＮＴ１２０」を用いた場合には、例えば１２０℃で加熱することにより、熱可塑性樹脂フィルム２４を浸透させることができる。
【００４８】
次いで、接着剤２２を溶解して熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離し、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８）。
【００４９】
接着剤２２としてホットメルトワックスを用いた場合には、例えば、ホットメルトワックスの融点よりも高く充填層２６の熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも低い温度で熱処理を行ってホットメルトワックスを溶解することにより、熱収縮性シート２０を剥離する。接着剤として水溶性糊を用いた場合には、例えば、充填層２６の熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも低い温度の高温水蒸気を噴霧して水溶性糊を溶解することにより、熱収縮性シート２０を剥離する。
【００５０】
接着剤２２として例えばＳＯＮＮＥＢＯＲＮ社製の「Ｗ４４５」を用いた場合には、例えば６０℃で加熱することにより、熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離することができる。
【００５１】
接着剤２２と充填層２６とのエッチング特性が異なる場合には、接着剤２２を、充填層２６にダメージを与えることなく選択的にエッチングすることができる。
【００５２】
接着剤２２は、必ずしも完全に除去する必要はなく、例えば図８に示すように、カーボンナノチューブ１６間に残存してもよい。残存した接着剤２２は、充填層２８として用いることができる。接着剤２２は、総て除去するようにしてもよい。
【００５３】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、充填層２６，２８の軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図９（ａ））。
【００５４】
この熱処理により、充填層２６，２８が軟化し、ＬＳＩチップ４０及びヒートスプレッダ４２の表面凹凸に沿ってカーボンナノチューブシート１０が変形する。また、カーボンナノチューブシート１０内のカーボンナノチューブ１６は、充填層２６，２８による拘束がゆるみ、その端部はＬＳＩチップ４０及びヒートスプレッダ４２に直に接するようになる。この際、カーボンナノチューブ１６はしなやかで柔軟性に富んだ材料であるため、ＬＳＩチップ４０及びヒートスプレッダ４２が有する凹凸形状に追従して撓むことができる。これにより、ＬＳＩチップ４０及びヒートスプレッダ４２に直に接するカーボンナノチューブ１６が増加し、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４０及びヒートスプレッダ４２との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができる（図９（ｂ））。
【００５５】
特に、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を用いることにより、成長時の面密度を超えた高い面密度でカーボンナノチューブ１６を形成することができる。これにより、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性及び導電性を大幅に向上することができる。
【００５６】
次いで、室温まで冷却し、充填層２６、２８を固化する。この際、充填層２６を形成する熱可塑性樹脂及び充填層２８を形成する接着剤２２は接着性を発現し、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間をカーボンナノチューブシート１０によって接着固定することができる。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、熱収縮性を有する基板上にカーボンナノチューブを形成し、基板を熱収縮した後に充填層を形成してシート化するので、成長時の面密度を超えた高い面密度で形成されたカーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブシートを製造することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上することができる。
【００５８】
また、カーボンナノチューブを支持する充填層の材料として熱可塑性樹脂を用いることにより、充填層のリフローが可能であり被着体に対する接触熱抵抗及び接触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。
【００５９】
［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１０乃至図１６を用いて説明する。なお、図１乃至図９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。
【００６０】
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構造を示す概略断面図である。図１１乃至図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工程断面図である。
【００６１】
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１０を用いて説明する。
【００６２】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図１０に示すように、カーボンナノチューブ１６の充填層２８側の端部に、被膜１８が形成されているほかは、図２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と同様である。
【００６３】
被膜１８を形成する材料は、充填層２６，２８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。
【００６４】
熱伝導性の高い被膜１８を設けることにより、被膜１８を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（例えば、放熱体や発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体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も用いる場合には、導電性を高めることができる。
【００６５】
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１１乃至図１６を用いて説明する。
【００６６】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【００６７】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜１８を形成する。
【００６８】
被膜１８を形成する材料は、充填層２６，２８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１６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１８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。
【００６９】
被膜１８の膜厚は、接着剤２２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１８の構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。
【００７０】
被膜１８は、成長初期段階では、例えば図６１（ａ）に示すように、各カーボンナノチューブ１６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１６の先端部分に形成された被膜１８が互いに接続される。これにより、被膜１８は、例えば図６１（ｂ）に示すように、複数本の各カーボンナノチューブ１６の先端部分を束ねるように形成される。被膜１８の成長膜厚を更に増加すると、被膜１８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。後工程において接着剤２２の浸透性を維持するためには、被膜１８が完全な膜とならないように膜厚を制御することが望ましい。
【００７１】
次いで、被膜１８を形成したカーボンナノチューブ１６上に、図４（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の製造方法と同様にして、熱収縮性シート２０を接着する（図１１（ａ））。
【００７２】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。これにより、カーボンナノチューブ１６は、熱収縮性シート２０側に転写される（図１１（ｂ））。
【００７３】
次いで、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる（図１２）。
【００７４】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルム２４を載置する（図１３）。
【００７５】
次いで、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも高い温度で加熱し、溶解した熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層２６を形成する（図１４）。
【００７６】
次いで、接着剤２２を溶解して熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離し、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１５）。
【００７７】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、充填層２６，２８の軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図１６（ａ））。これにより、圧着時に充填層２６，２８が液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【００７８】
次いで、室温まで冷却し、充填層２６、２８を固化する（図１６（ｂ））。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【００７９】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【００８０】
［第３実施形態］
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について図１７乃至図２３を用いて説明する。なお、図１乃至図１６に示す第１及び第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。
【００８１】
図１７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１８乃至図２３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工程断面図である。
【００８２】
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１７を用いて説明する。
【００８３】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図１７に示すように、カーボンナノチューブ１６の充填層２６側の端部に、被膜３０が形成されているほかは、図２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と同様である。
【００８４】
被膜３０を形成する材料は、充填層２６，２８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。被膜３０には、第２実施形態において示した被膜１８を形成するための材料と同様の材料を適用することができる。
【００８５】
熱伝導性の高い被膜３０を設けることにより、被膜３０を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（例えば、放熱体や発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体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も用いる場合には、導電性を高めることができる。
【００８６】
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１８乃至図２３を用いて説明する。
【００８７】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【００８８】
次いで、図４（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の製造方法と同様にして、カーボンナノチューブ１６上に、熱収縮性シート２０を接着する（図１８（ａ））。
【００８９】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。これにより、カーボンナノチューブ１６は、熱収縮性シート２０側に転写される（図１８（ｂ））。
【００９０】
次いで、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる。
【００９１】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜３０を形成する（図１９）。
【００９２】
被膜３０の膜厚は、後工程において熱可塑性樹脂フィルム２４の浸透を阻害しない膜厚（被膜３０が完全な膜とならない膜厚）であれば、特に限定されるものではない。被膜３０の膜厚は、熱可塑性樹脂フィルム２４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３０の構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。
【００９３】
次いで、被膜３０を形成したカーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルム２４を載置する（図２０）。
【００９４】
次いで、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも高い温度で加熱し、溶解した熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層２６を形成する（図２１）。
【００９５】
次いで、接着剤２２を溶解して熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離し、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２２）。
【００９６】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、充填層２６，２８の軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図２３（ａ））。これにより、圧着時に充填層２６，２８が液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【００９７】
次いで、室温まで冷却し、充填層２６、２８を固化する（図２３（ｂ））。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【００９８】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【００９９】
［第４実施形態］
第４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２４乃至図３０を用いて説明する。なお、図１乃至図２３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。
【０１００】
図２４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２５乃至図３０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工程断面図である。
【０１０１】
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２４を用いて説明する。
【０１０２】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図２４に示すように、カーボンナノチューブ１６の両端部に、被膜１８，３０が形成されているほかは、図２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と同様である。
【０１０３】
熱伝導性の高い被膜１８，３０を設けることにより、被膜１８，３０を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（例えば、放熱体や発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体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も用いる場合には、導電性を高めることができる。被膜１８，３０の一方を設ける場合と比較して、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の熱電導性及び導電性を更に高めることができる。
【０１０４】
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２５乃至図３０を用いて説明する。
【０１０５】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【０１０６】
次いで、例えば図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製造方法と同様にして、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜１８を形成する。
【０１０７】
次いで、被膜１８を形成したカーボンナノチューブ１６上に、図４（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の製造方法と同様にして、熱収縮性シート２０を接着する（図２５（ａ））。
【０１０８】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。これにより、カーボンナノチューブ１６は、熱収縮性シート２０側に転写される（図２５（ｂ））。
【０１０９】
次いで、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる。
【０１１０】
次いで、例えば図１９に示す第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と同様にして、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜３０を形成する（図２６）。
【０１１１】
次いで、被膜３０を形成したカーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルム２４を載置する（図２７）。
【０１１２】
次いで、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも高い温度で加熱し、溶解した熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層２６を形成する（図２８）。
【０１１３】
次いで、接着剤２２を溶解して熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離し、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２９）。
【０１１４】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、充填層２６，２８の軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図３０（ａ））。これにより、圧着時に充填層２６，２８が液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０１１５】
次いで、室温まで冷却し、充填層２６、２８を固化する（図３０（ｂ））。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０１１６】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【０１１７】
［第５実施形態］
第５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３１乃至図３７を用いて説明する。なお、図１乃至図３０に示す第１乃至第４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。
【０１１８】
図３１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３２乃至図３７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工程断面図である。
【０１１９】
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３１を用いて説明する。
【０１２０】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図３１に示すように、充填層２８の代わりに充填層３４が形成されているほかは、図２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と同様である。
【０１２１】
充填層３４は、充填層２６と同様、カーボンナノチューブシート１０を被着体４０，４２と接触した後にリフローが可能な材料であり、例えば、熱可塑性樹脂材料を用いることができる。なお、充填層３４の具体的な構成材料については、後述する製造方法の説明の中で述べる。
【０１２２】
図３１（ａ）において、充填層２６と充填層３４とが直に接していないが、充填層２６と充填層３４とは直に接していてもよい。
【０１２３】
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３２乃至図３７を用いて説明する。
【０１２４】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【０１２５】
次いで、熱収縮性シート２０上に、接着剤２２を形成する。
【０１２６】
接着剤２２は、融点が、後述する熱可塑性樹脂層３２の溶解温度よりも低いものであれば、特に限定されるものではない。接着剤２２としては、例えば、ホットメルトワックスや水溶性糊を適用することができる。ホットメルトワックスとしては、例えば、有限会社サンユウテクノ製「ＷＴ０５０Ｔ」（融点５０℃）、ＳＯＮＮＥＢＯＲＮ社製「Ｗ４４５」（融点６０℃）等が挙げられる。水溶性糊としては、ポリビニルアルコールが挙げられる。
【０１２７】
次いで、接着剤２２を形成した熱収縮性シート２０上に、熱可塑性樹脂層３２を形成する。
【０１２８】
熱可塑性樹脂層３２は、充填層３４となるものである。熱可塑性樹脂層３２を形成する樹脂材料は、熱収縮性シート２０の熱収縮温度よりも軟化温度が低いものであれば特に限定されるものではなく、例えば、充填層２６を形成する熱可塑性樹脂材料と同様のホットメルト樹脂を適用することができる。熱収縮性シート２０として熱収縮温度が１４０〜１５０℃程度の材料を用いる場合には、熱可塑性樹脂層３２の樹脂材料として、例えば、日本マタイ株式会社製の「エルファンＯＨ５０１」や「エルファンＮＴ１２０」等を適用することができる。
【０１２９】
次いで、接着剤２２及び熱可塑性樹脂層３２が形成された熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６上に熱圧着する（図３２（ａ））。これにより、熱可塑性樹脂層３２がカーボンナノチューブ１６の上端部に浸透し、熱可塑性樹脂層３２とカーボンナノチューブ１６とが接着される。
【０１３０】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。これにより、カーボンナノチューブ１６は、熱収縮性シート２０側に転写される（図３２（ｂ））。
【０１３１】
なお、前述の充填層２６の形成方法と同様にして、熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６の上端部に浸透させた後、その上に接着剤２２を塗布した熱収縮性シート２０を接着するようにしてもよい。
【０１３２】
次いで、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用い、熱収縮性シート２０の熱収縮温度よりも高い温度、例えば１４０℃で加熱して、熱収縮性シート２０を収縮させる。
【０１３３】
この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる（図３３）。
【０１３４】
この際、接着剤２２及び熱可塑性樹脂層３２の融点は熱収縮性シート２０の収縮温度よりも低いため、熱収縮性シート２０の熱収縮の際に接着剤２２及び熱可塑性樹脂層３２は溶解している。したがって、接着剤２２及び熱可塑性樹脂層３２が熱収縮性シート２０の熱収縮を阻害することはない。また、溶解した熱可塑性樹脂層３２は、粘性を有しており、熱収縮性シート２０の収縮の際に配向性を保持したままカーボンナノチューブ１６を支持する役割をも果たす。
【０１３５】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルム２４を載置する（図１３４）。熱可塑性樹脂フィルム２４は、充填層２６となるものである。
【０１３６】
次いで、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも高い温度で加熱し、溶解した熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層２６を形成する（図３５）。熱可塑性樹脂フィルム２４として例えば日本マタイ株式会社製の「エルファンＮＴ１２０」を用いた場合には、例えば１２０℃で加熱することにより、熱可塑性樹脂フィルム２４を浸透させることができる。
【０１３７】
次いで、接着剤２２を溶解して熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離し、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３６）。熱可塑性樹脂層３２は、充填層３４としてカーボンナノチューブ１６の端部に残存する。
【０１３８】
接着剤２２としてホットメルトワックスを用いた場合には、例えば、ホットメルトワックスの融点よりも高く充填層２６の熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも低い温度で熱処理を行ってホットメルトワックスを溶解することにより、熱収縮性シート２０を剥離する。接着剤として水溶性糊を用いた場合には、例えば、充填層２６の熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも低い温度の高温水蒸気を噴霧して水溶性糊を溶解することにより、熱収縮性シート２０を剥離する。
【０１３９】
接着剤２２として例えば有限会社サンユウテクノ製「ＷＴ０５０Ｔ」を用いた場合には、例えば６０℃〜７０℃の湯で処理することにより、熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離することができる。
【０１４０】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、充填層２６，３４の軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図３７（ａ））。これにより、圧着時に充填層２６，３４が液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０１４１】
次いで、室温まで冷却し、充填層２６、３４を固化する（図３７（ｂ））。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０１４２】
このように、本実施形態によれば、熱収縮性を有する基板上にカーボンナノチューブを形成し、基板を熱収縮した後に充填層を形成してシート化するので、成長時の面密度を超えた高い面密度で形成されたカーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブシートを製造することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上することができる。
【０１４３】
また、カーボンナノチューブを支持する充填層の材料として熱可塑性樹脂を用いることにより、充填層のリフローが可能であり被着体に対する接触熱抵抗及び接触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。
【０１４４】
［第６実施形態］
第６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３８を用いて説明する。なお、図１乃至図３７に示す第１乃至第５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。
【０１４５】
図３８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。
【０１４６】
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３８を用いて説明する。
【０１４７】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図３８に示すように、カーボンナノチューブ１６の充填層３４側の端部に、被膜１８が形成されているほかは、図３１に示す第５実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様である。
【０１４８】
被膜１８を形成する材料は、充填層２６，３４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。
【０１４９】
熱伝導性の高い被膜１８を設けることにより、被膜１８を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（例えば、放熱体や発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体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も用いる場合には、導電性を高めることができる。
【０１５０】
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説明する。なお、本実施形態は、第５実施形態によるカーボンナノチューブシートにおいて、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様の手法により被膜１８を形成するものである。ここでは、新たな図面を使用せず、これら実施形態の図面を参照して説明するものとする。
【０１５１】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【０１５２】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜１８を形成する（図１１（ａ）参照）。
【０１５３】
被膜１８を形成する材料は、充填層２６，３４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。
【０１５４】
被膜１８の膜厚は、後工程において充填層３４となる熱可塑性樹脂の浸透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３０の膜厚は、充填層３４の熱可塑性樹脂の浸透性、カーボンナノチューブシート１０に要求される特性、被膜１８の構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。
【０１５５】
次いで、被膜１８を形成したカーボンナノチューブ１６上に、第５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、接着剤２２及び熱可塑性樹脂層３２が形成された熱収縮性シート２０を熱圧着する（図３２（ａ）参照）。これにより、熱可塑性樹脂層３２がカーボンナノチューブ１６の上端部に浸透し、熱可塑性樹脂層３２とカーボンナノチューブ１６とが接着される。
【０１５６】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。これにより、カーボンナノチューブ１６は、熱収縮性シート２０側に転写される（図３２（ｂ）参照）。
【０１５７】
次いで、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる（図３３参照）。
【０１５８】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルム２４を載置する（図３４参照）。
【０１５９】
次いで、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも高い温度で加熱し、溶解した熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層２６を形成する（図３５参照）。
【０１６０】
次いで、接着剤２２を溶解して熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離し、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３６参照）。熱可塑性樹脂層３２は、充填層３４としてカーボンナノチューブ１６の端部に残存する。
【０１６１】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、充填層２６，３４の軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図３７（ａ）参照）。これにより、圧着時に充填層２６，３４が液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０１６２】
次いで、室温まで冷却し、充填層２６、３４を固化する（図３８）。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０１６３】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【０１６４】
［第７実施形態］
第７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３９を用いて説明する。なお、図１乃至図３８に示す第１乃至第６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。
【０１６５】
図３９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。
【０１６６】
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３９を用いて説明する。
【０１６７】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図３９に示すように、カーボンナノチューブ１６の充填層２６側の端部に、被膜３０が形成されているほかは、図３１に示す第５実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様である。
【０１６８】
被膜３０を形成する材料は、充填層２６，３４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。
【０１６９】
熱伝導性の高い被膜１８を設けることにより、被膜１８を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（例えば、放熱体や発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体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も用いる場合には、導電性を高めることができる。
【０１７０】
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説明する。なお、本実施形態は、第５実施形態によるカーボンナノチューブシートにおいて、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様の手法により被膜１８を形成するものである。ここでは、新たな図面を使用せず、これら実施形態の図面を参照して説明するものとする。
【０１７１】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【０１７２】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、第５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、接着剤２２及び熱可塑性樹脂層３２が形成された熱収縮性シート２０を熱圧着する（図３２（ａ）参照）。これにより、熱可塑性樹脂層３２がカーボンナノチューブ１６の上端部に浸透し、熱可塑性樹脂層３２とカーボンナノチューブ１６とが接着される。
【０１７３】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。これにより、カーボンナノチューブ１６は、熱収縮性シート２０側に転写される（図３２（ｂ）参照）。
【０１７４】
次いで、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる（図３３参照）。
【０１７５】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜３０を形成する（図１９参照）。
【０１７６】
被膜３０を形成する材料は、充填層２６，３４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。
【０１７７】
被膜３０の膜厚は、後工程において充填層２６となる熱可塑性樹脂の浸透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３０の膜厚は、充填層３４の熱可塑性樹脂の浸透性、カーボンナノチューブシート１０に要求される特性、被膜１８の構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。
【０１７８】
次いで、被膜３０を形成したカーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルム２４を載置する（図３４参照）。
【０１７９】
次いで、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも高い温度で加熱し、溶解した熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層２６を形成する（図３５参照）。
【０１８０】
次いで、接着剤２２を溶解して熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離し、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３６参照）。熱可塑性樹脂層３２は、充填層３４としてカーボンナノチューブ１６の端部に残存する。
【０１８１】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、充填層２６，３４の軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図３７（ａ）参照）。これにより、圧着時に充填層２６，３４が液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０１８２】
次いで、室温まで冷却し、充填層２６、３４を固化する（図３９）。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０１８３】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【０１８４】
［第８実施形態］
第８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４０を用いて説明する。なお、図１乃至図３９に示す第１乃至第７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。
【０１８５】
図４０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。
【０１８６】
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４０を用いて説明する。
【０１８７】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図４０に示すように、カーボンナノチューブ１６の両端部に、被膜１８，３０が形成されているほかは、図３１に示す第５実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様である。
【０１８８】
熱伝導性の高い被膜１８，３０を設けることにより、被膜１８，３０を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（例えば、放熱体や発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体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も用いる場合には、導電性を高めることができる。被膜１８，３０の一方を設ける場合と比較して、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の熱電導性及び導電性を更に高めることができる。
【０１８９】
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説明する。なお、本実施形態は、第５実施形態によるカーボンナノチューブシートにおいて、第４実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様の手法により被膜１８，３０を形成するものである。ここでは、新たな図面を使用せず、これら実施形態の図面を参照して説明するものとする。
【０１９０】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【０１９１】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜１８を形成する（図１１（ａ）参照）。
【０１９２】
被膜１８を形成する材料は、充填層２６，３４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。
【０１９３】
被膜１８の膜厚は、後工程において充填層３４となる熱可塑性樹脂の浸透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１８の膜厚は、充填層３４の熱可塑性樹脂の浸透性、カーボンナノチューブシート１０に要求される特性、被膜１８の構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。
【０１９４】
次いで、被膜１８を形成したカーボンナノチューブ１６上に、第５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、接着剤２２を介して熱可塑性樹脂層３２が形成された熱収縮性シート２０を熱圧着する（図３２（ａ）参照）。これにより、熱可塑性樹脂層３２がカーボンナノチューブ１６の上端部に浸透し、熱可塑性樹脂層３２とカーボンナノチューブ１６とが接着される。
【０１９５】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。これにより、カーボンナノチューブ１６は、熱収縮性シート２０側に転写される（図３２（ｂ）参照）。
【０１９６】
次いで、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる（図３３参照）。
【０１９７】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜３０を形成する（図１９参照）。
【０１９８】
被膜３０を形成する材料は、充填層２６，３４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。
【０１９９】
被膜３０の膜厚は、後工程において充填層２６となる熱可塑性樹脂の浸透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３０の膜厚は、充填層２６の熱可塑性樹脂の浸透性、カーボンナノチューブシート１０に要求される特性、被膜３０の構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。
【０２００】
次いで、被膜３０を形成したカーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルム２４を載置する（図３４参照）。
【０２０１】
次いで、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも高い温度で加熱し、溶解した熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層２６を形成する（図３５参照）。
【０２０２】
次いで、接着剤２２を溶解して熱収縮性シート２０をカーボンナノチューブ１６から剥離し、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３６参照）。熱可塑性樹脂層３２は、充填層３４としてカーボンナノチューブ１６の端部に残存する。
【０２０３】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、充填層２６，３４の軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図３７（ａ）参照）。これにより、圧着時に充填層２６，３４が液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０２０４】
次いで、室温まで冷却し、充填層２６、３４を固化する（図４０）。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０２０５】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【０２０６】
［第９実施形態］
第９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４１乃至図４７を用いて説明する。なお、図１乃至図４０に示す第１乃至第８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。
【０２０７】
図４１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４２乃至図４７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工程断面図である。
【０２０８】
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４１を用いて説明する。
【０２０９】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図４１（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１６を有している。カーボンナノチューブ１６の間隙には、充填層３８が形成されている。充填層３８は、シートの内部に設けられた支持層３８ａと、支持層３８ａ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３８ｂ，３８ｃとを有している。
【０２１０】
カーボンナノチューブシート１０は、例えば図４１（ｂ）に示すように、被着体４０と被着体４２との間に設けられ、被着体４０と被着体４２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４０，４２は、例えば、発熱体や放熱体である。被着体４０と被着体４２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３８ｂ，３８ｃは、被着体４０，４２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４０，４２との間の密着性を向上する。
【０２１１】
カーボンナノチューブ１６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１６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。後述の製造方法を用いることにより、成長時の面密度を超えた高い面密度でカーボンナノチューブ１６を形成することができる。
【０２１２】
カーボンナノチューブ１２の長さ（シートの厚さ）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。
【０２１３】
支持層３８ａ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１６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３８ａ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４０，４２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。
【０２１４】
支持層３８ａ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３８ａ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。
【０２１５】
低融点材料層３８ｂ，３８ｃ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４０，４２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３８ｂ，３８ｃは、熱圧着或いは圧着によって被着体４０，４２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。低融点材料層３８ｂ，３８ｃは、いずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
【０２１６】
熱圧着によって被着体４０，４２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３８ｂ，３８ｃの材料の融点が支持層３８ａの材料の融点以上では、低融点材料層３８ｂ，３８ｃを熱圧着する際に支持層３８ａまでもが軟化してカーボンナノチューブ１６を支持できなくなる。このため、低融点材料層３８ｂ，３８ｃの材料の融点は、支持層３８ａの融点未満であることが望ましい。
【０２１７】
低融点材料層３８ｂ，３８ｃは、カーボンナノチューブシート１０と被着体４０，４２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。
【０２１８】
すなわち、低融点材料層３８ｂ，３８ｃ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３８ａ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。
【０２１９】
低融点材料層３８ｂ，３８ｃの融点の上限値は、支持層３８ａの融点未満であることに加え、被着体４０，４２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３８ｂ，３８ｃの融点が被着体４０，４２の耐熱温度より高いと、被着体４０，４２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。
【０２２０】
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４２乃至図４７を用いて説明する。
【０２２１】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【０２２２】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、膜厚６μｍ程度のフォトレジスト膜３６を塗布した熱収縮性シート２０を、フォトレジスト膜３６の塗布面がカーボンナノチューブ１６側に位置するように載置する。
【０２２３】
次いで、例えば９０℃の熱処理によりフォトレジスト膜３６を硬化させる（図４２（ａ））。これにより、カーボンナノチューブ１６の端部はフォトレジスト膜３６によって覆われ、カーボンナノチューブ１６はフォトレジスト膜３６によって熱収縮性シート２０上に接着される。
【０２２４】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。こうして、カーボンナノチューブ１６を、熱収縮性シート２０上に転写する（図４２（ｂ））。
【０２２５】
フォトレジスト膜３６は、基板１２上に形成したカーボンナノチューブ１６を熱収縮性シート２０側に転写するために用いるものであるとともに、支持層３８ａを形成する際にカーボンナノチューブ１６の端部が支持層３８ａ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３６の代わりに、第１乃至第８実施形態で使用した接着剤２２を用いてもよい。
【０２２６】
次いで、余分なフォトレジスト膜３６を除去した後、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用い、熱収縮性シート２０の熱収縮温度よりも高い温度、例えば１４０℃で加熱して、熱収縮性シート２０を収縮させる。
【０２２７】
この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる（図４３参照）。フォトレジスト膜３６の膜厚が６μｍ程度であれば、熱収縮性シート２０の熱収縮がフォトレジスト膜３６によって阻害されることはない。
【０２２８】
次いで、例えばスピンコート法により、支持層３８ａとなる充填材を塗布する。この際、カーボンナノチューブ１６の端部上の充填材の厚さが数百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。
【０２２９】
支持層３８ａ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３８ａ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。
【０２３０】
支持層３８ａとなる充填材は、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。
【０２３１】
次いで、充填材を硬化して、支持層３８ａを形成する（図４４）。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３６が過度に硬化してしまい、後に熱収縮性シート２０からカーボンナノチューブ１６を剥離しにくくなる。かかる観点から、支持層３８ａ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。
【０２３２】
次いで、例えば有機溶剤によりフォトレジスト膜３６を選択的に除去し、支持層３８ａに埋め込まれたカーボンナノチューブ１６を、熱収縮性シート２０から剥離する（図４５）。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３６の除去の際にシリコーン系樹脂の支持層３８ａがダメージを受けることはない。
【０２３３】
フォトレジスト膜３６を除去することにより、フォトレジスト膜３６により覆われていたカーボンナノチューブ１６の一端部は、支持層３８ａによって覆われずに露出することになる。
【０２３４】
次いで、熱収縮性シート２０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３８ｂ，３８ｃ形成用の熱可塑性樹脂を、支持層３８ａ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３８ｂ，３８ｃを形成する。これにより、カーボンナノチューブ１６の両端が低融点材料層３８ｂ，３８ｃによって埋め込まれ、支持層３８ａ及び低融点材料層３８ｂ，３８ｃを有する充填層３８が形成される。
【０２３５】
低融点材料層３８ｂ，３８ｃ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３８ｂ，３８ｃを形成することができる。
【０２３６】
低融点材料層３８ｂ，３８ｃに好適な熱可塑性樹脂としては、例えば、上述の熱可塑性樹脂フィルム２４に適用可能なホットメルト樹脂と同様のホットメルト樹脂を適用することができる。
【０２３７】
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３８ａの材料として、融点が低いものを低融点材料層３８ｂ，３８ｃの材料として、選択してもよい。例えば、支持層３８ａ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３８ｂ，３８ｃ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。
【０２３８】
圧着によって被着体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。
【０２３９】
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４６）。
【０２４０】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、低融点材料層３８ｂ，３８ｃの軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図３７（ａ）参照）。これにより、圧着時に低融点材料層３８ｂ，３８ｃが液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０２４１】
次いで、室温まで冷却し、低融点材料層３８ｂ，３８ｃを固化する（図４０）。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０２４２】
このように、本実施形態によれば、熱収縮性を有する基板上にカーボンナノチューブを形成し、基板を熱収縮した後に充填層を形成してシート化するので、成長時の面密度を超えた高い面密度で形成されたカーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブシートを製造することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上することができる。
【０２４３】
また、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及び接触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及び接触抵抗を低減することができる。
【０２４４】
［第１０実施形態］
第１０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４８を用いて説明する。なお、図１乃至図４７に示す第１乃至第９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。
【０２４５】
図４８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。
【０２４６】
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４８を用いて説明する。
【０２４７】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図４８に示すように、カーボンナノチューブ１６の低融点材料層３８ｃ側の端部に、被膜１８が形成されているほかは、図４１に示す第９実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様である。
【０２４８】
被膜１８を形成する材料は、充填層３８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。
【０２４９】
熱伝導性の高い被膜１８を設けることにより、被膜１８を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（例えば、放熱体や発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体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も用いる場合には、導電性を高めることができる。
【０２５０】
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説明する。なお、本実施形態は、第９実施形態によるカーボンナノチューブシートにおいて、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様の手法により被膜１８を形成するものである。ここでは、新たな図面を使用せず、これら実施形態の図面を参照して説明するものとする。
【０２５１】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【０２５２】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜１８を形成する（図１１（ａ）参照）。
【０２５３】
被膜１８を形成する材料は、充填層３８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。
【０２５４】
被膜１８の膜厚は、後工程においてフォトレジスト膜３６の浸透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３０の膜厚は、フォトレジスト膜３６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１８の構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。
【０２５５】
次いで、被膜１８を形成したカーボンナノチューブ１６上に、フォトレジスト膜３６を塗布した熱収縮性シート２０を、フォトレジスト膜３６の塗布面がカーボンナノチューブ１６側に位置するように載置する。
【０２５６】
次いで、例えば９０℃の熱処理によりフォトレジスト膜３６を硬化させる（図４２（ａ）参照）。これにより、カーボンナノチューブ１６の端部はフォトレジスト膜３６によって覆われ、カーボンナノチューブ１６はフォトレジスト膜３６によって熱収縮性シート２０上に接着される。
【０２５７】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。こうして、カーボンナノチューブ１６を、熱収縮性シート２０上に転写する（図４２（ｂ）参照）。
【０２５８】
次いで、余分なフォトレジスト膜３６を除去した後、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる（図４３参照）。
【０２５９】
次いで、例えばスピンコート法により、支持層３８ａとなる充填材を塗布する。この際、カーボンナノチューブ１６の端部上の充填材の厚さが数百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。
【０２６０】
次いで、充填材を硬化して、支持層３８ａを形成する（図４４参照）。
【０２６１】
次いで、例えば有機溶剤によりフォトレジスト膜３６を選択的に除去し、支持層３８ａに埋め込まれたカーボンナノチューブ１６を、熱収縮性シート２０から剥離する（図４５参照）。フォトレジスト膜３６を除去することにより、フォトレジスト膜３６により覆われていたカーボンナノチューブ１６の一端部は、支持層３８ａによって覆われずに露出することになる。
【０２６２】
次いで、熱収縮性シート２０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３８ｂ，３８ｃ形成用の熱可塑性樹脂を、支持層３８ａ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３８ｂ，３８ｃを形成する。これにより、カーボンナノチューブ１６の両端が低融点材料層３８ｂ，３８ｃによって埋め込まれ、支持層３８ａ及び低融点材料層３８ｂ，３８ｃを有する充填層３８が形成される。
【０２６３】
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４６）。
【０２６４】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、低融点材料層３８ｂ，３８ｃの軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図３７（ａ）参照）。これにより、圧着時に低融点材料層３８ｂ，３８ｃが液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０２６５】
次いで、室温まで冷却し、低融点材料層３８ｂ，３８ｃを固化する（図４０）。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０２６６】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【０２６７】
［第１１実施形態］
第１１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４９を用いて説明する。なお、図１乃至図４８に示す第１乃至第１０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。
【０２６８】
図４９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。
【０２６９】
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４９を用いて説明する。
【０２７０】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図４８に示すように、カーボンナノチューブ１６の低融点材料層３８ｂ側の端部に、被膜３０が形成されているほかは、図４１に示す第９実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様である。
【０２７１】
被膜３０を形成する材料は、充填層３８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。
【０２７２】
熱伝導性の高い被膜３０を設けることにより、被膜３０を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（例えば、放熱体や発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体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も用いる場合には、導電性を高めることができる。
【０２７３】
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説明する。なお、本実施形態は、第９実施形態によるカーボンナノチューブシートにおいて、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様の手法により被膜３０を形成するものである。ここでは、新たな図面を使用せず、これら実施形態の図面を参照して説明するものとする。
【０２７４】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【０２７５】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、フォトレジスト膜３６を塗布した熱収縮性シート２０を、フォトレジスト膜３６の塗布面がカーボンナノチューブ１６側に位置するように載置する。
【０２７６】
次いで、例えば９０℃の熱処理によりフォトレジスト膜３６を硬化させる（図４２（ａ）参照）。これにより、カーボンナノチューブ１６の端部はフォトレジスト膜３６によって覆われ、カーボンナノチューブ１６はフォトレジスト膜３６によって熱収縮性シート２０上に接着される。
【０２７７】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。こうして、カーボンナノチューブ１６を、熱収縮性シート２０上に転写する（図４２（ｂ）参照）。
【０２７８】
次いで、余分なフォトレジスト膜３６を除去した後、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる（図４３参照）。
【０２７９】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜３０を形成する（図１９参照）。
【０２８０】
被膜３０を形成する材料は、充填層３８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。
【０２８１】
次いで、例えばスピンコート法により、支持層３８ａとなる充填材を塗布する。この際、カーボンナノチューブ１６の端部上の充填材の厚さが数百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。
【０２８２】
次いで、充填材を硬化して、支持層３８ａを形成する（図４４参照）。
【０２８３】
次いで、例えば有機溶剤によりフォトレジスト膜３６を選択的に除去し、支持層３８ａに埋め込まれたカーボンナノチューブ１６を、熱収縮性シート２０から剥離する（図４５参照）。フォトレジスト膜３６を除去することにより、フォトレジスト膜３６により覆われていたカーボンナノチューブ１６の一端部は、支持層３８ａによって覆われずに露出することになる。
【０２８４】
次いで、熱収縮性シート２０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３８ｂ，３８ｃ形成用の熱可塑性樹脂を、支持層３８ａ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３８ｂ，３８ｃを形成する。これにより、カーボンナノチューブ１６の両端が低融点材料層３８ｂ，３８ｃによって埋め込まれ、支持層３８ａ及び低融点材料層３８ｂ，３８ｃを有する充填層３８が形成される。
【０２８５】
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４６）。
【０２８６】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、低融点材料層３８ｂ，３８ｃの軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図３７（ａ）参照）。これにより、圧着時に低融点材料層３８ｂ，３８ｃが液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０２８７】
次いで、室温まで冷却し、低融点材料層３８ｂ，３８ｃを固化する（図４０）。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０２８８】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【０２８９】
［第１２実施形態］
第１２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５０を用いて説明する。なお、図１乃至図４９に示す第１乃至第１１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。
【０２９０】
図５０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。
【０２９１】
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５０を用いて説明する。
【０２９２】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図５０に示すように、カーボンナノチューブ１６の両端部に、被膜１８，３０が形成されているほかは、図４１に示す第９実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様である。
【０２９３】
熱伝導性の高い被膜１８，３０を設けることにより、被膜１８，３０を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（例えば、放熱体や発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体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も用いる場合には、導電性を高めることができる。被膜１８，３０の一方を設ける場合と比較して、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の熱電導性及び導電性を更に高めることができる。
【０２９４】
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説明する。なお、本実施形態は、第９実施形態によるカーボンナノチューブシートにおいて、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様の手法により被膜３０を形成するものである。ここでは、新たな図面を使用せず、これら実施形態の図面を参照して説明するものとする。
【０２９５】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する。
【０２９６】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜１８を形成する（図１１（ａ）参照）。
【０２９７】
被膜１８を形成する材料は、充填層３８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。
【０２９８】
被膜１８の膜厚は、後工程においてフォトレジスト膜３６の浸透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３０の膜厚は、フォトレジスト膜３６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１８の構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。
【０２９９】
次いで、被膜１８を形成したカーボンナノチューブ１６上に、フォトレジスト膜３６を塗布した熱収縮性シート２０を、フォトレジスト膜３６の塗布面がカーボンナノチューブ１６側に位置するように載置する。
【０３００】
次いで、例えば９０℃の熱処理によりフォトレジスト膜３６を硬化させる（図４２（ａ）参照）。これにより、カーボンナノチューブ１６の端部はフォトレジスト膜３６によって覆われ、カーボンナノチューブ１６はフォトレジスト膜３６によって熱収縮性シート２０上に接着される。
【０３０１】
次いで、熱収縮性シート２０を、カーボンナノチューブ１６とともに基板１２から剥離する。こうして、カーボンナノチューブ１６を、熱収縮性シート２０上に転写する（図４２（ｂ）参照）。
【０３０２】
次いで、余分なフォトレジスト膜３６を除去した後、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる（図４３参照）。
【０３０３】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜３０を形成する（図１９参照）。
【０３０４】
被膜３０を形成する材料は、充填層３８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。
【０３０５】
次いで、例えばスピンコート法により、支持層３８ａとなる充填材を塗布する。この際、カーボンナノチューブ１６の端部上の充填材の厚さが数百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。
【０３０６】
次いで、充填材を硬化して、支持層３８ａを形成する（図４４参照）。
【０３０７】
次いで、例えば有機溶剤によりフォトレジスト膜３６を選択的に除去し、支持層３８ａに埋め込まれたカーボンナノチューブ１６を、熱収縮性シート２０から剥離する（図４５参照）。フォトレジスト膜３６を除去することにより、フォトレジスト膜３６により覆われていたカーボンナノチューブ１６の一端部は、支持層３８ａによって覆われずに露出することになる。
【０３０８】
次いで、熱収縮性シート２０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３８ｂ，３８ｃ形成用の熱可塑性樹脂を、支持層３８ａ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３８ｂ，３８ｃを形成する。これにより、カーボンナノチューブ１６の両端が低融点材料層３８ｂ，３８ｃによって埋め込まれ、支持層３８ａ及び低融点材料層３８ｂ，３８ｃを有する充填層３８が形成される。
【０３０９】
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４６）。
【０３１０】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、低融点材料層３８ｂ，３８ｃの軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図３７（ａ）参照）。これにより、圧着時に低融点材料層３８ｂ，３８ｃが液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０３１１】
次いで、室温まで冷却し、低融点材料層３８ｂ，３８ｃを固化する（図４０）。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０３１２】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【０３１３】
［第１３実施形態］
第１３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５１乃至図６０を用いて説明する。なお、図１乃至図５０に示す第１乃至第１２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。
【０３１４】
図５１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５２乃至図６０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工程断面図である。
【０３１５】
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５１を用いて説明する。
【０３１６】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートは、図５１に示すように、カーボンナノチューブ１６が、１層の充填層２６によって支持されているほかは、図２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と同様である。
【０３１７】
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５２乃至図６０を用いて説明する。
【０３１８】
まず、図３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、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する（図５２）。
【０３１９】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数百ｎｍのＡｕを形成し、Ａｕの被膜１８を形成する（図５３）。
【０３２０】
次いで、被膜１８を形成したカーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルム２４を載置する。なお、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料としては、融点が、後述する熱収縮性シート２０の収縮温度よりも低いものを適用する。
【０３２１】
次いで、熱可塑性樹脂フィルム２４を形成する熱可塑性樹脂材料の軟化温度よりも高い温度で加熱し、溶解した熱可塑性樹脂材料をカーボンナノチューブ１６の間隙に浸透させ、充填層２６を形成する（図５４）。なお、熱可塑性樹脂材料は、基板１２の表面には達しない程度まで浸透させることが望ましい。これは、後工程においてカーボンナノチューブ１６を基板１２から剥離するのを容易にするためである。
【０３２２】
次いで、図４（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の製造方法と同様にして、充填層２６上に、接着剤２２によって熱収縮性シート２０を接着する。
【０３２３】
次いで、図４（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、カーボンナノチューブ１６を、充填層２６とともに基板１２から剥離する（図５５）。
【０３２４】
次いで、上下から均等に熱が加わる加熱装置を用いて熱収縮性シート２０を収縮させる（図５６）。この熱処理により、熱収縮性シート２０は収縮し、カーボンナノチューブ１６が形成された領域も、熱収縮性シート２０と同様に収縮する。結果として、カーボンナノチューブ１６が形成された面積は元の面積に比べて約１／４程度となり、面密度は約４倍となる。
【０３２５】
この際、接着剤２２及び充填層２６の融点は熱収縮性シート２０の収縮温度よりも低いため、熱収縮性シート２０の熱収縮の際に接着剤２２及び充填層２６は溶解している。したがって、接着剤２２及び充填層２６が熱収縮性シート２０の熱収縮を阻害することはない。また、溶解した接着剤２２及び充填層２６は、粘性を有しており、熱収縮性シート２０の収縮の際に配向性を保持したままカーボンナノチューブ１６を支持する役割をも果たす。
【０３２６】
次いで、接着剤２２を溶解し、熱収縮性シート２０を充填層２６から剥離する（図５７）。この際、接着剤２２として、充填層２６の熱可塑性樹脂材料よりも融点の低い材料を適用することにより、熱収縮性シート２０を充填層２６から容易に剥離することができる。例えば、充填層２６の熱可塑性樹脂材料として、融点１２０℃程度のポリアミド系樹脂材料を用いた場合には、接着剤２２として、融点６０℃程度のワックスを適用することができる。
【０３２７】
なお、熱収縮性シート２０の剥離は、熱収縮性シート２０の収縮の際の余熱により行うことができる。界面に残る接着剤２２のワックスは、お湯などで除去してもよいし、後工程の余分な熱可塑性樹脂を外側に追い出す工程で、熱可塑性樹脂材料と同様に外側に追い出すようにしてもよい。
【０３２８】
次いで、熱収縮性シート２０から剥離したカーボンナノチューブ１６及び充填層２６のシートの両面を、剥離紙４４に挟み、熱圧着する。これにより、充填層２６を形成する熱可塑性樹脂材料は、カーボンナノチューブ１６の間隙の全体に渡って充填され、余分な樹脂材料は周囲に追い出される（図５８）。
【０３２９】
次いで、周囲の余分な充填層２６を切断し、本実施形態によるカーボンナノチューブシートを得る（図５９）。
【０３３０】
次いで、上述のようにして形成したカーボンナノチューブシート１０を、ＬＳＩチップ４０とヒートスプレッダ４２との間に設置し、充填層２６の軟化温度よりも高い温度で加熱圧着する（図６０（ａ））。これにより、圧着時に充填層２６が液化し、端部のカーボンナノチューブ１６のバネ性が得られる構造となる。
【０３３１】
次いで、室温まで冷却し、充填層２６を固化する（図６０（ｂ））。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート１０とＬＳＩチップ４２及びヒートスプレッダ４４との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
【０３３２】
このように、本実施形態によれば、収縮性を有する基板上にカーボンナノチューブを形成し、基板を熱収縮した後に充填層を形成してシート化するので、成長時の面密度を超えた高い面密度で形成されたカーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブシートを製造することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上することができる。
【０３３３】
また、カーボンナノチューブを支持する充填層の材料として熱可塑性樹脂を用いることにより、充填層のリフローが可能であり被着体に対する接触熱抵抗及び接触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。
【０３３４】
なお、上記実施形態では、カーボンナノチューブ１６の一端部に被膜１８を形成したが、被膜１８は、必ずしも形成する必要はない。また、カーボンナノチューブ１６を基板１２から剥離した後、カーボンナノチューブの他端部に被膜３２を形成するようにしてもよい。被膜１８を形成せず、被膜３２だけを形成するようにしてもよい。
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０３３５】
例えば、上記第１乃至第１２実施形態では、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、カーボンナノチューブの代わりに他の炭素元素の線状構造体を用いてもよい。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。
【０３３６】
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。
【０３３７】
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。
【０３３８】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０３３９】
（付記１）  第１の基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、
前記第１の基板上に形成した前記複数の線状構造体を、熱収縮性を有する第２の基板上に転写する工程と、
前記複数の線状構造体を転写した前記第２の基板を加熱して収縮させる工程と、
収縮した前記第２の基板上に形成された前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、
前記充填層を形成後、前記第２の基板を除去する工程と
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３４０】
（付記２）  付記１記載のシート状構造体の製造方法において、
前記充填層を形成後、前記第２の基板を除去する工程を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３４１】
（付記３）  付記１又は２記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体を形成する工程の後、前記複数の線状構造体を前記第２の基板上に転写する工程の前に、前記複数の線状構造体の一端部に、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の第１の被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３４２】
（付記４）  付記１乃至３のいずれか１項に記載のシート状構造体の製造方法において、
前記第２の基板を収縮する工程の後、前記充填層を形成する工程の前に、前記複数の線状構造体の他端部に、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の第２の被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３４３】
（付記５）  付記１乃至４のいずれか１項に記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体は、前記充填層の膜厚方向に配向している
ことを特徴とするシート状構造体。
【０３４４】
（付記６）  付記１乃至５のいずれか１項に記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体を前記第２の基板上に転写する工程は、前記第２の基板上に、接着性を有する接着層を形成する工程と、複数の前記線状構造体の上端部に、前記第２の基板上に形成された前記接着層を接着する工程と、前記第１の基板を除去する工程とを有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３４５】
（付記７）  付記６記載のシート状構造体の製造方法において、
前記接着層の融点は、前記第２の基板の熱収縮温度よりも低く、
前記第２の基板を収縮する工程では、前記接着層を溶融した状態で、前記第２の基板を収縮する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３４６】
（付記８）  付記６又は７記載のシート状構造体の製造方法において、
前記接着層の融点は、前記充填層の融点よりも低く、
前記第１の基板を除去する工程では、前記接着層の融点よりも高く、前記充填層の融点よりも低い温度で加熱して前記接着層を溶解することにより、前記第１の基板を除去する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３４７】
（付記９）  付記８記載のシート状構造体の製造方法において、
前記接着層は、前記第２の基板上に形成され、融点が、前記充填層の融点よりも低い第１の層と、前記第１の層上に形成され、融点が、前記第１の層の融点及び前記充填層の融点よりも高い第２の層とを有し、
前記第１の基板を除去する工程では、前記第１の層の融点よりも高く、前記第２の層の融点よりも低い温度で加熱して前記第１の層を溶解することにより、前記第１の基板を除去し、
前記充填層を形成する工程では、前記第２の層を含む前記充填層を形成する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３４８】
（付記１０）  付記６又は７記載のシート状構造体の製造方法において、
前記接着層と前記充填層は、エッチング特性が異なっており、
前記第１の基板を除去する工程では、前記接着層を前記充填層に対して選択的にエッチングすることにより、前記第１の基板を除去する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３４９】
（付記１１）  付記１０記載のシート状構造体の製造方法において、
前記第２の基板を除去する工程の後、前記充填層の少なくとも一方の表面上に、前記充填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を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０３５０】
（付記１２）  付記１乃至１０のいずれか１項に記載のシート状構造体の製造方法により、前記複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成され、前記複数の線状構造体を支持する前記充填層とを有するシート状構造体を製造する工程と、
前記シート状構造体を、発熱体と放熱体との間に配置する工程と、
前記充填層の融点よりも高い温度で熱圧着し、前記発熱体と前記放熱体とを前記シート状構造体を介して接合する工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
【０３５１】
（付記１３）  付記１１記載のシート状構造体の製造方法により、前記複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成され、前記複数の線状構造体を支持する前記充填層とを有するシート状構造体を製造する工程と、
前記シート状構造体を、発熱体と放熱体との間に配置する工程と、
前記充填層の融点よりも低く、前記低融点材料層の融点よりも高い温度で熱圧着し、前記発熱体と前記放熱体とを前記シート状構造体を介して接合する工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
【０３５２】
（付記１４）  付記１１記載のシート状構造体の製造方法により、前記複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成され、前記複数の線状構造体を支持する前記充填層とを有するシート状構造体を製造する工程と、
前記シート状構造体を、発熱体と放熱体との間に配置する工程と、
前記発熱体と前記放熱体とを前記シート状構造体を介して圧着する工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
【符号の説明】
【０３５３】
１０…カーボンナノチューブシート
１２…基板
１４…触媒金属膜
１６…カーボンナノチューブ
１８，３０…被膜
２０…熱収縮性シート
２２…接着剤
２４…熱可塑性樹脂フィルム
２６，２８，３４，３８…充填層
３２…熱可塑性樹脂層
３６…フォトレジスト膜
３８ａ…支持層
３８ｂ，３８ｃ…低融点材料層
４０…被着体（ＬＳＩチップ）
４２…被着体（ヒートスプレッダ）
４４…剥離紙
５０…プリント配線基板
５２，５６…はんだバンプ
５４…回路基板
５８…半導体素子
６０…有機シーラント
６２…ヒートスプレッダ
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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