(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の極めて高いシート状構造体及びその製造方法、並びに電子装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】複数のＣＮＴ３ａと、ＣＮＴ３ａの一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆する被覆材料５と、複数のＣＮＴ３ａ間の空隙を充填する充填材料とを含み、ＣＮＴ３ａは、第１の部分における変形量が第２の部分における変形量よりも大きい。【選択図】図３
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【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、
前記各線状構造体の一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆する被覆材料と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きいことを特徴とするシート状構造体。
【請求項２】
前記充填材料は、複数の前記線状構造体の少なくとも前記第１の部分間の空隙を充填する第１の充填材料と、複数の前記線状構造体の前記第２の部分を覆う前記被覆材料間の空隙を充填する第２の充填材料とを有することを特徴とする請求項１に記載のシート状構造体。
【請求項３】
前記充填材料は、前記第２の充填材料が液状化する温度範囲内で前記第１の充填材料が固体状であることを特徴とする請求項２に記載のシート状構造体。
【請求項４】
発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と前記放熱体との間に配置されたシート状構造体と
を備え、
前記シート状構造体は、
複数の炭素元素の線状構造体と、
前記各線状構造体の前記放熱体側の第１の部分を非被覆状態として前記発熱体側の第２の部分を被覆する被覆材料と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きいことを特徴とする電子装置。
【請求項５】
前記充填材料は、複数の前記線状構造体の少なくとも前記第１の部分間の空隙を充填する第１の充填材料と、複数の前記線状構造体の前記第２の部分を覆う前記被覆材料間の空隙を充填する第２の充填材料とを有することを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
【請求項６】
前記充填材料は、前記第２の充填材料が液状化する温度範囲内で前記第１の充填材料が固体状であることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
【請求項７】
複数の炭素元素の線状構造体を形成する工程と、
前記各線状構造体の一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆材料で被覆する工程と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きいことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項８】
前記充填材料は、第１の充填材料と第２の充填材料とを有しており、
複数の前記線状構造体を形成した後、前記第１の部分間の空隙を前記第１の充填材料で充填し、
前記第１の充填材料から露出する前記第２の部分を前記被覆材料で覆い、
前記第１の充填材料から露出する前記第２の部分の前記被覆材料間の空隙を前記第２の充填材料で充填することを特徴とする請求項７に記載のシート状構造体の製造方法。
【請求項９】
前記被覆材料は、前記第２の充填材料が液状化する温度範囲内で固体状であることを特徴とする請求項８に記載のシート状構造体の製造方法。
【請求項１０】
複数の炭素元素の線状構造体を形成する工程と、
前記各線状構造体の一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆材料で被覆する工程と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程と
を含み、
前記充填材料を挟んで発熱体と放熱体とが接続され、前記各線状構造体の前記第１の部分が前記放熱体と、前記第２の部分が前記発熱体とそれぞれ接触しており、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きいことを特徴とする電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状構造体及びその製造方法、並びに電子装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバ、パーソナルコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）等に用いられる電子部品には、発熱体である半導体素子から発する熱を効率良く放熱することが求められる。そのため、これら電子部品は、半導体素子の直上に設けられた銅等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】
半導体素子の表面、ヒートスプレッダの表面には、微細な凹凸が存在する。そのため、互いをダイレクトに接触させても十分な接触面積を稼ぐことができず、接触界面が大きな熱抵抗となり、効率的に放熱を行うことができない。そのため、接触熱抵抗を低減することを目的として、半導体素子とヒートスプレッダとをサーマルインターフェースマテリアル（ＴＩＭ：以下、放熱シートと記す。）を介して接続することが行われている。この目的の下、放熱シートには、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、半導体素子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し得る特性が求められている。
【０００４】
従来、放熱シートとしては、放熱グリース及びフェイズチェンジマテリアル（ＰＣＭ）、インジウム等が用いられている。これらの材料が放熱材料として用いられる大きな特徴の１つは、電子機器の耐熱温度以下で流動性を有しているため、微細な凹凸に対して大きな接触面積を得ることが可能な点にある。
しかしながら、放熱グリース及びＰＣＭは、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ〜５Ｗ／ｍ・Ｋと低い。また、インジウムはレアメタルであることに加え、いわゆるＩＴＯの関連における大幅な需要増加により価格が高騰しており、より安価な代替材料が待望されている。
【０００５】
このような背景から、放熱材料として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）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。ＣＮＴは、その軸方向に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。
【０００６】
ＣＮＴを用いた放熱シートとしては、樹脂中にＣＮＴを分散した熱伝導シートや、基板上に配向成長したＣＮＴ束を樹脂等によって埋め込んだ放熱シートが提案されている（特許文献１〜４を参照）。
更には、上記のＣＮＴを用いた放熱シートの界面の接合性を向上させる目的で、ＣＮＴの端部を変形させたり、ＣＮＴに被覆処理を行う構造が提案されている（特許文献５〜７を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２９５１２０号公報
【特許文献２】特開２００７−２９４５５４号公報
【特許文献３】特表２００７−５３２３３５号公報
【特許文献４】特開２００９−１６４５５２号公報
【特許文献５】特開２０１１−２０４７４９号公報
【特許文献６】特開２００９−２６０２３８号公報
【特許文献７】特開２０１２−１９９３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＣＮＴを用いた従来の放熱シートでは、所期の放熱を得るには不十分であり、ＣＮＴ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。
【０００９】
例えば、特許文献７により垂直配向したＣＮＴを被覆材料で被覆することにより、隣り合うＣＮＴが被覆材料を介して結束され、見かけ上のアスペクト比が低下し、いわゆる挫屈応力が増加する。ところがこの場合、被覆処理によるＣＮＴ間の結束が原因でＣＮＴの変形自由度が大きく制限される。これにより、ＣＮＴの発熱体及び放熱体との接触が阻害され、放熱体及び発熱体の両界面に接合したＣＮＴの本数が制限されて熱伝導度が低下してしまい、十分な放熱性が得られない。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、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の極めて高いシート状構造体及びその製造方法、並びに電子装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
シート状構造体の一態様は、複数の炭素元素の線状構造体と、前記各線状構造体の一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆する被覆材料と、複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料とを含み、前記各線状構造体は、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きい。
【００１２】
電子装置の一態様は、発熱体と、放熱体と、前記発熱体と前記放熱体との間に配置されたシート状構造体とを備え、前記シート状構造体は、複数の炭素元素の線状構造体と、前記各線状構造体の前記放熱体側の第１の部分を非被覆状態として前記発熱体側の第２の部分を被覆する被覆材料と、複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料とを含み、前記各線状構造体は、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きい。
【００１３】
シート状構造体の製造方法の一態様は、複数の炭素元素の線状構造体を形成する工程と、前記各線状構造体の一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆材料で被覆する工程と、複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程とを含み、前記各線状構造体は、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きい。
【００１４】
電子装置の製造方法の一態様は、複数の炭素元素の線状構造体を形成する工程と、前記各線状構造体の一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆材料で被覆する工程と、複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程とを含み、前記充填材料を挟んで発熱体と放熱体とが接続され、前記各線状構造体の前記第１の部分が前記放熱体と、前記第２の部分が前記発熱体とそれぞれ接触しており、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きい。
【発明の効果】
【００１５】
上記の諸態様によれば、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の極めて高いシート状構造体が実現する。更には、このシート状構造体を放熱シートとして電子装置に適用することにより、放熱体に対する炭素元素の線状構造体の接触を増加することができ、放熱体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗が大幅に低減し、発熱体と放熱体と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、放熱体における放熱効率を高めることができ、信頼性の高い電子装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２】図１に引き続き、本実施形態による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】図２に引き続き、本実施形態による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、シート状構造体及びこれを放熱シートとして適用した電子装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、シート状構造体及びこれを備えた電子装置の構成について、その製造方法と共に説明する。本実施形態では、炭素元素の線状構造体としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を例示するが、ＣＮＴの代わりに、例えばカーボンナノファイバー等を適用することも可能である。
図１〜図３は、本実施形態による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００１８】
先ず、図１（ａ）に示すように、基板１上に触媒金属膜２を介して複数のＣＮＴ３ａを成長し、複数のＣＮＴ３ａからなる束状構造体３を形成する。
基板１としては、シリコン基板等の半導体基板、アルミナ基板、サファイア基板、ＭｇＯ基板、ガラス基板等の絶縁性基板、金属基板等を用いることができる。また、これらの基板上に薄膜が形成されたものでも良い。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。
【００１９】
基板１は、ＣＮＴを形成した後に剥離されるものである。この目的の下、基板１としては、ＣＮＴの成長温度において変質しない耐熱性を有するものが望ましい。また、少なくともＣＮＴに接する面がＣＮＴ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、ＣＮＴ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。本実施形態では、基板１として、例えばシリコン基板を用いる場合を例示する。
【００２０】
基板１上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍ程度のＦｅ（鉄）膜を形成し、Ｆｅの触媒金属膜２を形成する。触媒金属膜２は、必ずしも基板１上の全面に形成する必要はなく、例えばリフトオフ法を用いて基板１の所定の領域上に選択的に形成するようにしても良い。
【００２１】
触媒金属としては、Ｆｅの代わりに、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種の材料を含む合金を用いても良い。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好適である。この場合でも、金属種については薄膜の場合と同様で良い。
【００２２】
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）等の膜又はこれらのうち少なくとも一種の材料を含む合金からなる膜を形成しても良い。例えば、Ｆｅ（厚み２．５ｎｍ程度）／Ａｌ（厚み１０ｎｍ程度）の積層構造、Ｃｏ（厚み２．６ｎｍ程度）／ＴｉＮ（厚み５ｎｍ程度）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程度）／ＴｉＮ（厚み５ｎｍ程度）等の積層構造を適用することができる。
【００２３】
次に、基板１上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜２を触媒として、複数のＣＮＴ３ａを成長する。ＣＮＴ３ａ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分間とする。これにより、層数が３層〜６層（平均４層程度）、直径が５ｎｍ程度〜２０ｎｍ程度（平均１０ｎｍ程度）、長さが１００μｍ程度（成長レート：４μｍ／分程度）の多層ＣＮＴを成長することができる。なお、ＣＮＴは、熱ＣＶＤ法又はリモートプラズマＣＶＤ法等の他の成膜方法により形成しても良い。また、成長するＣＮＴは、単層ＣＮＴでも良い。また、炭素原料としては、アセチレンの代わりに、メタン、エチレン等の炭化水素類、エタノール、メタノール等のアルコール類等を用いても良い。
【００２４】
ＣＮＴ３の長さは、シート状構造体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程度〜５００μｍ程度の値に設定することができる。シート状構造体を、発熱体（例えば半導体素子）と放熱体（例えばヒートスプレッダ）との間に形成する放熱シートとして使用する場合、少なくとも発熱体及び放熱体の表面の凹凸を埋める長さ以上とされる。
【００２５】
以上のようにして、基板１上に触媒金属膜２を介して複数のＣＮＴ３ａが成長してなる束状構造体３が形成される。なお、上記の成長条件で形成したＣＮＴ３ａでは、ＣＮＴ３ａの面密度は、５×１０10本／ｃｍ2程度である。これは、基板１の表面の面積の約４％の領域上にＣＮＴ３が形成されていることに相当する。
【００２６】
続いて、図１（ｂ）に示すように、束状構造体３のＣＮＴ３ａの一端側部分を覆う、第１の充填材料からなる充填層４を形成する。充填層４により、ＣＮＴ３ａの一端側部分において、隣り合うＣＮＴ３ａ間の空隙が第１の充填材料で充填される。
垂直配向したＣＮＴ３ａは、基板１側を他端側とした一端側部分では長さのバラツキが存在するため、この長さのバラツキを吸収してＣＮＴ３ａを被着体に接合させることは、放熱特性を向上させるうえで重要である。この観点から、ＣＮＴ３ａの一部をマスク処理する場合には、ＣＮＴ３ａの一端側部分を覆う方が他端側部分を覆うよりも効果が高いため、本実施形態では、ＣＮＴ３ａの一端側部分を第１の充填材料で覆う充填層４を形成する場合を例示する。ＣＮＴ３ａの他端側部分を覆うように第１の充填材料を形成しても良い。
【００２７】
第１の充填材料としては、相変化材である熱可塑性樹脂（ＯＭ６８１：ヘンケルジャパン社製）を用いる。この熱可塑性樹脂は、１６５℃程度で加熱融解し、その粘度は温度で制御することができ、ＣＮＴ３ａのマスク量は粘度（温度）で調整可能である。また、この熱可塑性樹脂は、１６０℃の加熱処理で粘度２５００００Ｐａ・s程度となる。２５００００Ｐａ・s以下程度の粘度では、ほぼ固体として扱うことが可能である。この熱可塑性樹脂をマスク材料として用いる場合、形状は特に不問であるが、事前にフィルム状に加工しておくことが好ましい。
本実施形態では、フィルム状に加工した上記の熱可塑性樹脂を用いており、この熱可塑性樹脂は１６５℃程度で１６７１２５Ｐａ・s程度の粘度となる。これにより、充填層４は、ＣＮＴ３ａの先端から１５μｍ程度の一端側部分を被覆するように形成される。
【００２８】
充填層４は、以下の諸要件を満たすことを要する。（１）室温時にシート構造体としてハンドリング可能な強度（硬さ）を有する。（２）後述するＣＮＴ３ａのコーティング処理工程において、マスク機能が保持される。（３）被覆保護されたＣＮＴ３ａの端部の変形自由度が、後述する放熱シートのアセンブリ工程において阻害されることがない。即ち、後述する第２の充填材料が液状化する温度範囲内で充填層４が固体状を保持する。
充填材料４は、上記の（１）〜（３）の要件を満たすものであれば、その他、特に制限を受けるものではない。熱可塑性樹脂の他にも、感圧フィルム、ＵＶフィルム、Ｂステージ樹脂、水溶性樹脂等が適用可能である。
【００２９】
続いて、図１（ｃ）に示すように、束状構造体３から基板１を剥離する。
基板１から剥離された束状構造体３は、各ＣＮＴ３ａの一端側が充填層４で覆われており、他端側が露出している。
【００３０】
続いて、図２（ａ）に示すように、束状構造体３のＣＮＴ３ａの露出部分をそれぞれ覆う被覆層５を形成する。なお、束状構造体３において、各ＣＮＴ３ａの被覆層５の非形成部分を第１の部分とし、被覆層５の形成部分を第２の部分とする。
詳細には、例えば原子層蒸着法（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ法）により、束状構造体３のＣＮＴ３ａの露出部分に例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）を堆積する。成膜時の温度は１００℃程度とする。これにより、被覆層５が形成される。被覆層５は、各ＣＮＴ３ａの露出部分を長手方向に沿って覆うように形成される。絡まり合った複数のＣＮＴ３ａにおいては、被覆層５は隣接するＣＮＴ３ａ同士を結束させ、隣接するＣＮＴ３ａを連続する膜として覆うことができる。これにより、ＣＮＴ３ａの見かけ上のアスペクト比が大きくなり、ＣＮＴ３ａの機械強度が高くなって挫屈応力が向上する。ここで、被覆層５の厚みに分布が生じると、被覆層５のいわゆる節が形成され、ＣＮＴ３ａの一様な変形が得られなくなるため、被覆層５により隣接するＣＮＴ３ａ間を例えば５ｎｍ程度の一定膜厚で一様に結束させることが好ましい。
【００３１】
垂直配向したＣＮＴは、非常に大きなアスペクト比を有する構造であり、このＣＮＴの有する柔軟性はその構造に由来する挫屈応力に起因する。垂直配向したＣＮＴが圧縮荷重を受ける場合の挫屈応力は、オイラーの式から０．１ＭＰａ程度と算出される。本実施形態では、被覆層５で覆われたＣＮＴ３ａの挫屈応力（ＣＮＴ３ａの塑性変形開始荷重）をナノインデンタを用いて測定を行ったところ、３ＭＰａ程度であった。ＣＮＴ３ａを被覆層５で覆うことにより、挫屈応力が向上し、高い機械強度が得られることが判る。
【００３２】
被覆層５は、ＣＮＴ３ａを覆う薄膜として形成する以外に、例えば微粒子の集合体としてＣＮＴ３ａを覆うように形成しても良い。
被覆層５の材料は、特に限定されるものではないが、後述するアセンブリ工程における加熱温度において固体状を保持するものであることを要する。更に、被覆層５の材料は、ＣＮＴ３ａの束状構造体３の単位面積当たりの熱伝導率よりも熱伝導率が大きい材料が望ましい。当該材料として、具体的には、ＺｎＯ（酸化亜鉛）のような酸化金属、Ｃｕ（銅）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｔ（白金）等の金属を用いることができる。
【００３３】
被覆層５の成膜方法としては、ＡＬＤ法の代わりに、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法等を用いることができる。
【００３４】
続いて、図２（ｂ）に示すように、被覆層５の形成された束状構造体３を、放熱体であるヒートスプレッダ６と充填層４で対向するように配置する。ヒートスプレッダ６は、Ｃｕ（銅）又はＡｌ（アルミニウム）、ここではＣｕを材料としており、その表面には微細な凹凸が存在する。当該表面の窪みを凹部６ａとする。
【００３５】
続いて、図２（ｃ）に示すように、束状構造体３をヒートスプレッダ６上に充填層４により加圧接着する。
詳細には、束状構造体３に形成された充填層４をヒートスプレッダ６上に２５０℃程度、１ＭＰａ程度でプレアタッチする。ヒートスプレッダ６は、５００℃程度までプレアタッチの温度許容性がある。充填層４の熱可塑性樹脂は、２５０℃程度で粘度が２Ｐａ・ｓ程度に低下して液状化する。充填層４が液状化した状態で加圧されることにより、ＣＮＴ３ａのヒートスプレッダ６の表面との界面における充填材料が除去される。このとき、ＣＮＴ３ａの被覆層５の形成部分（第２の部分）は加圧により弾性変形する。第２の部分は、被覆層５により結束されて高い挫屈応力を有しており、その変形量は小さい。一方、ＣＮＴ３ａの充填層４で覆われていた部分、即ち被覆層５の非形成部分（第１の部分）は、充填層４の液状化により変形自由度を獲得して大きく変形し、ヒートスプレッダ６の表面の凹凸に追従して接触する。
【００３６】
束状構造体３は、各ＣＮＴ３ａの第１の部分における変形量が第２の部分における変形量よりも大きい。第２の部分は、これを覆う被覆層５により加圧されてもその変形量は小さい。これに対して第１の部分は、加圧により大きく変形してヒートスプレッダ６の表面の凹凸に追従し、当該表面と接触する。このように、束状構造体３では、加圧により弾性変形する第２の部分により放熱シートとしての厚みを確保し、加圧処理で第１の部分よりも大きく変形する第１の部分により各ＣＮＴ３ａがヒートスプレッダ６と確実に接触する。各ＣＮＴ３ａに長さのバラツキが存在する場合でも、第１の部分の大きな変形により当該バラツキが吸収され、各ＣＮＴ３ａのヒートスプレッダ６との良好な接合状態が得られる。
【００３７】
続いて、図３（ａ）に示すように、束状構造体３のＣＮＴ３ａの第２の部分を覆う、第２の充填材料からなる充填層７を形成する。充填層７により、ＣＮＴ３ａの第２の部分において、ＣＮＴ３ａを覆う被覆層５間の空隙が第２の充填材料で充填される。
【００３８】
第２の充填材料としては、相変化材である熱可塑性樹脂、ここではシアネート系樹脂とエポキシ系樹脂との混合体であるＢステージ化樹脂を８０℃程度、１６０Ｎ程度、１０秒間程度の条件で含浸したものを用いる。このＢステージ化樹脂の硬化開始温度は例えば１４０℃程度である。本実施形態では、このＢステージ化樹脂を１００μｍ程度の厚みのフィルム状に加工したものを充填層７として使用する。
【００３９】
第２の充填材料は、発熱体の耐熱性と、被覆層５で被覆されたＣＮＴ３ａの挫屈荷重とから決定され、後述のアセンブリ工程における温度及び荷重制約の範囲で、発熱体との接合界面から当該充填材料が除去されるものであることが必須である。発熱体が半導体チップであれば、その耐熱温度は２５０℃以下程度であり、当該耐熱温度以下で液状化するものであることを要する。また、第２の充填材料は、放熱シートの柔軟性を決定する要素となるため、柔軟性も保持することが好ましい。
【００４０】
続いて、図３（ｂ）に示すように、ヒートスプレッダ６と接着した束状構造体３を、発熱体である半導体チップ８と充填層７で対向するように配置する。
【００４１】
続いて、図３（ｃ）に示すように、束状構造体３を半導体チップ８と充填層７により加圧接着する。
詳細には、束状構造体３に形成された充填層７と半導体チップ８とを、温度１６０℃程度、荷重１．５ＭＰａ程度、２時間程度の条件でアセンブリを行う。アセンブリの初期段階では、充填層７が液状化しており、アセンブリにおける荷重は実質的にＣＮＴ３ａのみに掛かっており、ＣＮＴ３ａは５０μｍ程度の高さに弾性変形する。アセンブリの後に、充填層７が硬化接着し、厚みが５０μｍ程度の放熱シート１０が形成される。
【００４２】
以上により、発熱体である半導体チップ８と放熱体であるヒートスプレッダ６とが放熱シート１０で接続されてなる電子装置が得られる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＮＴ３ａを用いた熱伝導度及び電気伝導度の極めて高いシート状構造体が実現する。更には、このシート状構造体を放熱シート１０として電子装置に適用することにより、放熱体であるヒートスプレッダ６に対するＣＮＴ３ａの接触を増加することができ、ヒートスプレッダ６に対する接触熱抵抗及び接触抵抗が大幅に低減し、発熱体である半導体チップ８とヒートスプレッダ６と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、ヒートスプレッダ６における放熱効率を高めることができ、信頼性の高い電子装置が実現する。
【００４４】
以下、シート状構造体及びその製造方法、並びに電子装置及びその製造方法の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００４５】
（付記１）複数の炭素元素の線状構造体と、
前記各線状構造体の一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆する被覆材料と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きいことを特徴とするシート状構造体。
【００４６】
（付記２）前記充填材料は、複数の前記線状構造体の少なくとも前記第１の部分間の空隙を充填する第１の充填材料と、複数の前記線状構造体の前記第２の部分を覆う前記被覆材料間の空隙を充填する第２の充填材料とを有することを特徴とする付記１に記載のシート状構造体。
【００４７】
（付記３）前記充填材料は、前記第２の充填材料が液状化する温度範囲内で前記第１の充填材料が固体状であることを特徴とする付記２に記載のシート状構造体。
【００４８】
（付記４）発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と前記放熱体との間に配置されたシート状構造体と
を備え、
前記シート状構造体は、
複数の炭素元素の線状構造体と、
前記各線状構造体の前記放熱体側の第１の部分を非被覆状態として前記発熱体側の第２の部分を被覆する被覆材料と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きいことを特徴とする電子装置。
【００４９】
（付記５）前記充填材料は、複数の前記線状構造体の少なくとも前記第１の部分間の空隙を充填する第１の充填材料と、複数の前記線状構造体の前記第２の部分を覆う前記被覆材料間の空隙を充填する第２の充填材料とを有することを特徴とする付記４に記載の電子装置。
【００５０】
（付記６）前記充填材料は、前記第２の充填材料が液状化する温度範囲内で前記第１の充填材料が固体状であることを特徴とする付記５に記載の電子装置。
【００５１】
（付記７）複数の炭素元素の線状構造体を形成する工程と、
前記各線状構造体の一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆材料で被覆する工程と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きいことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【００５２】
（付記８）前記充填材料は、第１の充填材料と第２の充填材料とを有しており、
複数の前記線状構造体を形成した後、前記第１の部分間の空隙を前記第１の充填材料で充填し、
前記第１の充填材料から露出する前記第２の部分を前記被覆材料で覆い、
前記第１の充填材料から露出する前記第２の部分の前記被覆材料間の空隙を前記第２の充填材料で充填することを特徴とする付記７に記載のシート状構造体の製造方法。
【００５３】
（付記９）前記被覆材料は、前記第２の充填材料が液状化する温度範囲内で固体状であることを特徴とする付記８に記載のシート状構造体の製造方法。
【００５４】
（付記１０）複数の炭素元素の線状構造体を形成する工程と、
前記各線状構造体の一端側の第１の部分を非被覆状態として他端側の第２の部分を被覆材料で被覆する工程と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程と
を含み、
前記充填材料を挟んで発熱体と放熱体とが接続され、前記各線状構造体の前記第１の部分が前記放熱体と、前記第２の部分が前記発熱体とそれぞれ接触しており、前記第１の部分における変形量が前記第２の部分における変形量よりも大きいことを特徴とする電子装置の製造方法。
【００５５】
（付記１１）前記充填材料は、第１の充填材料と第２の充填材料とを有しており、
複数の前記線状構造体を形成した後、前記第１の部分間の空隙を前記第１の充填材料で充填し、
前記第１の充填材料から露出する前記第２の部分を前記被覆材料で覆い、
前記第１の充填材料から露出する前記第２の部分の前記被覆材料間の空隙を前記第２の充填材料で充填することを特徴とする付記１０に記載の電子装置の製造方法。
【００５６】
（付記１２）前記充填材料は、前記第２の充填材料が液状化する温度範囲内で前記第１の充填材料が固体状であることを特徴とする付記１１に記載の電子装置の製造方法。
【符号の説明】
【００５７】
１  基板
２  触媒金属膜
３  束状構造体
３ａ  ＣＮＴ
４，７  充填層
５  被覆層
６  ヒートスプレッダ
６ａ  凹部
８  半導体チップ
１０  放熱シート
【図１】
2014220280.tif 000003
【図２】
2014220280.tif 000004
【図３】
2014220280.tif 000005