(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、
１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、前記複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、
金属によって形成され、前記複数の線状構造体の一方の端部側に設けられた第１接合層と、
金属によって形成され、前記複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備えることを特徴とするシート状構造体。
【請求項２】
炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、
１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、前記複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、
金属によって形成され、前記複数の線状構造体の一方の端部側に設けられた第１接合層と、
金属によって形成され、前記複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備え、
前記充填層は、前記複数の線状構造体の一方の端部を覆い、
前記第１接合層は、前記充填層上に設けられていることを特徴とするシート状構造体。
【請求項３】
前記第１接合層は、前記複数の線状構造体の一方の端部を覆うことを特徴とする、請求項１に記載のシート状構造体。
【請求項４】
前記第１接合層及び前記第２接合層は、溶融接合用の金属によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシート状構造体。
【請求項５】
前記第１接合層及び前記第２接合層は、溶融接合用の金属によって形成されており、
前記第１接合層を構成する金属は、前記充填層を構成する熱可塑性樹脂の融点と同じ又はそれよりも高い融点を有することを特徴とする、請求項３に記載のシート状構造体。
【請求項６】
発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と前記放熱体との間に設けられ、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、前記複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、金属によって形成され、前記複数の線状構造体の一方の端部を覆う第１接合層と、金属によって形成され、前記複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備えるシート状構造体とを備え、
前記発熱体及び前記放熱体の一方と前記シート状構造体の前記複数の線状構造体の一方の端部とが、前記第１接合層を介して接合されており、
前記発熱体及び前記放熱体の他方と前記シート状構造体の前記複数の線状構造体の他方の端部とが、前記第２接合層を介して接合されていることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
基板上に、炭素元素からなる複数の線状構造体を形成する工程と、
前記複数の線状構造体の一方の端部側に、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって充填層を形成する工程と、
前記複数の線状構造体を前記基板から剥離する工程と、
前記複数の線状構造体の一方の端部側に、金属によって第１接合層を形成する工程と、
前記複数の線状構造体の他方の端部を覆うように、金属によって第２接合層を形成する工程とを含むことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項８】
基板上に、炭素元素からなる複数の線状構造体を形成する工程と、
前記複数の線状構造体の一方の端部側に、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって充填層を形成する工程と、
前記複数の線状構造体を前記基板から剥離する工程と、
前記複数の線状構造体の一方の端部側に、金属によって第１接合層を形成する工程と、
前記複数の線状構造体の他方の端部を覆うように、金属によって第２接合層を形成する工程とを含み、
前記充填層を形成する工程、前記第１接合層を形成する工程、前記基板から剥離する工程、前記第２接合層を形成する工程をこの順に行ない、
前記充填層を形成する工程において、前記複数の線状構造体の一方の端部を覆う充填層を形成し、
前記第１接合層を形成する工程において、前記充填層上に第１接合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。
【請求項９】
基板上に、炭素元素からなる複数の線状構造体を形成する工程と、
前記複数の線状構造体の一方の端部側に、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって充填層を形成する工程と、
前記複数の線状構造体を前記基板から剥離する工程と、
前記複数の線状構造体の一方の端部側に、金属によって第１接合層を形成する工程と、
前記複数の線状構造体の他方の端部を覆うように、金属によって第２接合層を形成する工程と、
前記充填層を溶融させて、前記複数の線状構造体の一方の端部を露出させる工程とを含み、
前記充填層を形成する工程、前記基板から剥離する工程、前記第２接合層を形成する工程、前記複数の線状構造体の一方の端部を露出させる工程、前記第１接合層を形成する工程をこの順に行ない、
前記第１接合層を形成する工程において、前記複数の線状構造体の一方の端部を覆う第１接合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。
【請求項１０】
炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、前記複数の線状構造体の一方の端部を覆い、前記複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、金属によって形成され、前記充填層上に設けられた第１接合層と、金属によって形成され、前記複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備えるシート状構造体を、発熱体と放熱体との間に配置する工程と、
熱圧着によって、前記シート状構造体の前記複数の線状構造体の一方の端部を、前記充填層の表面から露出させて前記第１接合層で覆い、前記第１接合層を介して前記発熱体及び前記放熱体の一方に接合するとともに、前記シート状構造体の前記複数の線状構造体の他方の端部を、前記第２接合層を介して前記発熱体及び前記放熱体の他方に接合する工程とを含むことを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項１１】
炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、前記複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、金属によって形成され、前記複数の線状構造体の一方の端部を覆う第１接合層と、金属によって形成され、前記複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備えるシート状構造体の前記複数の線状構造体の一方の端部を、前記第１接合層を介して発熱体及び放熱体の一方に接合する工程と、
前記シート状構造体の前記複数の線状構造体の他方の端部を、前記第２接合層を介して前記発熱体及び前記放熱体の他方に接合する工程とを含む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、シート状構造体及びその製造方法並びに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、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration）チップなどの半導体チップから発する熱を効率よく放熱することが求められる。なお、半導体チップを、半導体素子あるいは発熱体ともいう。
このため、半導体チップ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からなるヒートスプレッダが配置された構造を有している。つまり、半導体チップとヒートスプレッダとを、熱伝導性シートを介して熱的に接触させている。なお、ヒートスプレッダを放熱体ともいう。
【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って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（約５０Ｗ／ｍ・Ｋ）は高いとはいえず、全体の放熱性能を低下させる要因になっている。なお、その他の熱伝導性シートについても同様である。
このため、半導体チップ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（熱伝導性；熱伝導率）を有する材料が望まれていた。つまり、放熱性能を向上させるために、半導体チップとヒートスプレッダとの間に設けられるサーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）の熱伝導度を高める、言い換えると、熱抵抗を低減することが望まれていた。
【０００４】
このような背景から、インジウムなどの熱伝導性シート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（ＣＮＴ：Carbon nano tube）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。例えば、カーボンナノチューブは、非常に高い熱伝導度（約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。
【０００５】
カーボンナノチューブを用いた熱伝導性シートとしては、例えば樹脂中にカーボンナノチューブを分散したもの、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ものなどがある。
【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２０１０−２４０８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の線状構造体をサーマルインターフェイスマテリアルとして用いる場合、その放熱性能を向上させるために、複数の線状構造体を配向制御すべく、図１４（Ａ）に示すように、複数の線状構造体１００の間に樹脂を充填して形成された充填層１０１によって各線状構造体１００が支持されたシート状構造体１０２とすることが多い。
このようなシート状構造体を半導体チップとヒートスプレッダとの間にサーマルインターフェイスマテリアルとして設ける場合、充填層（樹脂層）によってシート状構造体を半導体チップ及びヒートスプレッダに確実に接着することが必要になる。
【０００８】
一方、線状構造体と半導体チップとの間、及び、線状構造体とヒートスプレッダとの間に樹脂が存在することになると、熱抵抗を増大させ、放熱性能を向上させることが難しくなるため、線状構造体の端部を充填層の表面から露出させることが必要になる。つまり、充填層を構成する樹脂は、熱伝導度が高くない、即ち、少なくともカーボンナノチューブに代表される線状構造体よりも熱伝導度が低い。このため、熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させるために、線状構造体と半導体チップとの間、及び、線状構造体とヒートスプレッダとの間に樹脂が存在しないように、線状構造体の端部を充填層の表面から露出させることが必要になる。
【０００９】
この場合、図１４（Ｂ）に示すように、シート状構造体１０２を半導体チップ１０３とヒートスプレッダ１０４との間に配置して熱圧着することで、線状構造体１００の端部を充填層１０１の表面から露出させながら、充填層１０１を構成する熱可塑性樹脂によってシート状構造体１０２を半導体チップ１０３及びヒートスプレッダ１０４に接着することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、線状構造体１００の端部を充填層１０１の表面から確実に露出させながら、充填層１０１を構成する熱可塑性樹脂によってシート状構造体１０２を半導体チップ１０３及びヒートスプレッダ１０４に確実に接着するのは難しい。
例えば、充填層１０１を構成する熱可塑性樹脂によってシート状構造体１０２を半導体チップ１０３及びヒートスプレッダ１０４に確実に接着すべく、充填層１０１を構成する熱可塑性樹脂として接着性の高いものを用いると、粘度が高くなる。このため、図１４（Ｃ）に示すように、線状構造体１００の間に樹脂を含浸させるのが難しく、線状構造体１００の端部を充填層１０１の表面から確実に露出させるのが難しくなる。また、線状構造体１００の間に樹脂を含浸させるために高い圧力で加圧すると、線状構造体１００が樹脂に押され、変形してしまう場合もある。
【００１１】
逆に、線状構造体１００を充填層１０１の表面から確実に露出させるべく、充填層１０１を構成する熱可塑性樹脂として粘度の低いものを用いると、接着性が低くなる。この場合、図１４（Ｄ）に示すように、線状構造体１００の間に樹脂が容易に含浸するため、充填層１０１によってシート状構造体１０２を半導体チップ１０３及びヒートスプレッダ１０４に確実に接着するのが難しくなる。また、シート状構造体１０２と半導体チップ１０３との間、又は、シート状構造体１０２とヒートスプレッダ１０４との間で剥がれが生じてしまい、シート状構造体１０２が熱伝導性シートとして機能しなくなる場合もある。
【００１２】
このため、充填層を構成する熱可塑性樹脂としては、接着性が高く、かつ、粘度が低いものを用いることが必要になるが、両者を兼ね備えた樹脂の選定は非常に困難である。特に、熱可塑性樹脂の種類によって線状構造体の間隙への含浸具合や気泡の発生し易さが異なるため、熱圧着の際の加圧量や加圧時間を調整しながら、樹脂の選定を行なう必要があり、容易なことではない。
【００１３】
したがって、線状構造体と半導体チップとの間、及び、線状構造体とヒートスプレッダとの間に樹脂が存在しないようにしながら、充填層による接着性を高めるのは非常に難しい。つまり、線状構造体の端部を充填層の表面から確実に露出させながら、充填層によってシート状構造体を半導体チップ及びヒートスプレッダに確実に接着するのは非常に難しい。
【００１４】
なお、ここでは、シート状構造体を熱伝導性シートとして用いる場合を例に挙げ、熱伝導性の観点から説明しているが、シート状構造体を配線シートとして用いる場合にも同様の課題がある。この場合、熱抵抗や放熱性能などの熱伝導性に関する説明は、電気抵抗や導電性などの電気伝導性に関する説明として読み替えれば良い。また、ここでは、半導体チップとヒートスプレッダとの間に設けられるシート状構造体を例に挙げて説明しているが、発熱体と放熱体との間に設けられるシート状構造体についても同様の課題がある。
【００１５】
そこで、線状構造体の端部を充填層の表面から確実に露出させながら、発熱体及び放熱体に確実に接合できるシート状構造体及びその製造方法を実現したい。また、このようなシート状構造体を備える高性能の電子機器及びその製造方法を実現したい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本シート状構造体は、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、金属によって形成され、複数の線状構造体の一方の端部側に設けられた第１接合層と、金属によって形成され、複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備えることを要件とする。
本シート状構造体は、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、金属によって形成され、複数の線状構造体の一方の端部側に設けられた第１接合層と、金属によって形成され、複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備え、充填層は、複数の線状構造体の一方の端部を覆い、第１接合層は、充填層上に設けられていることを要件とする。
【００１７】
本電子機器は、発熱体と、放熱体と、発熱体と放熱体との間に設けられ、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、金属によって形成され、複数の線状構造体の一方の端部を覆う第１接合層と、金属によって形成され、複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備えるシート状構造体とを備え、発熱体及び放熱体の一方とシート状構造体の複数の線状構造体の一方の端部とが、第１接合層を介して接合されており、発熱体及び放熱体の他方とシート状構造体の複数の線状構造体の他方の端部とが、第２接合層を介して接合されていることを要件とする。
【００１８】
本シート状構造体の製造方法は、基板上に、炭素元素からなる複数の線状構造体を形成する工程と、複数の線状構造体の一方の端部側に、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって充填層を形成する工程と、複数の線状構造体を前記基板から剥離する工程と、複数の線状構造体の一方の端部側に、金属によって第１接合層を形成する工程と、複数の線状構造体の他方の端部を覆うように、金属によって第２接合層を形成する工程とを含むことを要件とする。
本シート状構造体の製造方法は、基板上に、炭素元素からなる複数の線状構造体を形成する工程と、複数の線状構造体の一方の端部側に、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって充填層を形成する工程と、複数の線状構造体を基板から剥離する工程と、複数の線状構造体の一方の端部側に、金属によって第１接合層を形成する工程と、複数の線状構造体の他方の端部を覆うように、金属によって第２接合層を形成する工程とを含み、充填層を形成する工程、第１接合層を形成する工程、基板から剥離する工程、第２接合層を形成する工程をこの順に行ない、充填層を形成する工程において、複数の線状構造体の一方の端部を覆う充填層を形成し、第１接合層を形成する工程において、充填層上に第１接合層を形成することを要件とする。
本シート状構造体の製造方法は、基板上に、炭素元素からなる複数の線状構造体を形成する工程と、複数の線状構造体の一方の端部側に、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって充填層を形成する工程と、複数の線状構造体を基板から剥離する工程と、複数の線状構造体の一方の端部側に、金属によって第１接合層を形成する工程と、複数の線状構造体の他方の端部を覆うように、金属によって第２接合層を形成する工程と、充填層を溶融させて、複数の線状構造体の一方の端部を露出させる工程とを含み、充填層を形成する工程、基板から剥離する工程、第２接合層を形成する工程、複数の線状構造体の一方の端部を露出させる工程、第１接合層を形成する工程をこの順に行ない、第１接合層を形成する工程において、複数の線状構造体の一方の端部を覆う第１接合層を形成することを要件とする。
【００１９】
本電子機器の製造方法は、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、複数の線状構造体の一方の端部を覆い、複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、金属によって形成され、充填層上に設けられた第１接合層と、金属によって形成され、複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備えるシート状構造体を、発熱体と放熱体との間に配置する工程と、熱圧着によって、シート状構造体の複数の線状構造体の一方の端部を、充填層の表面から露出させて第１接合層で覆い、第１接合層を介して発熱体及び放熱体の一方に接合するとともに、シート状構造体の複数の線状構造体の他方の端部を、第２接合層を介して発熱体及び放熱体の他方に接合する工程とを含むことを要件とする。
【００２０】
本電子機器の製造方法は、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、１４０℃〜２５０℃の温度範囲で粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成され、複数の線状構造体の間隙に充填された充填層と、金属によって形成され、複数の線状構造体の一方の端部を覆う第１接合層と、金属によって形成され、複数の線状構造体の他方の端部を覆う第２接合層とを備えるシート状構造体の複数の線状構造体の一方の端部を、第１接合層を介して発熱体及び放熱体の一方に接合する工程と、シート状構造体の複数の線状構造体の他方の端部を、第２接合層を介して発熱体及び放熱体の他方に接合する工程とを含むことを要件とする。
【発明の効果】
【００２１】
したがって、本シート状構造体及びその製造方法によれば、線状構造体の端部を充填層の表面から確実に露出させながら、発熱体及び放熱体に確実に接合できるシート状構造体及びその製造方法を実現できるという利点がある。
また、本電子機器及びその製造方法によれば、このようなシート状構造体を備えるため、高性能の電子機器及びその製造方法を実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態のシート状構造体の構成を示す模式的断面図である。
【図２】熱可塑性樹脂の粘度と温度との関係を示す図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、カーボンナノチューブの電子顕微鏡写真であって、（Ａ）はカーボンナノチューブの先端側の部分を撮影したものであり、（Ｂ）はカーボンナノチューブの根元側の部分を撮影したものである。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態のシート状構造体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態のシート状構造体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図６】第１実施形態の電子機器の構成を示す模式的断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態の電子機器の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態の変形例のシート状構造体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図９】第１実施形態の変形例のシート状構造体の構成を示す模式的断面図である。
【図１０】第２実施形態のシート状構造体の構成を示す模式的断面図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｆ）は、第２実施形態のシート状構造体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）は、第２実施形態のシート状構造体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１３】（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態の変形例のシート状構造体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｄ）は、従来のシート状構造体を半導体チップとヒートスプレッダとの間に配置して熱圧着する場合の課題を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかるシート状構造体及びその製造方法並びに電子機器及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態にかかるシート状構造体及びその製造方法並びに電子機器及びその製造方法について、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、本実施形態にかかるシート状構造体及びその製造方法について説明する。
本実施形態のシート状構造体は、図１に示すように、炭素元素によって形成された複数の線状構造体として例えば複数のカーボンナノチューブ１を備えるカーボンナノチューブシート２である。
なお、カーボンナノチューブシート２を、シート状のカーボンナノチューブ、カーボンナノチューブ構造体、あるいは、シート状カーボンナノチューブ構造体ともいう。また、シート状構造体を、シート状放熱部品、熱拡散装置、サーマルインターフェイスマテリアル、熱伝導性シート、あるいは、熱伝導媒体ともいう。
【００２５】
本実施形態では、カーボンナノチューブシート２は、金属的性質を示す複数のカーボンナノチューブ１と、熱可塑性樹脂によって形成される充填層３と、金属によって形成される第１接合層４と、金属によって形成される第２接合層５とを備える。なお、金属とは、合金も含むものとする。
つまり、まず、カーボンナノチューブシート２は、間隔を開けて配置された複数のカーボンナノチューブ１を有している。なお、カーボンナノチューブ１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良い。
【００２６】
ここで、カーボンナノチューブ１は、垂直配向している。つまり、複数のカーボンナノチューブ１は、シート２の膜厚方向、即ち、シート２の面と交差する方向に配向している。
カーボンナノチューブ１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、約１×１０１０本／ｃｍ２以上であることが望ましい。
【００２７】
カーボンナノチューブ１の直径は、特に限定されるものではないが、例えば約４〜約８ｎｍである。
カーボンナノチューブ１の長さ、即ち、シート２の厚さは、カーボンナノチューブシート２の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは約５μｍ〜約５００μｍ程度の値に設定することができる。例えば、カーボンナノチューブシート２を、発熱体（例えば半導体チップ）と放熱体（例えばヒートスプレッダ）との間に形成するサーマルインターフェイスマテリアル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であることが望ましい。なお、発熱体及び放熱体を被着体ともいう。
【００２８】
また、カーボンナノチューブシート２は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に充填され、複数のカーボンナノチューブ１を支持（保持）する充填層３を備える。
ここで、図２は、熱可塑性樹脂の粘度と温度との関係を示している。なお、熱可塑性樹脂を、ホットメルト樹脂（ＨＭ樹脂）、ホットメルト充填材、あるいは、充填材ともいう。また、粘度を溶融粘度ともいう。
【００２９】
図２において、約１４０℃〜約２５０℃の温度範囲で粘度が約１００００ｍＰａ・ｓよりも高くなる熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させることができない。このような熱可塑性樹脂を、高粘度の熱可塑性樹脂という。これに対し、約１４０℃〜約２５０℃の温度範囲で粘度が約１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させることができる。このような熱可塑性樹脂を、低粘度の熱可塑性樹脂という。さらに、約１４０℃〜約２５０℃の温度範囲で粘度が約５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を容易に露出させることができる。このような熱可塑性樹脂を、より低粘度の熱可塑性樹脂という。なお、ここでは、加圧が必要な場合には、約０．２５ＭＰａ〜約１ＭＰａの圧力で約１０分以上の加圧を行なっている。
【００３０】
このため、本実施形態では、充填層３は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させうる熱可塑性樹脂、即ち、低粘度の熱可塑性樹脂によって形成されている。つまり、充填層３は、図２に示すように、約１４０℃〜約２５０℃の温度範囲で粘度が約１００００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成されている。
【００３１】
例えば、図２中、実線Ａで示す熱可塑性樹脂は、約２００℃以上の温度で粘度が約１００００ｍＰａ・ｓ以下になる。つまり、実線Ａで示す熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させる際に約２００℃以上の温度に加熱することで、低粘度の熱可塑性樹脂として用いることができる。また、図２中、実線Ｂで示す熱可塑性樹脂は、約１７０℃以上の温度で粘度が約１００００ｍＰａ・ｓ以下になる。つまり、実線Ｂで示す熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させる際に約１７０℃以上の温度に加熱することで、低粘度の熱可塑性樹脂として用いることができる。また、図２中、実線Ｃで示す熱可塑性樹脂は、約１６０℃以上の温度で粘度が約１００００ｍＰａ・ｓ以下になる。つまり、実線Ｃで示す熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させる際に約１６０℃以上の温度に加熱することで、低粘度の熱可塑性樹脂として用いることができる。また、図２中、実線Ｄ〜Ｇで示す熱可塑性樹脂は、約１４０℃以上の温度で粘度が約１００００ｍＰａ・ｓ以下になる。つまり、実線Ｄ〜Ｇで示す熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させる際に約１４０℃以上の温度に加熱することで、低粘度の熱可塑性樹脂として用いることができる。
【００３２】
このような低粘度の熱可塑性樹脂としては、例えば、Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９（ヘンケルジャパン社製品、融解温度：１３５〜１４５℃、融解時粘度：２２５℃で５．５〜８．５Ｐａ・ｓ）、ＢＷ１００（日信化学工業株式会社製品、溶融粘度：１５０℃で７５ｍＰａ・ｓ、融点１２８℃）などを挙げることができる。
好ましくは、充填層３は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を容易に露出させうる熱可塑性樹脂、即ち、より低粘度の熱可塑性樹脂によって形成する。つまり、充填層３は、図２に示すように、約１４０℃〜約２５０℃の温度範囲で粘度が約５０００ｍＰａ・ｓ以下になる熱可塑性樹脂によって形成するのが好ましい。
【００３３】
例えば、図２中、実線Ｄで示す熱可塑性樹脂は、約２００℃以上の温度で粘度が約５０００ｍＰａ・ｓ以下になる。つまり、実線Ｄで示す熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させる際に約２００℃以上の温度に加熱することで、より低粘度の熱可塑性樹脂として用いることができる。また、図２中、実線Ｅで示す熱可塑性樹脂は、約１７５℃以上の温度で粘度が約５０００ｍＰａ・ｓ以下になる。つまり、実線Ｅで示す熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させる際に約１７５℃以上の温度に加熱することで、より低粘度の熱可塑性樹脂として用いることができる。また、図２中、実線Ｆで示す熱可塑性樹脂は、約１５５℃以上の温度で粘度が約５０００ｍＰａ・ｓ以下になる。つまり、実線Ｆで示す熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させる際に約１５５℃以上の温度に加熱することで、より低粘度の熱可塑性樹脂として用いることができる。また、図２中、実線Ｇで示す熱可塑性樹脂は、約１４０℃以上の温度で粘度が約５０００ｍＰａ・ｓ以下になる。つまり、実線Ｇで示す熱可塑性樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させてカーボンナノチューブ１の端部を露出させる際に約１４０℃以上の温度に加熱することで、より低粘度の熱可塑性樹脂として用いることができる。
【００３４】
このような、より低粘度の熱可塑性樹脂としては、例えば、ＢＷ１００（日信化学工業株式会社製品、溶融粘度：１５０℃で７５ｍＰａ・ｓ、融点１２８℃）などを挙げることができる。
さらに、カーボンナノチューブシート２は、図１に示すように、金属によって形成され、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部側に設けられた第１接合層４と、金属によって形成され、複数のカーボンナノチューブ１の他方の端部を覆う第２接合層５とを備える。これらの第１接合層４及び第２接合層５は、後述（図６参照）のように、発熱体１０及び放熱体１１に金属接合するために用いられる。このため、カーボンナノチューブ１は、第１接合層４及び第２接合層５を介して、発熱体１０及び放熱体１１に熱的に接続されることになる。
【００３５】
特に、本実施形態では、充填層３は、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部側（ここでは先端側）に設けられており、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部を覆っている。そして、第１接合層４は、充填層３上に設けられている。つまり、充填層３と第１接合層４とは接している。
また、第１接合層４及び第２接合層５は、溶融接合用の金属（溶融金属）によって形成されている。ここでは、第１接合層４及び第２接合層５は、発熱体１０の発熱温度（半導体チップの場合、約８０℃程度）以上の融点を有する低融点金属、例えば約１１０℃〜約１９９℃程度の融点を有する金属によって形成されている。このような低融点金属としては、例えば、スズとビスマスの合金（融点１３８℃）、スズと三菱スズの合金（融点１３８℃又は１９９℃）、はんだ（融点１８０℃）、インジウム（融点１５６℃）などを挙げることができる。なお、接合層４、５を、低融点金属接合層、あるいは、金属接合層ともいう。また、第１接合層４と第２接合層５とは、同じ材料によって形成しても良いし、異なる材料によって形成しても良い。
【００３６】
また、本実施形態では、第１接合層４は、後述（図７参照）のように、発熱体１０と放熱体１１との間に配置して熱圧着した際に、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）を覆うことになる。
このため、第１接合層４によって、複数のカーボンナノチューブ１の先端部分の凹凸［図３（Ａ）参照］を包含することができるように、即ち、各カーボンナノチューブ１の長さにばらつきがあっても［図３（Ａ）参照］、全てのカーボンナノチューブ１の先端部分を覆うことができるように、第１接合層４の膜厚は、約１０μｍ以上とするのが好ましい。ここで、複数のカーボンナノチューブ１の先端部分の凹凸が包含されるようにしているのは、複数のカーボンナノチューブ１の長さのばらつきの影響で熱抵抗、即ち、後述の発熱体１０や放熱体１１（ここでは放熱体）との界面での接触熱抵抗が増大するからである。
【００３７】
一方、第２接合層５は、複数のカーボンナノチューブ１の他方の端部（ここでは根元部分）を覆うことになる。このため、第２接合層５によって、複数のカーボンナノチューブ１の根元の脆弱部分を覆うことができるように、第２接合層５の膜厚は、約２０μｍ以上とするのが好ましい。ここで、複数のカーボンナノチューブ１の根元の脆弱部分を覆うようにしているのは、根元の脆弱部分におけるカーボンナノチューブ１の屈曲等［図３（Ｂ）参照］の影響で熱抵抗、即ち、後述の発熱体１０や放熱体１１（ここでは発熱体）との界面での接触熱抵抗が増大するからである。
【００３８】
したがって、カーボンナノチューブ１の端部を充填層３の表面から確実に露出させながら、後述の発熱体１０及び放熱体１１に確実に接合できるカーボンナノチューブシート２を実現することができる。これにより、熱伝導度及び電気伝導度が極めて高いカーボンナノチューブシート２を実現することができる。
つまり、本実施形態では、カーボンナノチューブシート２は、第１接合層４及び第２接合層５を備え、これらが金属によって形成されているため、後述の発熱体１０及び放熱体１１に確実に接合することができる。つまり、カーボンナノチューブ１は、充填層３を構成する樹脂よりも接着性が高い金属によって形成される第１接合層４及び第２接合層５を介して、後述の発熱体１０及び放熱体１１に確実に接合されることになる。この場合、カーボンナノチューブシート２と後述の発熱体１０及び放熱体１１とは金属接合されるため、従来のように樹脂によって形成される充填層によって接着する場合と比較して、発熱体１０とカーボンナノチューブシート２との界面、及び、カーボンナノチューブ２と放熱体１１との界面での剥がれも少なく、カーボンナノチューブシート２の信頼性を向上させることができる。
【００３９】
一方、第１接合層４及び第２接合層５によって後述の発熱体１０及び放熱体１１に確実に接合することができるため、充填層３を構成する熱可塑性樹脂は、シートとしてハンドリングしやすくすることができれば良く、接着性に関しての性能は問わない。つまり、充填層３を構成する熱可塑性樹脂としては、上述のように、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸しやすい低粘度のもの、即ち、接着性の低いものを用いることができる。このため、カーボンナノチューブ１の両端部を充填層３の表面から容易に、かつ、確実に露出させることができる。このため、後述（図６参照）のように、例えば、カーボンナノチューブシート２をサーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合に、発熱体１０から放熱体１１への熱伝導パスに樹脂が存在することがない。そして、カーボンナノチューブ１は、充填層３を構成する樹脂よりも熱伝導率が高い金属によって形成される第１接合層４及び第２接合層５を介して、後述の発熱体１０及び放熱体１１に接合される。したがって、全体の熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させることができる。つまり、充填層３を構成する樹脂の性能に左右されることなく、カーボンナノチューブ自身の高熱伝導性を生かすことが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態では、上述のように、充填層３は、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）を覆っており、第１接合層４は、充填層３上に設けられている。このため、後述（図７参照）のように、カーボンナノチューブシート２を発熱体１０と放熱体１１との間に配置して熱圧着する際に、これらの接合と同時に、カーボンナノチューブ１の一方の端部が、充填層３の表面から露出し、第１接合層４によって覆われるようにする必要がある。
【００４１】
このため、第１接合層４を構成する金属は、充填層３を構成する熱可塑性樹脂の融点と同じ又はそれよりも高い融点を有するものとする。これにより、後述の発熱体１０及び放熱体１１との接合のための熱圧着の際に、加熱によって温度を徐々に上げていくと、まず、充填層３を構成する熱可塑性樹脂が溶融してカーボンナノチューブ１の一方の端部が充填層３の表面から露出し、次いで、第１接合層４を構成する金属が溶融してカーボンナノチューブ１の一方の端部が覆われることになる。例えば、充填層３を構成する熱可塑性樹脂としてＭｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９（ヘンケルジャパン社製品、融解温度：１３５〜１４５℃、融解時粘度：２２５℃で５．５〜８．５Ｐａ・ｓ）を用いる場合、第１接合層４を構成する金属としてスズと三菱スズの合金（融点１９９℃）を用いれば良い。また、例えば、充填層３を構成する熱可塑性樹脂としてＢＷ１００（日信化学工業株式会社製品、溶融粘度：１５０℃で７５ｍＰａ・ｓ、融点１２８℃）を用いる場合、第１接合層４を構成する金属としてスズとビスマスとの合金（融点１３８℃）を用いれば良い。
【００４２】
また、本実施形態では、上述のように、樹脂によって形成される充填層３と、金属によって形成される第１接合層４及び第２接合層５とが設けられるが、これらの樹脂と金属との間の密着性は問わない。つまり、充填層３を構成する樹脂と、第１接合層４及び第２接合層５を構成する金属とは、密着していても良いし、離れていても良い。
なお、上述のように構成されるカーボンナノチューブシート２は、熱伝導性シートとして利用することもできるし、配線シート（縦型配線シート）として利用することもできる。但し、配線シートとして利用する場合には、カーボンナノチューブ１の電気的導電性を利用して、カーボンナノチューブ１を配線体として用いることになる。
【００４３】
次に、本実施形態のシート状構造体、即ち、カーボンナノチューブシートの製造方法について、図４、図５を参照しながら説明する。
まず、図４（Ａ）に示すように、炭素元素からなる複数の線状構造体としての複数のカーボンナノチューブ１を形成するための土台として用いる基板６を用意する。
基板６としては、シリコン基板などの半導体基板、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約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６は、カーボンナノチューブ１の形成後に剥離されるものである。このため、基板６としては、カーボンナノチューブ１の形成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１に接する面が、カーボンナノチューブ１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が望ましい。また、カーボンナノチューブ１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。
【００４５】
次いで、基板６上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚約２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜、即ち、Ｆｅからなる触媒金属膜７を形成する。なお、触媒金属膜７は、必ずしも基板６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６の所定の領域上に選択的に形成するようにしても良い。つまり、触媒金属膜７の配置は用途に応じて決定すれば良い。
【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良い。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様で良い。
【００４７】
また、これらの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良い。例えば、Ｆｅ（約２．５ｎｍ）／Ａｌ（約１０ｎｍ）の積層構造、Ｃｏ（約２．６ｎｍ）／ＴｉＮ（約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（平均直径約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、図４（Ｂ）に示すように、基板６上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜７を触媒として、カーボンナノチューブ１を成長する。
カーボンナノチューブ１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約１ｋＰａ、ホットフィラメント温度を約１０００℃、成長時間を約２０分とする。これにより、層数が平均３〜６層程度（平均４層程度）、直径が約４〜約８ｎｍ（平均約６ｎｍ）、長さが約８０μｍ（成長レート：約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。
【００４９】
なお、カーボンナノチューブ１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良い。また、成長するカーボンナノチューブ１は、単層カーボンナノチューブでも良い。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良い。また、カーボンナノチューブ１の長さは、カーボンナノチューブシート２の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは約５μｍ〜約５００μｍ程度の値に設定することができる。例えば、後述（図６参照）のように、カーボンナノチューブシート２をサーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合、少なくとも発熱体１０及び放熱体１１の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。
【００５０】
このようにして、基板６上、即ち、基板６の触媒金属膜７が形成された領域上に、基板６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１を形成する。なお、この工程をカーボンナノチューブ１の垂直配向成長工程という。
次いで、図４（Ｃ）に示すように、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部側（ここでは先端側）に、充填層３を構成する熱可塑性樹脂を塗布する。ここでは、複数のカーボンナノチューブ１の先端側に熱可塑性樹脂シートを載置し、加熱することによって熱可塑性樹脂を溶融させて複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させた後、熱可塑性樹脂を固化させて、充填層３を形成する。これにより、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）が熱可塑性樹脂からなる充填層３によって覆われる。ここでは、低粘度の熱可塑性樹脂を用いる。例えば、ＢＷ１００（日信化学工業株式会社製品、溶融粘度：１５０℃で７５ｍＰａ・ｓ、融点１２８℃）を用いる。なお、熱可塑性樹脂を含浸させる深さは、熱処理時間によって制御することができる。
【００５１】
次に、図５（Ａ）に示すように、充填層３上に、金属によって第１接合層４を形成する。例えば、充填層３を構成するＢＷ１００上に、低融点金属としてのスズとビスマスとの合金（融点１３８℃）を蒸着する。ここでは、第１接合層４を構成するスズとビスマスとの合金の膜厚は約１０μｍ以上とする。
次いで、図５（Ｂ）に示すように、表面に第１接合層４を有する充填層３によって支持されている複数のカーボンナノチューブ１を、基板６、即ち、基板６及び触媒金属膜７から剥離する。この工程を剥離工程という。なお、複数のカーボンナノチューブ１は、表面に第１接合層４を有する充填層３によって支持されているため、基板６から剥離して取り出し、ハンドリング可能である。
【００５２】
次に、図５（Ｃ）に示すように、剥離した複数のカーボンナノチューブ１の他方の端部（ここでは根元側の端部）を覆うように、金属によって第２接合層５を形成する。例えば、低融点金属としてのスズとビスマスとの合金（融点１３８℃）を蒸着する。ここでは、第２接合層５を構成するスズとビスマスとの合金の膜厚は、約２０μｍ以上とする。
このようにして、本実施形態のシート状構造体、即ち、カーボンナノチューブシート２を製造することができる。
【００５３】
したがって、本実施形態にかかるシート状構造体及びその製造方法によれば、後述のように、カーボンナノチューブ（線状構造体）１の端部を充填層３の表面から確実に露出させながら、発熱体１０及び放熱体１１に確実に接合できるシート状構造体２及びその製造方法を実現できるという利点がある。
次に、本実施形態にかかる電子機器及びその製造方法について説明する。
【００５４】
本実施形態にかかる電子機器は、図６に示すように、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間に機械的、熱的に接続される熱伝導性シートとして、上述のカーボンナノチューブシート２を用いた電子機器１４である。
なお、半導体チップ１０を、半導体素子、発熱体又は発熱源ともいう。また、ヒートスプレッダ１１を、放熱体又は放熱部品ともいう。また、熱伝導性シートを、放熱シート又はシート状放熱部品ともいう。
【００５５】
本電子機器１４では、プリント配線基板１５上に、多層配線基板などの回路基板１６が実装されている。つまり、回路基板１６は、はんだバンプ１７を介してプリント配線基板１５に電気的に接続されている。なお、回路基板１６をビルドアップ基板ともいう。なお、はんだバンプ１７を突起状電極ともいう。
また、回路基板１６上には、例えばＣＰＵなどに用いられるＬＳＩチップなどの半導体チップ１０が実装されている。つまり、半導体チップ１０は、はんだバンプ１８を介して回路基板１６に電気的に接続されている。なお、はんだバンプ１８を突起状電極ともいう。
【００５６】
また、半導体チップ１０上には、半導体チップ１０を覆うように、半導体チップ１０からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ１１が設けられている。ここでは、ヒートスプレッダ１１は、例えば有機シーラントによって回路基板１６に接着されている。
また、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間には、上述のカーボンナノチューブシート２が熱伝導性シートとして設けられている。
【００５７】
そして、図６に示すように、上述のカーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端部（図６中、下側の端部）と半導体チップ１０とが、第２接合層５を介して接合されている。つまり、複数のカーボンナノチューブ１は、半導体チップ１０の表面に第２接合層５を介して熱的に接続されている。
また、上述のカーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端部（図６中、上側の端部）とヒートスプレッダ１１とが、第１接合層４を介して接合されている。つまり、複数のカーボンナノチューブ１は、ヒートスプレッダ１１の表面に第１接合層４を介して熱的に接続されている。
【００５８】
なお、カーボンナノチューブシート２を、図１に示す状態から上下反転させた状態にして半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に接合するようにしても良い。
このように、本電子機器１４は、カーボンナノチューブシート２を、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間に挟み込み、接合層４、５によって半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に接合した構造を備える。つまり、本電子機器１４は、半導体チップ１０と、ヒートスプレッダ１１と、上述のカーボンナノチューブシート２とを備える。
【００５９】
このような構造では、カーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端部と半導体チップ１０との間には、接合層４、５が存在するだけである。つまり、カーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブの各端部と半導体チップ１０との間、即ち、カーボンナノチューブ１の各端部と半導体チップ１０との界面には樹脂は存在しない。
【００６０】
同様に、カーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端部とヒートスプレッダ１１との間には、接合層４、５が存在するだけである。つまり、カーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端部とヒートスプレッダ１１との間、即ち、カーボンナノチューブ１の各端部とヒートスプレッダ１１との界面には樹脂は存在しない。
【００６１】
このため、カーボンナノチューブ１と半導体チップ１０との間の接触熱抵抗、及び、カーボンナノチューブ１とヒートスプレッダ１１との間の接触熱抵抗を低減することができ、即ち、界面ロスを低減することができ、放熱性能（放熱効率）を向上させることができる。つまり、上述のカーボンナノチューブシート２は、複数のカーボンナノチューブ１がシート膜厚方向に配向しているため、面直方向の熱伝導度が極めて高い。これに加え、上述のように構成することで接触熱抵抗を低減することができる。これにより、全体の熱抵抗を低減することができ、全体の放熱性能を向上させることができる。このように、上述のカーボンナノチューブシート２を、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に接合層４、５を介して接合することで、半導体チップ１０が発した熱を効率良くヒートスプレッダ１１に伝えることができ、放熱効率を向上させることができる。これにより、電子機器１４の信頼性を向上させることができる。
【００６２】
また、従来技術のように、カーボンナノチューブ１と半導体チップ１０又はヒートスプレッダ１１との間に樹脂が存在すると、この部分が樹脂のみの熱伝導パスとなり、接触熱抵抗が、樹脂自体の熱抵抗、即ち、樹脂の材料や厚さに依存する熱抵抗に大きく左右されることになる。これに対し、上述のように、本実施形態では、カーボンナノチューブ１と半導体チップ１０又はヒートスプレッダ１１との間に樹脂が存在しないため、接触熱抵抗が樹脂自体の熱抵抗に左右されることがなく、性能のばらつきを低減することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００６３】
次に、本実施形態にかかる電子機器の製造方法について説明する。
まず、回路基板１６上に、はんだバンプ１８を介して半導体チップ１０を実装する（図６参照）。
次に、回路基板１６上に実装した半導体チップ１０の表面上に、上述のカーボンナノチューブシート２を載置する［図６、図７（Ａ）参照］。この場合、半導体チップ１０の表面に第２接合層５の表面が接することになる。
【００６４】
次に、回路基板１６上に、ヒートスプレッダ１１を固定するための有機シーラントを塗布した後、回路基板１６、及び、上述のカーボンナノチューブシート２の上に、ヒートスプレッダ１１を載置する［図６、図７（Ａ）参照］。
このようにして、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間に上述のカーボンナノチューブシート２を配置した状態で、熱圧着することで、これらを接合する［図７（Ｂ）参照］。つまり、上述のカーボンナノチューブシート２の一方の端部（ここでは先端部分）とヒートスプレッダ１１とを第１接合層４によって接合するとともに、上述のカーボンナノチューブシート２の他方の端部（ここでは根元側部分）と半導体チップ１０とを第２接合層５によって接合する。なお、ここでは、カーボンナノチューブシート２と半導体チップ１０との接合と、カーボンナノチューブシート２とヒートスプレッダ１１との接合とを、同時に行なうようにしているが、それぞれ別の工程で行なうようにしても良い。
【００６５】
本実施形態では、上述のように、第１接合層４を構成する金属は、充填層３を構成する熱可塑性樹脂の融点と同じ又はそれよりも高い融点を有するものとしている。このため、上述のように、充填層３は、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）を覆っており、第１接合層４は、充填層３上に設けられているが、この熱圧着の際に、第１接合層４を構成する金属だけでなく、充填層３を構成する熱可塑性樹脂も溶融する。そして、カーボンナノチューブ１の先端部分が、充填層３の表面から露出し、第１接合層４によって覆われることになる。
【００６６】
例えば、上述のように、カーボンナノチューブシート２の充填層３を構成する熱可塑性樹脂としてＢＷ１００（日信化学工業株式会社製品、溶融粘度：１５０℃で７５ｍＰａ・ｓ、融点１２８℃）を用い、第１接合層４及び第２接合層５を構成する金属としてスズとビスマスとの合金（融点１３８℃）を用いる。そして、約１４０℃〜約２４０℃の温度範囲で加熱し、約０．２５ＭＰａ〜約１ＭＰａの圧力で約１０分以上加圧して、熱圧着することで、カーボンナノチューブ１の先端部分が、充填層３の表面から露出し、第１接合層４によって覆われるようにすることができる。なお、ここで、加熱温度の上限を約２４０℃にしているのは、これよりも高い温度で加熱すると半導体チップ１０に影響を与えるからである。また、圧力の上限を約１ＭＰａとしているのは、これよりも高い圧力にすると半導体チップ１０に影響を与えるからである。
【００６７】
本実施形態では、充填層３を構成する熱可塑性樹脂として低粘度のものを用いているため、約０．２５ＭＰａ〜約１ＭＰａの低い圧力で複数のカーボンナノチューブ１の間隙に充填層３を構成する熱可塑性樹脂を含浸させてカーボンナノチューブ１の先端部分を充填層３の表面から容易に露出させることができる。このため、カーボンナノチューブ１の先端部分に充填層３を構成する熱可塑性樹脂が残ることはない。そして、カーボンナノチューブ１は、充填層３を構成する樹脂よりも熱伝導率が高い金属によって形成される第１接合層４及び第２接合層５を介して、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に接合される。したがって、全体の熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させることができる。また、カーボンナノチューブ１が変形することもない。
【００６８】
なお、カーボンナノチューブシート２の充填層３を構成する熱可塑性樹脂として、高粘度の熱可塑性樹脂を用いると、上述のような低い圧力では、複数のカーボンナノチューブ１の間隙に充填層３を構成する熱可塑性樹脂を含浸させてカーボンナノチューブ１の先端部分を充填層３の表面から露出させることができない。この場合、より高い圧力で複数のカーボンナノチューブ１の間隙に充填層３を構成する熱可塑性樹脂を含浸させてカーボンナノチューブ１の先端部分を充填層３の表面から露出させようとしても、カーボンナノチューブ１の先端部分に充填層３を構成する熱可塑性樹脂が残ってしまうか、あるいは、カーボンナノチューブ１が変形してしまう。
【００６９】
また、本実施形態では、上述のように、上述のカーボンナノチューブシート２は、金属によって形成される第２接合層５によって半導体チップ１０に確実に接合されるとともに、金属によって形成される第１接合層４によってヒートスプレッダ１１に確実に接合される。つまり、本実施形態では、カーボンナノチューブシート２を半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に樹脂によって接着していない。このため、発熱体１０とカーボンナノチューブシート２との界面、及び、カーボンナノチューブ２と放熱体１１との界面での剥がれも少なく、カーボンナノチューブシート２の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
その後、このようにして、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１を、これらの間に上述のカーボンナノチューブシート２を挟んで搭載した回路基板１６を、はんだバンプ１７を介してプリント配線基板１５上に実装する（図６参照）。なお、回路基板１６を、はんだバンプ１７を介してプリント配線基板１５上に搭載した後に、回路基板１６上に、半導体チップ１０、ヒートスプレッダ１１及び上述のカーボンナノチューブシート２を搭載しても良い。
【００７１】
このようにして、上述のカーボンナノチューブシート２を用いた電子機器１４が完成する。
したがって、本実施形態にかかる電子機器及びその製造方法によれば、上述のようなシート状構造体２を備えるため、高性能の電子機器及びその製造方法を実現できるという利点がある。
【００７２】
なお、上述の実施形態では、電子機器の製造工程（実装工程）において、熱圧着によってカーボンナノチューブ１の端部を充填層３の表面から露出させ、第１接合層４で覆うようにしているが、これに限られるものではない。例えば、シート状構造体の製造工程において、加熱し、加圧することによってカーボンナノチューブ１の端部を充填層３の表面から露出させ、第１接合層４で覆うようにしても良い。例えば、上述の実施形態のシート状構造体の製造方法にしたがってカーボンナノチューブシート２を製造した後、即ち、第２接合層５を形成した後［図５（Ｃ）参照］、図８（Ａ）に示すように、これをステージ８上に載置し、その上にプレート９を載せて、ステージ８とプレート９との間に挟み込む。この状態で、図８（Ｂ）に示すように、加熱し、加圧することによって、カーボンナノチューブ１の端部を充填層３の表面から露出させ、第１接合層４で覆うようにしても良い。この場合、シート状構造体としてのカーボンナノチューブシート２は、図９に示すように、カーボンナノチューブ１の両端部がそれぞれ第１接合層４及び第２接合層５によって覆われたものとなる。また、この場合、電子機器の製造工程において熱圧着によってカーボンナノチューブ１の端部を充填層３の表面から露出させる必要がないため、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間にカーボンナノチューブシート２を挟んで加熱し、第１接合層４及び第２接合層５を構成する金属を溶融させて接合すれば良い。
【００７３】
また、上述の実施形態では、カーボンナノチューブシート２の製造方法において、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部（先端部分）を覆うように充填層３を形成し［図４（Ｃ）参照］、充填層３上に第１接合層４を形成し［図５（Ａ）参照］、基板６から剥離し［図５（Ｂ）参照］、複数のカーボンナノチューブ１の他方の端部（根元側部分）を覆うように第２接合層５を形成［図５（Ｃ）参照］しているが、これに限られるものではない。例えば、充填層３を形成する工程［図４（Ｃ）参照］において、充填層３を複数のカーボンナノチューブ１の根元側まで含浸させて根元側部分を覆った後、複数のカーボンナノチューブ１の先端部分を覆うように第１接合層４を形成し、基板６から剥離した後、充填層３上に第２接合層５を形成するようにしても良い。
【００７４】
また、上述の実施形態では、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１をこれらの間にカーボンナノチューブシート２を挟んで搭載した回路基板１６を、はんだバンプ１７を介してプリント配線基板１５上に実装したものとして電子機器１４を構成しているが、これに限られるものではない。例えば、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１をこれらの間にカーボンナノチューブシート２を挟んで回路基板上に搭載したものとして電子機器を構成しても良い。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかるシート状構造体及びその製造方法並びに電子機器及びその製造方法について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。
【００７５】
まず、本実施形態にかかるシート状構造体２は、上述の第１実施形態のもの（図１参照）に対し、図１０に示すように、第１接合層４が、複数の線状構造体としての複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）を覆っている点が異なる。このため、シート状構造体２の製造方法も異なる。
つまり、本実施形態のシート状構造体としてのカーボンナノチューブシート２では、複数の線状構造体としての複数のカーボンナノチューブ１の両端部がそれぞれ第１接合層４及び第２接合層５によって覆われている。そして、第１接合層４と第２接合層５との間に充填層３が設けられている。ここでは、充填層３は、複数のカーボンナノチューブ１の他方の端部側（ここでは根元側）に設けられている。
【００７６】
なお、充填層３は、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部側（先端側）に設けられていても良いし、複数のカーボンナノチューブ１の長さ方向中央位置（中央部）に設けられていても良い。また、充填層３は、第１接合層４又は第２接合層５に接していても良いし、第１接合層４及び第２接合層５に接していなくても良い。
このように構成されるカーボンナノチューブシート２は、以下のようにして製造することができる。
【００７７】
つまり、まず、上述の第１実施形態の場合［図４（Ａ）〜図４（Ｃ）参照］と同様に、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、基板６及び触媒金属膜７上に複数のカーボンナノチューブ１を形成し、図１１（Ｃ）に示すように、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部側（ここでは先端側）に、充填層３を構成する熱可塑性樹脂を塗布する。ここでは、複数のカーボンナノチューブ１の先端側に熱可塑性樹脂シートを載置し、加熱することによって熱可塑性樹脂を溶融させて複数のカーボンナノチューブ１の間隙に含浸させた後、熱可塑性樹脂を固化させて、充填層３を形成する。これにより、複数のカーボンナノチューブ１の先端側の端部が熱可塑性樹脂からなる充填層３によって覆われる。なお、複数のカーボンナノチューブ１は、熱可塑性樹脂によって支持されているため、基板６から剥離して取り出し、ハンドリング可能である。
【００７８】
次いで、図１１（Ｄ）に示すように、充填層３によって支持されている複数のカーボンナノチューブ１を、基板６、即ち、基板６及び触媒金属膜７から剥離する。
次に、図１１（Ｅ）に示すように、剥離した複数のカーボンナノチューブ１の他方の端部（ここでは根元側の端部）を覆うように、上述の第１実施形態の場合と同様に、金属によって第２接合層５を形成する。
【００７９】
次いで、図１１（Ｆ）に示すように、第２接合層５が下側になるように、例えばテフロン（登録商標）コート済みシリコン基板などの離型剤コート済み基板２０上に載置する。なお、テフロン（登録商標）コート済みシリコン基板２０をテフロン（登録商標）コートともいう。
次に、図１２（Ａ）に示すように、再び、加熱することによって充填層３を構成する熱可塑性樹脂を溶融させて複数のカーボンナノチューブ１の第２接合層５が設けられている側まで含浸させる。これにより、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）が充填層３の表面から露出し、複数のカーボンナノチューブ１の他方の端部側（ここでは根元側）、即ち、第２接合層５が設けられている側に充填層３が設けられる。
【００８０】
次いで、複数のカーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）を覆うように、上述の第１実施形態の場合と同様に、図１２（Ｂ）に示すように、金属によって第１接合層４を形成する。そして、図１２（Ｃ）に示すように、離型剤コート済み基板２０から剥離する。
このようにして、図１２（Ｄ）に示すように、本実施形態のシート状構造体、即ち、カーボンナノチューブシート２を製造することができる。
【００８１】
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかるシート状構造体及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、カーボンナノチューブ（線状構造体）１の端部を充填層３の表面から確実に露出させながら、発熱体１０及び放熱体１１に確実に接合できるシート状構造体２及びその製造方法を実現できるという利点がある。
【００８２】
次に、本実施形態にかかる電子機器は、上述の第１実施形態の場合と同様に構成される。
但し、上述のように、本実施形態のシート状構造体としてのカーボンナノチューブシート２は、上述の第１実施形態の場合（図１参照）と異なり、図１０に示すように、複数の線状構造体としての複数のカーボンナノチューブ１の両端部がそれぞれ第１接合層４及び第２接合層５によって覆われている。このため、本実施形態では、電子機器の製造方法において熱圧着によってカーボンナノチューブ１の端部を充填層３の表面から露出させる必要がない。したがって、本実施形態の電子機器の製造方法は、上述の第１実施形態のもの（図７参照）に対し、熱圧着工程が異なる。つまり、上述の第１実施形態の電子機器の製造方法における熱圧着工程に代えて、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間にカーボンナノチューブシート２を挟んで加熱し、第１接合層４及び第２接合層５を構成する金属を溶融させて接合する工程を行なう。
【００８３】
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる電子機器及びその製造方法によれば、上述のようなシート状構造体２を備えるため、高性能の電子機器及びその製造方法を実現できるという利点がある。
【００８４】
なお、上述の実施形態では、カーボンナノチューブシート２の製造方法において、カーボンナノチューブ１の端部を露出させるために、充填層３を複数のカーボンナノチューブ１の第２接合層５が設けられている側まで含浸させて［図１２（Ａ）参照］、複数のカーボンナノチューブ１の他方の端部側（ここでは根元側）、即ち、第２接合層５が設けられている側に充填層３を備えるカーボンナノチューブシート２［図１２（Ｄ）参照］を製造しているが、これに限られるものではない。例えば、カーボンナノチューブ１の端部を露出させるために、図１３（Ａ）に示すように、充填層３を複数のカーボンナノチューブ１の長さ方向中央位置まで含浸させて、図１３（Ｂ）に示すように、複数のカーボンナノチューブ１の長さ方向中央位置に充填層３を備えるカーボンナノチューブシート２を製造するようにしても良い。
【００８５】
また、上述の実施形態では、カーボンナノチューブシート２の製造方法において、第２接合層５を形成し［図１１（Ｅ）参照］、カーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）を露出させ［図１２（Ａ）参照］、第１接合層４を形成［図１２（Ｂ）参照］するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、最初に充填層３を形成する工程［図１１（Ｃ）参照］において、複数のカーボンナノチューブ１の長さ方向中央位置まで充填層３を構成する熱可塑性樹脂を含浸させてカーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）を露出させた後、これを覆う第１接合層４を形成し、基板６から剥離し、第１接合層４が下側になるようにテフロン（登録商標）シート２０上に載置し、カーボンナノチューブ１の他方の端部（ここでは根元側部分）を覆う第２接合層５を形成するようにしても良い。また、例えば、最初に充填層３を形成する工程［図１１（Ｃ）参照］において、複数のカーボンナノチューブ１の根元側まで充填層３を構成する熱可塑性樹脂を含浸させてカーボンナノチューブ１の一方の端部（ここでは先端部分）を露出させた後、これを覆う第１接合層４を形成し、基板６から剥離し、第１接合層４が下側になるようにテフロン（登録商標）シート２０上に載置し、再度、加熱することによって充填層３を構成する熱可塑性樹脂を含浸させてカーボンナノチューブ１の他方の端部（ここでは根元側部分）を露出させた後、これを覆う第２接合層５を形成するようにしても良い。
［その他］
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００８６】
例えば、上述の第１実施形態のカーボンナノチューブシート２の第２接合層５、上述の第２実施形態のカーボンナノチューブシート２の第１接合層４及び第２接合層５を金属層とし、例えばはんだ、銀、インジウム、スズなどによって、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に接合するようにしても良い。この場合、カーボンナノチューブシート２の一方の端部（ここでは先端部分）とヒートスプレッダ１１とが第１接合層４を介して接合されるとともに、カーボンナノチューブシート２の他方の端部（ここでは根元側部分）と半導体チップ１０とが第２接合層５を介して接合される。なお、第１接合層４及び第２接合層５を構成する金属層は、１層でも良いし、多層構造であっても良い。また、カーボンナノチューブシート２と半導体チップ１０との接合と、カーボンナノチューブシート２とヒートスプレッダ１１との接合とを、同時に行なうようにしても良いし、それぞれ別の工程で行なうようにしても良い。
【００８７】
また、例えば、上述の各実施形態のカーボンナノチューブシート２の第１接合層４及び第２接合層５を構成する金属と、半導体チップ１０の表面上に設けた金属及びヒートスプレッダ１１の裏面上に設けた金属とが、互いに接触して加熱した際に共晶反応を起こして溶融し、接合されるようにしても良い。この場合も、カーボンナノチューブシート２の一方の端部（ここでは先端部分）とヒートスプレッダ１１とが第１接合層４を介して接合されるとともに、カーボンナノチューブシート２の他方の端部（ここでは根元側部分）と半導体チップ１０とが第２接合層５を介して接合されることになる。この場合、互いに接触して加熱した際に共晶反応を起こす金属の一方を第１接合層４及び第２接合層５として形成し、他方を半導体チップ１０の表面上及びヒートスプレッダ１１の裏面上に形成しておくことになる。例えば第１接合層４及び第２接合層５をスズによって形成し、半導体チップ１０の表面上及びヒートスプレッダ１１の裏面上にビスマスを形成しておけば良い。なお、カーボンナノチューブシート２と半導体チップ１０との接合と、カーボンナノチューブシート２とヒートスプレッダ１１との接合とを、同時に行なうようにしても良いし、それぞれ別の工程で行なうようにしても良い。
【００８８】
また、上述の各実施形態では、炭素元素によって形成された複数の線状構造体１を備えるシート状構造体としてカーボンナノチューブシート２を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、炭素元素によって形成された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。これらの線状構造体は、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。これらの線状構造体を備えるシート状構造体にも本発明を適用することができる。
【００８９】
また、上述の各実施形態において記載した構成材料や製造条件は、記載した内容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。
また、カーボンナノチューブシートなどの炭素元素によって形成された複数の線状構造体を備えるシート状構造体の使用目的も、上述の各実施形態において記載したものに限られるものではない。上述の各実施形態にかかるシート状構造体は、熱伝導性シートとしては、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、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などの線状構造体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】
【００９０】
１  カーボンナノチューブ（線状構造体）
２  カーボンナノチューブシート（シート状構造体）
３  充填層
４  第１接合層
５  第２接合層
６  基板
７  触媒金属膜
８  ステージ
９  プレート
１０  半導体チップ（発熱体）
１１  ヒートスプレッダ（放熱体）
１４  電子機器
１５  プリント配線基板
１６  回路基板
１７、１８  はんだバンプ
２０  離型剤コート済み基板（テフロン（登録商標）シート）
【図２】
0005935302.tif 000002
【図１】
0005935302.tif 000003
【図３】
0005935302.tif 000004
【図４】
0005935302.tif 000005
【図５】
0005935302.tif 000006
【図６】
0005935302.tif 000007
【図７】
0005935302.tif 000008
【図８】
0005935302.tif 000009
【図９】
0005935302.tif 000010
【図１０】
0005935302.tif 000011
【図１１】
0005935302.tif 000012
【図１２】
0005935302.tif 000013
【図１３】
0005935302.tif 000014
【図１４】
0005935302.tif 000015