(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブを用いた放熱部材を製造する際に、破損することなく放熱用フィンを形成し得る方法を提供する。【解決手段】基板の表面に形成された垂直配向性のカーボンナノチューブを押圧具により所定方向に傾倒させた後、基板からカーボンナノチューブを離脱させてカーボンナノチューブシートを得るシート形成工程と、この形成工程により得られたカーボンナノチューブシートＳの一方の表面に金属膜Ｍを形成する金属膜形成工程と、この金属膜形成工程により金属膜が形成されたカーボンナノチューブシートの表面に押さえ部材２９を押し付けて断面Ｖ字形状の突状部Ｓａを形成する突状部形成工程と、この突状部の側面を押圧してこの内側空間部を潰すことにより放熱用フィンＦを形成するフィン形成工程とを具備する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された垂直配向性のカーボンナノチューブを押圧具により所定方向に傾倒させた後、基板からカーボンナノチューブを離脱させてカーボンナノチューブシートを得るシート形成工程と、
この形成工程により得られたカーボンナノチューブシートの少なくとも一方の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
この金属膜形成工程により金属膜が形成されたカーボンナノチューブシートの表面に板状材を垂直方向で移動させて突状部を形成する突状部形成工程と、
この突状部の側面を押圧して当該突状部の内側空間部を潰すことにより放熱用フィンを形成するフィン形成工程とを具備することを特徴とする放熱部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブを用いた放熱部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放熱部材としては、例えばアルミニウム製の板体の表面に多数のフィンが並列に設けられたＣＰＵ冷却用のヒートシンクがある。このようなヒートシンクはアルミニウム塊から削り出されており、その製造コストが高くつくとともに、使い道によっては、より軽量化が望まれている。
【０００３】
そこで、使用材料の軽量化を図る意味で、カーボンナノチューブからなる熱伝導シートを利用することが考えられる。このような、熱伝導シートとしては、垂直配向性のカーボンナノチューブ群に樹脂を含浸させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９９１６５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のカーボンナノチューブを用いた熱伝導シートによると、放熱面積を増やすためにフィンなどを形成しようとすると、シートを曲げたり折ったりする必要が生じるが、非常に薄いため、破損し易いという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、カーボンナノチューブを用いた放熱部材を製造する際に、破損することなくフィンなどを形成し得る放熱部材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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の放熱部材の製造方法は、基板の表面に形成された垂直配向性のカーボンナノチューブを押圧具により所定方向に傾倒させた後、基板からカーボンナノチューブを離脱させてカーボンナノチューブシートを得るシート形成工程と、
この形成工程により得られたカーボンナノチューブシートの少なくとも一方の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
この金属膜形成工程により金属膜が形成されたカーボンナノチューブシートの表面に板状材を垂直方向で移動させて突状部を形成する突状部形成工程と、
この突状部の側面を押圧して当該突状部の内側空間部を潰すことにより放熱用フィンを形成するフィン形成工程とを具備する方法である。
【発明の効果】
【０００８】
上記製造方法によると、カーボンナノチューブシートに板状材を垂直方向で移動させて放熱用フィンを形成するようにしたので、金属材料を削り出して形成するものに比べて、その形成を容易に行い得るとともに軽量化を図ることができ、しかもカーボンナノチューブシートの表面に金属膜を形成してシート自身の強度の向上が図られているので、カーボンナノチューブシートを変形させて放熱用フィンなどを得る際に、破損するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係る放熱部材の製造方法にて用いられるカーボンナノチューブシートの製造方法を説明する模式断面図である。
【図２】同実施例に係る製造方法にて用いられるカーボンナノチューブシートの断面図である。
【図３】同実施例に係る製造方法に用いられる形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】同実施例に係る放熱部材の製造方法を説明する断面図である。
【図５】同実施例に係る放熱部材の製造方法を説明する断面図である。
【図６】同実施例に係る放熱部材の製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の変形例に係る放熱部材の製造方法にて用いられるカーボンナノチューブシートの製造方法を説明する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例に係るカーボンナノチューブを用いた放熱部材の製造方法について説明する。勿論、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
本実施例の放熱部材の製造に際しては、カーボンナノチューブが用いられる。なお、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブまたは多層カーボンナノチューブが用いられる。
【００１１】
具体的には、基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブが多数並列に、すなわち垂直配向性のカーボンナノチューブ群が層状に形成されてなるカーボンナノチューブシートが用いられる。なお、カーボンナノチューブシートを構成する複数のカーボンナノチューブは、隣接するカーボンナノチューブ同士が接触するように互いに絡まりあうようにして垂直方向で且つ波状に形成されていることが好ましい。
【００１２】
まず、カーボンナノチューブシートの製造方法を図１に基づき説明する。
図１（ａ）に示すように、ステンレス製の薄い鋼板からなる第１の基板１の表面に、例えばＣＶＤ法（化学的気相成長法：熱ＣＶＤ法も含む）を用いて、垂直配向性のカーボンナノチューブ群Ｃを所定高さすなわち所定厚さでもって形成しておく（層形成工程）。以下、この所定厚さのカーボンナノチューブ群をカーボンナノチューブ層と称して説明する。
【００１３】
次に、図１（ｂ）に示すように、金属、紙、プラスチックなどからなり且つ表面に粘着剤Ｖが塗布された第２の基板２の表面に、第１の基板１の表面に形成されたカーボンナノチューブ層Ｃの先端部分を反転・接触させて、第１の基板１側のカーボンナノチューブ層Ｃを第２基板２側に転写する（転写工程）。上記粘着剤Ｖとして水溶性高分子液を用いることができる。特に、ポリビニールアルコール（以下、ＰＶＡと称す）または水溶性の糊、でんぷん糊などの天然高分子液が用いられる。
【００１４】
具体的には、ＰＶＡの濃度が５〜１５重量％の水溶液を、ドクターブレード法にて塗布し、所定厚さの粘着剤層を得た。なお、転写する際に、カーボンナノチューブ層Ｃに少し押圧力を加えてもよい。この押圧により、垂直配向されたカーボンナノチューブ同士を少し絡み合わせることにより、自立性の向上および高密度化を図るとともに熱伝導性の向上を図ることができる。
【００１５】
このように、カーボンナノチューブ層Ｃの転写時において、カーボンナノチューブ層Ｃを粘着剤Ｖ上に反転させた状態で、この粘着剤Ｖを乾燥させた後、第１の基板１を剥がすことにより、カーボンナノチューブ層Ｃの転写が完了する。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すように、転写されたカーボンナノチューブ層Ｃの表面に、当該カーボンナノチューブ層Ｃに浸透する液体、すなわち浸透液体Ｕとして例えばアルコール液を滴下させて、カーボンナノチューブ層Ｃを濡らす（浸透液体の塗布工程）。つまり、カーボンナノチューブ層Ｃに濡れ性を与える。この浸透液体の具体例としては、アルコール、プロパノール、アセトンなどの有機系溶媒が挙げられる。水などの表面張力の強い液体はカーボンナノチューブ層Ｃに滴下すると、カーボンナノチューブ層Ｃ上で撥水されることにより、カーボンナノチューブ層Ｃに浸透されない。
【００１７】
次に、図１（ｄ）に示すように、押圧具としてローラ１１を用いて、カーボンナノチューブ層Ｃの表面を押さえるとともに所定方向ａに回転させながら、カーボンナノチューブ層（群）Ｃを、稲穂が風で倒れるように所定方向に、つまり一方向に傾倒させる（傾倒工程）。押圧具としては、ローラの他に、湾曲したプレートを用いてもよい。
【００１８】
なお、浸透液体をローラまたは湾曲したプレートを浸透液体で濡らすことにより、カーボンナノチューブ層Ｃに濡れ性を与えると同時にカーボンナノチューブ層Ｃを押し倒してもよい。すなわち、浸透液体の塗布工程の後に押圧具によるカーボンナノチューブ層の傾倒工程を行う替わりに、先に、押圧具に浸透液体を塗布しておき、この押圧具にてカーボンナノチューブ層を傾倒させるようにしてもよい。この場合、押圧具であるローラまたは湾曲したプレートに、浸透液体を滴下させるか、刷毛塗り、またはスプレーすることにより行われる。さらに、ローラまたは湾曲したプレートを、浸透液体に浸漬させるようにしてもよい。
【００１９】
なお、図１（ｃ）に示す塗布工程を省略して、図１（ｂ）に示す転写工程から図１（ｄ）に示す傾倒工程を行うようにしてもよい。
次に、乾燥機または自然乾燥により、カーボンナノチューブ層Ｃに残っているアルコール液を乾燥させる（乾燥工程）。このように、カーボンナノチューブ層Ｃに残っているアルコール液を乾燥させると、カーボンナノチューブ層Ｃの各カーボンナノチューブ繊維同士が接近して分子間力が高まるので、より強固に繊維シート化を図ることができる。
【００２０】
次に、図１（ｅ）に示すように、第２の基板２の表面で一方向に傾倒されたカーボンナノチューブ層Ｃを第２の基板２ごと容器１２に入れて、粘着剤Ｖを溶解させる溶解液（粘着剤が水溶性の液体である場合には、水または温水などが用いられる）１３に浸漬させて粘着剤Ｖを溶かす（溶解工程）。これにより、シート状のカーボンナノチューブ層が、すなわち一方向に傾倒した自立性のカーボンナノチューブシートＳが得られる。上記の各工程を纏めて、シート形成工程と呼ぶことができる。
【００２１】
次に、図２に示すように、上記自立性のカーボンナノチューブシートＳの一方の表面（例えば、下面）に、所定の金属材料、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）などのいずれかからなる金属膜Ｍを蒸着などにより形成する（金属膜形成工程）。
【００２２】
次に、このようにして金属膜Ｍが形成されたカーボンナノチューブシートＳに、放熱用フィンを形成して放熱部材を製造する方法について説明する。
この放熱部材の製造に際し、フィンの形成装置が用いられるため、まず、この形成装置について説明する。
【００２３】
図３に示すように、この形成装置２１には、下側の支持台２２と、この支持台２２の上方に配置されるとともに上下方向で昇降可能に配置された昇降体２３と、上記支持台２２の上面に配置された弾力性のある下側シート保持材２４と、上記昇降体２３の下面に配置された弾力性のある上側シート保持材２５とが具備されており、後述するが、昇降体２３側に設けられた板状材により、カーボンナノチューブシートＳに所定高さの放熱用フィンを形成し得るように構成されている。
【００２４】
すなわち、支持台２２および昇降体２３は、例えば左側部分・中央部分・右側部分というように３つに分割される（見方によっては、後側部分・中間部分・前側部分というように前後で３つに分割されるとも言える）とともに、それぞれ、左側部分および右側部分については、中央側に水平方向で移動し得るように構成されている。以下の説明では、支持台２２の左側部分・中央部分・右側部分を左側支持部２２ａ・中央支持部２２ｂ・右側支持部２２ｃと称し、また昇降体２３の左側部分・中央部分・右側部分を左側昇降部２３ａ・中央昇降部２３ｂ・右側昇降部２３ｃと称して説明する。なお、シート保持材２４、２５についても、支持台２２および昇降体２３に合わせて３つに分割されており、言い換えれば、支持台２２の各支持部２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび昇降体２３の各昇降部２３ａ，２３ｂ，２３ｃに、シート保持材２４，２５が設けられていることになる。
【００２５】
ここで、上記支持台２２および昇降体２３の移動可能な構成について詳しく説明する。
すなわち、上記支持台２２を構成する左側支持部２２ａおよび右側支持部２２ｃについては、矢印ａにて示すように、左右に水平方向で移動し得るように構成され、また上記昇降体２３を構成する各昇降部２３ａ，２３ｂ，２３ｃについては、矢印ｂにて示すように、それぞれ単独で昇降し得るように構成されるとともに、左側昇降部２３ａおよび右側昇降部２３ｃについては、矢印ｃにて示すように、左右に水平方向でも移動し得るように構成されている。
【００２６】
このため、支持台２２を構成する左側支持部２２ａおよび右側支持部２２ｃは、水平移動用ガイド部材（図示せず）により水平方向で移動可能に案内されるとともに、両支持部２２ａ，２２ｃを水平方向で移動させるエアシリンダなどの水平移動装置（図示せず）が設けられている。
【００２７】
また、昇降体２３を構成する左側昇降部２３ａ、中央昇降部２３ｂおよび右側昇降部２３ｃについては、例えば昇降用ガイド部材（図示せず）により鉛直方向で移動可能に案内されるとともに、これら各昇降部２３ａ，２３ｂ，２３ｃを昇降させるエアシリンダなどの昇降装置（図示せず）が設けられており、さらに左側昇降部２３ａおよび右側昇降部２３ｃについては、昇降用ガイド部材に設けられた水平移動用ガイド部材（図示せず）により水平方向で移動可能に案内されるとともにこれら両昇降部２３ａ，２３ｃを水平方向で移動させるエアシリンダなどの水平移動装置（図示せず）が具備されている。
【００２８】
そして、上記分割された支持台２２の各支持部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ同士間および昇降体２３の各昇降部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ同士間には、所定幅でもつて空間部２６（２６Ａ，２６Ｂ），２７（２７Ａ，２７Ｂ）がそれぞれ設けられ、また支持台２２側の各空間部２６には、矢印ｄにて示すように、位置決め部材２８がそれぞれ昇降可能に配置されるとともに、昇降体２３側の各空間部２７には、矢印ｅにて示すように、先端が円形状にされた板状材としての押さえ部材２９がそれぞれ昇降可能に配置されている。
【００２９】
この押さえ部材２９は、カーボンナノチューブシートＳを下方に押圧して断面Ｖ字形状（またはＵ字形状）の突条部（湾曲突出部とも言える）を形成するためのもので、また位置決め部材２８は、押さえ部材２９による突条部の形成時に、その先端の位置決めを行うために所定高さ位置に移動されるものである。したがって、押さえ部材２９および位置決め部材２８は、それぞれ空間部２６，２７において、例えばエアシリンダなどの昇降装置により、突出位置と退避位置との間で昇降自在に設けられている。また、押さえ部材２９および位置決め部材２８の長さ（図３の紙面と直交する方向での長さ、または奥行きである）については、カーボンナノチューブシートＳの幅（図３の左右方向を前後方向とした場合）と同じかそれ以上の寸法にされている。
【００３０】
また、上記シート保持材２４、２５としては、シリコンゴム製のスポンジ材、メラミン樹脂製のスポンジ材などが用いられるとともに、支持台２２の各支持部２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび昇降体２３の各昇降部２３ａ，２３ｂ，２３ｃにそれぞれ固着されている。
【００３１】
上記形成装置２１を用いて、カーボンナノチューブシートＳに放熱用フィンを形成する方法、すなわち放熱部材の製造方法について説明する。
図３に示すように、各空間部２６，２７が所定間隔を有するように配置された状態において、支持台２２に設けられた下側シート保持材２４の上面に、仮想線で示すように、金属膜Ｍが形成されてなるカーボンナノチューブシートＳを載置する。このとき、金属膜Ｍが形成されてなるカーボンナノチューブシートＳを載置する際に、放熱用フィンの表面に金属膜Ｍが形成されるように設置することが好ましい。そして、支持台２２側に配置された下側シート保持材２４の上面が所定の高さ、つまり形成される放熱用フィンの突出長さとなるようにされている。
【００３２】
次に、図４に示すように、左側の昇降部２３ａおよび中央の昇降部２３ｂを下降させて、カーボンナノチューブシートＳの左寄り部分を上下のシート保持材２４，２５により保持した後、左側の空間部２７Ａに配置された押さえ部材２９を下降させてカーボンナノチューブシートＳに断面Ｖ字形状の突条部Ｓａを形成する（突条部形成工程）。勿論、この突条部Ｓａの下端は位置決め部材２８の上端に接触して、成形後の放熱用フィンＳａの高さが所定値となるようにされる。
【００３３】
次に、位置決め材２８および押さえ部材２９を左側の空間部２６Ａ，２７Ａから退避（退出）させた後、図５の矢印ａ，ｃにて示すように、左側の支持部２２ａおよび左側の昇降部２３ａを右側に移動させて、上記Ｖ字形状にされた突条部Ｓａを側方から押圧し隙間が無くなるように互いに接触させる（折り畳むとも言うことができ、押付け工程である）。この押付け工程により、放熱用フィンＦが形成される。
【００３４】
そして、さらに、右側の空間部２６Ｂ，２７Ｂに対応する位置においても、上記と同様の工程を行い、すなわち図６に示すように、右側の空間部２７Ｂに配置された押さえ部材２９を矢印ｅにて示すように下降させてカーボンナノチューブシートＳに断面Ｖ字形状の突条部Ｓａを形成した後、右側支持部２２ｃおよび右側昇降部２３ｃを左側に移動させて（矢印ａ，ｃにて示す）放熱用フィンを形成する。
【００３５】
このようにして、カーボンナノチューブシートＳに２つの放熱用フィンＦが形成される。
そして、２つの放熱用フィンＦが形成されると、昇降体２３を上昇させるとともに、カーボンナノチューブシートＳをその放熱用フィンＦが空間部２６から外れるように持ち上げた後、全体を右側（または左側）に移動させ、これらに隣接する位置で、新たに２つの放熱用フィンＦを形成する。
【００３６】
この手順を繰り返すことにより、カーボンナノチューブシートＳに所定間隔おきで多数の突状部を、つまり蛇腹状に放熱用フィンＦを形成することができる。
そして、最後に、放熱用フィンＦの付け根である折り畳んだ合わせ目に接着剤を塗布して固着させれば、放熱部材が得られる。なお、放熱用フィンＦの折り畳み時に接着剤を流し込むことにより、固着するようにしてもよい。
【００３７】
以上のようにして作成した放熱部材は、放熱用フィンＦの外表面に金属膜Ｍが存在しており、発熱部品に取り付ける場合には、カーボンナノチューブシートＳが半導体チップ等の発熱部品に接触するように取り付けられる。すなわち、カーボンナノチューブシートＳは無数のカーボンナノチューブが互いに絡まり合うようにして形成されているため多数の空隙部が形成されている。従って、放熱部材を発熱部品に接着する際には、接着剤が空隙部に入り込み、放熱部材と発熱部品を接着する一方で、部分的に放熱部材（カーボンナノチューブ）が直接に発熱部品と接触することになる。すなわち、この放熱部材の発熱部品への直接の接触があるということは、背景技術の項で説明した従来のヒートシンクが接着剤により発熱部品に貼り付けられるため、両者の間には接着剤が存在することとなり、どうしても熱伝導度が低下して放熱性能が悪くなるという欠点を、解消することに繋がる。
【００３８】
上記製造方法を概略的に工程形式で説明すると以下のようになる。
すなわち、この製造方法は、基板の表面に形成された垂直配向性のカーボンナノチューブを押圧具により所定方向に傾倒させた後、基板からカーボンナノチューブを離脱させてカーボンナノチューブシートを得るシート形成工程と、
この形成工程により得られたカーボンナノチューブシートの少なくとも一方の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
この金属膜形成工程により金属膜が形成されたカーボンナノチューブシートの表面に板状材を垂直方向で移動させて突状部を形成する突状部形成工程と、
この突状部の側面を押圧して当該突状部の内側空間部を潰すことにより放熱用フィンを形成するフィン形成工程とを具備する方法である。
【００３９】
上述した製造方法によると、カーボンナノチューブシートに押さえ部材を押し付けることにより放熱用フィンを形成するようにしたので、金属材料を削り出して形成するものに比べて、その形成を容易に行い得るとともに軽量化を図ることができ、しかもカーボンナノチューブシートの表面に金属膜を形成してシート自身の強度の向上が図られているので、カーボンナノチューブシートを変形させて放熱用フィンなどを得る際に、破損するのを防止することができる。
【００４０】
ところで、上記実施例においては、２つの放熱用フィンを形成し得る形成装置を用いたが、１つずつ形成するものであってもよい。
また、上記実施例においては、カーボンナノチューブシートを形成する際に、第１の基板に形成されたカーボンナノチューブ層を第２の基板に設けられた粘着剤に反転・接触、つまり転写させるように説明したが、例えば転写することなく形成するようにしてもよい。
【００４１】
この場合のカーボンナノチューブシートの製造方法は、図７（ａ）に示すように、基板４１の表面にカーボンナノチューブ層Ｃを形成し（層形成工程）、次に図７（ｂ）に示すように、このカーボンナノチューブ層Ｃに、直接、浸透液体Ｕを塗布した後（浸透液体の塗布工程）、図７（ｃ）に示すように、ローラ５１などの押圧具（上述した実施例と同様に、湾曲したプレートを用いてもよい）によりカーボンナノチューブ層Ｃを押圧して所定方向（一方向）に傾倒させ（傾倒工程）、そして図７（ｄ）に示すように、カーボンナノチューブ層Ｃに粘着剤Ｖを塗布した後（粘着剤の塗布工程）、図７（ｅ）に示すように、このカーボンナノチューブ層Ｃを容器５２に充填された粘着剤の溶解液５３に浸漬させて粘着剤Ｖを溶かすことにより（溶解工程）、カーボンナノチューブシートＳを得るようにしたものである。なお、浸透液体をカーボンナノチューブ層に塗布した後に、カーボンナノチューブ層を傾倒させるように説明したが、浸透液体の塗布と一緒に押圧具によりカーボンナノチューブ層を傾倒させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
Ｃ      カーボンナノチューブ
Ｆ      放熱用フィン
Ｓ      カーボンナノチューブシート
Ｓａ    突条部
１      第１の基板
２      第２の基板
１１      ローラ
１２      容器
１３      溶解液
２１      形成装置
２２      支持台
２３      昇降体
２４      下側シート保持材
２５      上側シート保持材
２６      空間部
２７      空間部
２８      位置決め部材
２９      押さえ部材
【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】
2015188020.tif 000007
【図６】
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【図７】
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