(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に下地膜として酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜及び窒化シリコン膜のいずれかを形成する工程と、
前記下地膜上に、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、若しくは白金又はこれらの合金から触媒金属膜を形成する工程と、
前記下地膜及び前記触媒金属膜の上に複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
加熱により前記下地膜の少なくとも一部及び前記触媒金属膜を蒸発させることにより、蒸発した前記下地膜の材料及び前記触媒金属膜の材料を含む被覆膜で前記カーボンナノチューブをコーティングする工程と、
を有することを特徴とする放熱シートの製造方法。
【請求項２】
前記被覆膜を形成した後、複数の前記カーボンナノチューブの間に樹脂を含浸させる工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の放熱シートの製造方法。
【請求項３】
前記樹脂をマスクにしながら前記カーボンナノチューブの先端に形成された前記被覆膜をエッチングすることにより、前記樹脂から前記先端を表出させる工程を更に有することを特徴とする請求項２に記載の放熱シートの製造方法。
【請求項４】
基板の上に下地膜として酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜及び窒化シリコン膜のいずれかを形成する工程と、
前記下地膜上に、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、若しくは白金又はこれらの合金から触媒金属膜を形成する工程と、
前記下地膜及び前記触媒金属膜の上に複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
加熱により前記下地膜の少なくとも一部及び前記触媒金属膜を蒸発させることにより、蒸発した前記下地膜の材料及び前記触媒金属膜の材料を含む被覆膜で前記カーボンナノチューブをコーティングする工程と、
前記コーティングする工程の後、複数の前記カーボンナノチューブを備えた放熱シートを作製する工程と、
前記放熱シートの表面と裏面の各々を、電子部品と放熱部材の各々に圧着する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項５】
複数のカーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブの側面に形成され、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、及び白金のいずれかを含む酸化シリコン、酸化アルミニウム及び窒化シリコンのいずれかの被覆膜と、
を有することを特徴とする放熱シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱シート、放熱シートの製造方法、及び電子装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバやパーソナルコンピュータにおいては、CPU(Central Processing Unit)等の電子部品で発生する熱を外部に放熱すべく、電子部品にヒートスプレッダが固着される。
【０００３】
そのヒートスプレッダと電子部品との間の熱抵抗が高いと、電子部品の熱を速やかにヒートスプレッダに伝えることができない。そのため、電子部品とヒートスプレッダとの間に、熱伝導性に優れた放熱シートを介在させることがある。
【０００４】
放熱シートには様々なタイプがある。インジウムシートも放熱シートの一例であるが、高価なインジウムを使用しているため放熱シートの低コスト化が難しい。
【０００５】
そこで、インジウムシートに代わる放熱シートとして、カーボンナノチューブを用いた技術が検討されている。その技術においては、複数のカーボンナノチューブをシート上に立設することにより、各カーボンナノチューブの一端から他端に熱が輸送される。
【０００６】
カーボンナノチューブは、その熱伝導度が１５００W/m・K〜３０００W/m・K程度であって、インジウムの熱伝導度（８０W/m・K）と比べて非常に高く、放熱シートに使用するのに好適である。
【０００７】
放熱シートに接する電子部品の温度は電子部品の使用状況によって変わり、そのような温度変化に伴い電子部品も変形する。放熱シートが薄すぎると、電子部品の変形によって放熱シートが電子部品から離れてしまい、電子部品から放熱シートに熱を輸送するのが難しくなる。
【０００８】
これを防止するためには、各カーボンナノチューブを長くすることにより放熱シートをある程度厚くし、更に組み立て時に圧力を加えて放熱シートを電子部品に密着させるのが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−５７５４号公報
【特許文献２】特開２００３−１７４１２７号公報
【特許文献３】特開２０１３−２１１４３０号公報
【特許文献４】特開２００５−１５０３６２号公報
【特許文献５】特開２００６−１４７８０１号公報
【特許文献６】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】
【００１０】
しかしながら、前述のようにカーボンナノチューブを長くすると、カーボンナノチューブが全体として柔らかくなってしまうため、組み立て時の圧力にカーボンナノチューブが耐えられずに潰れてしまうおそれがある。
【００１１】
また、このようにカーボンナノチューブが柔らかくなると、温度変化に伴う電子部品の変形にカーボンナノチューブが追従できないおそれもある。
【００１２】
これらの不都合を防止するために機械的に強固な膜でカーボンナノチューブをコーティングしてカーボンナノチューブを補強することも考えられるが、長いカーボンナノチューブの全体をコーティングするのは既存の技術では難しい。
【００１３】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱シート、放熱シートの製造方法、及び電子装置の製造方法において、コーティングによりカーボンナノチューブの全体を補強することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以下の開示の一観点によれば、基板の上に下地膜として酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜及び窒化シリコン膜のいずれかを形成する工程と、前記下地膜上に、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、若しくは白金又はこれらの合金から触媒金属膜を形成する工程と、前記下地膜及び前記触媒金属膜の上に複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、加熱により前記下地膜の少なくとも一部及び前記触媒金属膜を蒸発させることにより、蒸発した前記下地膜の材料及び前記触媒金属膜の材料を含む被覆膜で前記カーボンナノチューブをコーティングする工程とを有する放熱シートの製造方法が提供される。
【００１５】
また、その開示の別の観点によれば、基板の上に下地膜として酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜及び窒化シリコン膜のいずれかを形成する工程と、前記下地膜上に、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、若しくは白金又はこれらの合金から触媒金属膜を形成する工程と、前記下地膜及び前記触媒金属膜の上に複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、加熱により前記下地膜の少なくとも一部及び前記触媒金属膜を蒸発させることにより、蒸発した前記下地膜の材料及び前記触媒金属膜の材料を含む被覆膜で前記カーボンナノチューブをコーティングする工程と、前記コーティングする工程の後、複数の前記カーボンナノチューブを備えた放熱シートを作製する工程と、前記放熱シートの表面と裏面の各々を、電子部品と放熱部材の各々に圧着する工程とを有する電子装置の製造方法が提供される。
【００１６】
更に、その開示の他の観点によれば、複数のカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブの側面に形成され、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、及び白金のいずれかを含む酸化シリコン、酸化アルミニウム及び窒化シリコンのいずれかの被覆膜とを有する放熱シートが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
以下の開示によれば、カーボンナノチューブの根元にある下地膜の一部を加熱により蒸発させ、蒸発した下地膜の材料を含む被覆膜でカーボンナノチューブをコーティングするので、カーボンナノチューブの根元を含む全体を補強することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、検討に使用した電子装置の分解斜視図である。
【図２】図２は、検討に使用した放熱シートの模式断面図である。
【図３】図３は、一部のカーボンナノチューブの端部がヒートスプレッダから離れている場合の断面図である。
【図４】図４は、カーボンナノチューブの端部がヒートスプレッダから離れるのを防止する方法について説明するための模式断面図である。
【図５】図５は、酸化アルミニウム膜でカーボンナノチューブをコーティングした場合の放熱シートの断面図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図（その１）である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図（その２）である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図（その３）である。
【図９】図９は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図１１】図１１は、第１実施形態において、下地膜の加熱プロファイルの一例を示すグラフである。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態において、カーボンナノチューブの根元のSEM(Scanning Electron Microscope)像を元にして描いた図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態において、カーボンナノチューブの中央付近のSEM像を元にして描いた図である。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態において、カーボンナノチューブの先端のSEM像を元にして描いた図である。
【図１５】図１５は、第１実施形態において、カーボンナノチューブの伝熱特性を調査して得られた図である。
【図１６】図１６は、第１実施形態において、カーボンナノチューブの機械特性を調査して得られた図である。
【図１７】図１７（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図（その１）である。
【図１８】図１８（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図（その２）である。
【図１９】図１９は、第２実施形態に係る電子装置の断面図である。
【図２０】図２０は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図２１】図２１は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図２２】図２２は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その３）である。
【図２３】図２３は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その４）である。
【図２４】図２４は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その５）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が検討した事項について説明する。
【００２０】
図１は、その検討に使用した電子装置の分解斜視図である。
【００２１】
この電子装置１は、サーバやパーソナルコンピュータで使用されるものであって、配線基板２と電子部品３とを有する。
【００２２】
電子部品３は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphical Processing Unit)等のように使用時に発熱する半導体部品であって、複数のはんだバンプ６を介して配線基板２に実装される。
【００２３】
また、その電子部品３の上面には放熱シート４が設けられており、その放熱シート４の上にヒートスプレッダ５が密着する。
【００２４】
このような構成によれば、電子部品３で発生した熱が放熱シート４を介して速やかにヒートスプレッダ５に伝わり、電子部品３の冷却を促すことができる。
【００２５】
図２は、放熱シート４の模式断面図である。
【００２６】
図２に示すように、放熱シート４は熱伝導性に優れた複数のカーボンナノチューブ８を有しており、カーボンナノチューブ８を介して電子部品３からヒートスプレッダ５に熱が伝わる。
【００２７】
電子部品３からカーボンナノチューブ８に効率的に熱を伝えるには、図２のように各カーボンナノチューブ８の両端がそれぞれ電子部品３とヒートスプレッダ５に接触しているのが好ましい。
【００２８】
一方、図３は、一部のカーボンナノチューブ８の端部８ａがヒートスプレッダ５から離れている場合の断面図である。温度変化によって電子部品３が変形した場合に、このように端部８ａがヒートスプレッダ５から離れることがある。
【００２９】
図４は、このような不都合を防止する方法について説明するための模式断面図である。
【００３０】
図４においては、カーボンナノチューブ８を長くして余長を持たせ、更に電子装置１の組み立て時に圧力を加えてカーボンナノチューブ８を余長分だけ縮ませている。これにより、カーボンナノチューブ８自身の弾力により、電子部品３やヒートスプレッダ５にカーボンナノチューブ８の端部８ａが密着する。
【００３１】
電子部品３やヒートスプレッダ５に端部８ａが確実に密着できる程度の余長をカーボンナノチューブ８に持たせるには、カーボンナノチューブ８の長さが１００μm以下では足りず、カーボンナノチューブ８を１５０μm〜５００μm程度に長くするのが好ましい。
【００３２】
但し、このようにカーボンナノチューブ８を長くすると、カーボンナノチューブ８が柔らかくなってしまうため、組み立て時の圧力にカーボンナノチューブ８が耐えられずに潰れてしまうおそれがある。
【００３３】
しかも、このようにカーボンナノチューブ８が柔らかくなることで、温度変化に伴う電子部品３の変形にカーボンナノチューブ８が追従できないおそれもある。
【００３４】
そこで、本願発明者は、酸化アルミニウム膜等の機械的に強固な膜でカーボンナノチューブ８をコーティングしてカーボンナノチューブ８の弾性を高めようと考えた。
【００３５】
図５は、酸化アルミニウム膜９でカーボンナノチューブ８をコーティングした場合の放熱シート４の断面図である。
【００３６】
酸化アルミニウム膜９によるコーティングでカーボンナノチューブ８の弾性が高まるため、組み立て時の圧力でカーボンナノチューブ８が潰れるのを抑制でき、更に温度変化に伴う電子部品３の変形にカーボンナノチューブ８が追従できると期待できる。
【００３７】
しかし、１５０μm以上の長いカーボンナノチューブ８の全長にわたって均一に酸化アルミニウム膜９を形成するのは難しい。ALD法を用いればアスペクト比が高い下地に優れた被覆性の酸化アルミニウム膜を形成できることが知られている。しかし、本願発明者の調査によれば、ALD法で酸化アルミニウム膜９を形成しても、長いカーボンナノチューブ８に十分な弾性を持たせるのが難しいことが判明した。
【００３８】
以下に、長いカーボンナノチューブに十分な弾性を持たせることが可能な本実施形態について説明する。
【００３９】
（第１実施形態）
本実施形態に係る放熱シートについて、その製造工程を追いながら説明する。
【００４０】
図６〜図８は、本実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図である。
【００４１】
まず、図６（ａ）に示すように、基板２０としてシリコン基板を用意し、その基板２０の表面を熱酸化することにより下地膜２１として厚さが３００nm程度の酸化シリコン膜を形成する。
【００４２】
基板２０の材料はシリコンに限定されず、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、及びガラスのいずれかを材料とする基板を用いてもよい。
【００４３】
また、下地膜２１も酸化シリコン膜に限定されない。例えば、酸化アルミニウム膜や窒化シリコン膜も下地膜２１として形成し得る。
【００４４】
次に、図６（ｂ）に示すように、下地膜２１の上にスパッタ法でアルミニウム膜を１０nm程度の厚さに形成し、そのアルミニウム膜を下地金属膜２２とする。
【００４５】
下地金属膜２２の材料としては、アルミニウムの他に、モリブデン、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブ、バナジウム、タンタル、タングステン、銅、金、白金、パラジウム、チタンシリサイド、酸化アルミニウム、酸化チタン、及び窒化チタンがある。更に、これらの材料のいずれかを含む合金膜を下地金属膜２２として形成してもよい。
【００４６】
次いで、下地金属膜２２の上にスパッタ法で鉄膜を２．５nm程度の厚さに形成し、その鉄膜を触媒金属膜２３とする。
【００４７】
触媒金属膜２３の材料は鉄に限定されない。触媒金属膜２３は、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、白金、又はこれらの合金から形成し得る。
【００４８】
更に、触媒金属膜２３に代えて、触媒金属膜２３と同一の材料を含む金属微粒子を下地金属膜２２の上に付着させてもよい。この場合、金属微粒子は、微分型静電分級器等によって予め所定の直径のもののみが収集されて下地金属膜２２の上に供給される。
【００４９】
続いて、図７（ａ）に示すように、触媒金属膜２３の触媒作用を利用してホットフィラメントCVD(Chemical Vapor Deposition)法により複数のカーボンナノチューブ２５を成長させる。そのカーボンナノチューブ２５は、下地膜２１の作用によっり、基板２０の法線方向nに沿って直線的に成長する。
【００５０】
カーボンナノチューブ２５の成長条件は特に限定されない。この例では、原料ガスとしてエチレンガスとアルゴンガスとの混合ガスを用い、不図示の成長室内における原料ガスの総ガス圧力を１kPaとする。エチレンガスとアルゴンガスとの分圧比は、例えば１：９程度である。また、ホットフィラメントの温度は１０００℃程度とする。
【００５１】
なお、下地金属膜２２と触媒金属膜２３は、成長室内に原料ガスが導入された際に凝縮して粒状の金属粒２４となり、その金属粒２４の上にのみカーボンナノチューブ２５が成長する。
【００５２】
この成長条件によれば、カーボンナノチューブ２５の面密度は約１×１０11本／cm2となり、各カーボンナノチューブ２５の直径は４nm〜８nmで平均直径は約６nmとなる。
【００５３】
また、成長レートは４μm／minとなり、各カーボンナノチューブ２５の長さは放熱シートに適した１００μm〜５００μm程度の長さとなる。
【００５４】
なお、各カーボンナノチューブ２５においては、その中心軸から外側に向かって単層のグラフェンシートが３層〜６層程度積み重なり、その層数の平均値は４層程度となる。このように多層のグラフェンシートを積層してなるカーボンナノチューブは多層カーボンナノチューブとも呼ばれるが、単層カーボンナノチューブを形成してもよい。
【００５５】
カーボンナノチューブ２５の面密度は上記に限定されないが、カーボンナノチューブ２５による放熱効果の実効を図るには、なるべく高い面密度、例えば１×１０10本／cm2以上の面密度でカーボンナノチューブ２５を形成するのが好ましい。
【００５６】
更に、カーボンナノチューブ２５の成膜方法は上記のホットフィラメントCVD法に限定されず、熱CVD法やリモートプラズマCVD法であってもよい。また、アセチレンに代えてメタン若しくはエチレン等の炭化水素類、又はエタノール若しくはメタノール等のアルコール類を炭素の原料としてもよい。
【００５７】
次に、図７（ｂ）に示すように、真空中又はアルゴン雰囲気において下地膜２１を加熱することで、下地膜２１からその材料２１ｘである酸化シリコンを蒸発させる。これにより、材料２１ｘがカーボンナノチューブ２５の表面に再付着し、酸化シリコンの被覆膜２７で各カーボンナノチューブ２５がコーティングされる。
【００５８】
材料２１ｘは、カーボンナノチューブ２５の根元２５ｘから上昇していくので、根元２５ｘ付近で被覆膜２７の膜厚が不十分となることがなく、根元２５ｘを含むカーボンナノチューブ２５の全体を被覆膜２７でコーティングできる。
【００５９】
そして、その被覆膜２７によってカーボンナノチューブ２５の弾性が増し、カーボンナノチューブ２５がその根元から補強されることになる。
【００６０】
なお、このように下地膜２１を蒸発させる際には、金属粒２４の基となった触媒金属膜２３（図６（ｂ）参照）も蒸発する。よって、被覆膜２７には、酸化シリコンだけでなく、触媒金属膜２３の材料である鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、及び白金のいずれかが含まれることになる。
【００６１】
また、加熱により下地膜２１の全てを蒸発させる必要はなく、下地膜２１の表層部分のように下地膜２１の少なくとも一部を蒸発させればよい。そして、このように下地膜２１を蒸発させるには、例えば、基板２０の上方に抵抗加熱型のヒータを配置し、そのヒータの輻射熱により下地膜２１を加熱すればよい。
【００６２】
更に、下地膜２１として酸化アルミニウム膜や窒化シリコン膜を形成する場合には、これらの膜の材料を含んだ被覆膜２７が形成されることになる。
【００６３】
下地膜２１の加熱プロファイルは特に限定されない。
【００６４】
図１１は、その加熱プロファイルの一例を示すグラフである。
【００６５】
この例では、１００℃／分程度の昇温レートで下地膜２１を室温（２４℃〜２５℃）から昇温させる昇温ステップS1を行った後、下地膜２１を最高温度Tmaxに維持する加熱ステップS2を行う。その後、降温ステップS3において、４５℃／分〜５０℃／分程度の降温レートで下地膜２１を室温まで冷却する。
【００６６】
なお、最高温度Tmaxは、下地膜２１の融点よりも僅かに高い温度である。下地膜２１として融点が約９５０℃の酸化シリコン膜を形成する場合には、最高温度Tmaxを１０００℃〜１０１０℃程度に設定し得る。
【００６７】
更に、最高温度Tmaxに維持する時間Tは、カーボンナノチューブ２５を十分に補強できる程度の厚さの被覆膜２７ができるような時間であり、例えば、５分〜１０分程度とし得る。
【００６８】
次に、図８（ａ）に示すように、熱可塑性の樹脂３０をその融解温度よりも高い温度に加熱することで液状にし、各カーボンナノチューブ２５の間に樹脂３０を含浸させる。その樹脂３０として、例えば、融解温度が１３５℃〜１４５℃のヘンケル株式会社製のMicromelt6239ホットメルト充填材を使用する。この樹脂は、２２５℃での粘度が５．５Pa〜８．５Pa程度である。
【００６９】
そして、この樹脂３０により、各カーボンナノチューブ２５の先端２５ｚは覆われることになる。
【００７０】
次いで、図８（ｂ）に示すように、樹脂３０が室温まで冷えたところで下地膜２１からカーボンナノチューブ２５と樹脂３０とを剥離し、カーボンナノチューブ２５と樹脂３０とを備えた放熱シート３１を得る。
【００７１】
このとき、樹脂３０が複数のカーボンナノチューブ２５を保持する保持部材として機能するため、剥離時に各カーボンナノチューブ２５が飛散するのを防止できると共に、放熱シート３１の取り扱いが容易となる。
【００７２】
その放熱シート３１の厚さは、カーボンナノチューブ２５の長さと略同じであって、１００μm〜５００μm程度である。
【００７３】
また、放熱シート３１は相対する裏面３１ａと表面３１ｂとを有しており、裏面３１ａから表面３１ｂに向けてカーボンナノチューブ２５が延びる。そして、裏面３１ａからはカーボンナノチューブ２５が露出するのに対し、表面３１ｂ側のカーボンナノチューブ２５は樹脂３０で覆われた状態となる。
【００７４】
これ以降は、放熱シート３１を備えた電子装置の製造工程に移る。
【００７５】
図９〜図１０は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。
【００７６】
まず、図９に示すように、加熱により樹脂３０をある程度軟化させる。そして、軟化した樹脂３０の粘着力を利用して、放熱シート３１の表面３１ｂを放熱部材３２に圧着する。放熱部材３２は、ヒートスプレッダやヒートシンクであって、例えばアルミニウムや銅等のように熱伝導性の良好な金属から形成される。
【００７７】
次に、図１０に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００７８】
まず、はんだバンプ３６を介して半導体素子３３が接続された配線基板３４を用意する。
【００７９】
そして、樹脂製のシーラント３５で配線基板３４に放熱部材３２を固定する。
【００８０】
これと同時に、加熱により樹脂３０を軟化させた後、軟化した樹脂３０の粘着力を利用して、放熱シート３１の裏面３１ａを半導体素子３３に圧着する。この圧着によりカーボンナノチューブ２５が若干縮まり、そのカーボンナノチューブ２５の弾力によって放熱シート３１が放熱部材３２と半導体素子３３の各々に密着する。
【００８１】
ここで、前述のようにカーボンナノチューブ２５の弾性が被覆膜２７によって増しているため、圧着時の圧力によってカーボンナノチューブ２５が大きく潰れることはなく、カーボンナノチューブ２５が圧着時の圧力に耐えられるようになる。
【００８２】
しかも、カーボンナノチューブ２５が１００μm〜５００μmと長いので、圧着時に縮むだけの余長がカーボンナノチューブ２５に生ずる。よって、その余長だけカーボンナノチューブ２５を縮ませることにより、常にカーボンナノチューブ２５に弾力を生じさせることができ、実使用下の温度変化で半導体素子３３が変形してもそれに放熱シート３１が追従できるようになる。
【００８３】
以上により、本実施形態に係る電子装置３９の基本構造が完成する。
【００８４】
上記した本実施形態によれば、図７（ｂ）の工程において下地膜２１を蒸発させることで、その下地膜２１の材料でカーボンナノチューブ２５をその根元２５ｘからコーティングでき、根元２５ｘを含むカーボンナノチューブ２５の全体を均一に補強できる。
【００８５】
しかも、コーティングするには下地膜２１を加熱するだけでよいため、簡単にカーボンナノチューブ２５の弾性を高めることができる。
【００８６】
本願発明者は、本実施形態の効果を確認するために様々な調査を行った。その調査結果について以下に説明する。
【００８７】
まず、本願発明者は、上記のようにして被覆膜２７が形成されたカーボンナノチューブ２５をSEM(Scanning Electron Microscope)で観察した。
【００８８】
図１２〜図１４は、そのSEM像を元にして描いた図である。
【００８９】
なお、このカーボンナノチューブ２５の長さは２００μmである。
【００９０】
図１２（ａ）〜（ｄ）はカーボンナノチューブ２５の根元２５ｘの図である。この調査では、図１１における最高温度Tmaxを１０００℃とし、最高温度Tmaxに維持する時間Tを１分（図１２（ａ））、３分（図１２（ｂ））、５分（図１２（ｃ））、及び１０分（図１２（ｄ））とした。これについては後述の図１３（ａ）〜（ｄ）でも同様である。
【００９１】
図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、カーボンナノチューブ２５の根元２５ｘには、下地膜２１を材料とする被覆膜２７が形成されている。
【００９２】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、根元２５ｘよりも上のカーボンナノチューブ２５の中央付近の図である。
【００９３】
図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、カーボンナノチューブ２５の中央付近においても被覆膜２７が形成される。
【００９４】
そして、図１４（ａ）、（ｂ）は、カーボンナノチューブ２５の先端２５ｚの図である。
【００９５】
先端２５ｚのSEM像の取得に際しては、図１１における最高温度Tmaxを１０００℃とし、最高温度Tmaxに維持する時間Tを５分（図１４（ａ））、及び１０分（図１４（ｂ））とした。
【００９６】
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ２５の先端２５ｚにも被覆膜２７が形成されている。
【００９７】
上記した図１２〜図１４の調査結果より、下地膜２１を加熱して蒸発させることで、カーボンナノチューブ２５の根元２５ｘ、中央付近、及び先端２５ｚの各部位の全てに被覆膜２７を形成できることが確認できた。
【００９８】
次に、本願発明者は、被覆膜２７でコーティングされたカーボンナノチューブ２５の伝熱特性について調査した。
【００９９】
その調査結果を図１５に示す。
【０１００】
図１５の横軸は、図１１において最高温度Tmaxに維持する時間Tを表す。また、縦軸は、カーボンナノチューブ２５をその根元２５ｘから加熱した場合における、根元２５ｘと先端２５ｚとの温度差Δを表す。
【０１０１】
その温度差Δが小さいほど、根元２５ｘから先端２５ｚに速やかに熱が伝わり、カーボンナノチューブ２５の伝熱特性が良いということになる。
【０１０２】
図１５に示すように、時間Tが１分〜１０分の間では温度差Δが大きく上昇することはない。この結果より、カーボンナノチューブ２５を被覆膜２７でコーティングしても、カーボンナノチューブ２５の伝熱特性が大きく劣化することはないことが明らかとなった。
【０１０３】
更に、本願発明者は、被覆膜２７でコーティングされたカーボンナノチューブ２５の機械特性について調査した。
【０１０４】
その調査結果を図１６に示す。
【０１０５】
図１６の横軸は、図１１において最高温度Tmaxに維持する時間Tを表す。また、縦軸は、カーボンナノチューブ２５に対してその長手方向から圧力を加えてカーボンナノチューブ２５を収縮させた場合に、収縮前と収縮後のカーボンナノチューブ２５の長さの比Pの百分率である。
【０１０６】
その比Pが大きいほどカーボンナノチューブ２５が縮みにくく、カーボンナノチューブ２５の弾性が高いということになる。
【０１０７】
図１６に示すように、時間Tの増加と共に比Pは増加し、その後、時間Tが５分程度のところで比Pは減少に転じる。
【０１０８】
特に、時間Tが５分と１０分の場合では、ALD法により被覆膜２７を形成した場合と比較して比Pが大きくなり、ALD法よりも本実施形態に従って被覆膜２７を形成した方がカーボンナノチューブ２５の機械的強度が増すことが明らかとなった。
【０１０９】
（第２実施形態）
本実施形態では、以下のようにして放熱シートを熱が伝わり易いようにする。
【０１１０】
図１７〜図１８は、本実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図である。
【０１１１】
なお、図１７〜図１８において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１１２】
まず、第１実施形態の図６（ａ）〜図８（ａ）の工程を行うことにより、図１７（ａ）に示すように、各カーボンナノチューブ２５の先端２５ｚが樹脂３０で覆われた構造を作製する。
【０１１３】
次いで、図１７（ｂ）に示すように、樹脂３０の表面を酸素プラズマでドライエッチングすることにより、カーボンナノチューブ２５の先端２５ｚに形成された被覆膜２７を樹脂３０から表出させる。
【０１１４】
このドライエッチングは、例えば、不図示のエッチングチャンバ内における酸素ガスの圧力を２０mTorrに維持しつつ、パワーが５０Wの高周波電力でその酸素ガスをプラズマ化して数分間行われる。
【０１１５】
このエッチング条件に対し、被覆膜２７のエッチング速度は樹脂３０のそれよりも遅いため、エッチングが終了した時点で被覆膜２７はカーボンナノチューブ２５の先端２５ｚに残存する。
【０１１６】
次いで、図１８（ａ）に示すように、CF4ガスをエッチングガスとして使用するドライエッチングにより、カーボンナノチューブ２５の先端２５ｚに形成されている被覆膜２７をエッチングして、樹脂３０から先端２５ｚを表出させる。
【０１１７】
CF4ガスに対して樹脂３０はマスクとして機能するため、カーボンナノチューブ２５の側面に形成されている部分の被覆膜２７はエッチング雰囲気から保護される。
【０１１８】
このエッチングの条件は特に限定されない。例えば、不図示のエッチングチャンバ内におけるCF4ガスの圧力を１５mTorrに維持しつつ、パワーが５０Wの高周波電力でそのCF4ガスをプラズマ化し、数分間だけこのエッチングを行えばよい。
【０１１９】
その後、図１８（ｂ）に示すように、下地膜２１からカーボンナノチューブ２５と樹脂３０とを剥離し、カーボンナノチューブ２５と樹脂３０とを備えた放熱シート３１を得る。
【０１２０】
裏面３１ａのみからカーボンナノチューブ２５が露出する第１実施形態（図８（ｂ）参照）とは異なり、本実施形態では放熱シート３１の裏面３１ａと表面３１ｂの両方からカーボンナノチューブ２５が露出する。
【０１２１】
この後は、第１実施形態の図９〜図１０の工程を行うことにより、図１９の断面図に示すような本実施形態に係る電子装置３９の基本構造を得る。
【０１２２】
以上説明した本実施形態によれば、放熱シート３１の裏面３１ａと表面３１ｂの両方からカーボンナノチューブ２５が露出しているため、放熱部材３２と半導体素子３３の両方がカーボンナノチューブ２５に接触する。
【０１２３】
よって、半導体素子３３の熱がカーボンナノチューブ２５を介して速やかに放熱部材３２に伝わり、半導体素子３３を効率的に冷却することができる。
【０１２４】
（第３実施形態）
第１及び第２実施形態では各カーボンナノチューブ２５の間に樹脂３０を含浸させたが、以下のようにして樹脂３０を省いてもよい。
【０１２５】
図２０〜図２４は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。図２０〜図２４において、第１、第２実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１２６】
まず、第１実施形態の図６（ａ）〜図７（ｂ）の工程を行うことにより、図２０に示すように、各カーボンナノチューブ２５が被覆膜２７でコーティングされた構造を得る。
【０１２７】
これと共に、放熱部材３２を用意し、その放熱部材３２の表面に接着性の樹脂４１を塗布する。
【０１２８】
次いで、図２１に示すように、カーボンナノチューブ２５の先端２５ｚに形成されている被覆膜２７を樹脂４１に接触させて、樹脂４１を介して各カーボンナノチューブ２５を放熱部材３２に接着する。
【０１２９】
そして、図２２に示すように、放熱部材３２から基板２０を引き上げることにより、下地膜２１からカーボンナノチューブ２５を剥離する。これにより、複数のカーボンナノチューブ２５を備えた放熱シート３１が放熱部材３２側に残される。
【０１３０】
その放熱シート３１は、カーボンナノチューブ２５の一方の端部２５ａが位置する裏面３１ａと、カーボンナノチューブ２５の他方の端部２５ｂが位置する表面３１ｂとを有し、裏面３１ａから表面３１ｂに向かってカーボンナノチューブ２５が延びる。
【０１３１】
次いで、図２３に示すように、半導体素子３３を備えた配線基板３４を用意し、その半導体素子３３の表面に接着性の樹脂４２を塗布する。
【０１３２】
そして、放熱部材３２と半導体素子３３とを位置合わせして、半導体素子３３の上方に放熱シート３１を位置させる。
【０１３３】
なお、その放熱部材３２の縁には予めシーラント３５を設けておく。
【０１３４】
その後、図２４に示すように、半導体素子３３に向けて放熱部材３２を下していき、放熱シート３１の各カーボンナノチューブ２５を樹脂４２に圧着し、樹脂４２により放熱シート３１を半導体素子３３に接着する。
【０１３５】
このように圧着しても、被覆膜２７により各カーボンナノチューブ２５の弾性が高められているので、各カーボンナノチューブ２５が大きく潰れるのが抑制される。
【０１３６】
以上により、本実施形態に係る電子装置３９の基本構造を得る。
【０１３７】
上記した本実施形態によれば、温度変化で半導体素子３３が変形しても、被覆膜２７によって弾性が高められた各カーボンナノチューブ２５が半導体素子３３の変形に追従でき、カーボンナノチューブ２５を介して半導体素子３３を放熱部材３２に放熱できる。
【０１３８】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１３９】
（付記１）  基板の上に下地膜を形成する工程と、
前記下地膜の上に複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
加熱により前記下地膜の少なくとも一部を蒸発させることにより、蒸発した前記下地膜の材料を含む被覆膜で前記カーボンナノチューブをコーティングする工程と、
を有することを特徴とする放熱シートの製造方法。
【０１４０】
（付記２）  前記被覆膜を形成した後、複数の前記カーボンナノチューブの間に樹脂を含浸させる工程を更に有することを特徴とする付記１に記載の放熱シートの製造方法。
【０１４１】
（付記３）  前記樹脂をマスクにしながら前記カーボンナノチューブの先端に形成された前記被覆膜をエッチングすることにより、前記樹脂から前記先端を表出させる工程を更に有することを特徴とする付記２に記載の放熱シートの製造方法。
【０１４２】
（付記４）  前記被覆膜をエッチングする前に、前記樹脂の表面をエッチングすることにより、前記先端に形成された前記被覆膜を前記樹脂から表出させる工程を更に有することを特徴とする付記３に記載の放熱シートの製造方法。
【０１４３】
（付記５）  基板の上に下地膜を形成する工程と、
前記下地膜の上に複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
加熱により前記下地膜の少なくとも一部を蒸発させることにより、蒸発した前記下地膜の材料を含む被覆膜で前記カーボンナノチューブをコーティングする工程と、
前記コーティングする工程の後、複数の前記カーボンナノチューブを備えた放熱シートを作製する工程と、
前記放熱シートの表面と裏面の各々を、電子部品と放熱部材の各々に圧着する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【０１４４】
（付記６）  前記放熱シートを作製する工程は、
複数の前記カーボンナノチューブの間に樹脂を含浸させる工程と、
前記樹脂を含浸させる工程の後、前記下地膜から前記樹脂と前記カーボンナノチューブを剥離して、前記樹脂と前記カーボンナノチューブとを前記放熱シートとする工程とを有することを特徴とする付記５に記載の電子装置の製造方法。
【０１４５】
（付記７）  前記放熱シートを圧着する工程は、
加熱により前記樹脂を軟化させて、前記樹脂を前記電子部品に接着する工程と、
加熱により前記樹脂を軟化させて、前記樹脂を前記放熱部材に接着する工程とを有することを特徴とする付記６に記載の電子装置の製造方法。
【０１４６】
（付記８）  前記放熱シートを作製する工程は、前記下地膜から複数の前記カーボンナノチューブを剥離して、剥離後の複数の前記カーボンナノチューブを前記放熱シートとすることにより行われることを特徴とする付記５に記載の電子装置の製造方法。
【０１４７】
（付記９）  複数のカーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブの側面に形成され、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、及び白金のいずれかを含む酸化シリコンの被覆膜と、
を有することを特徴とする放熱シート。
【０１４８】
（付記１０）  複数の前記カーボンナノチューブの間に含浸された樹脂を更に有することを特徴とする付記９に記載の放熱シート。
【符号の説明】
【０１４９】
１…電子装置、２…配線基板、３…電子部品、４…放熱シート、５…ヒートスプレッダ、６…はんだバンプ、８、２５…カーボンナノチューブ、８ａ…端部、９…酸化アルミニウム膜、２０…基板、２１…下地膜、２２…下地金属膜、２３…触媒金属膜、２４…金属粒、２５ａ、２５ｂ…端部、２５ｘ…根元、２５ｚ…先端、２７…被覆膜、３０…樹脂、３１…放熱シート、３１ａ…裏面、３１ｂ…表面、３２…放熱部材、３３…半導体素子、３４…配線基板、３５…シーラント、３６…はんだバンプ、３９…電子装置、４１、４２…樹脂。
【図１】
0006398627.tif 000002
【図２】
0006398627.tif 000003
【図３】
0006398627.tif 000004
【図４】
0006398627.tif 000005
【図５】
0006398627.tif 000006
【図６】
0006398627.tif 000007
【図７】
0006398627.tif 000008
【図８】
0006398627.tif 000009
【図９】
0006398627.tif 000010
【図１０】
0006398627.tif 000011
【図１１】
0006398627.tif 000012
【図１２】
0006398627.tif 000013
【図１３】
0006398627.tif 000014
【図１４】
0006398627.tif 000015
【図１５】
0006398627.tif 000016
【図１６】
0006398627.tif 000017
【図１７】
0006398627.tif 000018
【図１８】
0006398627.tif 000019
【図１９】
0006398627.tif 000020
【図２０】
0006398627.tif 000021
【図２１】
0006398627.tif 000022
【図２２】
0006398627.tif 000023
【図２３】
0006398627.tif 000024
【図２４】
0006398627.tif 000025