(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに第１の間隙をもって配置された複数の炭素元素からなる線状構造体を含み、互いに前記第１の間隙よりも大きな第２の間隙をもって配置された複数の線状構造体束と、
前記第１の間隙及び前記第２の間隙に充填され、前記複数の線状構造体束を保持する充填層とを有し、
複数の前記線状構造体束は、一方の面側の端部が他方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第１のグループと、前記他方の面側の端部が前記一方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第２のグループとを有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【請求項２】
請求項１記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体束を形成する前記複数の線状構造体のそれぞれは、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。
【請求項３】
請求項１又は２記載のシート状構造体において、
複数の前記線状構造体束の端部に接続され、前記充填材よりも熱伝導率の高い第３の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【請求項４】
互いに第１の間隙をもって配置された複数の炭素元素からなる線状構造体を含み、互いに前記第１の間隙よりも大きな第２の間隙をもって配置された複数の線状構造体束と、前記第１の間隙及び前記第２の間隙に充填され、前記複数の線状構造体束を保持する充填層とを有し、複数の前記線状構造体束が、一方の面側の端部が他方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第１のグループと、前記他方の面側の端部が前記一方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第２のグループとを有するシート状構造体を含む
ことを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項４記載の電子機器において、
発熱部と放熱部とを更に有し、
前記シート状構造体は、前記発熱部と前記放熱部との間に配置されている
ことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項４記載の電子機器において、
回路基板と電子部品とを更に有し、
前記シート状構造体は、前記回路基板と前記電子部品との間に配置され、前記回路基板と前記電子部品とを電気的に接続する
ことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
第１の基板上の互いに隔てられた複数の領域のそれぞれに、第１の線状構造体束を形成する工程と、
第２の基板上の互いに隔てられた複数の領域のそれぞれに、第２の線状構造体束を形成する工程と、
前記第１の基板の前記第１の線状構造体束が形成された面と、前記第２の基板の前記第２の線状構造体束が形成された面とを向き合わせ、前記第１の線状構造体束と前記第２の線状構造体束とが互いに嵌合して隙間を埋めるように、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる工程と、
前記第１の線状構造体束と前記第２の線状構造体束との間及び前記線状構造体間に充填材を充填し、前記充填材の充填層を形成する工程と、
前記第１の基板及び前記第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。
【請求項８】
請求項７記載のシート状構造体の製造方法において、
前記第１の線状構造体束を形成する工程の後に、前記第１の線状構造体束を液体に浸漬して乾燥させることにより、前記第１の線状構造体束を、上端が狭まっているテーパ状に成形する工程を、
前記第２の線状構造体束を形成する工程の後に、前記第２の線状構造体束を液体に浸漬して乾燥させることにより、前記第２の線状構造体束を、上端が狭まっているテーパ状に成形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。
【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に係り、特に、シートの面に対して垂直方向に配向した炭素元素からなる線状構造体を有する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電子機器に関する。
【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、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（５０Ｗ／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）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。
【特許文献１】特開２００３−２４９６１３号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７６９０号公報
【特許文献３】特開２００５−１５０３６２号公報
【特許文献４】特開２００６−１４７８０１号公報
【特許文献５】特開２００６−３０３２４０号公報
【特許文献６】特開２００７−２８４６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明の目的は、炭素元素からなる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、互いに第１の間隙をもって配置された複数の炭素元素からなる線状構造体を含み、互いに前記第１の間隙よりも大きな第２の間隙をもって配置された複数の線状構造体束と、前記第１の間隙及び前記第２の間隙に充填され、前記複数の線状構造体束を保持する充填層とを有し、複数の前記線状構造体束は、一方の面側の端部が他方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第１のグループと、前記他方の面側の端部が前記一方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第２のグループとを有するシート状構造体が提供される。
【００１０】
また、実施形態の他の観点によれば、互いに第１の間隙をもって配置された複数の炭素元素からなる線状構造体を含み、互いに前記第１の間隙よりも大きな第２の間隙をもって配置された複数の線状構造体束と、前記第１の間隙及び前記第２の間隙に充填され、前記複数の線状構造体束を保持する充填層とを有し、複数の前記線状構造体束が、一方の面側の端部が他方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第１のグループと、前記他方の面側の端部が前記一方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第２のグループとを有するシート状構造体を含む電子機器が提供される。
【００１２】
また、実施形態の更に他の観点によれば、第１の基板上の互いに隔てられた複数の領域のそれぞれに、第１の線状構造体束を形成する工程と、第２の基板上の互いに隔てられた複数の領域のそれぞれに、第２の線状構造体束を形成する工程と、前記第１の基板の前記第１の線状構造体束が形成された面と、前記第２の基板の前記第２の線状構造体束が形成された面とを向き合わせ、前記第１の線状構造体束と前記第２の線状構造体束とが互いに嵌合して隙間を埋めるように、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる工程と、前記第１の線状構造体束と前記第２の線状構造体束との間及び前記線状構造体間に充填材を充填し、前記充填材の充填層を形成する工程と、前記第１の基板及び前記第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】
【００１３】
開示のシート状構造体によれば、線状構造体束がシートの膜厚方向に配向したシート状構造体を容易に形成することができる。また、線状構造体束の両端部は充填層から容易に露出させることができ、被着体に対する熱伝導度及び電気伝導度を向上することができる。これにより、このシート状構造体を用いた電子機器の信頼性を向上することができる。
【００１４】
また、開示のシート状構造体によれば、一方の面側の端部が他方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の線状構造体束と、他方の面側の端部が前記一方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の線状構造体束を用いるので、線状構造体の面密度を大幅に高めることができる。これにより、被着体に対する熱伝導度及び電気伝導度を向上することができる。
【００１５】
また、開示のシート状構造体の製造方法によれば、基板上に互いに離間した複数の炭素元素からなる線状構造体束を形成後、充填材を充填して線状構造体束を保持する充填層を形成するので、充填層の際に線状構造体束の形状変化を防止することができる。これにより、線状構造体束がシートの膜厚方向に配向したシート状構造体を容易に形成することができる。また、線状構造体束の両端部は充填層から容易に露出させることができ、被着体に対する熱伝導度及び電気伝導度を向上することができる。これにより、このシート状構造体を用いた電子機器の信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［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７を用いて説明する。
【００１７】
図１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平面図及び概略断面図である。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熱伝導率とカーボンナノチューブ束の間隔との関係を示すグラフである。図３は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートにおけるカーボンナノチューブ束に好適な間隔を説明する図である。図４は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートにおけるカーボンナノチューブ束の形状を示す平面図である。図５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６及び図７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。
【００１８】
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１を用いて説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、それぞれ、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平面図及び断面図である。
【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１（ａ）に示すように、複数のカーボンナノチューブ束１２が互いに間隔を開けて配置され、この間隙に樹脂材料等の充填層１４が埋め込み形成された構造を有している。
【００２０】
それぞれのカーボンナノチューブ束１２は、図１（ｂ）に示すように、シートの面に垂直な方向に延在するように形成されており、シートの面に垂直な方向に配向した複数のカーボンナノチューブを有している。カーボンナノチューブは、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束１２に含まれるカーボンナノチューブの密度は、放熱性及び電気伝導性の観点から、１×１０１０本／ｃｍ２以上であることが望ましい。
【００２１】
カーボンナノチューブ束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。
【００２２】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では、カーボンナノチューブ束１２間に間隙が設けられ、この間隙に充填層１４が形成されている。これは、カーボンナノチューブ間に充填層１４を形成する際に、充填材の浸透性を高め、カーボンナノチューブが横に倒れるなどの形状変化を抑制し、カーボンナノチューブが元々保持していた配向性を保持するためである（後述の製造方法を参照）。
【００２３】
カーボンナノチューブ束１２間に好適な間隙は、充填層１４となる充填材の粘度等によっても変化するため一概に決定することはできないが、各カーボンナノチューブ束１２を形成するカーボンナノチューブ間の間隙よりも充分に広い幅、好ましくは０．１μｍ〜２００μｍ程度の値に設定することができる。ただし、カーボンナノチューブ束１２の間隔が広くなるほどに、シート面内におけるカーボンナノチューブの面密度が減少、すなわちシートとしての熱伝導度が減少する。また、シート面内におけるカーボンナノチューブの面密度は、カーボンナノチューブ束１２のサイズによっても変化する。したがって、カーボンナノチューブ束１２の間隔は、シートに要求される熱伝導度に応じて、カーボンナノチューブ束１２のサイズをも考慮して、適宜設定することが望ましい。
【００２４】
図２は、シートの熱伝導率とカーボンナノチューブ束１２のサイズ及び間隔との関係の一例を示すグラフである。なお、図２は、カーボンナノチューブ束１２の形成領域が、図１（ａ）に示すような円形を細密充填型に配列した平面パターンを有する場合において、カーボンナノチューブ束１２内のカーボンナノチューブ密度を１×１０１１本／ｃｍ２、カーボンナノチューブ１本当たりの熱伝導率を１０００Ｗ／ｍ・Ｋとして計算した結果である。カーボンナノチューブ束（ＣＮＴ束）１２のサイズ及び間隔とは、カーボンナノチューブ束１２の形成領域の円の直径及び隣接する円との間の最短距離である。また、図中、点線は、従来から用いられているインジウムシートの熱伝導率を示している。
【００２５】
図２に示すように、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導率は、カーボンナノチューブ束１２のサイズ及び間隔に大きく依存し、カーボンナノチューブ束１２のサイズが大きくなるほどに、カーボンナノチューブ束１２の間隔が狭くなるほどに、増加する。
【００２６】
図２のカーボンナノチューブシート１０の場合、インジウムシートと同等以上の熱伝導率（約８０Ｗ／ｍ・Ｋ）のカーボンナノチューブシート１０を得るためには、ＣＮＴ束の径が５０μｍのときにＣＮＴ束の間隔を約４μｍ以下、ＣＮＴ束の径が１００μｍのときにＣＮＴ束の間隔を約７μｍ以下、ＣＮＴ束の径が２００μｍのときにＣＮＴ束の間隔を約１４μｍ以下、ＣＮＴ束の径が５００μｍのときにＣＮＴ束の間隔を約３６μｍ以下、ＣＮＴ束の径が１０００μｍのときにＣＮＴ束の間隔を約７２μｍ以下、ＣＮＴ束の径が２０００μｍのときにＣＮＴ束の間隔を約１５１μｍ以下に設定する。
【００２７】
一方、発熱体としてＣＰＵなどの半導体チップを考慮した場合、半導体チップの動作時には、チップ全体が発熱するのではなく、ホットスポット（発熱源）を中心に発熱する。図３に示すように、ホットスポットがチップ２０の表面近傍に位置する場合、ホットスポットによるチップ１０裏面での発熱領域は、チップ２０の厚さをＴとして、２Ｔφの領域となる。例えば、チップ２０の厚さが１００μｍの場合、裏面の発熱領域はおよそ２００μｍφの領域になると考えられる。このとき、チップ２０の裏面から放熱するためには、放熱パスとなるカーボンナノチューブ束１２が、必ず２００μｍφの領域内に存在することが望ましい。チップ厚が１００μｍよりも薄くなることが少ないことを考慮すると、カーボンナノチューブ束１２の間隔は、２００μｍ以下に設定することが望ましい。
【００２８】
各カーボンナノチューブ束１２の平面形状は、図１（ａ）に示す円形に限定されるものではない。カーボンナノチューブ束１２の平面形状としては、円形のほか、例えば、三角形、四角形、六角形等の多角形等を用いてもよい。
【００２９】
また、複数のカーボンナノチューブ束１２の配置も、図１（ａ）に示すような円形の最密充填型配列に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ束１２を、正方格子の各格子点に位置するように、それぞれ配置してもよい。また、図４（ｃ）に示すように、三角形の平面形状を有するカーボンナノチューブ束１２を、上下の向きを変えて一行ごとに並べるようにしてもよい。また、図４（ｄ）に示すように、カーボンナノチューブ束１２をストライプ状のパターンとしてもよい。また、図４（ｅ）に示すように、カーボンナノチューブ束１２を櫛歯型のパターンとしてもよい。

【００３０】
また、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、カーボンナノチューブ束１２の上端及び下端が、充填層１４によって覆われていない。これにより、カーボンナノチューブシート１０を放熱体又は発熱体と接触したとき、カーボンナノチューブ束１２が放熱体又は発熱体に対して直に接するため、熱伝導効率を大幅に高めることができる。
【００３１】
また、カーボンナノチューブは導電性を有しているため、カーボンナノチューブ束１２の上端及び下端が露出していることにより、カーボンナノチューブ束１２を、シートを貫く配線体として用いることもできる。すなわち、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、熱伝導シートとしてのみならず、縦型配線シートとしても利用可能である。
【００３２】
カーボンナノチューブ束１２の高さと充填層１４の厚さ（いずれもシートの厚さ方向の長さ）との関係は、図５（ａ）に示すように同じであってもよいし、図５（ｂ）に示すようにカーボンナノチューブ束１２の一端部が充填層１４の表面よりも窪んでいてもよいし、図５（ｃ）に示すようにカーボンナノチューブ束１２の一端部が充填層１４の表面よりも突出していてもよい。これら形状は、充填層１４の材料や製造条件を変えることによって作り分けることができる（後述の製造方法を参照）。
【００３３】
図５（ｂ）の形状は、カーボンナノチューブシート１０を放熱体と発熱体との間に配置して圧着したときに、カーボンナノチューブ束１２に加わる応力を充填層１４によって緩和することが期待できる。一方、図５（ｃ）の形状では、放熱体及び発熱体に対するカーボンナノチューブ束１２の密着性を向上し、熱伝導度を向上することが期待できる。カーボンナノチューブ束１２の高さと充填層１４の厚さとの関係は、カーボンナノチューブシート１０の使用目的やシートに加わる応力等に応じて適宜設定することが望ましい。
【００３４】
また、例えば図５（ｄ）に示すように、カーボンナノチューブシート１０の少なくとも一方の表面に、カーボンナノチューブ束１２の端部に接続された被膜１８を形成するようにしてもよい。被膜１８は、充填層１４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１８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。
【００３５】
被膜１８の膜厚は、特に限定されるものではない。被膜１８の膜厚は、カーボンナノチューブシート１０に要求される特性や被膜１８の構成材料に応じて適宜設定することが望ましい。
【００３６】
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（放熱体、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束１２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用いる場合には、導電性を高めることができる。
【００３７】
なお、図５（ｄ）では、図５（ａ）のカーボンナノチューブシート１０の一方の表面に被膜１８を形成した場合を示したが、カーボンナノチューブシート１０の両面に被膜１８を形成してもよい。また、図５（ｂ）又は図５（ｃ）に示されるカーボンナノチューブシート１０の一方の表面又は両面に被膜１８を形成してもよい。
【００３８】
充填層１４の構成材料としては、カーボンナノチューブの埋め込みの際に液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば特に限定されるものではない。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。
【００３９】
また、充填層１４には、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層１４部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１４部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての熱伝導率を向上することができる。また、カーボンナノチューブシートを導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層１４部分に電導性の高い添加物を分散混合する。これにより、充填層１４部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての導電率を向上することができる。充填層１４として例えば有機系充填材などの熱伝導性の低い絶縁材料を用いる場合には、特に有効である。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。
【００４０】
前述の被膜１８は、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性や導電性を向上するとともに、充填層１４の構成材料としてリフロー性を有する材料を用いる場合にあっては、カーボンナノチューブ束１２がばらばらになるのを抑制する効果もある。
【００４１】
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６及び図７を用いて説明する。
【００４２】
まず、カーボンナノチューブシート１０を形成するための土台として用いる基板３０を用意する（図６（ａ））。基板３０としては、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。
【００４３】
基板３０は、カーボンナノチューブシート１０の形成後に剥離されるものである。この目的のもと、基板３０としては、少なくともカーボンナノチューブシート１０に接する面が、カーボンナノチューブシート１０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。或いは、カーボンナノチューブシート１０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。
【００４４】
例えば、充填層１４の材料としてアクリル樹脂を用いる場合、基板３０の表面に、アクリル樹脂に対する接着力の弱い材料、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを形成する。これにより、カーボンナノチューブシート１０を容易に剥離することができる。或いは、基板３０の表面を、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜など、カーボンナノチューブシート１０に対して選択的にエッチングが可能な材料により形成する。これにより、この膜をエッチング除去することにより、カーボンナノチューブシート１０を基板３０から遊離させることができる。
【００４５】
次いで、基板３０上に、スピンコート法により、フォトレジスト膜３２を形成する（図６（ｂ））。
【００４６】
次いで、フォトレジスト膜３２に、フォトリソグラフィにより、カーボンナノチューブ束１２の形成予定領域を露出する開口部３４を形成する（図６（ｃ））。開口部３４のパターンとしては、例えば図１（ａ）に示すパターンを用い、開口部３４の直径（カーボンナノチューブ束１２の形成領域の直径）を１００μｍ、開口部３４間（カーボンナノチューブ束１２間）の間隙を２０μｍとする。なお、フォトレジスト膜３２に形成する開口部３４のパターンとしては、例えば図１（ａ）に示すパターンのほか、図４（ａ）〜（ｅ）に示すような種々のパターンを適用することができる。
【００４７】
次いで、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜を形成し、Ｆｅの触媒金属膜３６を形成する（図６（ｄ））。触媒金属膜３６は、フォトレジスト膜３２上及び開口部３４内の基板３０上に形成される。
【００４８】
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。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よい。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様でよい。
【００４９】
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）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）などの積層構造を適用することができる。
【００５０】
次いで、フォトレジスト膜３２上の触媒金属膜３６を、フォトレジスト膜３２とともにリフトオフし、カーボンナノチューブ束１２の形成予定領域の基板３０上に、触媒金属膜３６を選択的に残存させる（図７（ａ））。
【００５１】
なお、上記の例では、フォトリソグラフィを用いたリフトオフにより触媒金属膜３６をカーボンナノチューブ束１２の形成予定領域に選択的に形成したが、触媒金属膜３６を選択的に形成する方法は、これに限定されるものではない。例えば、カーボンナノチューブ束１２の形成予定領域に開口部を有するメタルマスクを用いてもよい。このメタルマスクにより基板３０の表面を覆った状態で触媒金属をスパッタすることにより、カーボンナノチューブ束１２の形成予定領域に選択的に触媒金属膜３６を形成することができる。
【００５２】
次いで、基板３０上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜３６を触媒として、カーボンナノチューブを成長する。カーボンナノチューブの成長条件は、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を成長することができる。なお、カーボンナノチューブは、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。
【００５３】
こうして、基板３０の触媒金属膜３６が形成された領域上に、基板３０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を有するカーボンナノチューブ束１２を選択的に形成する（図７（ｂ））。なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ束１２では、カーボンナノチューブ束１２内のカーボンナノチューブ密度は、１×１０１１本／ｃｍ２程度であった。
【００５４】
次いで、例えばスピンコート法により、充填層１４となる充填材を塗布する。この際、充填材がカーボンナノチューブ束１２上を覆わないように、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。
【００５５】
例えば、充填材としてアクリル樹脂を用いる場合において、カーボンナノチューブ束１２の高さと充填層１４の厚さとをほぼ等しくするとき（図５（ａ）参照）には、例えば、粘度が４４０ｍＰａ・ｓのアクリル樹脂を、２０００ｒｐｍ、２０秒間の条件で塗布することにより実現することができる。
【００５６】
また、カーボンナノチューブ束１２の高さよりも充填層１４を薄くするとき（図５（ｃ）参照）には、例えば、粘度が４４０ｍＰａ・ｓのアクリル樹脂を、４０００ｒｐｍ、２０秒間の条件で塗布することにより実現することができる。或いは、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）溶液で８０ｗ％に希釈したアクリル樹脂を、２０００ｒｐｍ、２０秒間の条件で塗布することにより実現することができる。
【００５７】
カーボンナノチューブ束１２上を覆うように充填材を形成後、アッシング等によってカーボンナノチューブ束１２の上面を露出するようにしてもよい（第２実施形態を参照）。
【００５８】
充填材は、液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば、特に限定されるものではない。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。
【００５９】
充填層１４を形成する際、基板３０上には複数のカーボンナノチューブ束１２が間隔を開けて形成されているため、塗布した充填材は、まず、この間隙に沿って基板３０の全面に広がる。そしてその後に、充填材は、カーボンナノチューブ束１２内に浸透していく。
【００６０】
カーボンナノチューブが基板上の全面に形成されていると、カーボンナノチューブ束内に充填材が浸透する際、１本１本のカーボンナノチューブ同士の凝集が起こり、カーボンナノチューブ束が元々保持していた配向性を失い、例えば横に倒れるなどの形状変化を起こそうとする。
【００６１】
しかしながら、本実施形態のようにカーボンナノチューブ束１２間に間隙を設けておくことにより、充填材は、基板３０の全面に広がった後に、カーボンナノチューブ束１２内へ浸透していく。このため、カーボンナノチューブ束１２間に先んじて充填された充填材が、カーボンナノチューブ束内に充填材が浸透する際にカーボンナノチューブの形状を保持するためのサポータとしての役割を果たし、カーボンナノチューブ束１２の形状変化を抑制することができる。これにより、カーボンナノチューブ束１２の配向方向を維持したままで、充填層１４を形成することができる。
【００６２】
カーボンナノチューブ束１２間に好適な間隙は、充填材の種類や粘度等によっても変わるため一概に決定することはできない。本発明者等が検討したところでは、０．１μｍ以上の間隔を開けることにより、カーボンナノチューブ束の形状変化を防止できることが確認されている。
【００６３】
なお、樹脂層１４は、充填材の溶液中に基板３０を浸漬することにより形成してもよい（いわゆるディップ法）。この場合にも、カーボンナノチューブ束１２間に設けた間隙により、カーボンナノチューブ束の形状変化を防止できることができる。
【００６４】
次いで、充填材を硬化し、充填材の充填層１４を形成する（図７（ｃ））。例えば、充填材としてアクリル樹脂等の光硬化性の材料を用いる場合には、光照射によって充填材を硬化させることができる。また、充填材としてエポキシ樹脂やシリコーン系樹脂などの熱硬化性の材料を用いる場合には、熱処理によって充填材を硬化させることができる。エポキシ樹脂の場合、例えば１５０℃、１時間の熱処理により、熱硬化することができる。また、シリコーン系樹脂の場合、例えば２００℃、１時間の熱処理により、熱硬化することができる。
【００６５】
なお、充填層１４の硬化後に、カーボンナノチューブ束１２の上端部が充分に露出していない又は充填層１４によって覆われている場合には、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）や酸素プラズマアッシングによって、カーボンナノチューブ束１２の上の充填層１４を除去するようにしてもよい。
【００６６】
次いで、カーボンナノチューブ束１２及び樹脂層１４を基板３０から剥離し、カーボンナノチューブシート１０を得る（図７（ｄ））。
【００６７】
この際、基板３０の表面がカーボンナノチューブシート１０を容易に剥離できる材料によって形成されている場合には、カーボンナノチューブシート１０から基板３０を容易に剥離することができる。例えば、基板３０の表面にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜が形成されており、充填層１４がアクリル樹脂により形成されている場合などである。
【００６８】
或いは、基板３０の表面に、カーボンナノチューブシート１０を容易に剥離することはできないが、カーボンナノチューブシート１０に対して選択的に除去できる層が形成されている場合、この層を選択的に除去することにより基板３０を剥離することができる。例えば基板３０の表面にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜が形成されており、充填層１４がエポキシ樹脂により形成されている場合などである。このシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を弗酸水溶液や熱リン酸などを用いたウェットエッチングにより除去することにより、カーボンナノチューブシート１０を基板３０から遊離させることができる。
【００６９】
基板３０の表面が、カーボンナノチューブシート１０を容易に剥離することができず、選択的に除去することもできない材料により形成されている場合、鋭利な刃物によってカーボンナノチューブシート１０を基板３０から剥離することができる。例えば基板３０がサファイア基板であり、充填層１４がシリコーン系樹脂により形成されている場合である。基板３０とカーボンナノチューブシート１０との間に鋭利な刃物を入れることにより、カーボンナノチューブシート１０を基板３０から剥離することができる。
【００７０】
剥離前、カーボンナノチューブ束１２は基板３０に直に接しているため、剥離したカーボンナノチューブシート１０の基板３０側の面には、カーボンナノチューブ束１２が露出している。したがって、上述の製造方法により形成したカーボンナノチューブシート１０では、カーボンナノチューブ束１２をシートの両面に露出させることができる。
【００７１】
なお、充填材としてアクリル樹脂を用いた場合、アクリル樹脂が硬化する過程において、充填材とカーボンナノチューブとの体積収縮率の違いにより、カーボンナノチューブ束１２部分が相対的に窪む。すなわち、基板３０に接していた側のカーボンナノチューブシート１０の面において、カーボンナノチューブ束１２の端部が、充填層１４の表面よりも窪んだ形状となる（図５（ｂ）参照）。この窪みは、シートの熱膨張の応力緩和に利用でき、密着性をサポートするといった役割も果たすことができる。
【００７２】
この後、必要に応じて、カーボンナノチューブシート１０の一方の表面又は両面に、被膜１８を形成する（図５（ｄ）参照）。被膜１８は、例えばスパッタ法により、形成することができる。例えば、膜厚１０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜と例えば膜厚５０ｎｍの金（Ａｕ）膜との積層膜の被膜１８を適用することができる。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、基板上に互いに離間した複数のカーボンナノチューブ束を形成後、充填材を充填してカーボンナノチューブ束を保持する充填層を形成するので、充填層の際にカーボンナノチューブ束の形状変化を防止することができる。これにより、カーボンナノチューブ束がシートの膜厚方向に配向した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束の両端部は充填層から露出できるので、被着体に対する熱伝導度及び電気伝導度を向上することができる。
【００７４】
［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８乃至図１１を用いて説明する。なお、図１乃至図７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一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００７５】
図８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斜視図及び概略断面図である。図９乃至図１１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。
【００７６】
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８を用いて説明する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、それぞれ、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斜視図及び断面図である。
【００７７】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図８（ａ）に示すように、ストライプ状のパターンを有するカーボンナノチューブ束１２が、充填層１４によって埋め込まれたものである。また、図８（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ束１２の端部位置が、シートの両面において、充填層１４の表面よりも高くなっている。
【００７８】
このようなカーボンナノチューブシート１０を形成することにより、このシートを放熱体又は発熱体と接触したとき、カーボンナノチューブ束１２を放熱体又は発熱体に対して容易且つ確実に接続することができ、熱伝導効率を大幅に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利用する場合にあっては、他の配線構造体に対して容易且つ確実に接続することができ、接触抵抗を大幅に低減することができる。
【００７９】
また、本実施形態のカーボンナノチューブシート１０が接する他の構造体の表面に、本実施形態のカーボンナノチューブシート１０の表面凹凸に嵌合する表面凹凸を形成しておけば、互いの凹凸が噛み合い密着性の高い接続を得ることができる。本実施形態のカーボンナノチューブシート１０が有するストライプ状の凹凸パターンなどは、このような目的に好適なパターンであると考えられる。
【００８０】
充填層１４に対するカーボンナノチューブ束１２の突出量は、他の構造体に対する接続を確実にするという観点からは、約１μｍ以下（例えば、５００ｎｍ程度）で充分である。後述する本実施形態の製造方法によれば、カーボンナノチューブ束１２の突出量を容易に制御することができる。
【００８１】
なお、図８の例では、シートの両面において、カーボンナノチューブ束１２の端部を充填層１４の表面よりも突出させているが、シートの一方の面だけをこのようにしてもよい。カーボンナノチューブ束１２の平面パターン、充填層１４の構成材料、カーボンナノチューブ束１２や充填層１４の製造条件や膜厚その他の物性値等は、第１実施形態のカーボンナノチューブシートの場合と同様である。
【００８２】
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９乃至図１１を用いて説明する。なお、本実施形態におけるカーボンナノチューブシートの詳細な製造条件は、第１実施形態の場合と同様である。
【００８３】
まず、カーボンナノチューブシート１０を形成するための土台として用いる基板３０を用意する。基板３０としては、例えば、シリコン基板上に膜厚１μｍ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。
【００８４】
次いで、基板３０上に、フォトリソグラフィにより、カーボンナノチューブ束１２の形成予定領域を露出する開口部３４を有するフォトレジスト膜３２を形成する。
【００８５】
次いで、フォトレジスト膜３２をマスクとして基板３０を異方性エッチングし、基板３０の表面に、深さ５００ｎｍ程度の凹部３８を形成する（図９（ａ））。凹部３８は、基板３０のカーボンナノチューブ束１２形成予定領域に形成される。なお、凹部３８の幅は例えば１００μｍ、凹部３８の間隔は例えば２０μｍに設定することができる。凹部３８の幅及び間隔は、カーボンナノチューブシート１０に求められる熱伝導率等に応じて適宜設定することが望ましい。
【００８６】
凹部３８の深さは、充填層１４に対するカーボンナノチューブ束１２の突出量に対応するものである。したがって、凹部３８の深さを適宜設定することにより、充填層１４に対するカーボンナノチューブ束１２の突出量を制御することができる。
【００８７】
次いで、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜を形成し、Ｆｅの触媒金属膜３６を形成する（図９（ｂ））。触媒金属膜３６は、フォトレジスト膜３２上及び基板３０の凹部３８内に形成される。
【００８８】
次いで、フォトレジスト膜３２上の触媒金属膜３６をフォトレジスト膜３２とともにリフトオフし、触媒金属膜３６を基板３０の凹部３８内に選択的に残存させる（図９（ｃ））。
【００８９】
次いで、基板３０上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜３６を触媒として、カーボンナノチューブを成長する。これにより、基板３０の凹部３８形成領域に、基板３０の法線方向に配向した複数のカーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブ束１２を選択的に形成する（図１０（ａ））。
【００９０】
次いで、例えばスピンコート法により、例えばエポキシ樹脂を塗布した後、例えば１５０℃、１時間の熱処理を行い、エポキシ樹脂を硬化させる。これにより、エポキシ樹脂の充填層１４を形成する（図１０（ｂ））。
【００９１】
次いで、例えば酸素プラズマを用いたアッシングにより、充填層１４の上部を除去し、カーボンナノチューブ束１２の上端部を露出させる（図１１（ａ））。アッシング条件は、例えばパワーを２００Ｗ、時間を１０分間とすることができる。酸素プラズマを用いたアッシングの代わりに、酸素雰囲気中で加熱することによって充填層１４の上部を除去するようにしてもよい。
【００９２】
充填層１４としてエポキシを用いた場合、カーボンナノチューブ束１２に対する充填層１４の選択比が１．２６程度となる。したがって、充填層１４の上部からアッシングすることにより、カーボンナノチューブ束１２の上端部の高さを充填層１４の表面よりも高くすることができる。また、充填層１４のエッチング量を適宜設定することにより、充填層１４に対するカーボンナノチューブ束１２の突出量を制御することができる。
【００９３】
酸素プラズマを用いたアッシングの前に、例えば化学的機械的研磨によってカーボンナノチューブ束１２の上端部を露出しておいてもよい。
【００９４】
なお、本実施形態ではカーボンナノチューブ束１２の上端部を覆うように充填層１４を形成しているが、第１実施形態の場合のように、充填層１４の塗布条件を制御することによってカーボンナノチューブ束１２の上端部を露出するようにしてもよい。この場合、図１１（ａ）の工程は不要である。また、シートの一方の面側だけカーボンナノチューブ束１２の端部を充填層１４の表面よりも突出させる場合には、図１１（ａ）の工程では、カーボンナノチューブ束１２の上端部を露出させれば充分である。
【００９５】
次いで、カーボンナノチューブ束１２及び樹脂層１４を基板３０から剥離し、シートの両面で充填層１４の表面よりもカーボンナノチューブ束１２が突出しているカーボンナノチューブシート１０を得る（図１１（ｂ））。
【００９６】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブ束の端部が充填層の表面より突出している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。これにより、被着体に対する熱伝導度及び電気伝導度を更に向上することができる。
【００９７】
［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１２乃至図１４を用いて説明する。なお、図１乃至図１１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一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００９８】
図１２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斜視図及び概略断面図である。図１３及び図１４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。
【００９９】
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１２を用いて説明する。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、それぞれ、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斜視図及び断面図である。
【０１００】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１２（ａ）に示すように、ストライプ状のパターンを有するカーボンナノチューブ束１２が、充填層１４によって埋め込まれたものである。また、図１２（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ束１２の端部位置が、シートの一方の面において、充填層１４の表面よりも低くなっている。カーボンナノチューブ束１２の端部は、充填層１４により覆われていない。
【０１０１】
このようなカーボンナノチューブシート１０を形成することにより、カーボンナノチューブシート１０を放熱体又は発熱体と接触したとき、カーボンナノチューブ束１２を放熱体又は発熱体に対して直接接続することができ、熱伝導効率を大幅に高めることができる。また、カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとして利用する場合にあっては、他の配線構造体に対して直接接続することができ、接触抵抗を大幅に低減することができる。また、第１実施形態で述べたように、カーボンナノチューブシート１０を放熱体と発熱体との間に配置して圧着したときに、カーボンナノチューブ束１２に加わる応力を充填層１４によって緩和することが期待できる。
【０１０２】
また、本実施形態のカーボンナノチューブシート１０が接する他の構造体の表面に、本実施形態のカーボンナノチューブシート１０の表面凹凸に嵌合する表面凹凸を形成しておけば、互いの凹凸が噛み合い密着性の高い接続を得ることができる。本実施形態のカーボンナノチューブシート１０が有するストライプ状の凹凸パターンなどは、このような目的に好適なパターンであると考えられる。
【０１０３】
カーボンナノチューブ束１２の平面パターン、充填層１４の構成材料、カーボンナノチューブ束１２や充填層１４の製造条件や膜厚その他の物性値等は、第１実施形態のカーボンナノチューブシートの場合と同様である。
【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１３及び図１４を用いて説明する。なお、本実施形態におけるカーボンナノチューブシートの詳細な製造条件は、第１実施形態の場合と同様である。
【０１０５】
まず、カーボンナノチューブシート１０を形成するための土台として用いる基板３０を用意する。基板３０としては、例えば、シリコン基板上に膜厚１μｍ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。
【０１０６】
次いで、基板３０上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜を形成し、Ｆｅの触媒金属膜３６を形成する（図１３（ａ））。
【０１０７】
次いで、基板３０上に、フォトリソグラフィにより、カーボンナノチューブ束１２の形成予定領域を覆い、他の領域を露出する開口部３４を有するフォトレジスト膜３２を形成する。
【０１０８】
次いで、フォトレジスト膜３２をマスクとして触媒金属膜３６及び基板３０を異方性エッチングし、基板３０の表面に、深さ５００ｎｍ程度の凹部３８を形成する（図１３（ｂ））。凹部３８は、基板３０のカーボンナノチューブ束１２形成予定領域以外の領域に形成される。なお、凹部３８の幅は例えば２０μｍ、凹部３８の間隔は例えば１００μｍに設定することができる。凹部３８の幅及び間隔は、カーボンナノチューブシート１０に求められる熱伝導率等に応じて適宜設定することが望ましい。
【０１０９】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜３２を除去する（図１３（ｃ））。
【０１１０】
次いで、基板３０上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜３６を触媒として、カーボンナノチューブを成長する。これにより、基板３０の凹部３８形成領域以外の領域に、基板３０の法線方向に配向した複数のカーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブ束１２を選択的に形成する（図１４（ａ））。
【０１１１】
次いで、例えばスピンコート法により、例えばエポキシ樹脂を塗布した後、例えば１５０℃、１時間の熱処理を行い、エポキシ樹脂を硬化させる。これにより、エポキシ樹脂の充填層１４を形成する。充填層１４は、基板３０の凹部３８内にも形成される（図１４（ｂ））。
【０１１２】
なお、図１４（ｂ）では、カーボンナノチューブ束１２の表面と充填層１４の表面とを平坦にした場合を示しているが、カーボンナノチューブ束１２の端部が充填層１４の表面よりも突出するようにしてもよい。これら形状を作り分ける手法は、第１及び第２実施形態の場合と同様である。
【０１１３】
次いで、カーボンナノチューブ束１２及び樹脂層１４を基板３０から剥離し、シートの一方の面でカーボンナノチューブ束１２の端部位置が充填層１４の表面よりも低いカーボンナノチューブシート１０を得る（図１４（ｃ））。
【０１１４】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブ束の端部が充填層の表面より窪んでいる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。これにより、カーボンナノチューブシートを被着体に圧着したときに、カーボンナノチューブ束に加わる応力を充填層によって緩和することができる。
【０１１５】
［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１５乃至図１９を用いて説明する。なお、図１乃至図１４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一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１１６】
図１５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平面図及び概略断面図である。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構造を示す斜視図である。図１７乃至図１９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図である。
【０１１７】
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１５及び図１６を用いて説明する。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、それぞれ、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平面図及び断面図である。
【０１１８】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１５及び図１６に示すように、複数のカーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂが互いに間隔を開けて配置され、この間隙に樹脂材料等の充填層１４が埋め込み形成された構造を有している点で、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と共通している。
【０１１９】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では、複数のカーボンナノチューブ束１２のそれぞれは、一方の端部の径が他方の端部の径よりも狭まっているテーパ形状を有している。各カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂは、径の大きい端部側から径の小さい端部側に向かってカーボンナノチューブ間の間隔が徐々に狭まっていることにより、テーパ形状となっている。換言すると、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの径の大きい端部側と径の小さい端部側とで、カーボンナノチューブの本数は実質的に変化していない。
【０１２０】
複数のカーボンナノチューブ束１２は、カーボンナノチューブシート１０の一方の面側の径が小さいカーボンナノチューブ束１２ａと、カーボンナノチューブシート１０の他方の面側の径が小さいカーボンナノチューブ束１２ｂとの、２つのグループに分けられる。カーボンナノチューブ束１２ａとカーボンナノチューブ束１２ｂとは、例えば図１５（ｂ）及び図１６に示すように、互いに嵌合して隙間を埋めるように配置されている。
【０１２１】
カーボンナノチューブシート１０を一方の表面側から見ると、例えば図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ束１２ａの径の小さい端部と、カーボンナノチューブ束１２ｂの径の大きい端部とが露出している。カーボンナノチューブシート１０の他方の表面側には、図１５（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ束１２ａの径の大きい端部と、カーボンナノチューブ束１２ｂの径の小さい端部とが露出している。
【０１２２】
このようなカーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂを用いることにより、カーボンナノチューブシート１０の単位面積当たりのカーボンナノチューブの本数（カーボンナノチューブの面密度）を向上することができる。
【０１２３】
例えば、カーボンナノチューブ束１２ｂの径の大きい端部における径と配置間隔を、図１（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カーボンナノチューブ束１２と同じにした場合を考える。この場合、図１５（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ束１２ｂの間隙に、同じ本数のカーボンナノチューブ束１２ａを更に配置することができる。すなわち、カーボンナノチューブシート１０におけるカーボンナノチューブの面密度を倍にすることができる。これにより、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性及び電気伝導性を大幅に向上することができる。
【０１２４】
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１７乃至図１９を用いて説明する。
【０１２５】
まず、例えば第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束１２の形成予定領域の基板３０ａ上に、触媒金属膜３６を選択的に形成する（図１７（ａ））。基板３０ａは、第１乃至第３実施形態における基板３０と同様である。
【０１２６】
次いで、基板３０ａ上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜３６を触媒として、カーボンナノチューブを成長する。これにより、基板３０ａの触媒金属膜３６が形成された領域上に、基板３０ａの法線方向に配向した複数のカーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブ束１２を選択的に形成する（図１７（ｂ））。
【０１２７】
次いで、カーボンナノチューブ束１２が形成された基板３０ａを液体中に浸漬し、乾燥させる。カーボンナノチューブ束１２を液体中に浸漬すると、カーボンナノチューブの間隙が液体で満たされる。この状態で液体が蒸発していくと、カーボンナノチューブ間の液体の体積が減少するに伴い、表面張力によって隣接するカーボンナノチューブ間に引力が働く。カーボンナノチューブ束１２の基板３０ａ側の端部は基板３０ａに拘束されているため、カーボンナノチューブ間の間隔は変化しない。一方、カーボンナノチューブの先端は固定されていないため、カーボンナノチューブ間の間隔は徐々に狭まっていく。カーボンナノチューブ間の間隙が十分に狭くなると、カーボンナノチューブ同士はファンデルワース力によって固定される。これにより、液体を乾燥した後のカーボンナノチューブ束１２は、先端部の径が基板３０ａ側の径よりも小さいテーパ形状のカーボンナノチューブ束１２ａとなる（図１７（ｃ））。
【０１２８】
カーボンナノチューブ束１２をテーパ形状にする際に用いる液体は、カーボンナノチューブに対して濡れ性が高く、カーボンナノチューブが破壊されるような高温でなくても蒸発できる液体であれば、特に限定されるものではない。例えば、アルコール系薬液やケトン系薬液などなどの有機薬液を好適に利用することができる。アルコール系薬液としては、特に限定されるものではないが、例えば、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール等を適用することができる。また、ケトン系薬液としては、特に限定されるものではないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等を適用することができる。
【０１２９】
次いで、図１７（ａ）乃至図１７（ｃ）に示す工程と同様にして、基板３０ｂ上に、テーパ形状のカーボンナノチューブ束１２ｂを形成する。
【０１３０】
次いで、基板３０ａのカーボンナノチューブ束１２ａが形成された面と、基板３０ｂのカーボンナノチューブ束１２ｂが形成された面とが対向するように、基板３０ａと基板３０ｂとを貼り合わせる（図１８（ａ）〜図１８（ｂ））。
【０１３１】
このとき、カーボンナノチューブ束１２ａとカーボンナノチューブ束１２ｂとが互いに嵌合して隙間を埋めるように、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂをレイアウトしておく。これにより、カーボンナノチューブ束１２ａ間の間隙及びカーボンナノチューブ束１２ｂの間隙が、互いに埋め込まれる。また、カーボンナノチューブ束１２ａの先端が基板３０ｂの表面に、カーボンナノチューブ束１２ｂの先端が基板３０ａの表面に接触する。
【０１３２】
なお、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの配置領域は、互いに隙間を埋めるような関係であれば本実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。カーボンナノチューブ束１２ａの形成領域の形状・広さと、カーボンナノチューブ束１２ｂの形成領域の形状・広さとが異なってもよいし、カーボンナノチューブ束１２ａとカーボンナノチューブ束１２ｂとで互いに配列が異なってもよい。
【０１３３】
次いで、例えばポッティング法により、充填層１４となる充填材を、基板３０ａと基板３０ｂとの間に埋設し、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂ間を充填層１４によって埋め込む（図１９（ａ））。この際、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの端部は基板３０ａ，３０ｂに直に接しているため、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの端部が充填層１４により被覆されることはない。カーボンナノチューブの凝集を防止する効果については、第１実施形態の場合と同様である。
【０１３４】
次いで、例えば第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束１２ａ，１２ｂ及び充填層１４を基板３０ａ，３０ｂから剥離し、カーボンナノチューブシート１０を得る（図１９（ｂ））。
【０１３５】
次いで、必要に応じて、充填層１４のエッチバック等を行い、充填層１４の表面よりもカーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの端部を突出させる。
【０１３６】
このように、本実施形態によれば、一方の面側の径が小さいカーボンナノチューブ束と、他方の面側の径が小さいカーボンナノチューブ束とを有するカーボンナノチューブシートを形成するので、カーボンナノチューブの面密度を大幅に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シートの熱伝導性及び／又は導電性を大幅に向上することができる。
【０１３７】
［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２０乃至図２２を用いて説明する。なお、図１乃至図１９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一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１３８】
図２０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平面図である。図２１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平面図である。図２２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図である。
【０１３９】
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では、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの形成領域を円形の細密充填型配列とした２つの基板３０ａ，３０ｂを貼り合わせることにより、カーボンナノチューブの面密度を向上した。この場合、貼り合わせた後のカーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの平面的な配列を見ると、図２０に示すように、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂが配置されていない領域１６が発生することがわかる。この領域１６に更にカーボンナノチューブ束を配置すれば、カーボンナノチューブの面密度を更に向上することができる。
【０１４０】
図２１は、領域１６にカーボンナノチューブ束１２ｃを更に配置した本実施形態によるカーボンナノチューブシートにおけるカーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂ，１２ｃの平面的な配列を示したものである。カーボンナノチューブ束１２ｃの径は、領域１６の広さに対応して、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの径とは異なる径にしている。
【０１４１】
このようにして、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂでは埋めることのできない間隙の余剰をカーボンナノチューブ束１２ｃで埋めることにより、カーボンナノチューブの面密度を更に向上することができ、ひいてはカーボンナノチューブシートの熱伝導性、電気伝導性を向上することができる。
【０１４２】
カーボンナノチューブ束１２ｃは、特に限定されるものではないが、例えば図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ束１２ａの形成と同時に基板３０ａ側に形成することができる。カーボンナノチューブ束１２ｃは、基板３０ｂ側に形成するようにしてもよいし、基板３０ａ，３０ｂの双方に分けて形成するようにしてもよい。
【０１４３】
なお、本実施形態では、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの形成領域を円形の細密充填型配列とした第４実施形態によるカーボンナノチューブシートを例にして説明したが、本実施形態の手法を適用可能なレイアウトはこれに限定されるものではない。基板３０ａ上に形成したカーボンナノチューブ束１２ａと基板３０ｂ上に形成したカーボンナノチューブ束１２ｂによって埋め込むことができない間隙の余剰が発生した場合に、その空間を埋め込むための新たなカーボンナノチューブ束１２ｃを配置するようにすればよい。
【０１４４】
このように、本実施形態によれば、一方の面側の径が小さいカーボンナノチューブ束と他方の面側の径が小さいカーボンナノチューブ束に加え、間隙の余剰を埋めるカーボンナノチューブ束を配置するので、カーボンナノチューブの面密度を更に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シートの熱伝導性及び／又は導電性を大幅に向上することができる。
【０１４５】
［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２３を用いて説明する。なお、図１乃至図２２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一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１４６】
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構造を示す概略断面図である。
【０１４７】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、テーパ形状のカーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂが充填層１４内に形成されている点で、第４及び第５実施形態によるカーボンナノチューブシートと共通している。本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では更に、シートの両面に、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの端部に接続された被膜１８を有している。
【０１４８】
シートの両面に設けられた被膜１８は、充填層１４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１８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。
【０１４９】
被膜１８の膜厚は、特に限定されるものではない。被膜１８の膜厚は、カーボンナノチューブシート１０に要求される特性や被膜１８の構成材料に応じて適宜設定することが望ましい。
【０１５０】
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（放熱体、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束１２ａ，１２ｂ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用いる場合には、導電性を高めることができる。
【０１５１】
被膜１８は、例えば第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において、図１９（ｂ）に示す工程の後、例えばスパッタ法により、形成することができる。例えば、膜厚１０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜と例えば膜厚５０ｎｍの金（Ａｕ）膜との積層膜の被膜１８を適用することができる。
【０１５２】
このように、本実施形態によれば、シートの両面に、カーボンナノチューブ束の端部に接して熱伝導率の高い材料の被膜を形成するので、シートと被着体との間の接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に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電気伝導性を向上することができる。
【０１５３】
［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２４及び図２５を用いて説明する。なお、図１乃至図２３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一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１５４】
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、図２５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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、テーパ形状のカーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂが充填層１４内に形成されている点で、第４及び第５実施形態によるカーボンナノチューブシートと共通している。本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では更に、カーボンナノチューブ束１２ａの表面に沿って形成された皮膜１８ａと、カーボンナノチューブ束１２ｂの表面に沿って形成された皮膜１８ｂと、シートの一方の面の全面に形成された皮膜１８ｃと、シートの一方の面の全面に形成された皮膜１８ｄとを有している。
【０１５７】
被膜１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、第６実施形態の被膜１８と同様、充填層１４の構成材料よりも熱伝導率の高い材料により形成されている。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途に用いる場合には、導電性を有する材料により形成する。
【０１５８】
被膜１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ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束１２ａ，１２ｂ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用いる場合には、導電性を高めることができる。
【０１５９】
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を用いて説明する。
【０１６０】
まず、例えば図１７（ａ）乃至図１７（ｃ）に示す第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と同様にして、基板３０ａ上に、テーパ形状のカーボンナノチューブ束１２ａを形成する（図２５（ａ））。
【０１６１】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば、膜厚１０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜と例えば膜厚５０ｎｍの金（Ａｕ）膜とを堆積し、Ａｕ／Ｔｉの積層膜の被膜１８ａを形成する（図２５（ｂ））。
【０１６２】
同様にして、基板３０ｂ上に、テーパ形状のカーボンナノチューブ束１２ａと、被膜１８ｂを形成する。
【０１６３】
次いで、例えば図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示す第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と同様にして、基板３０ａと基板３０ｂとを貼り合わせる（図２５（ｃ））。
【０１６４】
この際、被膜１８ａ，１８ｂの少なくとも表面を、互いに熱圧着しうる材料（例えば金）により形成しておくことが望ましい。このようにしておくと、加熱しながら基板３０ａと基板３０ｂとの間に圧力を加えることにより、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの上端部で被膜１８ａ，１８ｂとを熱圧着することができ、被膜１８ａ，１８ｂ間の接続を確実にすることができる。
【０１６５】
次いで、例えばポッティング法により、充填層１４となる充填材を、基板３０ａと基板３０ｂとの間に埋設し、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂ間を充填層１４によって埋め込む。この際、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの端部は基板３０ａ，３０ｂに直に接しているため、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂの端部が充填層１４により被覆されることはない。カーボンナノチューブの凝集を防止する効果については、第１実施形態の場合と同様である。
【０１６６】
次いで、例えば第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３０ａ，３０ｂを剥離する。
【０１６７】
次いで、例えば第６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、シートの両面に、例えばスパッタ法により、例えば、膜厚１０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜と例えば膜厚５０ｎｍの金（Ａｕ）膜とを堆積する。これにより、Ａｕ／Ｔｉの積層膜の被膜１８ｃ，１８ｄを形成する（図２５（ｄ））。
【０１６８】
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を完成する。
【０１６９】
このように、本実施形態によれば、シートの両面に、カーボンナノチューブ束の端部に接して熱伝導率の高い材料の被膜を形成するので、シートと被着体との間の接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に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電気伝導性を向上することができる。
【０１７０】
［第８実施形態］
第８実施形態による電子機器について図２６を用いて説明する。
【０１７１】
図２６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。
【０１７２】
本実施形態では、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を縦型配線シートとして適用した電子機器について説明する。
【０１７３】
多層配線基板などの回路基板４０上には、例えばＣＰＵなどの半導体素子４６が実装されている。半導体素子４６は、はんだバンプ４２を介して回路基板４０に電気的に接続されており、回路基板４０と半導体素子４６との間にはアンダーフィル４４が充填されている。
【０１７４】
半導体素子４６上には、半導体素子４６を覆うように、半導体素子４６からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ５０が形成されている。半導体素子４６とヒートスプレッダ５０との間には、カーボンナノチューブシート４８が形成されている。
【０１７５】
ヒートスプレッダ５０上には、ヒートスプレッダ５０に伝わった熱を放熱するためのヒートシンク５４が形成されている。ヒートスプレッダ５０とヒートシンク５４との間には、カーボンナノチューブシート５２が形成されている。
【０１７６】
このように、本実施形態による電子機器では、半導体素子４６とヒートスプレッダ５０との間及びヒートスプレッダ５０とヒートシンク５４との間に、カーボンナノチューブシート４８，５２がそれぞれ設けられている。
【０１７７】
第１乃至第７実施形態に示したように、開示のカーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブ束１２がシートの膜面に対して垂直方向に配向しており、面直方向の熱伝導度が極めて高いものである。
【０１７８】
したがって、開示のカーボンナノチューブシートを、半導体素子４６とヒートスプレッダ５０との間及びヒートスプレッダ５０とヒートシンク５４との間に形成する熱伝導シートとして用いることにより、半導体素子４６から発せられた熱を効率よくヒートスプレッダ５０及びヒートシンク５４に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１７９】
このように、本実施形態によれば、半導体素子とヒートスプレッダとの間及びヒートスプレッダとヒートシンクとの間に、カーボンナノチューブ束がシートの膜厚方向に配向したカーボンナノチューブシートを配置するので、これら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、半導体素子から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１８０】
［第９実施形態］
第９実施形態による電子機器について図２７を用いて説明する。
【０１８１】
図２７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。
【０１８２】
本実施形態では、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を縦型配線シートとして適用した電子機器について説明する。
【０１８３】
多層配線基板などの回路基板４０上には、例えばＣＰＵなどの半導体素子４６が実装されている。回路基板４０と半導体素子４６との間には、カーボンナノチューブシート５６が形成されている。回路基板４０と半導体素子４６とは、カーボンナノチューブシート５６のカーボンナノチューブ束１２を介して電気的に接続されている。
【０１８４】
このように、本実施形態による電子機器では、回路基板４０と半導体素子４６との間に、カーボンナノチューブシート５６が設けられている。
【０１８５】
第１乃至第７実施形態に示したように、開示のカーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブ束１２がシートの膜面に対して垂直方向に配向しており、シートの両面にカーボンナノチューブ束１２の端部が露出している。また、カーボンナノチューブは、配線材料としても用いられる導電体である。
【０１８６】
したがって、開示のカーボンナノチューブシートを回路基板４０と半導体素子４６と間に形成する縦型配線シートとして用いることにより、回路基板４０と半導体素子４６との間を電気的に接続することができる。
【０１８７】
このように、本実施形態によれば、回路基板と半導体素子との間に、カーボンナノチューブ束がシートの膜厚方向に配向したカーボンナノチューブシートを配置するので、これらを電気的に接続することができる。
【０１８８】
［第１０実施形態］
第１０実施形態による電子機器について図２８を用いて説明する。
【０１８９】
図２８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。
【０１９０】
本実施形態では、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を、導電性シートを兼ねる熱伝導性シートとして適用した電子機器について説明する。
【０１９１】
図２８に示すように、無線通信基地局などに用いられる高出力増幅器（ＨＰＡ：High Power Amplifier）６０は、パッケージ６２に組み込まれ、パッケージ６２の裏面においてヒートシンク６４に接合される。高出力増幅器６０から発せられた熱は、パッケージ６２の裏面を通してヒートシンク６４に放熱される。同時に、パッケージ６２は、電気的なグラウンド（接地面）としても用いられるものであり、ヒートシンク６４に対しても電気的に接続される。このため、パッケージ６２とヒートシンク６４との接合には、電気及び熱に対する良導体を用いることが望ましい。
【０１９２】
したがって、パッケージ６２とヒートシンク６４との接合部に、図２８に示すように、カーボンナノチューブシート６６を用いることにより、パッケージ６２とヒートシンク６４とを電気的に接続することができる。また、高出力増幅器６０発せられた熱を効率よくヒートシンク６４に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１９３】
このように、本実施形態によれば、高出力増幅器のパッケージとヒートシンクとの間に、カーボンナノチューブ束がシートの膜厚方向に配向したカーボンナノチューブシートを配置するので、これら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、高出力増幅器から発せられる熱の放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。また、高出力増幅器とグラウンドとしてのヒートシンクとを電気的に接続することもできる。
【０１９４】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１９５】
例えば、上記実施形態では、複数の炭素元素からなる線状構造体を含む複数の線状構造体束を用いたシート状構造体の例として、複数のカーボンナノチューブを含む複数のカーボンナノチューブ束を用いたカーボンナノチューブを示したが、これに限定されるものではない。炭素元素からなる線状構造体を用いたシート状構造体に広く適用することができる。炭素元素からなる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シート状構造体においても適用することができる。
【０１９６】
また、上記第４乃至第７実施形態では、テーパ形状のカーボンナノチューブ束を形成した２つの基板を貼り合わせることによりカーボンナノチューブシートを形成したが、カーボンナノチューブ束１２ａ，１２ｂは、必ずしもテーパ形状に成形しなくてもよい。上記実施形態においてカーボンナノチューブ束をテーパ形状にしているのは、カーボンナノチューブの面密度を向上するためである。カーボンナノチューブ束をテーパ形状にしなくても十分な特性を得られる場合には、カーボンナノチューブ束を必ずしもテーパ形状に成形する必要はない。また、両方の基板のカーボンナノチューブ束をテーパ形状にする必要はなく、いずれか一方だけをテーパ形状にするようにしてもよい。
【０１９７】
また、上記第６及び第７実施形態では、第４実施形態のカーボンナノチューブシートの表面に充填材よりも熱伝導率の低い材料の被膜を形成する例を示したが、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に同様の被膜を形成するようにしてもよい。
【０１９８】
また、上記実施形態に開示の構成材料や製造条件は、当該開示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。
【０１９９】
また、カーボンナノチューブシートの使用目的も、上記実施形態に開示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。
【０２００】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０２０１】
（付記１）  互いに第１の間隙をもって配置された複数の炭素元素からなる線状構造体を含み、互いに前記第１の間隙よりも大きな第２の間隙をもって配置された複数の線状構造体束と、
前記第１の間隙及び前記第２の間隙に充填され、前記複数の線状構造体束を保持する充填層と
を有することを特徴とするシート状構造体。
【０２０２】
（付記２）  互いに第１の間隙をもって配置された複数の炭素元素からなる線状構造体を含み、互いに前記第１の間隙よりも大きな第２の間隙をもって配置された複数の線状構造体束と、
前記第１の間隙及び前記第２の間隙に充填され、前記複数の線状構造体束を保持する充填層とを有し、
複数の前記線状構造体束は、一方の面側の端部が他方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第１のグループと、前記他方の面側の端部が前記一方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第２のグループとを有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【０２０３】
（付記３）  付記２記載のシート状構造体において、
前記第１のグループに含まれる前記線状構造体束、及び前記第２のグループに含まれる前記線状構造体束は、互いに嵌合して隙間を埋めるように配置されている
ことを特徴とするシート状構造体。
【０２０４】
（付記４）  付記３記載のシート状構造体において、
複数の前記線状構造体束は、前記第１のグループに含まれる前記線状構造体束及び前記第２のグループに含まれる前記線状構造体束では埋められない余剰の隙間を埋めるための前記線状構造体束の第３のグループを更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【０２０５】
（付記５）  付記２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、
前記第１のグループに含まれるテーパ状の前記線状構造体束の表面に形成され、前記充填材よりも熱伝導率の高い第１の被膜と、
前記第２のグループに含まれるテーパ状の前記線状構造体束の表面に形成され、前記充填材よりも熱伝導率の高い第２の被膜と
を更に有することを特徴とするシート状構造体。
【０２０６】
（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において、
前記複数の線状構造体束を形成する前記複数の線状構造体のそれぞれは、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。
【０２０７】
（付記７）  付記１乃至６のいずれか１項に記載のシート状構造体において、
複数の前記線状構造体束の端部に接続され、前記充填材よりも熱伝導率の高い第３の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【０２０８】
（付記８）  互いに第１の間隙をもって配置された複数の炭素元素からなる線状構造体を含み、互いに前記第１の間隙よりも大きな第２の間隙をもって配置された複数の線状構造体束と、前記第１の間隙及び前記第２の間隙に充填され、前記複数の線状構造体束を保持する充填層とを有するシート状構造体を含む
ことを特徴とする電子機器。
【０２０９】
（付記９）  付記８記載の電子機器において、
複数の前記線状構造体束は、一方の面側の端部が他方の面側の端部よりも狭まっているテーパ状の前記線状構造体束を含む第１のグループと、前記一方の面側の端部が前記他方の面側の端部よりも広いテーパ状の前記線状構造体束を含む第２のグループとを有する
ことを特徴とする電子機器。
【０２１０】
（付記１０）  付記８又は９記載の電子機器において、
前記複数の線状構造体束を形成する前記複数の線状構造体のそれぞれは、前記シート状構造体の膜厚方向に配向している
ことを特徴とする電子機器。
【０２１１】
（付記１１）  付記８乃至１０のいずれか１項に記載の電子機器において、
発熱部と放熱部とを更に有し、
前記シート状構造体は、前記発熱部と前記放熱部との間に配置されている
ことを特徴とする電子機器。
【０２１２】
（付記１２）  付記１１記載の電子機器において、
前記発熱部は、電子部品であり、
前記放熱部は、ヒートスプレッダとヒートシンクとを有し、
前記シート状構造体は、前記電子部品と前記ヒートスプレッダとの間、及び前記ヒートスプレッダと前記ヒートシンクとの間に設けられている
ことを特徴とする電子機器。
【０２１３】
（付記１３）  付記１１記載の電子機器において、
前記シート状構造体は、前記発熱部と前記放熱部とを電気的に接続する
ことを特徴とする電子機器。
【０２１４】
（付記１４）  付記８乃至１０のいずれか１項に記載の電子機器において、
回路基板と電子部品とを更に有し、
前記シート状構造体は、前記回路基板と前記電子部品との間に配置され、前記回路基板と前記電子部品とを電気的に接続する
ことを特徴とする電子機器。
【０２１５】
（付記１５）  基板上の互いに隔てられた複数の領域上に、触媒金属膜をそれぞれ形成する工程と、
前記触媒金属膜を触媒として炭素元素からなる線状構造体を成長し、前記複数の領域のそれぞれに、複数の前記線状構造体を含む線状構造体束を選択的に形成する工程と、
前記線状構造体束間及び前記線状構造体間に充填材を充填し、前記充填材の充填層を形成する工程と、
前記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。
【０２１６】
（付記１６）  付記１５記載のシート状構造体の製造方法において、
前記充填層を形成する工程では、前記充填材をスピンコート法により形成し、
前記線状構造体束の端部が露出するように、前記充填材を塗布する際の前記充填材の粘度及び／又は回転数を制御する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０２１７】
（付記１７）  第１の基板上の互いに隔てられた複数の領域のそれぞれに、第１の線状構造体束を形成する工程と、
第２の基板上の互いに隔てられた複数の領域のそれぞれに、第２の線状構造体束を形成する工程と、
前記第１の基板の前記第１の線状構造体束が形成された面と、前記第２の基板の前記第２の線状構造体束が形成された面とを向き合わせ、前記第１の線状構造体束と前記第２の線状構造体束とが互いに嵌合して隙間を埋めるように、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる工程と、
前記第１の線状構造体束と前記第２の線状構造体束との間及び前記線状構造体間に充填材を充填し、前記充填材の充填層を形成する工程と、
前記第１の基板及び前記第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。
【０２１８】
（付記１８）  付記１７記載のシート状構造体の製造方法において、
前記第１の線状構造体束を形成する工程の後に、前記第１の線状構造体束を液体に浸漬して乾燥させることにより、前記第１の線状構造体束を、上端が狭まっているテーパ状に成形する工程を、
前記第２の線状構造体束を形成する工程の後に、前記第２の線状構造体束を液体に浸漬して乾燥させることにより、前記第２の線状構造体束を、上端が狭まっているテーパ状に成形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。
【０２１９】
（付記１９）  付記１７記載のシート状構造体の製造方法において、
前記第１の線状構造体束を形成する工程の後に、前記第１の線状構造体束が形成された前記第１の基板上に、前記充填材よりも熱伝導率の高い第１の被膜を形成する工程を、
前記第２の線状構造体束を形成する工程の後に、前記第２の線状構造体束が形成された前記第２の基板上に、前記充填材よりも熱伝導率の高い第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。
【０２２０】
（付記２０）  付記１９記載のシート状構造体の製造方法において、
前記基板を除去する工程の後に、表面に、前記充填材よりも熱伝導率の高い第３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。
【図面の簡単な説明】
【０２２１】
【図１】図１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平面図及び概略断面図である。
【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熱伝導率とカーボンナノチューブ束の間隔との関係を示すグラフである。
【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におけるカーボンナノチューブ束の間隔を説明する図である。
【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におけるカーボンナノチューブ束の形状を示す平面図である。
【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構造を示す概略断面図である。
【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１）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２）である。
【図８】図８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斜視図及び概略断面図である。
【図９】図９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製造方法を示す工程断面図（その２）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３）である。
【図１２】図１２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斜視図及び概略断面図である。
【図１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５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平面図及び概略断面図である。
【図１６】図１６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斜視図である。
【図１７】図１７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図（その１）である。
【図１８】図１８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図（その２）である。
【図１９】図１９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図（その３）である。
【図２０】図２０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平面図である。
【図２１】図２１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平面図である。
【図２２】図２２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図である。
【図２３】図２３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２４】図２４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２５】図２５は、第７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。
【図２６】図１６は、第８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２７】図２７は、第９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２８】図２８は、第１０実施形態による電子機器の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０２２２】
１０…カーボンナノチューブシート
１２，１２ａ，１２ｂ…カーボンナノチューブ束
１４…充填層
１６…領域
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…被膜
２０…チップ
３０，３０ａ，３０ｂ…基板
３２…フォトレジスト膜
３４…開口部
３６…触媒金属膜
３８…凹部
４０…回路基板
４２…はんだバンプ
４４…アンダーフィル
４６…半導体素子
４８，５２，５６，６６…カーボンナノチューブシート
５０…ヒートスプレッダ
５４，６４…ヒートシンク
６０…高出力増幅器
６２…パッケージ
【図１】
0005104688.tif 000002
【図２】
0005104688.tif 000003
【図３】
0005104688.tif 000004
【図４】
0005104688.tif 000005
【図５】
0005104688.tif 000006
【図６】
0005104688.tif 000007
【図７】
0005104688.tif 000008
【図８】
0005104688.tif 000009
【図９】
0005104688.tif 000010
【図１０】
0005104688.tif 000011
【図１１】
0005104688.tif 000012
【図１２】
0005104688.tif 000013
【図１３】
0005104688.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0005104688.tif 000016
【図１６】
0005104688.tif 000017
【図１７】
0005104688.tif 000018
【図１８】
0005104688.tif 000019
【図１９】
0005104688.tif 000020
【図２０】
0005104688.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0005104688.tif 000023
【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】
0005104688.tif 000028
【図２８】
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