(57)【要約】【課題】冷却装置のアセンブル工程において工程管理を容易にし、またアセンブル工程により形成された電子素子と冷却部材の熱抵抗を低減し、経年変化を抑えることができる冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１００は、電子素子１０６にほぼ対向して配置された冷却部材１０２と、電子素子１０６と冷却部材１０２との間に設けられた複数のカーボンナノチューブ１０４とから構成されている。そして、カーボンナノチューブ１０４の両端部が、それぞれ、冷却部材１０２と対向する電子素子１０６の面１１０、および電子素子１０６と対向する冷却部材１０２の面１０８と接触することにより、接触熱抵抗の低減構造を構成している。カーボンナノチューブの束１０４は、電子素子１０６の面１１０、および冷却部材１０２の面にほぼ垂直な方向に向いている。【選択図】図１
2009004576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子とほぼ対向して配置され、該電子素子を冷却するための冷却部材と、
前記電子素子と前記冷却部材との間に設けられた複数のカーボンナノチューブとを備え、
前記カーボンナノチューブの両端部を、それぞれ、前記電子素子および前記冷却部材の互いに対向する面と接触させたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブの面内密度は２０〜７０％であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブの長さは、前記電子素子または前記冷却装置の表面粗さの１〜４倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブは屈曲しており、前記電子素子と前記冷却部材との距離は前記カーボンナノチューブの長さの８０〜５０％であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】
電子素子とほぼ対向して配置され、該電子素子を冷却するための冷却部材と、
前記冷却部材に接合されたＳｉＣ基板と、
前記電子素子と前記ＳｉＣ基板との間に設けられた複数のカーボンナノチューブとを備え、
前記カーボンナノチューブの両端部を、それぞれ、前記電子素子および前記ＳｉＣ基板の互いに対向する面と接触させたことを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブの面内密度は２０〜７０％であることを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブの長さは、前記電子素子の表面粗さの１〜４倍であることを特徴とする請求項５または６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブは屈曲しており、前記電子素子と前記ＳｉＣ基板との距離は前記カーボンナノチューブの長さの８０〜５０％であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項９】
電子素子とほぼ対向して配置され、該電子素子を冷却するための冷却部材と、
前記電子素子と前記冷却部材との間に設けられたＳｉＣ基板と、
前記電子素子と前記ＳｉＣ基板との間、および前記冷却部材と前記ＳｉＣ基板との間に設けられた複数のカーボンナノチューブとを備え、
前記カーボンナノチューブの両端部を、それぞれ、前記電子素子および前記ＳｉＣ基板の互いに対向する面、または前記冷却部材および前記ＳｉＣ基板の互いに対向する面と接触させたことを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブの面内密度は２０〜７０％であることを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記カーボンナノチューブの長さは、前記ＳｉＣ基板の対向する面の表面粗さの１〜４倍であることを特徴とする請求項９または１０に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記カーボンナノチューブは屈曲しており、前記電子素子と前記ＳｉＣ基板との距離は前記カーボンナノチューブの長さの８０〜５０％であることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記カーボンナノチューブは屈曲しており、前記冷却部材と前記ＳｉＣ基板との距離は前記カーボンナノチューブの長さの８０〜５０％であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、より詳細には、電子素子と当該電子素子を冷却する冷却部材との間で生じる接触熱抵抗の低減を図った冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、ＬＥＤ、パワーモジュール等の電子機器に用いられる電子素子は、高温になると異常動作が発生し、場合によっては損傷するという危険性がある。これらの電子素子の高性能化に伴い、発生する熱をどのように処理するかが重要な課題となっている。電子素子の発熱対策として、一般に冷却部材を発熱部に接触させて熱を逃がすことが行われている。冷却部材としては、ＣＰＵクーラーあるいはヒートシンクなどと呼ばれるものの他、ペルチェ素子等が用いられている。このような冷却方法では、発熱部である電子素子と冷却部材の間で生じる接触熱抵抗を低減することが重要である。
【０００３】
接触熱抵抗が生じる原因として、固体同士を接触させた場合に双方の固体の表面の凹凸により接触面に空隙が生じ、実質的な伝熱面積が減少することが挙げられる。このことを解決するために、従来は以下の方法が採用されていた。
【０００４】
１．電子素子と冷却部材との接触面にグリス等の流動性のある物質を塗布し、空隙を埋めることで接触熱抵抗を減少させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
２．ゴムやエラストマー等の柔らかい素材からなる伝熱シートを電子素子と冷却部材との間に挟み、空隙を埋める（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００６】
３．電子素子と冷却部材とを接着剤により接合する（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
４．電子素子と冷却部材とをろう付けや溶接等により接合する。
【０００８】
１に記載した方法の場合、流動性の物質を均一に塗布することは困難であり、工程管理が難しくなる。塗布量が不十分であれば接触熱抵抗が増大し、塗布量が過剰であれば余剰の流動性物質が機器の機能を阻害する。また、グリス等の流動性物質の熱伝導率は低く、フィラー等を添加して熱伝導率を改善したとしても数Ｗ／ｍ／Ｋ程度である。
【０００９】
２に記載した方法の問題点としては、やはり熱伝導率が低い点が挙げられる。また、ゴムやエラストマーによって固体の表面形状に親和させる場合には必然的に厚みが必要となる。低熱伝導の物質の厚みが大きい場合、熱抵抗は非常に大きくなる。
【００１０】
３に記載した方法において使用される接着剤も固化前は流動物であるため、１と同様の問題点が指摘される。
【００１１】
４に記載したろう付けや溶接は高温を必要とする。近年の高機能・高集積化した電子機器では樹脂材料等が多く使われているため、この方法は困難である。また、熱膨張差による接合欠陥や割れの管理が困難であるという問題もある。
【００１２】
このような課題を克服する方法として、カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」という）を使用して発熱体から冷却部材への放熱を促進する技術が開発されている。単層のＣＮＴは６６００Ｗ／ｍ／Ｋの高い熱伝導を有するとされており（非特許文献１参照）、多層のＣＮＴであっても２０００Ｗ／ｍ／Ｋ程度と高い熱伝導率を有している。このような技術としては、樹脂をＣＮＴの束に浸み込ませたもの（特許文献５参照）、ＣＮＴ間に樹脂を充填した放熱シート（特許文献６参照）、樹脂製の基板内に、第1表面から第2表面へ延びるＣＮＴを含めた熱伝導材料（特許文献７参照）、パーティクルを含む層、綿状の高純度ＣＮＴ層、不定形カーボンを含む層からなる多層のＣＮＴ集合体を貼り付ける方法（例えば、特許文献８参照）、ＣＮＴの束の間にポリカーボネートの介在材料を注入して用いる方法（例えば、特許文献９参照）等が知られている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−３３２４７９号公報
【特許文献２】特開２００６−１３３１４号公報
【特許文献３】特開２００６−３１０８１２号公報
【特許文献４】特開２０００−１０１００３号公報
【特許文献５】特開２００７−９２１３号公報
【特許文献６】特開２００６−１４７８０１号公報
【特許文献７】特開２００６−２９０７３６号公報
【特許文献８】特開２００４−１８６１０２号公報
【特許文献９】特開２００３−２４９６１３号公報
【特許文献１０】特開平１０−２６５２０８号公報
【非特許文献１】Savas Berber, “Unusually High Thermal Conductivity of Carbon Nanotues”, Physical Review Letter, n84, 4613(2000)
【非特許文献２】甕秀樹、「富士通研究所  シリサイド上への多層カーボンナノチューブの垂直成長と直径制御に成功」、Semiconductor FPD World、128(2002)、pp.128-129
【非特許文献３】J.Heremans, I.Rahim and M.S.Dresselhaus, “Thermal conductivity and Raman spectra of carbon fibers”, Phys, Rev. B, vol.32, No.10 (1985) pp6742-6747
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、ＣＮＴに樹脂等を含浸させると、上記の１で指摘したような不具合、即ち樹脂の量の過不足により熱接触状態が変化してしまうという問題があった。
【００１５】
また、樹脂などの有機物は、その揮発物が素子の電気的な接点などに付着するために不良品が発生する原因となり、また経年劣化を生じることが問題とされている。例えばシリコーンでは発生するシロキサンが接点不良を起こすことが知られており、高温となる部分での使用を避けなければならない。有機物からの揮発物は温度が上昇するほど発生量が増加するため、熱接触部に使用する場合には注意が必要である。
【００１６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子素子と冷却部材の接触熱抵抗を低減し、経年変化を抑えることができる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために、本発明の第１の側面によれば、本発明に係る冷却装置は、電子素子とほぼ対向して配置され、該電子素子を冷却するための冷却部材と、前記電子素子と前記冷却部材との間に設けられた複数のカーボンナノチューブとを備え、前記カーボンナノチューブの両端部を、それぞれ、前記電子素子および前記冷却部材の互いに対向する面と接触させたものである。
【００１８】
本発明の第２の側面によれば、本発明に係る冷却装置は、電子素子とほぼ対向して配置され、該電子素子を冷却するための冷却部材と、前記冷却部材に接合されたＳｉＣ基板と、前記電子素子と前記ＳｉＣ基板との間に設けられた複数のカーボンナノチューブとを備え、前記カーボンナノチューブの両端部を、それぞれ、前記電子素子および前記ＳｉＣ基板の互いに対向する面と接触させたものである。
【００１９】
本発明の第３の側面によれば、本発明に係る冷却装置は、電子素子とほぼ対向して配置され、該電子素子を冷却するための冷却部材と、前記電子素子と前記冷却部材との間に設けられたＳｉＣ基板と、前記電子素子と前記ＳｉＣ基板との間、および前記冷却部材と前記ＳｉＣ基板との間に設けられた複数のカーボンナノチューブとを備え、前記カーボンナノチューブの両端部を、それぞれ、前記電子素子および前記ＳｉＣ基板の互いに対向する面、または前記冷却部材および前記ＳｉＣ基板の互いに対向する面と接触させたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、グリスや樹脂等の介在材料を用いないため、冷却装置のアセンブル工程において、工程管理を容易にすることができる。
【００２１】
また、アセンブル工程により形成された素子と冷却部材の近接部分における熱抵抗を減らしつつ、経年変化を最小限に抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
本発明は、冷却部材または電子素子の接触面から垂直に成長させたＣＮＴの束により接触熱抵抗を低減させるものである。図１は、本発明の第一実施形態に係る冷却装置の構成を示す。冷却装置１００は、電子素子１０６、電子素子１０６とほぼ対向して配置され、この電子素子１０６を冷却する冷却部材１０２、および電子素子１０６と冷却部材１０２との間に設けられた複数のＣＮＴ１０４を含む。そして、ＣＮＴ１０４の一方の端部が、冷却部材１０２と対向する電子素子１０６の面１１０と接触し、ＣＮＴ１０４の他方の端部が、電子素子１０６と対向する冷却部材１０２の面１０８と接触するようにして、接触熱抵抗の低減構造を構成する。
【００２４】
複数のＣＮＴ１０４間には介在する材料が存在せず、かつＣＮＴ１０４の両端部はそれぞれ電子素子１０６および冷却部材１０２に直接接触している。
【００２５】
また、ＣＮＴ１０４は、電子素子１０６の面１１０、および冷却部材１０２の面１０８にほぼ垂直な方向に向いている。これは、図２の矢印に示すように熱が移動する場合、電子素子１０６から冷却部材１０２に向かう熱伝導率は、ＣＮＴの長手方向に沿って最も大きくなるからである。
【００２６】
図３は、本実施形態における冷却装置の製造方法を示す。同図によれば、まず冷却部材１０２の表面１０８から複数のＣＮＴ１０４を垂直に成長させる。ＣＮＴの成長に際し、面内密度を２０％以上とすれば本発明の効果を奏することができるが、可能な限り高密度に成長していることが望ましい。ＣＮＴは長さ方向に高い伝導率を有しているので、一方向のＣＮＴの束であれば密度が高いほど熱抵抗は下がると考えられる。しかし、図３に示すように凹凸を有する表面に端部を接触させようとする場合、ＣＮＴを屈曲させる空間がある方がよく、面内密度が２０〜７０％の範囲にあるのが望ましい。
【００２７】
また、ＣＮＴの結晶性は高いことが好ましい。ＣＮＴは結晶性が高いほど熱伝導率が向上するため、高結晶性を有するＣＮＴを用いることで熱抵抗が減少するからである。例えば、３０００℃の熱処理によって結晶性が向上し、化学気層蒸着法（ＣＶＤ法）による繊維の熱伝導率が大幅に向上することが知られている（例えば、非特許文献３参照）。
【００２８】
ＣＮＴの成長方法としては、例えばＣＶＤ法（例えば、非特許文献２参照）やＳｉＣ分解法（例えば、特許文献１０参照）を使用することができるが、高密度および高結晶性という条件を満たすことができれば、いずれの方法を採用しても良い。
【００２９】
ＣＶＤ法は、種々の物体上にＣＮＴを成長させることができる点で優れている。しかし、高密度という点ではＳｉＣ分解法の方が優れている。
【００３０】
ＳｉＣ分解法では、ＣＶＤ法によりＳｉ単結晶からなる基板の上にＳｉＣ単結晶の膜を形成する。得られたＳｉＣ単結晶膜を真空下で加熱し、珪素原子を除去すると、高配向されたＣＮＴ膜が得られる。この方法によれば、基板の素材は限定されるものの、非常に高密度のＣＮＴ１０４が得られる。
【００３１】
ついで、成長したＣＮＴ１０４の端部が接触するように、とめ付け等で電子素子１０６と冷却部材１０２とがほぼ対向するように配置する。図３に示す例では、電子素子１０６の表面１１０（接触界面）が凹凸を有しているが、ＣＮＴは柔軟性を有しているため、図１や図２に示すように凹凸面に端部を接触させることができる。
【００３２】
ＣＮＴ１０４の長さは、対向して配置させる電子素子１０６の表面粗さ（Ｒｚ）の１〜４倍、望ましくは２倍程度である。これは、長さが表面粗さの４倍を大きく超えるとＣＮＴの屈曲角が大きくなり、その結果熱のパスが長くなって熱抵抗が大きくなる一方、長さが表面粗さをかなり下回る場合には、ＣＮＴの端部が凹部に届かず、十分な熱伝導が行えなくなるためである。
【００３３】
また、電子素子１０６と冷却部材１０２とが対向するように配置する際に、ＣＮＴを屈曲させて、電子素子１０６と冷却部材１０２との距離をＣＮＴの長さの８０％〜５０％程度とするのが好ましい。つまり、厚さの変化は２０〜５０％の範囲にあるのが効果的である。これは、厚さが５０％を超えて変化するとＣＮＴの屈曲が大きくなりすぎ、端部ではなく側部が相手面に接触するため熱伝導の効率が落ちる一方、厚さの変化が２０％未満であれば、相手面に端部が届かないＣＮＴの割合が著しく増加し、この場合も熱伝導の効率が落ちてしまうためである。
【００３４】
なお、図３に示すように冷却部材１０２からＣＮＴの束を成長させる代わりに、電子素子１０６から成長させることとしてもよい。この場合、ＣＮＴを垂直に成長させるためには、表面が可能な限り平坦であることが望ましい。また、上述と同様の理由により、ＣＮＴ１０４の長さは、対向して配置させる冷却部材１０２の表面粗さ（Ｒｚ）の１〜４倍、望ましくは２倍程度である。
【００３５】
図４は、本発明の第二実施形態に係る冷却装置の構成を示す。冷却装置４００は、電子素子４０６、電子素子４０６とほぼ対向するように配置され、この電子素子４０６を冷却するための冷却部材４０２、冷却部材４０２に接合されたＳｉＣ基板４１２、および電子素子４０６とＳｉＣ基板４１２との間に設けられた複数のＣＮＴ４０４から構成されている。そして、ＣＮＴ４０４の一方の端部が、ＳｉＣ基板４１２と対向する電子素子４０６の面４１０と接触し、ＣＮＴ４０４の他方の端部が、電子素子４０６と対向するＳｉＣ基板４１２の面４０８と接触するようにして、接触熱抵抗の低減構造を構成する。
【００３６】
複数のＣＮＴ４０４間には介在する材料が存在せず、かつＣＮＴ４０４の端部は電子素子４０６およびＳｉＣ基板４１２に直接接触している。
【００３７】
また、ＣＮＴ４０４は、電子素子４０６の面４１０、およびＳｉＣ基板４１２の面４１４にほぼ垂直な方向に向いている。
【００３８】
本実施形態における冷却装置の製造方法では、まず複数のＣＮＴ４０４を当該ＳｉＣ基板４１２の表面４１４から垂直に成長させる。ＣＮＴ４０４は可能な限り高密度に成長していることが望ましいが、図４に示すように凹凸を有する表面に端部を接触させようとする場合、ＣＮＴを屈曲させる空間がある方がよく、面内密度が２０〜７０％の範囲にあるのが望ましい。また結晶性が高いことが好ましいことは、第一実施形態と同様である。
【００３９】
ついで、冷却部材４０２の表面４０８に、ＳｉＣ基板４１２の他方の面を接合する。接合する部材として冷却部材４０２を選択する理由は、多くの冷却部材は単純な金属素材であるため、ろう付け等による熱履歴にも耐え得ることによる。
【００４０】
ついで、ＣＮＴ４０４の端部が電子素子４０６と接触するように、とめ付け等で電子素子４０６と冷却部材４０２とがほぼ対向するように配置する。
【００４１】
ここで、ＣＮＴ４０４の長さは、電子素子４０６の表面粗さ（Ｒｚ）の１〜４倍、望ましくは２倍程度である。
【００４２】
また、電子素子４０６とＳｉＣ基板４１２とをとめ付けにより対向するように配置する場合、カーボンナノチューブを屈曲させることにより、電子素子４０６とＳｉＣ基板４１２との距離をＣＮＴの長さの８０％〜５０％程度とするのが好ましい。
【００４３】
以上のような構成を採用することにより、ＳｉＣ分解法を用いてＣＮＴの束を垂直に成長させることが可能となり、結果として非常に高密度なＣＮＴの束を形成することができる。
【００４４】
図５は、本発明の第三実施形態に係る冷却装置の構成を示す。冷却装置５００は、電子素子５０６、電子素子５０６とほぼ対向するように配置され、この電子素子５０６を冷却するための冷却部材５０２、電子素子５０６と冷却部材５０２との間に設けられたＳｉＣ基板５１２、電子素子５０６とＳｉＣ基板５１２との間に設けられた複数のＣＮＴ５０４ａ、および冷却部材５０２とＳｉＣ基板５１２との間に設けられた複数のＣＮＴ５０４ｂから構成されている。そして、ＣＮＴ５０４ａの端部の一方はＳｉＣ基板５１２と対向する電子素子５０６の面５１０と接触し、端部の他方は電子素子５０６と対向するＳｉＣ基板５１２の面５１８と接触している。また、ＣＮＴ５０４ｂの端部の一方はＳｉＣ基板５１２と接触する冷却部材５０２の面５０８と接触し、端部の他方は冷却装置５０２と対向するＳｉＣ基板５１２の面５１６と接触している。
【００４５】
複数のＣＮＴ５０４ａ、５０４ｂ間には介在する材料が存在しない。また、ＣＮＴ５０４ａの両端部はそれぞれ電子素子５０６、ＳｉＣ基板５１２に直接接触し、ＣＮＴ５０４ｂの両端部はそれぞれ冷却部材５０２およびＳｉＣ基板５１２に直接接触している。
【００４６】
また、ＣＮＴ５０４ｂ、５０４ａは、ＳｉＣ基板５１２の表面にほぼ垂直な方向に向いている。
【００４７】
本実施形態における冷却装置の製造方法では、まずＳｉＣ基板５１２の面５１８からＣＮＴ５０４ａを垂直に成長させ、面５１６からＣＮＴ５０４ｂを垂直に成長させる。ＣＮＴ５０４ａ、５０４ｂは可能な限り高密度に成長していることが望ましいが、図５に示すように凹凸を有する表面に端部を接触させようとする場合、ＣＮＴを屈曲させる空間がある方がよく、面内密度が２０〜７０％の範囲にあるのが望ましい。また結晶性が高いことが好ましいことは、第一実施形態および第二実施形態と同様である。
【００４８】
ついで、ＣＮＴ５０４ｂの端部がＳｉＣ基板５１２に対向して配置される冷却部材５０２の面５０８に接触し、ＣＮＴ５０４ａの端部がＳｉＣ基板５１２に対向して配置される電子素子５０６の面５１０に接触するように、とめ付け等で電子素子５０６と冷却部材５０２とでＳｉＣ基板５１２を挟んで配置する。
【００４９】
ＣＮＴ５０４ａの長さは、ＳｉＣ基板５１２に対向して配置される電子素子５０６の表面粗さ（Ｒｚ）の１〜４倍、望ましくは２倍程度である。また、ＣＮＴ５０４ｂの長さは、ＳｉＣ基板５１２に対向して配置される冷却部材５０２の表面粗さ（Ｒｚ）の１〜４倍、望ましくは２倍程度である。
【００５０】
また、電子素子５０６とＳｉＣ基板５１２とを対向して配置させる際に、ＣＮＴを屈曲させ、電子素子５０６とＳｉＣ基板５１２との距離がＣＮＴの長さの８０％〜５０％程度とするのが好ましい。冷却部材５０２とＳｉＣ基板５１２とを対向して配置させた際にも同様に、ＣＮＴを屈曲させ、冷却部材５０２とＳｉＣ基板５１２との距離がＣＮＴの長さの８０％〜５０％程度とするのが好ましい。
【００５１】
以上のような構成を採用することにより、ＳｉＣ分解法を用いてＣＮＴの束を垂直に成長させることが可能となり、結果として非常に高密度なＣＮＴの束を形成することができる。
【００５２】
また、平坦なＳｉＣ基板の両面からＣＮＴを成長させるので、表面から垂直にＣＮＴを成長させることが容易となり、また冷却部材の表面に凹凸を有する場合においても熱伝導効率を上げることが可能となる。
【００５３】
なお、上述の実施の形態で記載されたＣＮＴの長さに関する条件はＣＮＴの束に含まれる全てのＣＮＴについて該当することを要求するものではなく、約５０％以上のＣＮＴにおいてその条件が満たされれば本発明の効果を奏することができる。
【００５４】
以上述べた形態以外にも種々の変形が可能である。しかしながら、特許請求の範囲に記載された技術思想に基づくものである限り、その変形は本発明の技術範囲内となる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００５６】
試料として１０ｍｍ角、厚さ４００μｍのＳｉＣ基板を２つ用意し、一方のＳｉＣ基板の片面にはＣＮＴの束を成長させた。ＣＮＴの面内密度は約６０％、長さ４μｍであった。他方のＳｉＣ基板はそのまま用いた。
【００５７】
これら２つのＳｉＣ基板に対向して配置させる固体として、アルミニウム板（厚さ３ｍｍ、表面粗さＲｚ２．０６μｍ）を用いて、日立製作所（会社名）製の樹脂熱抵抗測定装置を用いて熱抵抗を評価した。図６に本実施例における測定方法の概略を示す。この装置は定常法による接触熱抵抗測定値であり、１ｃｍ角の正方断面を有する銅製の伝熱部（加熱軸）６０２、同じく銅製の伝熱部（冷却軸）６０４を上下に分割して有している。これら伝熱部６０２、６０４に試料６１０を挟み込んで荷重をかけ、上から下に向かって定常熱流速を与えて伝熱部６０２、６０４の各測温点での温度を測定し、温度分布を測定することで伝熱部端部の温度を予測し、試料の接触熱抵抗を測定する。伝熱部６０２と試料６１０、および伝熱部６０８とアルミニウム板６１２との間には約１０ｍｇのグリス６０６、６０８を塗布した。今回使用したグリスの熱抵抗は、１ｃｍ2で０．０３５℃／Ｗである。
【００５８】
図６の右側に測定した熱流方向への温度分布を模式的に示しており、符号Ａは接触熱抵抗、符号Ｂはグリスの熱抵抗を示している。符号Ａの温度差は熱抵抗に比例する。熱流が一定であるため、温度差が分かれば熱抵抗を算出することができる。
【００５９】
図７は、本発明の実施例で用いたＣＮＴ束／Ａｌ接触界面を、ＳＥＭを用いて３万倍の倍率で撮影した写真であり、ＣＮＴ束がアルミニウムの凹凸に沿って接触している様子がわかる。また、図８は本発明の実施例で用いたＳｉＣ／Ａｌ接触界面を、１万倍の倍率でＳＥＭで撮影した写真である。このように倍率を下げて撮影しても、非常に大きな空隙が生じていることがわかる。
【００６０】
以下に、接触熱抵抗の測定結果を示す。
【００６１】
【表１】
2009004576.tif 000003
【００６２】
ＳｉＣ／Ａｌ固体接触の熱抵抗ρSiC、ＣＮＴ束／Ａｌ接触の熱抵抗ρCNTとすると、ＳｉＣ／Ａｌ固体接触を基準とした熱抵抗向上率Ｅｆは、
Ｅｆ＝（ρSiC−ρCNT）／ρSiC×１００（％）
で表すことができる。ここに０．５ＭＰａの場合の値それぞれρSiC＝０．８１℃／Ｗ、ρCNT＝０．６０℃／Ｗを代入すると２５．９％となる。
【００６３】
表１に示すように、ＣＮＴ束により、単純な固体同士の接触と比較して、接触熱抵抗が約２５．９％向上した。
【００６４】
同様の計算により、１ＭＰａの場合の値を代入すると、接触熱抵抗は１９．２％向上した。荷重が大きいためＳｉＣ／Ａｌ固体接触の伝熱面積が増加し熱抵抗はより小さくなっているが、本発明に係る構造のほうがより熱抵抗が低減されていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る冷却装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る冷却装置の熱移動を示す図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る冷却装置の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る冷却装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る冷却装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例で用いた接触熱抵抗測定法を概略的に示す図である。
【図７】本発明の実施例で用いたＣＮＴ束／Ａｌ接触界面をＳＥＭで撮影した写真である。
【図８】本発明の実施例で用いたＳｉＣ／Ａｌ接触界面をＳＥＭで撮影した写真である。
【符号の説明】
【００６６】
１００、４００、５００          冷却装置
１０２、４０２、５０２          冷却部材
１０４、４０４、５０４ａ、５０４ｂ  ＣＮＴ
１０６、４０６、５０６          電子素子
４１２、５１２                  ＳｉＣ基板
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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