特開 2015-211180 カーボンナノチューブシート及び電子機器とカーボンナノチューブシートの製造方法及び電子機器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-211180(P2015-211180A)

(43)【公開日】2015年11月24日

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブシート及び電子機器とカーボンナノチューブシートの製造方法及び電子機器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/373 20060101AFI20151027BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20151027BHJP

   C01B 31/02 20060101ALI20151027BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 M

   H01L23/36 D

   C01B31/02 101F

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-93341(P2014-93341)

(22)【出願日】2014年4月30日

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091672

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 啓三

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 卓也

【テーマコード（参考）】

4G146

5F136

【Ｆターム（参考）】

4G146AA11

4G146AB07

4G146AB08

4G146AC03B

4G146AD17

4G146BA12

4G146BA48

4G146BB22

4G146BB23

4G146BC07

4G146BC09

4G146BC19

4G146BC23

4G146BC26

4G146BC29

4G146BC33B

4G146BC42

4G146BC44

4G146CB19

4G146CB23

4G146CB34

4G146CB35

5F136BC03

5F136EA38

5F136FA03

5F136FA25

5F136FA51

5F136GA12

5F136GA33

5F136GA40

(57)【要約】      （修正有）

【課題】発熱体及び放熱部材との十分な接触面積をもって結合されるカーボンナノチューブシート及び電子機器とそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】一端側に第１くびれ部Ａを備えた複数のカーボンナノチューブ２０ａと、複数のカーボンナノチューブ２０ａの間に充填された熱可塑性の樹脂部３０とを含み、カーボンナノチューブ２０ａは、熱可塑性の樹脂部３０の一方の表面側で第１くびれ部Ａから横方向に折れ曲がっている。第１カーボンナノチューブ部２１の長さは２０μｍ程度であり、その全体が発熱体４０に接触する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端側に第１くびれ部を備えた複数のカーボンナノチューブと、
前記複数のカーボンナノチューブの間に充填された樹脂部と
を有することを特徴とするカーボンナノチューブシート。

【請求項2】

前記カーボンナノチューブは、前記樹脂部の一方の表面側で前記第１くびれ部から横方向に折れ曲がっていることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブシート。

【請求項3】

前記カーボンナノチューブは他端側に第２くびれ部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブシート。

【請求項4】

前記カーボンナノチューブは、
前記樹脂部の一方の表面側で前記第１くびれ部から横方向に折れ曲がっており、かつ、前記樹脂部の他方の表面側で前記第２くびれ部から横方向に折れ曲がっていることを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブシート。

【請求項5】

前記カーボンナノチューブはアルミナ膜で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブシート。

【請求項6】

一端側に第１くびれ部を備えた複数のカーボンナノチューブと、前記複数のカーボンナノチューブの間に充填された樹脂部とを有し、前記カーボンナノチューブは、前記樹脂部の一方の表面側で前記第１くびれ部から横方向に折れ曲がっているカーボンナノチューブシートと、
前記カーボンナノチューブシートの一方の面に配置され、前記複数のカーボンナノチューブの一端側の前記第１くびれ部から折れた部分と接触する発熱体と、
前記カーボンナノチューブシートの他方の面に配置され、前記カーボンナノチューブの他端側に接触する放熱部材と
を有することを特徴とする電子機器。

【請求項7】

前記カーボンナノチューブは前記他端側に第２くびれ部を有し、
前記カーボンナノチューブは、前記樹脂部の他方の表面側で前記第２くびれ部から横方向に折れ曲がっており、
前記放熱部材は、前記カーボンナノチューブシートの他端側の前記第２くびれ部から折れた部分と接触していることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。

【請求項8】

基板の上に、少なくとも一端側にくびれ部を備えた複数のカーボンナノチューブを形成する工程と、
前記カーボンナノチューブの間に樹脂部を充填する工程と、
前記基板を除去する工程と
を有することを特徴とするカーボンナノチューブシートの製造方法。

【請求項9】

基板の上に、少なくとも一端側にくびれ部を備えた複数のカーボンナノチューブを成長する工程と、
前記カーボンナノチューブをアルミナ膜で被覆する工程と、
前記基板を除去する工程と
を有することを特徴とするカーボンナノチューブシートの製造方法。

【請求項10】

基板の上に、少なくとも一端側にくびれ部を備えた複数のカーボンナノチューブを形成する工程と、
前記複数のカーボンナノチューブの間に樹脂部を充填する工程と、
前記基板を除去する工程と
により、カーボンナノチューブシートを得る工程と、
発熱体の上に前記カーボンナノチューブシートを配置する工程と、
前記カーボンナノチューブシートの上に放熱部材を配置し、前記放熱部材を下側に押圧して、前記複数のカーボンナノチューブを前記くびれ部から横方向に折り曲げる工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。

【請求項11】

基板の上に、少なくとも一端側にくびれ部を備えた複数のカーボンナノチューブを形成する工程と、
前記複数のカーボンナノチューブをアルミナ膜で被覆する工程と、
前記基板を除去工程と
により、カーボンナノチューブシートを得る工程と、
発熱体の上に前記カーボンナノチューブシートを配置する工程と、
前記カーボンナノチューブシートの上に部材を配置し、前記部材を下側に押圧して、前記複数のカーボンナノチューブを前記第１くびれ部から折り曲げる工程と
を有する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、カーボンナノチューブシート及び電子機器とカーボンナノチューブシートの製造方法及び電子機器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、サーバやパーソナルコンピュータでは、半導体素子から発する熱を効率よく放熱するために、半導体素子が熱伝導性シートを介して放熱部材に接続されている。熱伝導性シートとしてインジウムシートなどが使用され、放熱部材は高い熱伝導率を有する銅などから形成される。

【0003】

しかし、熱伝導性シートの材料として使用されるインジウムは、需要増加によって価格が高騰しているため、コスト高を招くおそれがある。また、半導体素子から発する熱を効率よく放熱させるという観点からは、インジウムの熱伝導度は十分に高いとはいえない。

【0004】

このような背景から、熱伝導性シートの材料として、インジウムよりも高い熱伝導度を有し、低コストで形成できるカーボンナノチューブを使用する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２０４７４９号公報

【特許文献2】特開２０１３−１０７７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

カーボンナノチューブシートでは、カーボンナノチューブの密度が低く、発熱体及び放熱部材との接触面積が小さいため、高い熱伝導度を有するカーボンナノチューブの本来の特性を活かしきれない課題がある。

【0007】

発熱体及び放熱部材との十分な接触面積をもって結合されるカーボンナノチューブシート及び電子機器とそれら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】

【0008】

以下の開示の一観点によれば、一端側に第１くびれ部を備えた複数のカーボンナノチューブと、前記複数のカーボンナノチューブの間に充填された樹脂部とを有することを特徴とするカーボンナノチューブシートが提供される。

【0009】

また、その開示の他の観点によれば、一端側に第１くびれ部を備えた複数のカーボンナノチューブと、前記複数のカーボンナノチューブの間に充填された樹脂部とを有し、前記カーボンナノチューブは、前記樹脂部の一方の表面側で前記第１くびれ部から横方向に折れ曲がっているカーボンナノチューブシートと、前記カーボンナノチューブシートの一方の面に配置され、前記複数のカーボンナノチューブの一端側の前記第１くびれ部から折れた部分と接触する発熱体と、前記カーボンナノチューブシートの他方の面に配置され、前記カーボンナノチューブの他端側に接触する放熱部材とを有する電子機器が提供される。

【発明の効果】

【0010】

以下の開示によれば、カーボンナノチューブシートでは、複数のカーボンナノチューブシートがくびれ部をそれぞれ備えている。これにより、発熱体の上に配置されたカーボンナノチューブシートを下側に押圧することにより、各カーボンナノチューブをくびれ部から横方向に容易に折り曲げることができる。

【0011】

そして、各カーボンナノチューブのくびれ部から折れた部分を発熱体及び放熱部材と接触させる。

【0012】

これにより、カーボンナノチューブと発熱体及び放熱部材との接触面積を増加させることができるので、カーボンナノチューブの高い熱伝導性を十分に引き出すことができ、熱伝導性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１（ａ）及び（ｂ）は予備的事項に係るカーボンナノチューブシートの課題を説明するため断面図である。

【図2】図２（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態のカーボンナノチューブシートの製造方法を示す断面図（その１）である。

【図3】図３（ａ）及び（ｂ）は第１実施形態のカーボンナノチューブシートの製造方法を示す断面図（その２）である。

【図4】図４（ａ）及び（ｂ）は第１実施形態のカーボンナノチューブシートの製造方法を示す断面図（その３）である。

【図5】図５は第１実施形態のカーボンナノチューブシートの製造方法を示す断面図及び平面図（その６）である。

【図6】図６は第１実施形態のカーボンナノチューブシートを示す断面図である。

【図7】図７は第１実施形態のカーボンナノチューブシートを備えた電子機器の製造方法を示す断面図である。

【図8】図８は第１実施形態のカーボンナノチューブシートを備えた電子機器を示す断面図（その１）である。

【図9】図９は第１実施形態のカーボンナノチューブシートを備えた電子機器を示す断面図（その２）である。

【図10】図１０は第１実施形態の変形例のカーボンナノチューブシートを示す断面図である。

【図11】図１１は第１実施形態の変形例のカーボンナノチューブシートを備えた電子機器の製造方法を示す断面図である。

【図12】図１２は第１実施形態の変形例のカーボンナノチューブシートを備えた電子機器を示す断面図である。

【図13】図１３（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態のカーボンナノチューブシートを半導体装置に適用する方法を示す断面図（その１）である。

【図14】図１４は第１実施形態のカーボンナノチューブシートを半導体装置に適用する方法を示す断面図（その２）である。

【図15】図１５は第１実施形態のカーボンナノチューブシートを備えた半導体装置を示す断面図である。

【図16】図１６（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態のカーボンナノチューブシートの製造方法を示す断面図（その１）である。

【図17】図１７は第２実施形態のカーボンナノチューブシートの製造方法を示す断面図（その２である。

【図18】図１８（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態のカーボンナノチューブシートを備えた電子機器の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図19】図１９（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態のカーボンナノチューブシートを備えた電子機器の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図20】図２０は第２実施形態のカーボンナノチューブシートを備えた電子機器を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

【0015】

実施形態を説明する前に、基礎となる予備的事項について説明する。図１は予備的事項に係るカーボンナノチューブシートの課題を説明するための図である。

【0016】

図１（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ２００は、ＣＶＤ法によって基板１００の上に成長される。カーボンナノチューブ２００は基端から先端までほぼ同じ直径で形成される。

【0017】

カーボンナノチューブ２００の直径は１５ｎｍ程度と小さいため、基板１００上でカーボンナノチューブ２００が占有するトータル面積の密度は５％程度しかない。

【0018】

その後に、図１（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ２００の集合体に樹脂部３００を充填した後に、基板２００が剥離されてカーボンナノチューブシート４００が得られる。

【0019】

そのようなカーボンナノチューブシート４００をそのまま半導体装置の熱伝導性シートとして使用すると、半導体素子及び放熱部材との接触面積が小さいため、カーボンナノチューブ２００の本来の高い熱伝導性を引き出すことができない課題がある。

【0020】

この対策として、半導体素子の上にカーボンナノチューブシート４００を配置し、放熱部材でカーボンナノチューブシート４００を下側に押圧して、各カーボンナノチューブ２００の両端側を曲げて接触面積を増加させることが考えられる。

【0021】

しかし、各カーボンナノチューブ２００を曲げるには、比較的高い圧力でカーボンナノチューブシート４００を押圧する必要があるため、半導体素子に過剰な押圧力がかかり、半導体素子が破壊することがある。

【0022】

以下に説明する実施形態では、前述した課題を解消することができる。

【0023】

（第１実施形態）
図２〜図５は第１実施形態のカーボンナノチューブシートの製造方法を示す図、図６は第１実施形態のカーボンナノチューブシートを示す図である。

【0024】

第１実施形態のカーボンナノチューブシートの製造方法では、図２（ａ）に示すように、まず、シリコン基板１０を用意する。シリコン基板１０は、カーボンナノチューブを形成するための土台として使用される。シリコン基板１０の両面にシリコン酸化層などの絶縁層が形成されていてもよい。

【0025】

シリコン基板１０上には複数のカーボンナノチューブ形成領域が画定されており、図２（ａ）では一つのカーボンナノチューブ形成領域が示されている。

【0026】

基板としてシリコン基板１０を例示するが、セラミックス基板又はガラス基板などの各種の基板を使用することができる。

【0027】

次いで、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０上の全面に、スパッタ法などにより膜厚が２．５ｎｍ程度の鉄（Ｆｅ）膜を形成して触媒金属膜１２とする。触媒金属膜１２は、ＣＶＤ法によってカーボンナノチューブを形成するための触媒として形成される。

【0028】

触媒金属膜１２としては、鉄以外に、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、又は白金（Ｐｔ）を使用してもよい。

【0029】

次いで、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板１０を６５０℃の温度で５分〜１０分間、加熱処理する。これにより、触媒金属膜１２が微粒子化されて触媒金属微粒子１２ａが得られる。

【0030】

続いて、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、カーボンナノチューブを成長させる方法について説明する。本実施形態では、カーボンナノチューブの成長条件として、第１の成長条件及び第２の成長条件を使用する。

【0031】

第１の成長条件は、直径が１５ｎｍ程度のカーボンナノチューブを成長させる条件である。

【0032】

第１の成長条件は、例えば、原料ガスとして分圧比が１：９のアセチレン・アルゴンガスの混合ガスを２０ｓｃｃｍの流量でチャンバに流し、チャンバの総ガス圧が１ｋＰａ、温度が６５０℃に設定される。

【0033】

一方、第２の成長条件は、直径が１０ｎｍ程度のカーボンナノチューブを成長させる条件であり、第１の成長条件を使用する場合よりもカーボンナノチューブの直径が小さくなる条件である。

【0034】

第２の成長条件は、第１の成長条件において、アセチレン・アルゴンガスの混合ガスの流量を半分に減らし、１０ｓｃｃｍの流量でチャンバに流す。その他の条件は第１の成長条件と同じである。

【0035】

あるいは、第２の成長条件は、第１の成長条件において、温度を６５０℃から７００℃に上昇させてもよい。又は、温度を６５０℃から６００℃に下降させてもよい。その他の条件は第１の成長条件と同じである。

【0036】

第１の成長条件及び第２の成長条件を使用することにより、カーボンナノチューブの成長過程で直径を変えることができる。

【0037】

具体的に説明すると、図３（ａ）に示すように、まず、第１の成長条件で、触媒金属微粒子１２ａを触媒としてシリコン基板１０の上に第１カーボンナノチューブ部２１を高さが２０μｍ程度になるまで成長させる。このとき、第１カーボンナノチューブ部２１はその直径が１５ｎｍ程度で成長する。

【0038】

図３（ａ）の部分拡大図に示すように、触媒金属微粒子１２ａに成長する各々の第１カーボンナノチューブ部２１は、シリコン基板１０の表面に対して垂直方向に配向して形成される。

【0039】

続いて、同じく図３（ａ）に示すように、第２の成長条件に変更し、連続して第１カーボンナノチューブ部２１にカーボンナノチューブを成長させる。このとき、カーボンナノチューブはその直径が１０ｎｍ程度と小さくなって成長し、第１カーボンナノチューブ部２１に繋がる第１くびれ部Ａとなる。第１くびれ部Ａの高さは２μｍ〜５μｍ、例えば３．５μｍに設定される。

【0040】

さらに、図３（ｂ）に示すように、第１の成長条件に戻し、第１くびれ部Ａに繋がる第２カーボンナノチューブ部２２を成長させる。第２カーボンナノチューブ部２２の第１くびれ部Ａからの高さは１５０μｍ程度に設定される。

【0041】

続いて、図４（ａ）に示すように、再度、第２の成長条件に変更し、連続して第２カーボンナノチューブ部２２に繋がるカーボンナノチューブを成長させる。このとき同様に、カーボンナノチューブはその直径が１０ｎｍ程度と小さくなって成長し、第２カーボンナノチューブ部２２に繋がる第２くびれ部Ｂとなる。

【0042】

さらに、同じく図４（ａ）に示すように、再度、第１の成長条件に戻し、第２くびれ部Ｂに繋がる第３カーボンナノチューブ部２３を成長させる。第３カーボンナノチューブ部２３は、第１カーボンナノチューブ部２１と同様に、その高さは２０μｍ程度であり、直径は１５ｎｍに設定される。

【0043】

このようにして、第１カーボンナノチューブ部２１と第２カーボンナノチューブ部２２とが第１くびれ部Ａで繋がり、第２カーボンナノチューブ部２２と第３カーボンナノチューブ部２３とが第２くびれ部Ｂで繋がるカーボンナノチューブ２０ａが形成される。

【0044】

これにより、シリコン基板１０の上に、複数のカーボンナノチューブ２０ａが横方向に並んで配列されたカーボンナノチューブ集合体２０が得られる。各カーボンナノチューブ２０ａは、基端側に第１くびれ部Ａを備え、先端側に第２くびれ部Ｂを備える。

【0045】

後述するように、カーボンナノチューブ集合体２０は熱伝導性シートとして使用され、発熱体と放熱部材との間に配置される。このとき、各カーボンナノチューブ２０ａは、第１くびれ部Ａ及び第２くびれ部Ｂから横方向に折り曲げられ、第１、第３カーボンナノチューブ部２１，２３が横方向に延在して発熱体及び放熱部材に接触する。

【0046】

これにより、カーボンナノチューブ集合体２０と、発熱体及び放熱部材との接触面積を大きくすることができる。

【0047】

次いで、図４（ｂ）に示すように、熱可塑性樹脂シート３０ａをカーボンナノチューブ集合体２０の上に配置し、押圧部材（不図示）で熱可塑性樹脂シート３０ａを下側に押圧しながら、２００℃程度の温度で加熱処理を行う。

【0048】

これにより、熱可塑性樹脂シート３０ａを軟化させ、カーボンナノチューブ集合体２０内の隙間に樹脂を流し込んで含侵させる。

【0049】

このようにして、図５に示すように、カーボンナノチューブ集合体２０の隙間に樹脂部３０が充填される。これにより、カーボンナノチューブ集合体２０は、樹脂部３０によってシート状に一体化される。

【0050】

あるいは、液状の熱可塑性樹脂をディスペンサなどで塗布して樹脂部３０を形成してもよい。

【0051】

続いて、樹脂部３０によってシート状に一体化されたカーボンナノチューブ集合体２０をシリコン基板１０から引き剥がす。その後に、シート状のカーボンナノチューブ集合体２０を個々のカーボンナノチューブ形成領域が得られるように切断する。

【0052】

以上により、図６に示すように、実施形態のカーボンナノチューブシート１が製造される。カーボンナノチューブシート１は、カーボンナノチューブ集合体２０を樹脂部３０で一体化して一枚のシート状にしているため、良好なハンドリング性を有する。

【0053】

次に、カーボンナノチューブシート１を熱伝導性シートとして使用する方法について説明する。図７に示すように、半導体素子などの発熱体４０の上に上記した図６のカーボンナノチューブシート１を配置する。さらに、カーボンナノチューブシート１の上に放熱部材５０を配置し、放熱部材５０を下側に押圧しながら、２５０℃程度の温度で加熱処理を行う。

【0054】

これにより、図８に示すように、カーボンナノチューブシート１の熱可塑性の樹脂部３０が溶融しながら、各カーボンナノチューブ２０ａがその第１くびれ部Ａ及び第２くびれ部Ｂから横方向に折れ曲がる。その結果、下端側の第１カーボンナノチューブ部２１及び上端側の第３カーボンナノチューブ部２３が横方向に配置される。

【0055】

これにより、各カーボンナノチューブ１０ａの下端側の第１くびれ部Ａから折れた第１カーボンナノチューブ部２１が発熱体４０に接触する。第１カーボンナノチューブ部２１の長さは２０μｍ程度であり、その全体が発熱体４０に接触する。

【0056】

また同様に、各カーボンナノチューブ２０ａの上端側の第２くびれ部Ｂから折れた第３カーボンナノチューブ部２３が放熱部材５０に接触する。第３カーボンナノチューブ部２３においても、その長さは２０μｍ程度であり、その全体が放熱部材５０に接触する。

【0057】

以上により、図８に示すように、図６のカーボンナノチューブシート１を備えた電子機器２が製造される。

【0058】

予備的事項で説明したように、本実施形態と違って、カーボンナノチューブを折り曲げない場合は、発熱体及び放熱部材の各面上でカーボンナノチューブ集合体が占有するトータルの面積の密度は５％程度である。

【0059】

これに対して、本実施形態の電子機器２では、各カーボンナノチューブ２０ａの両端側を折り曲げて発熱体４０及び放熱部材５０に接触させている。このため、発熱体４０及び放熱部材５０の各面上でカーボンナノチューブ集合体２０が占有するトータルの面積の密度を４０〜６０％程度に増加させることができる。

【0060】

これにより、カーボンナノチューブシート１と発熱体４０及び放熱部材５０との熱伝導経路の熱抵抗が小さくなる。よって、発熱体４０から発する熱を、カーボンナノチューブシート１を介して放熱部材５０側に十分に伝導して放熱することができる。

【0061】

このように、カーボンナノチューブ集合体２０と発熱体４０及び放熱部材５０との接触面積を増加させることができるので、カーボンナノチューブシート１の本来の特性を引き出すことができ、熱伝導性を向上させることができる。

【0062】

また、本実施形態と違って、カーボンナノチューブにくびれ部を形成しないで、カーボンナノチューブを折り曲げる場合は、１ＭＰａ程度の高い圧力でカーボンナノチューブシートを押圧する必要がある。発熱体が半導体素子の場合、半導体素子に過剰な押圧力がかかると、半導体素子が破壊することがある。

【0063】

しかし、本実施形態では、カーボンナノチューブ２０ａの両端側に第１くびれ部Ａ及び第２くびれ部Ｂを形成し、それらを基点としてカーボンナノチューブ２０ａを折り曲げている。

【0064】

このため、０．５Ｍｐａ程度の低い圧力でカーボンナノチューブシート１を押圧することにより、各カーボンナノチューブ２０ａを容易に折り曲げることができる。従って、発熱体４０が半導体素子の場合であっても、半導体素子が破壊するおそれがなくなる。

【0065】

図８では、全てのカーボンナノチューブ２０ａが同じ方向に折れ曲がっている。

【0066】

あるいは、図９に示すように、多数のカーボンナノチューブ２０ａの中で、屈曲方向が逆の方向になっていてもよい。

【0067】

さらには、多数のカーボンナノチューブ２０ａがランダムな方向に折れ曲がる場合もある。

【0068】

このように、カーボンナノチューブ２０ａの成長条件、第１、第２くびれ部Ａ，Ｂの直径や長さ、及び押圧条件などによって、カーボンナノチューブ２０ａの屈曲方向は様々な態様となる。

【0069】

本実施形態では、好適な態様として、各カーボンナノチューブ２０ａの両端側に第１、第２くびれ部Ａ，Ｂをそれぞれ形成し、両端側においてカーボンナノチューブ２０ａを折り曲げている。これ以外に、各カーボンナノチューブ２０ａの一端側（下端側）及び他端側（上端側）のうちの少なくとも一端側にくびれ部が形成されていればよい。

【0070】

図１０の変形例のカーボンナノチューブシート１ａでは、各カーボンナノチューブ２０ａの一端側のみにくびれ部Ａが形成されており、他端側にはくびれ部が形成されていない。また同様に、カーボンナノチューブ集合体２０の隙間に樹脂部３０が充填されている。

【0071】

そして、図１１に示すように、発熱体４０の上に図１０の変形例のカーボンナノチューブシート１ａを配置する。さらに、カーボンナノチューブシート１ａの上に放熱部材５０を配置し、放熱部材５０を下側に押圧しながら、加熱処理を行う。

【0072】

これにより、図１２に示すように、各カーボンナノチューブ２０ａの第１カーボンナノチューブ部２１が一端側のくびれ部Ａで横方向に折れ曲がる。その結果、横方向に折り曲がって配置された第１カーボンナノチューブ部２１が発熱体４０に接触する。

【0073】

一方、各カーボンナノチューブ２０ａの上端側では、くびれ部が形成されていないため、第２カーボンナノチューブ部２２は折れ曲がらず、各カーボンナノチューブ２０ａの先端面が放熱部材５０に接触する。

【0074】

あるいは、図１０とは逆に、各カーボンナノチューブ２０ａの他端側（上端側）のみにくびれ部を形成し、一端側（下端側）にくびれ部を形成しない形態としてもよい。この形態では、カーボンナノチューブの上端側では、折れ曲がって横方向に配置されたカーボンナノチューブ部が放熱部材に接触する。また、カーボンナノチューブの一端側では、カーボンナノチューブの先端面が発熱体に接触する。

【0075】

このように、各カーボンナノチューブ２０ａの一端側（下端側）及び他端側（上端側）のうち少なくともいずれかにくびれ部を形成して折り曲げてもよい。発熱体及び放熱部材のうちのいずれかとの接触面積を増加させることができるので、折り曲げない場合よりも熱伝導性を向上させることができる。

【0076】

本実施形態のカーボンナノチューブシート１、１ａは各種の発熱体から発する熱を放熱部材に放熱する熱伝導性シートとして使用することができる。

【0077】

発熱体４０としては、半導体素子の他に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、自動車などのモーター、太陽光パネルシステムなどで使用される直流を交流に変換するインバータ装置などがある。

【0078】

次に、本実施形態の図６のカーボンナノチューブシート１を半導体装置に適用する例について説明する。半導体装置は電子機器の一例である。

【0079】

図１３（ａ）に示すように、まず、配線基板６０を用意する。配線基板６０は、上面側に銅などからなる接続パッドＰを備え、下面側にはんだなどからなる外部接続端子Ｔを備えている。接続パッドＰは、配線基板６０の内部に形成された多層配線（不図示）を介して外部接続端子Ｔに電気的に接続されている。

【0080】

さらに、図１３（ｂ）に示すように、下面側にバンプ電極７２を備えた半導体素子７０（ＬＳＩチップ）を用意する。そして、半導体素子７０のバンプ電極７２をはんだ（不図示）を介して配線基板６０の接続パッドＰにフリップチップ接続する。半導体素子７０としては、動作時に発熱量が大きなＣＰＵチップなどが使用される。

【0081】

その後に、半導体素子７０と配線基板６０との隙間にアンダーフィル樹脂７４が充填される。

【0082】

次いで、図１３（ｃ）に示すように、前述した図６の折り曲げる前の状態のカーボンナノチューブシート１を半導体素子７０の背面に配置する。

【0083】

さらに、図１４に示すように、放熱部材としてヒートスプレッダ８０を用意する。ヒートスプレッダ８０は、平板部８２と、その周縁から下側に突き出る環状の突出部８４とを備えており、下面側の中央部に凹部Ｃが設けられている。ヒートスプレッダ８０の一例としては、無酸素銅部材の外面にニッケルめっきを施したものが使用される。

【0084】

そして、ヒートスプレッダ８０の突出部８４を熱硬化性の接着剤８６を介して配線基板６０の周縁部に配置する。

【0085】

さらに、押圧部材（不図示）でヒートスプレッダ８０を下側に押圧しながら、２５０℃程度の温度で加熱処理を行う。

【0086】

これにより、図１５に示すように、前述した図７及び図８と同様に、各カーボンナノチューブ２０ａがその第１くびれ部Ａ及び第２くびれＢから横方向に折れ曲がる。その結果、各カーボンナノチュー２０ａの下端側の第１カーボンナノチューブ部２１が横方向に配置されて半導体素子７０の背面に接触する。

【0087】

また同様に、各カーボンナノチューブ２０ａの上端側の第３カーボンナノチューブ部２３が横方向に配置されてヒートスプレッダ８０の凹部Ｃの底面に接触する。

【0088】

ヒートスプレッダ８０の凹部Ｃの底面と半導体素子７０の背面との間に折れ曲がった複数のカーボンナノチューブ２０ａが収容されるように、ヒートスプレッダ８０の凹部Ｃの深さが調節されている。

【0089】

以上により、実施形態の半導体装置３が得られる。

【0090】

また、図１５の半導体装置３のヒートスプレッダ８０の上に熱伝導材を介してヒートシンクがさらに設けられてもよい。ヒートシンクは平板部とその上に突き出る多数の放熱フィンとから形成される。熱伝導材として、前述した図６のカーボンナノチューブシート１を使用してもよい。

【0091】

さらには、図１５の半導体装置３のヒートスプレッダ８０の上に熱伝導材を介してヒートパイプがさらに設けられていてもよい。ヒートパイプでは、密閉したパイプ内に封入された作動液体の蒸発・凝縮の相変化で熱を輸送して放熱する。

【0092】

この場合も、熱伝導材として、前述した図６のカーボンナノチューブシート１を使用してもよい。

【0093】

（第２実施形態）
前述した第１実施形態では、カーボンナノチューブ集合体２０に樹脂部３０を充填してシート状に一体化している。

【0094】

第２実施形態では、カーボンナノチューブ集合体にアルミナ膜を被覆することにより、シート状に一体化する。

【0095】

第２実施形態のカーボンナノチューブシートの製造方法では、図１６（ａ）に示すように、前述した図２（ａ）〜図４（ａ）の工程を遂行することにより、図４（ａ）と同様なカーボンナノチューブ集合体２０をシリコン基板１０の上に形成する。

【0096】

その後に、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、各カーボンナノチューブ２０ａの表面を原子層レベルの超薄膜のアルミナ膜（Ａｌ₂Ｏ₃膜）２４で被覆する。

【0097】

図１６（ａ）では、複数のカーボンナノチューブ２０ａは分離されて描かれているが、実際には、図１６（ｂ）の模式図に示すように、複数のカーボンナノチューブ２０ａはお互いに絡み合うようにして一部が接触した状態で形成される。

【0098】

このため、各カーボンナノチューブ２０ａを超薄膜のアルミナ膜２４で被覆して、カーボンナノチューブ２０ａ同士をアルミナ膜２４で連結することにより、一体化されたカーボンナノチューブシート１ｂを得ることができる。以下の工程は、図１６（ａ）を使用して説明する。

【0099】

次いで、図１７に示すように、アルミナ膜２４で一体化されたカーボンナノチューブシート１ｂをシリコン基板１０から引き剥がす。このとき、カーボンナノチューブシート１ｂはアルミナ膜２４で一体化されているため、ばらばらになることなく、シート状に扱うことができる。

【0100】

続いて、図１８（ａ）に示すように、図１７のカーボンナノチューブシート１ｂを発熱体４０の上に配置する。さらに、図１８（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブシート１ｂの上に押圧部材５２を配置し、押圧部材５２を下側に押圧する。この時点では、カーボンナノチューブシート１ｂに樹脂部が充填されていないため、加熱処理を行う必要はない。

【0101】

これにより、前述した図８と同様に、各カーボンナノチューブ２０ａが第１くびれ部Ａ及び第２くびれＢから横方向に折れ曲がる。その結果、各カーボンナノチューブ２０ａの下端側の第１くびれ部Ａから折れた第１カーボンナノチューブ部２１が横方向に配置されて発熱体４０に接触する。

【0102】

また同様に、各カーボンナノチューブ２０ａの上端側の第２くびれ部Ｂから折れた第３カーボンナノチューブ部２３が横方向に配置されて押圧部材５２に接触する。

【0103】

第２実施形態では、カーボンナノチューブシート１ｂを折り曲げる際に、樹脂部が充填されていないため、第１実施形態よりも低い圧力で各カーボンナノチューブを折り曲げることができる。従って、発熱体４０として半導体素子を使用する場合に、第１実施形態よりも半導体素子へのダメージを低減することができる。

【0104】

次いで、図１９（ａ）に示すように、押圧部材５２をカーボンナノチューブシート１ｂから取り外す。このとき、各カーボンナノチューブ２０ａの上端側の第３カーボンナノチューブ部２３は、横方向に折れ曲がった状態のままで維持される。

【0105】

次いで、図１９（ｂ）に示すように、前述した図４（ｂ）及び図５と同様な方法により、カーボンナノチューブシート１ｂ内の隙間に熱可塑の樹脂部３０を充填する。

【0106】

続いて、図２０に示すように、カーボンナノチューブシート１ｂの上に放熱部材５０を配置し、放熱部材５０を下側に押圧しながら、２５０℃程度の温度で加熱処理を行う。

【0107】

このとき、各カーボンナノチューブ２０ａの上端面に薄皮状の樹脂部３０が残っている場合は、樹脂部３０が再溶融して外側に排出される。これにより、各カーボンナノチューブ２０ａの上端側の折り曲げられた第３カーボンナノチューブ部２３が放熱部材５０に接触する。

【0108】

なお、前述した図１８（ｂ）の工程で、押圧部材５２でカーボンナノチューブシート１ｂを押圧しているが、放熱部材５０で押圧してもよく、押圧できる各種の部材を使用することができる。

【0109】

以上により、図２０に示すように、第２実施形態のカーボンナノチューブシート１ｂを備えた電子機器２ａが製造される。図２０の電子機器２ａは、前述した第１実施形態の図８の電子機器２と実質的に同一構造あり、同様な効果を奏する。

【符号の説明】

【0110】

１，１ａ，１ｂ…カーボンナノチューブシート、２、２ａ…電子機器、３…半導体装置、１０…シリコン基板、１２…触媒金属膜、１２ａ…触媒金属微粒子、２０，２０ｘ…カーボンナノチューブ集合体、２０ａ…カーボンナノチューブ、２１…第１カーボンナノチューブ部、２２…第２カーボンナノチューブ部、２３…第３カーボンナノチューブ部、２４…アルミナ膜、３０ａ…熱可塑性樹脂シート、３０…樹脂部、４０…発熱体、５０…放熱部材、５２…押圧部材、６０…配線基板、７０…半導体素子、７２…バンプ電極、７４…アンダーフィル樹脂、８０…ヒートスプレッダ、８２…平板部、８４…突出部、８６…接着剤、Ａ…第１くびれ部、Ｂ…第２くびれ部、Ｃ…凹部、Ｐ…接続パッド、Ｔ…外部接続端子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】