特許 6237231 シート状構造体とその製造方法、電子部品及びその組立方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6237231

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】シート状構造体とその製造方法、電子部品及びその組立方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20171120BHJP

   H01L 23/373 20060101ALI20171120BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 D

   H01L23/36 M

   H05K7/20 F

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-273052(P2013-273052)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-128103(P2015-128103A)

(43)【公開日】2015年7月9日

【審査請求日】2016年9月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100146776

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 昭則

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 真一

(72)【発明者】

【氏名】水野 義博

【審査官】 豊島 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１９９４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００６８３８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１９９３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０４６２９１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ ９／００

Ｃ０１Ｂ３２／００ −３２／９９１

Ｈ０１Ｌ２３／２９

２３／３４ −２３／３６

２３／３７３−２３／４２７

２３／４４

２３／４６７−２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一定方向に延びる複数の線状構造体と、
前記複数の線状構造体の成長端に形成された金属膜と、
前記金属膜よりも前記線状構造体の根元側に位置し、前記金属膜よりも硬度の高い硬質層と、
を有することを特徴とするシート状構造体。

【請求項2】

前記複数の線状構造体の各々を被覆する被膜、
をさらに有し、
前記硬質層の硬度は、前記被膜の硬度と同じかそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載のシート状構造体。

【請求項3】

基板上に複数の線状構造体を成長し、
前記線状構造体の成長端に、前記成長端を埋め込む金属膜を形成し、
前記金属膜よりも前記線状構造体の根元側に、前記金属膜よりも硬度の高い硬質層を形成する、
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。

【請求項4】

前記硬質層の形成は、前記線状構造体を前記金属膜から前記根元側へ向かう所定の長さだけ露出し、その他の部分を覆った状態で原子層堆積法により形成することを特徴とする請求項３に記載のシート状構造体の製造方法。

【請求項5】

発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と放熱体の間に位置する熱伝導性部材と、
を有し、
前記熱伝導性部材は、前記発熱体に接触する複数の線状構造体を有する第１部分と、前記放熱体に接触する複数の線状構造体を有する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分の間に位置する低融点金属の接合層とを有し、
前記第１部分の前記線状構造体の成長端と、前記第２部分の線状構造の成長端は、前記接合層の中に埋め込まれ、
前記接合層は、前記第１部分に位置し前記接合層よりも硬度の高い第１硬質層と、前記第２部分に位置し前記接合層よりも硬度の高い第２硬質層とに挟まれている
ことを特徴とする電子部品。

【請求項6】

前記発熱体に接触する前記線状構造体の各々と、前記放熱体に接触する前記線状構造体の各々は被膜に覆われ、前記第１硬質層と前記第２硬質層の硬度は、前記被膜の硬度と同じかそれ以上であることを特徴とする請求項５に記載の電子部品。

【請求項7】

一対のシート状構造体であって、各シート状構造体が、複数の線状構造体の成長端を埋め込む金属膜と前記金属膜よりも前記線状構造体の根元側に位置し前記金属膜よりも硬度の高い硬質層とを有する一対のシート状構造体を用意し、
前記一対のシート状構造体を、前記金属膜同士を合わせて重ねた状態で発熱体と放熱体の間に配置し、
前記重ね合わせた前記一対のシート状構造体に一定の荷重下で熱を印加して前記金属膜を一体化させた接合層を形成して、前記発熱体と前記放熱体とを熱的に接続する、
ことを特徴とする電子部品の組立方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シート状構造体とその製造方法、電子部品及びその組立方法に関する。

【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、半導体素子の直上に銅などの熱伝導性のヒートスプレッダを配置した構成を有している。半導体素子とヒートスプレッダ間の熱的な接触には、インジウムシートなどが用いられている。しかしながら、インジウムの熱伝導度（８０Ｗ／ｍ・Ｋ）は高いとはいえず、半導体素子から生じる熱を効率的に放熱させるために、さらに高い熱伝導度を有する材料が望まれる。コスト面からも、インジウムよりも安価な代替材料が望ましい。

【0003】

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が注目されている。カーボンナノチューブは、高い熱伝導度（1500〜3000Ｗ／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。

【0004】

配向カーボンナノチューブを、半導体素子とヒートスプレッダの間に介在させるサーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）として用いた場合、カーボンナノチューブの両端の界面コンタクトが熱特性に影響を及ぼす。近年、ＴＩＭ材料として材料厚みが２００μｍ以上のものが要求されているが、長さが２００μｍ以上の配行カーボンナノチューブを形成した場合、長さバラツキ、コンタクト面積の低減といった課題が生じる。

【0005】

カーボンナノチューブを用いた放熱構造体として、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放熱構造体が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法により、カーボンナノチューブの各々を長手方向に熱伝導性の被膜層で覆って、カーボンナノチューブの束状構造体の機械的強度を高める構成が知られている（たとえば、特許文献２参照）。

【0006】

放熱シート以外の用途として、２つのカーボンナノチューブ構造体を噛み合わせた係止ファスナーや（たとえば、特許文献３参照）、同じく２つのカーボンナノチューブ構造体を噛み合わせた燃料電池の電極膜（たとえば、特許文献４参照）が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００６−１４７８０１号公報

【特許文献2】特開２０１２−１９９３３５号公報

【特許文献3】特開２００９−２０１７７２号公報

【特許文献4】特開２００５−３０２３０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

使用時に厚さと厚さ方向への熱のパスを維持することのできるシート状構造体とその製造方法の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

一つの態様では、シート状構造体を提供する。シート状構造体は、
一定方向に延びる複数の線状構造体と、
前記複数の線状構造体の成長端に形成された金属膜と、
前記金属膜よりも前記線状構造体の根元側に位置し、前記金属膜よりも硬度の高い硬質層と、
を有する。

【発明の効果】

【0010】

使用時に厚さと厚さ方向への熱のパスを維持することのできるシート状構造体が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本願発明に至る過程で考えられ得る構成に生じる問題点を説明する図である。

【図2】実施形態のシート状構造体と、これを用いた電子部品の構成を示す図である。

【図3】実施形態のシート状構造体の製造工程図である。

【図4】実施形態のシート状構造体の製造工程図であり、図３（Ｂ）に引き続く工程を示す図である。

【図5】実施形態のシート状構造体の製造工程図であり、図４（Ｃ）に引き続く工程を示す図である。

【図6】実施形態のシート状構造体の電子部品への適用例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、本発明に至る過程で考えられるシート状構造体に生じる問題を説明するための図である。

【0013】

カーボンナノチューブをサーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ）として用いる場合、その熱抵抗は、カーボンナノチューブ自身の熱抵抗、カーボンナノチューブと発熱体（ＬＳＩチップ等）の間の接触熱抵抗、及びカーボンナノチューブと放熱体（ヒートスプレッダ等）の間の接触熱抵抗の和になる。カーボンナノチューブ自体の熱伝導率は高く全体の熱抵抗に占めるカーボンナノチューブの熱抵抗は小さい。全体の熱抵抗を低減するためには、接触熱抵抗を低減することが重要である。

【0014】

配向成長したカーボンナノチューブをＴＩＭ材料として使用した場合、両端の界面コンタクトが熱特性に影響する。近年ＴＩＭ材料として厚みが２００μｍ以上のものが要求されているが、２００μｍ以上の長さの配向カーボンナノチューブは長さのばらつきが大きく、成長端と放熱体又は発熱体との間の接触熱抵抗が増大する。

【0015】

そこで考えられるのが、図１（Ａ）に示すように、長さばらつきが少なく接触界面への追従性に優れた２つのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）シート１１０Ａと１１０Ｂを金属膜１１５で重ね合わせることである。ＣＮＴシート１１０Ａ、１１０Ｂにおいて、樹脂層１１３から突き出たカーボンナノチューブ１１１の成長端に金属膜１１５を形成し、金属膜１１５同士を接合することで、２段に重ねられたカーボンナノチューブ１１１を熱的に接続する。

【0016】

金属膜１１５は、熱インタフェースとして機能することから、熱伝導性が良好で膜厚の小さい低融点金属膜１１５であるのが望ましい。接合時には、低融点金属膜１１５を溶融してＣＮＴシート１１０Ａと１１０Ｂを接合する。

【0017】

カーボンナノチューブ１１１に機械的強度を付与する被膜１１２が施されている場合、図１（Ｂ）に示すように、加熱・加圧により一体化された低融点金属の接合層１２０を、カーボンナノチューブ１１１が突き抜けてしまうという問題が生じる。カーボンナノチューブ１１１が接合層１２０を突き抜けると、ＴＩＭの厚みが低減するだけではなく、ＴＩＭの厚さ方向に沿った熱伝導の効率が低下する。

【0018】

そこで、以下の実施形態では、厚さと、厚さ方向への熱のパスを維持することのできるシート状構造体とその製造方法を提供する。

【0019】

図２は、実施形態のシート状構造体１０Ａ、１０Ｂと、これを用いた電子部品１の概略構成図である。図２（Ａ）のシート状構造体１０Ａ、１０Ｂを、発熱体３０と放熱体４０の間に配置して熱を印加することで、図２（Ｂ）のように熱伝導性部材５０を有する電子部品１を組み立てることができる。

【0020】

シート状構造体１０Ａと１０Ｂの各々は、複数の線状構造体１１と、複数の線状構造体１１の成長端を埋める低融点金属膜１５と、低融点金属膜１５よりも線状構造体１１の根元側に位置し、低融点金属膜１５よりも硬度の高い硬質層２５を有する。線状構造体１１は、熱伝導性の元素が線状に成長した構造体であり、実施形態では、単層または多層のカーボンナノチューブ１１である。

【0021】

低融点金属膜１５は、線状構造体１１の長さばらつきを吸収する厚さに形成されるが、熱抵抗を低減するために、なるべく薄いほうが望ましい。ここで、低融点金属とは一般に錫（Ｓｎ）の融点よりも低い融点を持つ金属をいうが、発熱体３０の外部接続端子の融点及び端子周りの回路材料の融点よりも低い融点を有する金属と定義してもよい。

【0022】

図２の例では、各カーボンナノチューブ１１は被膜１２で覆われ、硬質層２５よりも根元（基部）側に、束状のカーボンナノチューブ１１の隙間を充填する樹脂層１３が形成されている。被膜１２を形成することで、各カーボンナノチューブ１１の機械的強度が高くなる。樹脂層１３を形成することで、シート状構造体１０Ａ、１０Ｂの取り扱いが容易になる。樹脂層１３は、シート状構造体１０Ａ、１０Ｂを発熱体３０と放熱体４０の間に組み込んで電子部品１を作製する際の接着層としても機能し、組立時にカーボンナノチューブ１１と発熱体３０の界面、及びカーボンナノチューブ１１と放熱体４０との界面から容易に流動する熱可塑性樹脂である。

【0023】

第１のシート状構造体１０Ａの低融点金属膜１５と、第２のシート状構造体１０Ｂの低融点金属膜１５を重ね合わせて、一定荷重の下に熱を印加することで、低融点金属膜１５同士が溶融し、一体化して、図２（Ｂ）の熱伝導性部材５０が得られる。

【0024】

熱伝導性部材５０は、第１部分１９Ａと、第２部分１９Ｂと、第１部分１９Ａと第２部分１９Ｂの間に位置して第１部分１９Ａと第２部分１９Ｂを熱的に接合する接合層１７を有する。第１部分１９Ａと第２部分１９Ｂは接合層１７に対して対称に配置されている。第１部分１９Ａは、成長端が接合層１７の内部に位置する複数の線状構造体１１と、接合層１７よりも線状構造体１１の根元（基部）側に位置し、接合層１７よりも硬度の高い硬質層２５を有する。第２部分１９Ｂも同様に、成長端が接合層１７の内部に位置する複数の線状構造体１１と、接合層１７よりも線状構造体１１の根元（基部）側に位置し、接合層よりも硬度の高い硬質層２５を有する。

【0025】

２つのカーボンナノチューブ１１の束を接合層で重ね合わせ、接合層１７を一対の硬質層２５で挟むことで、熱伝導性部材５０の厚さが確保され、かつ厚さ方向への熱のパスを維持することができる。

【0026】

熱伝導性部材５０と発熱体３０の界面、及び熱伝導性部材５０と放熱体４０の界面にはカーボンナノチューブ１１の根元側が位置する。カーボンナノチューブ１１の根元では長さばらつきはほとんどなく、海面での接触面積を大きくすることができる。したがって、放熱効率のよい電子部品１が実現される。

【0027】

図３〜図５は、実施形態のシート状構造体１０Ａ、１０Ｂの製造工程図である。まず、図３（Ａ）に示すように、基板２上に複数のカーボンナノチューブ１１を成長する。カーボンナノチューブ１１の面密度は、放熱性と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。カーボンナノチューブ１１の長さは、熱拡散シートあるいはＴＩＭシートの用途によって決まり、特に限定されるものではないが、１００μｍ〜３００μｍ程度に設定することができる。

【0028】

基板２として、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。あるいは、これらの基板上に薄膜が形成されたものであってもよく、一例として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基板を用いてもよい。

【0029】

基板２はカーボンナノチューブ１１の形成後に剥離される。したがって、基板２としては、カーボンナノチューブ１１の成長温度で変質しないこと、少なくともカーボンナノチューブ１１に接する面がカーボンナノチューブ１１から容易に剥離できる材料またはカーボンナノチューブ１１に対して選択的にエッチングできる材料で構成されていることが望ましい。

【0030】

カーボンナノチューブ１１を形成するために、基板２に図示しない触媒層、たとえば厚さ２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜をスパッタ法により形成する。このとき、カーボンナノチューブ１１の用途に応じて触媒金属膜の配置パターンを決定する。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。触媒金属膜に替えて、微分型静電分級器（differential mobility analyzer；ＤＭＡ）等を用いて、あらかじ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。この場合の金属種は薄膜と同様のものでよい。触媒金属膜の下地膜として、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）、ＴｉＳｉ_ｘ（チタンシリサイド）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ_ｘ（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（チタンナイトライド）よりなる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（平均粒径３．８ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）の積層構造を適用することができる。

【0031】

触媒金属膜を触媒として、基板２上に、たとえばホットフィラメントＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ１１を成長する。カーボンナノチューブ１１の成長条件は、たと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。この成長条件で形成したカーボンナノチューブ１１の面密度は、１×１０^１１本／ｃｍ^２程度である。

【0032】

カーボンナノチューブ１１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１１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。いずれの場合も、基板２の触媒金属膜が形成された領域上に、基板２の表面に対して垂直配向した複数のカーボンナノチューブ１１を形成することができる。

【0033】

次に、図３（Ｂ）に示すように、配向成長したカーボンナノチューブ１１の成長側から、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition：原子層堆積）法を用いて被膜１２を形成する。被膜１２の材料は、カーボンナノチューブ１１の熱伝導率と同等または近似する熱伝導率を有し、ＡＬＤ法を適用することのできる材料であれば、特に限定されない。たとえば、金属や金属酸化物を用いることができる。金属酸化物を用いる場合は、アルミニウム酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸化物（ＴｉＯ_Ｘ）、ハフニウム酸化物（ＲｕＯ_Ｘ）、鉄酸化物（ＦｅＯ_Ｘ）、インジウム酸化物（ＩｎＯ_Ｘ）、ランタン酸化物（ＬａＯ_Ｘ）、モリブデン酸化物（ＭｏＯ_Ｘ）、ニオブ酸化物（ＮｂＯ_Ｘ）、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯ_Ｘ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）、バナジウム酸化物（ＶＯ_Ｘ）、タングステン酸化物（ＷＯ_Ｘ）、イットリウム酸化物（ＹＯ_Ｘ）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_Ｘ）等を用いることができる。被膜１２の材料として金属を用いる場合は、例えば、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、ランタン（Ｌａ）等を用いることができる。

【0034】

被膜１２をアルミニウム酸化物で形成する場合は、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（Al(CH₃)₃）と水（H₂O）を用い、成膜温度を８０℃以上とする。被膜１２を酸化亜鉛で形成する場合は、原料ガスとしてジエチル亜鉛（Zn(C₂H₅)₂）と水（H₂O）を用い、成膜温度を８０℃以上とする。被膜１２の膜厚は特に限定されないが、カーボンナノチューブ１１の弾性を向上する観点から１ｎｍ〜２０ｎｍ程度とするのが望ましい。

【0035】

次に、図４（Ａ）で、カーボンナノチューブ１１の成長端に、低融点金属膜１５を形成する。低融点金属膜１５は熱伝導性が良好で加熱・加圧による融着に適した材料である。たとえば、抵抗加熱蒸着装置を用いて、インジウム（Ｉｎ）を２〜５μｍの厚さに蒸着する。このとき、低融点金属材料がカーボンナノチューブ１１の内部に一定程度入り込み、カーボンナノチューブ１１の成長端が低融点金属膜１５の中に埋め込まれる。低融点金属膜１５に埋め込まれるカーボンナノチューブ１１の成長端の長さは、低融点金属膜１５の表面に達しない長さであればよく、たとえば、低融点金属膜の膜厚の１／４〜３／４である。

【0036】

次に、図４（Ｂ）で、成長端が低融点金属膜１５で覆われた束状のカーボンナノチューブ１１を、基板２から剥離する。

【0037】

次に、図４（Ｃ）で、カーボンナノチューブ１１の根元側から、樹脂を含浸して樹脂層１３を形成する。たとえば、低融点金属膜１５の融点よりも低い温度で含侵可能な塑性樹脂シートをカーボンナノチューブ１１の根元側の端部に配置し、温度をコントロールして低融点金属膜１５の手前まで含浸させる。より具体的には、樹脂の融点よりも１０℃程度低い温度に設定したベーク炉に、樹脂シートを乗せたカーボンナノチューブ束を入れて、数十分ベークし、低融点金属膜１５の１〜５μｍ手前まで、好ましくは数μｍ手前まで樹脂を含浸させる。これにより、低融点金属膜１５と樹脂層１３の間に所定の間隔の隙間１８が形成される。

【0038】

次に、図５（Ａ）で、低融点金属膜１５と樹脂層１３との隙間１８に、低融点金属膜１５よりも硬度の高い硬質層２５を形成する。低融点金属膜１５と樹脂層１３が形成されたカーボンナノチューブ１１の束を、カバースペーサ４とカバーマスク５の間に配置し、隙間１８部分を露出して、残りの部分を覆い隠す。低融点金属膜１５の端面は露出しても被覆してもどちらでもよい。

【0039】

カバースペーサ４は、樹脂層１３で保持されたカーボンナノチューブ１１の束を受け取る溝６を形成する。溝６は、たとえばＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法により形成することができる。ＤＲＩＥ法はパッシベーション膜を形成する第１のステップと、異方性エッチングを行う第２のステップとを繰り返して行うエッチング法であり、アスペクト比の高い溝６を形成することができる。第１のステップとして、たとえば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバー内の圧力を１４．５mTorr（約1.93Pa）にして、Ｃ₄Ｆ₈ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で導入し、６．３秒間の処理を行なう。第２のステップとして、たとえば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバー内の圧力を１４．５mTorr（約1.93Pa）、基板へのＲＦパワーを３８０ｋＨｚで２３Ｗとした状態で、ＳＦ₆ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で導入し、７．５秒間の処理を行なう。マスク（不図示）の開口率による調整が必要であるが、たとえば、４インチウエハのシリコン（Ｓｉ）の開口率３％の場合、上述したＤＲＩＥ処理を１２０分間行なうことで、深さ２００μｍの溝６を形成することができる。

【0040】

低融点金属膜１５を覆うカバーマスク５として、たとえば剥離温度１５０℃の熱剥離シート（日東電工製のリバアルファ（商標名））を用いることができる。カバーマスク５とカバースペーサ４の間に位置する隙間１８に、ＡＬＤ法で硬質層２５を形成する。ＡＬＤ法による成膜は、樹脂層１３と低融点金属膜１５が動かない程度の温度で行うのが好ましい。ＡＬＤ法は材料元素を一原子層ごとに堆積するためカバレッジが良く、原料ガスが樹脂層１３と低融点金属膜１５の隙間１８で露出するカーボンナノチューブ１１の間に入り込んで、カーボンナノチューブ１１の間を埋める硬質層２５を形成することができる。

【0041】

複数の溝６が形成されたカバースペーサ４を用いる場合は、低融点金属膜１５と樹脂層１３が形成されたカーボンナノチューブ１１の束をそれぞれの溝６に配置し、複数のカーボンナノチューブ１１の束に対して、同時に硬質層２５を形成することができる。

【0042】

低融点金属膜１５にインジウム（Ｉｎ）を用いた場合、熱伝導性が良好で、かつＩｎよりも硬度が高い硬質層２５の材料として、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ等の金属や、酸化アルミニウムなどの金属酸化物の層をＡＬＤ法で形成することができる。

【0043】

次に、図５（Ｂ）で、カバースペーサ４から、硬質層２５が形成されたカーボンナノチューブ１１の束を取り出すことで、一対のシート状構造体１０Ａと１０Ｂが得られる。

【0044】

図６は、シート状構造体１０Ａ、１０Ｂを用いた電子部品１の構成を示す図である。シート状構造体１０Ａの低融点金属膜１５と、シート状構造体１０Ｂの低融点金属膜１５を合わせて、ＬＳＩチップ（発熱体）３０とヒートスプレッダ（放熱体）４０の間に配置する。この状態で、ＬＳＩチップ３０側とヒートスプレッダ４０側から、低融点金属膜１５の融点近傍の温度で熱を印加する。低融点金属膜１５が溶融して一体化し、熱伝導性部材５０の厚さ方向の中間に接合層１７が形成される。また、樹脂層１３が濡れ広がってカーボンナノチューブ１１の根元側がＬＳＩチップ３０とヒートスプレッダ４０の表面に接触する。図示はしないが、低融点金属膜１５同士の接合の工程で、硬質層２５や低融点金属膜１５（あるいは接合層１７）の端面が樹脂層１３に覆われてもよい。

【0045】

接合層１７は一対の硬質層２５で挟まれ、各カーボンナノチューブ１１は硬質層２５で面内方向に保持されているため、接合層１７に対するカーボンナノチューブ１１の突き抜けを防止することができる。その結果、熱伝導性部材５０の厚さを維持しつつ、厚さ方向の熱のパスを維持してコンタクトロスを低減することができる。

【0046】

実施形態では炭素元素の中空ファイバであるカーボンナノチューブを例にとって説明したが、中空内に炭素鎖を有するカーボンナノワイヤやカーボンナノロッドを用いた線状構造体にも適用可能である。また、炭素元素に限定されず、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、銀（Ａｇ）などの熱伝導性のナノワイヤに適用することもできる。いずれの場合も、ナノワイヤの成長端を覆う低融点金属膜１５の内側に、低融点金属膜１５よりも硬度の高い硬質層２５を配置した２つのシート状構造体１０Ａ、１０Ｂを低融点金属膜１５で接合することによって、膜厚と、厚さ方向への熱のパスを維持した熱伝導性部材５０を実現することができる。

【0047】

実施形態では、カーボンナノチューブ１１の間に樹脂層１３を形成したが、樹脂層１３を形成しない場合は、成長端に低融点金属膜１５を形成した後に、カーボンナノチューブ１１の束を、カバースペーサ４の溝６内に配置する。この場合、溝６の深さを、低融点金属膜１５の界面から根元側に向かって１〜５μｍの長さだけカーボンナノチューブ１１が溝６の外に露出する深さに設定する。これにより、低融点金属膜１４よりも根元側に、低融点金属膜１５よりも硬度の高い硬質層をＡＬＤ法で形成することができる。この方法で作製されたシート状構造体１０Ａ、１０Ｂを電子部品１に組み込む場合は、低融点金属膜１５の融点より低い含浸温度を有する接着層をあらかじめ発熱体３０と放熱体４０の表面に設けておいてもよい。

【0048】

以下の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
一定方向に延びる複数の線状構造体と、
前記複数の線状構造体の成長端に形成された金属膜と、
前記金属膜よりも前記線状構造体の根元側に位置し、前記金属膜よりも硬度の高い硬質層と、
を有することを特徴とするシート状構造体。
（付記２）
前記複数の線状構造体の各々を被覆する被膜、
をさらに有し、
前記硬質層の硬度は、前記被膜の硬度と同じかそれ以上であることを特徴とする付記１に記載のシート状構造体。
（付記３）
前記複数の線状構造体の根元側に位置し、前記金属膜の融点よりも低い含浸温度を有する樹脂層、
をさらに有し、
前記硬質層は、前記樹脂層と前記金属膜の間に位置することを特徴とする付記１に記載のシート状構造体。
（付記４）
前記硬質層の厚さは１〜５μｍであることを特徴とする、付記１に記載のシート状構造体。
（付記５）
前記金属膜は、錫よりも低い融点の低融点金属膜であることを特徴とする付記１に記載のシート状構造体。
（付記６）
基板上に複数の線状構造体を成長し、
前記被膜を有する線状構造体の成長端に、前記成長端を埋め込む金属膜を形成し、
前記金属膜よりも前記線状構造体の根元側に、前記金属膜よりも硬度の高い硬質層を形成する、
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
（付記７）
前記硬質層の形成は、前記線状構造体を前記金属膜から前記根元側へ向かう所定の長さだけ露出し、その他の部分を覆った状態で前記原子層堆積法により形成することを特徴とする付記６に記載のシート状構造体の製造方法。
（付記８）
前記複数の線状構造体の各々に被膜を形成した後に、前記金属膜を形成することを特徴とする付記６に記載のシート状構造体の製造方法。
（付記９）
発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と放熱体の間に位置する熱伝導性部材と、
を有し、
前記熱伝導性部材は、前記発熱体に接触する複数の線状構造体を有する第１部分と、前記放熱体に接触する複数の線状構造体を有する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分の間に位置する低融点金属の接合部とを有し、
前記第１部分の前記線状構造体の成長端と、前記第２部分の線状構造の成長端は、前記接合層の中に埋め込まれ、
前記接合層は、前記第１部分に位置し前記接合層よりも硬度の高い第１硬質層と、前記第２部分に位置し前記接合層よりも硬度の高い第２硬質層とに挟まれている
ことを特徴とする電子部品。
（付記１０）
前記発熱体に接触する前記線状構造体の各々と、前記放熱体に接触する前記線状構造体の各々は被膜に覆われ、前記第１硬質層と前記第２硬質層の硬度は、前記被膜の硬度と同じかそれ以上であることを特徴とする付記８に記載の電子部品。
（付記１１）
前記第１硬質層と前記発熱体の間、及び前記第２硬質層と前記放熱体の間で、前記線状構造体の間を充填する樹脂層、
をさらに有することを特徴とする付記８に記載の電子部品。
（付記１２）
一対のシート状構造体であって、各シート状構造体が、複数の線状構造体の成長端を埋め込む金属膜と前記金属膜よりも前記線状構造体の根元側に位置し前記金属膜よりも硬度の高い硬質層とを有する一対のシート状構造体を用意し、
前記一対のシート状構造体を、前記金属膜同士を合わせて重ねた状態で発熱体と放熱体の間に配置し、
前記重ね合わせた前記一対のシート状構造体に一定の荷重下で熱を印加して前記金属膜を一体化させた接合層を形成して、前記発熱体と前記放熱体とを熱的に接続する、
ことを特徴とする電子部品の組立方法。
（付記１３）
前記一対のシート状構造体の前記複数の線状構造体の各々は被膜に覆われていることを特徴とする付記１２に記載の電子部品の組立方法。
（付記１４）
前記金属膜は、前記発熱体の外部接続端子及び前記接続端子の周辺の回路材料の融点よりも低い融点を有する金属材料で形成されることを特徴とする付記１１に記載の電子部品の組立方法。
（付記１５）
前記一対のシート状構造体の少なくとも一方は、前記線状構造体の根元側に前記金属膜の溶融温度よりも低い含浸温度を有する樹脂層を有し、
前記熱の印加により、前記前記線状構造体の根元が、前記発熱体及び／又は前記放熱体と接着することを特徴とする付記１１に記載の電子部品の組立方法。

【符号の説明】

【0049】

１ 電子部品
４ カバースペーサ
５ カバーマスク
６ 溝
１０Ａ、１０Ｂ シート状構造体
１１ カーボンナノチューブ（線状構造体）
１２ 被膜
１３ 樹脂層
１５ 低融点金属膜
１７ 接合層（接合部）
１８ 隙間
２５ 硬質層
１９Ａ 第１部分
１９Ｂ 第２部分
３０ 発熱体（ＬＳＩチップ）
４０ 放熱体（ヒートスプレッダ）
５０ 熱伝導性部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】