特許 6283293 カーボンナノチューブシートの製造方法

(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】6283293

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブシートの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/373 20060101AFI20180208BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20180208BHJP

   C01B 32/168 20170101ALI20180208BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20180208BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 M

   H01L23/36 D

   C01B32/168

   H05K7/20 F

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-196883(P2014-196883)

(22)【出願日】2014年9月26日

(65)【公開番号】特開2016-72289(P2016-72289A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2017年3月22日

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】長澤 隆政

【審査官】 豊島 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０６０２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７６９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６７７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００２８７７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ３１／００−３１／３６

Ｈ０１Ｌ２３／２９

２３／３４−２３／３６

２３／３７３−２３／４２７

２３／４４

２３／４６７−２３／４７３

Ｈ０５Ｋ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の上に複数のカーボンナノチューブを形成する工程と、
常温の雰囲気で四角形状のシリコーンゴムシートの四辺の縁部をローラにそれぞれ固定し、前記シリコーンゴムシートを前記ローラに巻き付けて引き伸ばした状態にし、前記複数のカーボンナノチューブの上端部を前記シリコーンゴムシートの下面に突き刺して仮固定する工程と、
前記基板から前記複数のカーボンナノチューブを引き剥がす工程と、
常温の雰囲気で前記引き伸ばしたシリコーンゴムシートを元に戻す工程と
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2】

前記シリコーンゴムシートを元に戻す工程の後に、
前記複数のカーボンナノチューブの隙間に樹脂を含浸させる工程と、
前記複数のカーボンナノチューブを前記シリコーンゴムシートから引き剥がす工程とを有す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の製造方法。

【請求項3】

前記複数のカーボンナノチューブの隙間に樹脂を含浸させる工程において、
前記シリコーンゴムシート側の前記カーボンナノチューブの基端部の周囲が空隙になるように、前記樹脂を含浸させることを特徴とする請求項２に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。

【請求項4】

前記複数のカーボンナノチューブの上端部を前記シリコーンゴムシートの下面に突き刺して仮固定する工程において、
押圧ローラで前記シリコーンゴムシートを下側に押圧することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。

【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２０１２−７６９３８号公報

【特許文献2】特開２０１４−６０２５２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、単位面積あたりの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に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、基板の上に複数のカーボンナノチューブを形成する工程と、常温の雰囲気で四角形状のシリコーンゴムシートの四辺の縁部をローラにそれぞれ固定し、前記シリコーンゴムシートを前記ローラに巻き付けて引き伸ばした状態にし、前記複数のカーボンナノチューブの上端部を前記シリコーンゴムシートの下面に突き刺して仮固定する工程と、前記基板から前記複数のカーボンナノチューブを引き剥がす工程と、常温の雰囲気で前記引き伸ばしたシリコーンゴムシートを元に戻す工程とを有するカーボンナノチューブシートの製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

以下の開示によれば、カーボンナノチューブシートの製造方法では、まず、基板の上に複数のカーボンナノチューブを形成する。次いで、シリコーンゴムシートを引き伸ばした状態にし、シリコーンゴムシートの下面に複数のカーボンナノチューブの先端部を仮固定する。

【0010】

さらに、複数のカーボンナノチューブを基板から引き剥がす。その後に、シリコーンゴムシートを元の状態に戻す。

【0011】

このようにすることにより、シリコーンゴムシートの収縮によって、複数のカーボンナノチューブの間隔が狭くなり、単位面積当たりのカーボンナノチューブの密度を向上させることができる。よって、発熱体及び放熱部材とのトータルの接触面積を大きくすることができるので、十分な放熱性を得ることができる。

【0012】

また、好適な態様では、粘着剤などの接着樹脂を使用することなく、複数のカーボンナノチューブの先端部を適度に柔らかいシリコーンゴムシートの下面に突き刺して仮固定することができる。このため、カーボンナノチューブの先端部に熱伝導性の悪い接着樹脂が残ることがないため、高い放熱性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１（ａ）〜（ｃ）は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2】図２は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3】図３は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4】図４は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４）である。

【図5】図５は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５）である。

【図6】図６は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６）である。

【図7】図７は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７）である。

【図8】図８は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８）である。

【図9】図９は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９）である。

【図10】図１０は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１０）である。

【図11】図１１は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１１）である。

【図12】図１２は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13】図１３は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14】図１４は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（その３）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】

図１〜図１１は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である。

【0016】

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１（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。

【0017】

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１（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。

【0018】

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。

【0019】

次いで、図１（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。

【0020】

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。

【0021】

次いで、図１（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。

【0022】

続いて、図２に示すように、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、触媒金属微粒子１２ａを触媒としてシリコン基板１０の上に複数のカーボンナノチューブ２０ａを成長させる。これにより、複数のカーボンナノチューブ２０ａが横方向に並んで形成されたカーボンナノチューブ集合体２０が得られる。

【0023】

図２の部分拡大図に示すように、触媒金属微粒子１２ａに成長する各カーボンナノチューブ２０ａ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。

【0024】

熱ＣＶＤ法によるカーボンナノチューブ２０ａの成長条件としては、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が使用され、成膜チャンバの総ガス圧が１ｋＰａ、温度が６５０℃、成長時間が３０分に設定される。

【0025】

各カーボンナノチューブ２０ａの高さは、例えば、１００μｍ〜３００μｍ程度に設定される。

【0026】

ここで、上記したような条件でカーボンナノチューブ２０ａを形成すると、シリコン基板１０上での単位面積あたりのカーボンナノチューブ２０ａの密度は２〜３％程度である。

【0027】

このため、カーボンナノチューブ集合体２０を熱伝導性シートとして使用する際、半導体素子などの発熱体及び放熱部材との熱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。

【0028】

なお、触媒金属微粒子１２ａの密度を増やすことによって、単位面積あたりのカーボンナノチューブ２０ａの本数を増やすことは可能である。しかし、その方法では、触媒金属微粒子１２ａが微小になるため、カーボンナノチューブ２０ａが所要の高さまで成長しなくなるなどの弊害が発生する。

【0029】

そこで、本実施形態では、シリコーンゴムシートの伸縮性を利用して、単位面積あたりのカーボンナノチューブ２０ａの密度を向上させる。

【0030】

詳しく説明すると、図３に示すように、伸縮性を有するシリコーンゴムシート３０を用意する。シリコーンゴムシート３０は、平面視して四角形状であり、その厚みは１ｍｍ以下、例えば、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍである。

【0031】

次いで、図４に示すように、シリコーンゴムシート３０を引き伸ばすための引き伸ばし装置４０を用意する。引き伸ばし装置４０では、平面視して四角形状の平板部４１上の中央部にステージ４２が配置されている。

【0032】

平板部４１上の四辺の縁部には巻き付け用のローラ４３がそれぞれ配置されている。各ローラ４３は、横置きにした円柱形状又は円筒形状からなり、その両端に径が小さい支持軸４３ａをそれぞれ備えている。

【0033】

各ローラ４３の両端側には支持部材４４がそれぞれ立設している。そして、各ローラ４２の両端の支持軸４３ａが支持部材４４に連結されている。各支持部材４４の外側には、ローラ４３を回転させるための回転用ハンドル４５が配置されている。回転用ハンドル４５を円弧状に回すことによりローラ４３が連動して回転する。

【0034】

このような引き伸ばし装置４０のステージ４２の上に、前述した図３のカーボンナノチューブ集合体２０が形成されたシリコン基板１０を配置する。図４のシリコン基板１０及びカーボンナノチューブ集合体２０は、図２及び図３のスケールから縮小されて描かれている。

【0035】

さらに、引き伸ばし装置４０のローラ４３に図３のシリコーンゴムシート３０を巻き付けて固定する。このとき、平面視すると、四角形状のシリコーンゴムシート３０の四辺の縁部が各ローラ４３にそれぞれ固定される。さらに、回転用ハンドル４５を回してシリコーンゴムシート３０を各ローラ４３に巻き付けて引き伸ばす。

【0036】

このとき、回転用ハンドル４５は、シリコーンゴムシート３０をローラ４３に巻き付けて引き伸ばす際に、所定の位置で固定できるようになっている。また、ローラ４３は上下方向に移動でき、高さ位置を調整できるようになっている。

【0037】

また、引き伸ばし装置４０は、シリコーンゴムシート３０にカーボンナノチューブ２０ａを圧着するための押圧ローラ４６を備えている。押圧ローラ４６は支持体（不図示）で支持されており、押圧ローラ４６の高さ位置及び押圧力を調整できるようになっている。押圧ローラ４６は、横置きした円柱形状又は円筒形状からなり、その長さはステージ４２の一辺の長さに対応している。

【0038】

このようにして、シリコーンゴムシート３０を用意し、シリコーンゴムシート３０を引き伸ばした状態にする。

【0039】

次いで、図５に示すように、シリコン基板１０上の各カーボンナノチューブ２０ａの上端部に、引き伸ばされたシリコーンゴムシート３０の下面が接触するように、ローラ４３の高さ位置を調整する。

【0040】

さらに、押圧ローラ４６をシリコーンゴムシート３０の上面に当接させる。そして、図５及び図６に示すように、シリコーンゴムシート３０を押圧ローラ４６で所定の圧力で下側に押圧した状態で、押圧ローラ４６をシリコーンゴムシート３０上で回転させながら水平方向に移動させる。

【0041】

これにより、図６の部分拡大図に示すように、各カーボンナノチューブ２０ａの先端部がシリコーンゴムシート３０の下面に突き刺さった状態となる。

【0042】

シリコーンゴムシート３０は適度に柔らかい特性を有する。このため、押圧ローラ４６でシリコーンゴムシート３０を下側に押圧することにより、各カーボンナノチューブ２０ａの先端部がシリコーンゴムシート３０の下面に突き刺さって仮固定される。

【0043】

このように、本実施形態では、粘着剤などの接着樹脂を使用することなく、各カーボンナノチューブ２０ａをシリコーンゴムシート３０の下面に直接、仮固定することができる。

【0044】

このため、カーボンナノチューブ２０ａの先端部に粘着剤などの接着樹脂が残されることがなく、クリーンな状態とすることができる。粘着剤などの接着樹脂は熱伝導性が悪いため、カーボンナノチューブ２０ａの先端部に接着樹脂が付着すると、熱伝導経路の熱抵抗が大きくなり、放熱性が悪くなる。

【0045】

また、本実施形態では、シリコーンゴムシート３０を引き伸ばす工程は、加熱することなく常温の雰囲気で容易に行うことができる。常温は、１５℃〜２５℃程度の温度である。

【0046】

このように、上記したような簡易な構造の引き伸ばし装置４０を使用することで、引き伸ばしたシリコーンゴムシート３０にカーボンナノチューブ２０ａを容易に仮固定することができる。

【0047】

続いて、図７に示すように、引き伸ばし装置４０のローラ４３を上側に移動しながら、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。

【0048】

さらに、図８に示すように、引き伸ばし装置４０のローラ４３からシリコーンゴムシート３０を解放する。これにより、引き伸ばし装置４０によって引き伸ばされていたシリコーンゴムシート３０が収縮して前述した図３の元の状態に戻る。図８のカーボンナノチューブ集合体２０は、図７のスケールから前述した図２及び図３と同じスケールに拡大されて描かれている。

【0049】

このように、引き伸ばされたシリコーンゴムシート３０に各カーボンナノチューブ２０ａが仮固定された後に、シリコーンゴムシート３０が収縮して元に戻る。

【0050】

このため、図２及び図８を比較してみると、前述した図２で形成された各カーボンナノチューブ２０ａの間隔Ｄ１は、図８に示すように、シリコーンゴムシート３０が収縮した分だけ狭くなり、間隔Ｄ２となる。

【0051】

前述したように、図２の状態では、シリコン基板１０上でのカーボンナノチューブ２０ａの単位面積あたりの密度は２〜３％である（比較例）。これに対して、本実施形態のように、シリコーンゴムシート３０の伸縮性を利用することにより、シリコーンゴムシート３０上でのカーボンナノチューブ２０ａの単位面積あたりの密度を例えば１０％程度まで向上させることができる。

【0052】

このように、単位面積あたりのカーボンナノチューブ２０ａの密度を比較例の３倍〜４倍程度、例えば３．５倍に向上させることができる。最終的に得られるカーボンナノチューブ２０ａの単位面積あたりの密度は、シリコーンゴムシート３０の引き伸ばしの度合によって調整することができる。

【0053】

以上のように、本実施形態では、カーボンナノチューブ集合体２０が形成された領域がシリコーンゴムシート３０の収縮によって小さくなる。

【0054】

このため、所要の面積のカーボンナノチューブシートを得るためには、前述した図２の工程において、シリコーンゴムシート３０の収縮量を考慮して、カーボンナノチューブ形成領域を広く区画しておく必要がある。

【0055】

また、本実施形態では、シリコーンゴムシート３０を使用するため、引き伸ばされたシリコーンゴムシート３０は解放するだけで収縮する。このように、加熱によって収縮する収縮性シートを使用する場合と違って、加熱することなく常温の雰囲気でシリコーンゴムシート３０を容易に収縮させることができる。

【0056】

次いで、図９に示すように、図８の構造体を上下反転させる。さらに、熱硬化性樹脂シート５０ａをカーボンナノチューブ集合体２０の上に配置する。

【0057】

続いて、押圧部材（不図示）で熱硬化性樹脂シート５０ａを下側に押圧しながら、温度：２００℃、処理時間：１分の条件で加熱処理を行う。これにより、図１０に示すように、カーボンナノチューブ集合体２０の上に配置した熱硬化性樹脂シート５０ａを軟化させ、各カーボンナノチューブ２０ａの隙間に樹脂を流し込んで含侵させる。

【0058】

このようにして、複数のカーボンナノチューブ２０ａの隙間に熱硬化性樹脂５０が含浸される。

【0059】

上記した樹脂の加熱条件を採用すると、この時点では、熱硬化性樹脂５０はまだ未硬化の状態となっている。

【0060】

以上により、カーボンナノチューブ集合体２０が熱硬化性樹脂５０で一体化されてシート状になる。

【0061】

このとき、シリコーンゴムシート３０側のカーボンナノチューブ２０ａの基端部Ａの周囲が、熱硬化性樹脂５０が形成されない空隙となるように、熱硬化性樹脂５０の含浸量を調整する。

【0062】

これは、熱硬化性樹脂５０がシリコーンゴムシート３０に接触すると、カーボンナノチューブ集合体２０をシリコーンゴムシート３０から引き剥がしにくくなるためである。空隙の領域の基端部Ａの高さは、例えば、２０μｍ〜３０μｍ程度である。

【0063】

一方、カーボンナノチューブ２０ａの先端部Ｂは未硬化の熱硬化性樹脂５０で被覆された状態となる。

【0064】

なお、熱硬化性樹脂５０の代わりに、熱可塑性樹脂を同様にカーボンナノチューブ集合体２０に含浸させてもよい。

【0065】

次いで、図１１に示すように、カーボンナノチューブ集合体２０をシリコーンゴムシート３０から引き剥がす。このとき、前述したように、熱硬化性樹脂５０がシリコーンゴムシート３０に接着していないため、カーボンナノチューブ集合体２０をシリコーンゴムシート３０から容易に引き剥がすことができる。

【0066】

以上により、実施形態のカーボンナノチューブシート１が得られる。

【0067】

実施形態のカーボンナノチューブシート１は、垂直方向に配向された複数のカーボンナノチューブ２０ａが横方向に微細な隙間を空けて並んで配列されている。

【0068】

複数のカーボンナノチューブ２０ａによってカーボンナノチューブ集合体２０が形成される。平面視すると、カーボンナノチューブ集合体２０は四角状に形成されている。

【0069】

カーボンナノチューブ集合体２０の隙間には未硬化の熱硬化性樹脂５０が形成されている。各カーボンナノチューブ２０ａの基端部Ａは熱硬化性樹脂５０から露出している。そして、各カーボンナノチューブ２０ａの基端部Ａには、熱伝導性の悪い粘着剤などの接着樹脂が付着しておらず、クリーンな状態となっている。一方、各カーボンナノチューブ２０ａの先端部Ｂは未硬化の熱硬化性樹脂５０によって被覆されている。

【0070】

前述したように、本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、まず、シリコン基板１０の上に複数のカーボンナノチューブ２０ａを成長させる。

【0071】

次いで、シリコーンゴムシート３０を引き伸ばした状態にし、複数のカーボンナノチューブ２０ａの先端部をシリコーンゴムシート３０の下面に突き刺して仮固定する。

【0072】

さらに、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、シリコーンゴムシート３０を解放して収縮させて元の状態に戻す。

【0073】

このようにすることにより、シリコーンゴムシート３０の収縮分だけカーボンナノチューブ２０ａの間隔が狭くなり、単位面積当たりのカーボンナノチューブ２０ａの密度を向上させることができる。

【0074】

これにより、半導体素子などの発熱体及び放熱部材とのトータルの接触面積を大きくすることができるので、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引き出すことができる。

【0075】

前述した実施形態では、伸縮性シートとして、シリコーンゴムシート３０を使用したが、天然ゴム又は合成ゴムを使用してもよい。つまり、粘着剤などの接着樹脂を使用することなく、カーボンナノチューブ２０ａを突き刺して仮固定できる適度に柔らかいゴム材料であれば使用することができる。

【0076】

次に、図１１の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半導体装置の製造方法について説明する。

【0077】

図１２（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。

【0078】

次いで、図１２（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。

【0079】

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を充填する。

【0080】

次いで、図１３に示すように、前述した図１１のカーボンナノチューブシート１を半導体素子７０の上面に配置する。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が熱硬化性樹脂５０で被覆されている面側が下側になるように、半導体素子７０の上面に配置される。

【0081】

続いて、同じく図１３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。

【0082】

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。

【0083】

次いで、図１４に示すように、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、温度：２５０℃、処理時間：２０〜３０分の条件で加熱処理を行う。

【0084】

このとき、ヒートスプレッダ８０の凹部Ｃの底面がカーボンナノチューブシート１の各カーボンナノチューブ２０ａの上端に当接するように、ヒートスプレッダ６０の凹部Ｃの深さが調節されている。

【0085】

これにより、カーボンナノチューブシート１の下側の未硬化の熱硬化性樹脂５０が流動して横方向に押し出される。これにより、カーボンナノチューブシート１の各カーボンナノチューブ２０ａの下端が半導体素子７０の上面に接触した状態となる。また、カーボンナノチューブシート１の各カーボンナノチューブ１０ａの上端は元々露出しているため、ヒートスプレッダ６０の凹部Ｃの底面に接触した状態となる。

【0086】

この加熱処理により、カーボンナノチューブシート１の熱硬化性樹脂５０が完全に硬化する。

【0087】

これにより、カーボンナノチューブシート１の上面とヒートスプレッダ６０の凹部Ｃの底面とが熱硬化性樹脂５０によって接着される。また同時に、カーボンナノチューブシート１の下面と半導体素子７０の上面とが熱硬化性樹脂５０によって接着される。さらに同時に、ヒートスプレッダ８０の突出部８４が配線基板６０の周縁部に熱硬化性の接着剤８６によって接着される。

【0088】

以上により、実施形態の半導体装置２が製造される。

【0089】

なお、カーボンナノチューブシート１の上面側をヒートスプレッダ６０の凹部Ｃの底面に押圧して接着した後に、カーボンナノチューブシート１の下面側を半導体素子７０の上面に接着してもよい。

【0090】

図１４に示すように、実施形態の半導体装置２は、前述した図１２（ａ）で説明した配線基板６０の接続パッドＰに半導体素子７０のバンプ電極７２がフリップチップ接続されている。半導体素子７０と配線基板６０の間にアンダーフィル樹脂７４が充填されている。

【0091】

また、配線基板６０の周縁部にはヒートスプレッダ８０の環状の突出部８４が接着剤８６よって接着されている。これにより、ヒートスプレッダ８０の凹部Ｃ内に半導体素子７０が収容されている。

【0092】

半導体素子７０の上面とヒートスプレッダ８０の凹部Ｃの底面との間の領域に、熱伝導性シートとして図１１のカーボンナノチューブシート１が設けられている。カーボンナノチューブシート１の各カーボンナノチューブ２０ａの下端が半導体素子７０の上面に接触している。また、カーボンナノチューブシート１の各カーボンナノチューブ２０ａの上端がヒートスプレッダ８０の凹部Ｃの底面に接触している。

【0093】

前述したように、本実施形態のカーボンナノチューブ１では、半導体素子７０の上面及びヒートスプレッダ８０の凹部の底面において、単位面積当たりのカーボンナノチューブ２０ａの密度を比較例の３．５倍程度に向上させることができる。

【0094】

これにより、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引き出すことができる。よって、半導体素子７０から発する熱を、カーボンナノチューブシート１を介してヒートスプレッダ８０側に十分に伝導して放熱することができる。

【0095】

本願発明者の実験によれば、単位面積当たりのカーボンナノチューブの密度を比較例の３．５倍程度に向上させたカーボンナノチューブシートでは、熱伝導率が４倍程度に向上することが確認された。

【0096】

なお、特に図示しないが、図１４の半導体装置２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をさらに設けてもよい。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。

【0097】

あるいは、図１４の半導体装置２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。

【符号の説明】

【0098】

１…カーボンナノチューブシート、２…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…カーボンナノチューブ集合体、２０ａ…カーボンナノチューブ、３０…シリコーンゴムシート、４０…引き伸ばし装置、４１，８２，９２…平板部、４２…ステージ、４３…ローラ、４３ａ…支持軸、４４…支持部材、４５…回転用ハンドル、４６…押圧ローラ、５０…熱硬化性樹脂、５０ａ…熱硬化性樹脂シート、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、８４…突出部、８６…接着剤、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】