特許 7484471 カーボンナノチューブシート、電子機器及び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】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブシート、電子機器及び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】

   C01B 32/16 20170101AFI20240509BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

C01B32/16

H01L23/36 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020103553

(22)【出願日】2020-06-16

(65)【公開番号】P2021195284

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-03-09

(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

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 真一

(72)【発明者】

【氏名】近藤 大雄

【審査官】宮脇 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１９９５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４９６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０９７８７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０６７５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０３１０９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３２／１５８－３２／１７８

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を備え、前記第１主面および前記第２主面の法線方向に延存する複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブシートであって、
前記カーボンナノチューブの数を前記第１主面の面積で除して得られる密度を第１基準密度とし、前記カーボンナノチューブの数を前記第２主面の面積で除して得られる密度を第２基準密度としたとき、
前記第１主面は、前記カーボンナノチューブの密度が前記第１基準密度より高い第１領域を有し、
前記第２主面は、前記カーボンナノチューブの密度が前記第２基準密度より高い第２領域を有し、
前記第１領域は、前記第１主面において複数のカーボンナノチューブが凝集した領域であり、
前記第２領域は、前記第２主面において複数のカーボンナノチューブが凝集した領域であり、
前記第１主面に占める前記第１領域の第１割合は、前記第２主面に占める前記第２領域の第２割合よりも大きく、
前記第１領域における前記カーボンナノチューブの密度は、前記第２領域における前記カーボンナノチューブの密度より低く、
前記第１主面側の端部において前記カーボンナノチューブの側面に付着した金属粒子を含む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】

前記第１割合は、前記第２割合の２．０倍以上であ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】

半導体装置と、
前記半導体装置に取り付けられた請求項１又は２に記載のカーボンナノチューブシートと、
を有することを特徴とする電子機器。

【請求項4】

前記カーボンナノチューブシートに接する放熱部材を有し、
前記カーボンナノチューブシートは、前記半導体装置と前記放熱部材とにより圧縮されていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。

【請求項5】

基板の上に、複数のカーボンナノチューブを含むシート状のカーボンナノチューブ集合体を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブ集合体の主面に基剤及び金属粒子を含む金属ペーストを塗布し、前記基剤を前記カーボンナノチューブ集合体に含侵する工程と、
前記金属粒子を焼成することで前記主面に焼結金属を形成するとともに、前記基剤を蒸発させて前記複数のカーボンナノチューブを凝集させる工程と、
前記カーボンナノチューブ集合体と、前記基板及び前記焼結金属と、を互いから分離する工程と、
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6】

前記金属ペーストは、金属フィラーを含むことを特徴とする請求項５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】

本開示は、カーボンナノチューブシート、電子機器及び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】

サーバやパーソナルコンピュータの中央処理装置（central processing unit：ＣＰＵ）などに用いられる電子部品は、半導体装置から発する熱を効率よく放熱するために、熱伝導性シートを介してヒートスプレッダが配置された構造を有している。熱伝導性シートとして、カーボンナノチューブシートが用いられることがある。例えば、カーボンナノチューブシートは、薄い樹脂層を介して半導体装置とヒートスプレッダとの間に配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１１０２１７号公報

【文献】国際公開第２００８／０３５７４２号

【文献】特開２００５－１５０３６２号公報

【文献】特開２００６－１４７８０１号公報

【文献】特開２００６－３０３２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のカーボンナノチューブシートを熱伝導性シートに用いた場合、熱抵抗が高くなることがある。

【0005】

本開示の目的は、熱抵抗の上昇を抑制することができるカーボンナノチューブシート、電子機器及び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にある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一形態によれば、第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を備え、前記第１主面および前記第２主面の法線方向に延存する複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブシートであって、前記カーボンナノチューブの数を前記第１主面の面積で除して得られる密度を第１基準密度とし、前記カーボンナノチューブの数を前記第２主面の面積で除して得られる密度を第２基準密度としたとき、前記第１主面は、前記カーボンナノチューブの密度が前記第１基準密度より高い第１領域を有し、前記第２主面は、前記カーボンナノチューブの密度が前記第２基準密度より高い第２領域を有し、前記第１領域は、前記第１主面において複数のカーボンナノチューブが凝集した領域であり、前記第２領域は、前記第２主面において複数のカーボンナノチューブが凝集した領域であり、前記第１主面に占める前記第１領域の第１割合は、前記第２主面に占める前記第２領域の第２割合よりも大きく、前記第１領域における前記カーボンナノチューブの密度は、前記第２領域における前記カーボンナノチューブの密度より低く、前記第１主面側の端部において前記カーボンナノチューブの側面に付着した金属粒子を含むカーボンナノチューブシートが提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、熱抵抗の上昇を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係るカーボンナノチューブシートを示す上面図である。

【図2】第１実施形態に係るカーボンナノチューブシートを示す下面図である。

【図3】第１実施形態に係るカーボンナノチューブシートを示す断面図である。

【図4】第１実施形態に係るＣＮＴシートの製造方法を示す断面図（その１）である。

【図5】第１実施形態に係るＣＮＴシートの製造方法を示す断面図（その２）である。

【図6】第１実施形態に係るＣＮＴシートの製造方法を示す断面図（その３）である。

【図7】第１実施形態に係るＣＮＴシートの製造方法を示す断面図（その４）である。

【図8】第１実施形態に係るＣＮＴシートの製造方法を示す断面図（その５）である。

【図9】第１実施形態に係るＣＮＴシートの製造方法を示す断面図（その６）である。

【図10】第１実施例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図（その１）である。

【図11】第１実施例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図（その２）である。

【図12】第１実施例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図（その３）である。

【図13】第１参考例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図（その１）である。

【図14】第１参考例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図（その２）である。

【図15】第１参考例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図（その３）である。

【図16】第１実施例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図（その４）である。

【図17】第１実施例に係るＣＮＴシートの第１主面のＳＥＭ写真を示す図である。

【図18】第１実施例に係るＣＮＴシートの第２主面のＳＥＭ写真を示す図である。

【図19】図１７に示すＳＥＭ写真の反転像を示す図である。

【図20】図１８に示すＳＥＭ写真の反転像を示す図である。

【図21】第１実施例の機械的特性を示す図である。

【図22】第１参考例の機械的特性を示す図である。

【図23】第２実施形態に係る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】

【0009】

本願発明者らは、従来のカーボンナノチューブシートが用いられた場合に熱抵抗が上昇する原因を究明すべく鋭意検討を行った。この結果、半導体装置とヒートスプレッダとの間で、カーボンナノチューブシートに圧縮荷重が作用し、圧縮荷重に耐えられないカーボンナノチューブが座屈していることが明らかになった。カーボンナノチューブは、座屈した場合、弾性変形しなくなるため、当該カーボンナノチューブと半導体装置又はヒートスプレッダとの間の接触面積が小さくなり、熱抵抗が上昇する。本願発明者らは、このような知見に基づいて、カーボンナノチューブの座屈を抑制すべく鋭意検討を行った結果、下記の実施形態に想到した。

【0010】

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

【0011】

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）シートに関する。図１は、第１実施形態に係るＣＮＴシートを示す上面図である。図２は、第１実施形態に係るＣＮＴシートを示す下面図である。図３は、第１実施形態に係るＣＮＴシートを示す断面図である。

【0012】

図１～図３に示すように、第１実施形態に係るＣＮＴシート１は、複数のＣＮＴ３１を含む。ＣＮＴシート１は、第１主面１０と、第１主面１０とは反対側の第２主面２０とを備える。例えば、第１主面１０はＣＮＴ３１の成長先端側にあり、第１主面１０はＣＮＴ３１の成長根元側にある。ＣＮＴシート１に含まれるＣＮＴ３１の数を第１主面１０の面積で除して得られる密度、すなわち面密度、を基準密度ρ０としたとき、第１主面１０は、ＣＮＴ３１の面密度が基準密度ρ０以上の第１領域１１を有し、第２主面２０は、ＣＮＴ３１の面密度が基準密度ρ０以上の第２領域２２を有する。第１主面１０に占める第１領域１１の第１割合は、第２主面２０に占める第２領域２２の第２割合よりも大きくてもよい。

【0013】

例えば、第１主面１０は複数の第１領域１１を有し、複数の第１領域１１は第１主面１０に均一に分散していてもよい。第２主面２０は複数の第２領域２２を有し、複数の第２領域２２は第２主面２０に均一に分散していてもよい。

【0014】

なお、ＣＮＴ３１の面密度（基準密度ρ０）は、放熱性及び電気伝導性の観点から、１×１０^１０本／ｃｍ^２以上であることが望ましい。ＣＮＴ３１の長さ、すなわちＣＮＴシート１の厚さは用途に応じて適宜、選択することができ、特に限定されるものではないが、好ましくは１００μｍ～５００μｍ程度である。ＣＮＴ３１の直径は、例えば５ｎｍ以上である。

【0015】

ＣＮＴ３１の面密度が基準密度ρ０未満の第３領域１３を第１主面１０が有し、ＣＮＴ３１の面密度が基準密度ρ０未満の第４領域２４を第２主面２０が有し、第１主面１０に占める第３領域１３の第３割合が、第２主面２０に占める第４領域２４の第４割合よりも小さくてもよい。ＣＮＴ３１の第１主面１０側の端部に金属粒子３２が付着していてもよい。

【0016】

次に、第１実施形態に係るＣＮＴシートの製造方法について説明する。図４～図９は、第１実施形態に係るＣＮＴシートの製造方法を示す断面図である。

【0017】

まず、図４に示すように、基板１０１を準備する。基板１０１としては、シリコン基板等の半導体基板、ステンレス基板等の金属基板、アルミナ（サファイア）基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板、ガラス基板、ステンレス箔、アルミニウム箔等を用いることができる。また、これらの材料の上に薄膜が形成されたものを基板１０１として用いることもできる。例えば、シリコン基板の上に厚さが３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜が形成されたものを基板１０１として用いることができる。

【0018】

後述のように、基板１０１はＣＮＴ３１の形成後にＣＮＴ３１から剥離される。このため、基板１０１は、ＣＮＴ３１の形成温度において変質しない材料から構成されていることが望ましい。また、基板１０１は、少なくともＣＮＴ３１に接する面がＣＮＴ３１から容易に剥離できるか、又はＣＮＴ３１に対して選択的にエッチングできる材料から構成されていることが望ましい。

【0019】

次いで、基板１０１の上に下地膜１０２を形成する。下地膜１０２は、例えばスパッタ法により形成できる。下地膜１０２としては、例えば、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）又はＴｉＮ（チタンナイトライド）の膜が形成される。下地膜１０２として、これらのうちの少なくとも１種を含む合金の膜が形成されてもよい。

【0020】

次いで、下地膜１０２の上に触媒膜１０３を形成する。触媒膜１０３の配置は、ＣＮＴの接触方向の用途により決定することができる。触媒膜１０３は、例えばスパッタ法により形成できる。触媒膜１０３としては、例えば、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）又はＰｔ（白金）の膜が形成される。触媒膜１０３として、これらのうちの少なくとも１種を含む合金の膜が形成されてもよい。

【0021】

下地膜１０２及び触媒膜１０３の組み合わせの一例として、下地膜１０２は、厚さが１０ｎｍのＡｌ膜であり、触媒膜１０３は、厚さが２．５ｎｍのＦｅ膜である。下地膜１０２及び触媒膜１０３の組み合わせの他の一例として、下地膜１０２は、厚さが５ｎｍのＴｉＮ膜であり、触媒膜１０３は、厚さが２．６ｎｍのＣｏ膜である。

【0022】

触媒膜１０３に代えて、微分型静電分級器（differential mobility analyzer：ＤＭＡ）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。金属微粒子の材料としては、触媒膜１０３の材料と同様のものを用いることができる。下地膜１０２及び金属微粒子の組み合わせの一例として、下地膜１０２は、厚さが５ｎｍのＴｉＮ膜であり、金属微粒子は、平均直径が３．８ｎｍのＣｏ微粒子である。

【0023】

下地膜１０２を形成せずに、基板１０１の上に触媒膜１０３又は金属微粒子を設けてもよい。

【0024】

次いで、基板１０１の上に、例えばホットフィラメント化学気相成長（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）法により、触媒膜１０３を触媒として、複数のＣＮＴ３１を成長させる。ＣＮＴ３１の成長条件に関し、例えば、原料ガスとしてアセチレン及び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とし、ホットフィラメント温度を１０００℃とし、成長時間を２０分とする。このような条件により、層数が３～６層（平均で４層程度）、直径が４ｎｍ～８ｎｍ（平均で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ＣＮＴ３１として成長させることができる。なお、ＣＮＴ３１は、熱ＣＶＤ法やリモートプラズマＣＶＤ法等の他の成膜方法により形成してもよい。また、ＣＮＴ３１として単層カーボンナノチューブを成長させてもよい。また、炭素原料として、アセチレンの他、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等を用いてもよい。

【0025】

図４では、ＣＮＴ３１の全体が基板１０１の上面に垂直な方向に伸びているが、成長初期には、ＣＮＴ３１は多様な方向に伸びる。成長が進行するにつれて、複数のＣＮＴ３１の間で先端部同士が絡み合い、基板１０１の上面に平行な方向（面内方向）には成長しにくくなる。このため、ＣＮＴ３１の成長方向は徐々に基板１０１の上面に垂直な方向に制限されていく。このようにして、複数のＣＮＴ３１からなるシート状のＣＮＴ集合体１０４が形成される。ＣＮＴ集合体１０４は、ＣＮＴ３１の成長先端側に主面４０を備え、ＣＮＴ集合体１０４に含まれるＣＮＴ３１の数を主面４０の面積で除して得られる密度、すなわち面密度（基準密度ρ０）は面内方向で実質的に均一である。

【0026】

次いで、図５に示すように、主面４０の上に金属ペースト１１０を塗布する。金属ペースト１１０は、液状の基剤１１１と、基剤１１１中に分散した金属粒子３２及び金属フィラー１１２とを含む。金属粒子３２の大きさはナノサイズであり、例えば金属粒子３２の平均粒径は１ｎｍ～５００ｎｍ程度である。金属フィラー１１２の大きさはサブミクロンレベルであり、例えば金属フィラー１１２の平均粒径は０．６μｍ～０．９μｍ程度である。例えば、金属ペースト１１０は、基剤１１１の体積が、ＣＮＴ集合体１０４におけるＣＮＴ３１の隙間の容積以上となる量で塗布する。例えば開口部が形成されたメタルマスクを用いることで、金属ペースト１１０を所望の位置に塗布することができる。

【0027】

主面４０の上に金属ペースト１１０が塗布されると、図６に示すように、主面４０の上に金属粒子３２及び金属フィラー１１２を残したまま、液状の基剤１１１がＣＮＴ集合体１０４に含浸されていく。すなわち、ＣＮＴ集合体１０４におけるＣＮＴ３１の隙間が基剤１１１で埋められ、基剤１１１からＣＮＴに表面張力が作用するようになる。

【0028】

次いで、ベーク炉内で金属粒子３２及び金属フィラー１１２を焼成することで、図７に示すように、金属粒子３２及び金属フィラー１１２を焼結させて焼結金属１１３を形成する。焼成温度は、例えば１００℃～１２０℃程度とする。この焼成では、ＣＮＴ集合体１０４及び基剤１１１も加熱され、基剤１１１が蒸発するとともに、ＣＮＴ３１が局所的に凝集する。このようにして、局所的に凝集した複数のＣＮＴ３１からなるシート状のＣＮＴ集合体１０５が形成される。ＣＮＴ集合体１０５は、ＣＮＴ３１の成長先端側に第１主面１０を備える。ＣＮＴ３１が局所的に凝集しているため、第１主面１０は、ＣＮＴ３１の密度が基準密度ρ０以上の第１領域１１を有する。なお、一部の金属粒子３２が焼結金属１１３に含まれずに、ＣＮＴ３１の成長先端側に付着していてもよい。

【0029】

次いで、図８に示すように、ＣＮＴ集合体１０５と焼結金属１１３とを互いから分離する。焼結金属１１３とＣＮＴ集合体１０５との間に強固な結合は生じておらず、焼結金属１１３はＣＮＴ集合体１０５から容易に分離することができる。

【0030】

次いで、図９に示すように、ＣＮＴ集合体１０５を、基板１０１、下地膜１０２及び触媒膜１０３から剥離する。つまり、ＣＮＴ集合体１０５と、基板１０１、下地膜１０２及び触媒膜１０３の積層構造とを互いから分離する。ＣＮＴ集合体１０５は、例えば剃刀を用いて剥離することができる。ＣＮＴ集合体１０５が剥離されるまで、ＣＮＴ３１の根元は触媒膜１０３に拘束されているが、ＣＮＴ集合体１０５の剥離に伴って拘束が解かれる。この結果、ＣＮＴ３１の根元は、凝集している部分に追随するように変形し、ＣＮＴ３１の密度が基準密度ρ０以上の第２領域２２を含む第２主面２０を備えたＣＮＴシート１が得られる。

【0031】

第１主面１０の近傍では複数のＣＮＴ３１が絡み合っているのに対し、第２主面２０の近傍では各ＣＮＴ３１が直線状に伸びている。このため、第２主面２０の近傍では、第１主面１０の近傍よりも凝集の程度が高く、第２主面２０に占める第２領域２２の第２割合が、第１主面１０に占める第１領域１１の第１割合よりも小さくなる。

【0032】

第１実施形態に係るＣＮＴシート１においては、ＣＮＴ３１が局所的に凝集しているため、ＣＮＴ３１が凝集していないＣＮＴ集合体１０４と比較して、機械的強度を向上できる。例えば、厚さ方向に圧縮された場合に、ＣＮＴ３１が座屈しない荷重の範囲を拡大することができる。このため、ＣＮＴシート１が発熱部品と放熱部材との間に圧縮されながら配置された場合、ＣＮＴ３１と発熱部材及び放熱部材との間に十分な接触面積を確保し、熱抵抗の上昇を抑制することができる。

【0033】

ここで、本願発明者らが実施形態に倣って製造したＣＮＴシート（第１実施例）、及びＣＮＴを凝集させるための処理を省略して製造したＣＮＴシート（第１参考例）の走査型顕微鏡（scanning electron microscope：ＳＥＭ）観察の結果について説明する。第１参考例に係るＣＮＴシートの製造では、ＣＮＴ集合体１０４を得た後、金属ペースト１１０の塗布及び焼成等を行わずに、ＣＮＴ集合体１０４を基板１０１、下地膜１０２及び触媒膜１０３から剥離して、ＣＮＴシートとした。

【0034】

図１０～図１２は、第１実施例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図である。図１３～図１５は、第１参考例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図である。図１０～図１２の間で観察倍率が相違し、図１３～図１５の間で観察倍率が相違する。第１主面１０を上面、第２主面２０を下面としたとき、図１０～図１２は斜め上方からの観察像を示す。図１３～図１５も同様の方向からの観察像を示す。図１０～図１２と図１３～図１５とを比較するとわかるように、図１３～図１５に示す第１参考例では、ＣＮＴがほぼ均等な密度で配置されているのに対し、図１０～図１２に示す第１実施例では、ＣＮＴが凝集し、ＣＮＴが密な領域と、疎な領域とがＣＮＴシートに含まれる。また、第１実施例及び第１参考例のいずれにおいても、上面近傍において複数のＣＮＴが絡まり合っている。

【0035】

図１６は、第１実施例に係るＣＮＴシートのＳＥＭ写真を示す図である。図１６は、斜め下方からの観察像を示す。図１６の観察倍率は図１２の観察倍率と等しい。図１２と図１６とを比較するとわかるように、上面近傍（図１２）では、下面近傍（図１６）よりも、ＣＮＴの配向性（直線性）が低く、ＣＮＴの端部同士が絡み合っている。また、上面近傍（図１２）では、金属粒子３２に相当する金属粒子がＣＮＴに付着している。

【0036】

図１７は、第１実施例に係るＣＮＴシートの第１主面のＳＥＭ写真を示す図である。図１８は、第１実施例に係るＣＮＴシートの第２主面のＳＥＭ写真を示す図である。図１７及び図１８に示すように、第１主面及び第２主面のいずれにおいても、ＣＮＴが密な領域（白い部分）と、ＣＮＴが疎な領域（黒い部分）とが存在する。ＣＮＴが疎な領域に含まれるＣＮＴは極わずかである。つまり、第１主面及び第２主面のいずれにおいても、ＣＮＴは一部の領域に集中している。そして、ＣＮＴが密な領域が第１領域又は第２領域に相当する。また、図１７と図１８とを比較するとわかるように、第１主面（図１７）では、第２主面（図１８）よりも、ＣＮＴが密な領域が広く存在している。これは、第２主面（図１８）では、ＣＮＴの凝集の程度が高く、ＣＮＴが疎な領域が広くなっているためである。

【0037】

図１９は、図１７に示すＳＥＭ写真の反転像を示す図である。図２０は、図１８に示すＳＥＭ写真の反転像を示す図である。図１７、図１８のような第１主面、第２主面の観察像を取得し、閾値を用いて観察像を２値化することで、第１領域及び第２領域を特定することができる。閾値としては、ＣＮＴの密度が基準密度ρ０であるときの濃度を用いることができる。また、２値化にあたっては、図１９及び図２０に示すような反転像を用いてもよい。

【0038】

次に、第１実施例に係るＣＮＴシート及び第１参考例に係るＣＮＴシートの機械的特性の測定結果について説明する。機械的特性の測定では、ＣＮＴシートの厚さ（ＣＮＴの長さ）を１３０μｍとし、ＣＮＴシートに種々の圧縮応力を印加したときのＣＮＴシートの厚さ（ＣＮＴの長さ）を測定した。また、圧縮応力を開放した後に、ＣＮＴシートの厚さ（ＣＮＴの長さ）が１３０μｍに戻るか否かも確認した。なお、第１実施例及び第１比較例のいずれにおいても、ＣＮＴの面密度は１×１０^１１本／ｃｍ^２である。

【0039】

第１実施例に係るＣＮＴシートでは、０．１ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．３ＭＰａ、０．４ＭＰａ、０．５ＭＰａの圧縮応力を印加した場合、圧縮応力を開放した後に、ＣＮＴシートの厚さ（ＣＮＴの長さ）が１３０μｍに戻った。一方、第１比較例に係るＣＮＴシートでは、０．１ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．３ＭＰａの圧縮応力を印加した場合に、圧縮応力を開放した後に、ＣＮＴシートの厚さが１３０μｍに戻った。しかし、０．４ＭＰａ、０．５ＭＰａの圧縮応力を印加した場合は、圧縮応力を開放した後に、ＣＮＴシートの厚さは１３０μｍに戻らなかった。第１実施例における圧縮応力とＣＮＴシートの厚さとの関係を図２１に示し、第１参考例における圧縮応力とＣＮＴシートの厚さとの関係を図２２に示す。

【0040】

この機械的特性の測定結果から、第１実施例に係るＣＮＴシートの強度は、第１参考例に係るＣＮＴシートの強度の１．６７倍以上であることがわかる。また、それぞれＣＮＴシートの面密度が第１参考例の０．６７倍、０．３３倍の第２参考例、第３参考例を製造し、それらの強度を測定したところ、第２参考例の強度は第１参考例の強度の０．６７倍であり、第３参考例の強度は第１参考例の強度の０．３３倍であった。また、ＣＮＴシートの面密度が第１実施例の０．６７倍の第２実施例を製造し、その強度を測定したところ、第２実施例の強度は第２参考例の１．５５倍であった。強度の向上により、剥離性も向上し得る。

【0041】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に係るＣＮＴ１を含む電子機器に関する。図２３は、第２実施形態に係る電子機器を示す断面図である。

【0042】

図２３に示すように、第２実施形態に係る電子機器２は、電子部品２０２が搭載された回路基板２０１を有する。電子部品２０２は、例えばＣＰＵであって、はんだバンプ２０３を介して回路基板２０１に接続されている。電子部品２０２は半導体装置の一例である。電子部品２０２の上にＣＮＴシート１が配置され、ＣＮＴシート１の上に金属製のヒートスプレッダ２０６が配置されている。ヒートスプレッダ２０６は放熱部材の一例である。ヒートスプレッダ２０６は、電子部品２０２との間でＣＮＴシート１を圧縮しながら、シーラント２０７により回路基板２０１に固定されている。

【0043】

ＣＮＴシート１の第１主面１０、第２主面２０のどちらか一方が電子部品２０２に接触し、他方がヒートスプレッダ２０６に接触する。ＣＮＴシート１を電子部品２０２の上に配置する際に、これらの間に樹脂層２０４が設けられ、ヒートスプレッダ２０６をＣＮＴシート１の上に配置する際に、これらの間に樹脂層２０５が設けられる。上述のように、ヒートスプレッダ２０６は、電子部品２０２との間でＣＮＴシート１を圧縮しており、樹脂層２０４及び樹脂層２０５はＣＮＴシート１に含侵され、ＣＮＴシート１は電子部品２０２及びヒートスプレッダ２０６に接触している。

【0044】

このように、第２実施形態では、ＣＮＴシート１が電子部品２０２に取り付けられている。電子部品２０２が発した熱はＣＮＴシート１を介してヒートスプレッダ２０６に伝達され、ヒートスプレッダ２０６から外方に放出される。

【0045】

本願発明者らが、第２実施形態に倣い、第１実施例に係るＣＮＴシートを用いて電子機器を製造したところ、厚さが１３０μｍのＣＮＴシートは５５μｍの厚さまで圧縮された。すなわち、ＣＮＴの潰れ幅は７５μｍであった。これに対し、第１参考例に係るＣＮＴシートを用いて電子機器を製造したところ、厚さが１３０μｍのＣＮＴシートは３５μｍの厚さまで圧縮された。すなわち、ＣＮＴの潰れ幅は９５μｍであった。このことからも、実施例に係るＣＮＴシートの強度が、参考例に係るＣＮＴシートの強度より高いことがわかる。

【0046】

なお、半導体装置はＣＰＵに限定されず、電気自動車（electric vehicle：ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（hybrid electric vehicle：ＨＥＶ）等に用いられるＳｉＣパワーデバイス等であってもよい。

【0047】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0048】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0049】

（付記１）
第１主面を備え、複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブシートであって、
前記カーボンナノチューブの数を前記第１主面の面積で除して得られる密度を基準密度としたとき、
前記第１主面は、前記カーボンナノチューブの密度が前記基準密度以上の第１領域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。
（付記２）
前記第１主面とは反対側の第２主面を備え、
前記第２主面は、前記カーボンナノチューブの密度が前記基準密度以上の第２領域を有し、
前記第１主面に占める前記第１領域の第１割合は、前記第２主面に占める前記第２領域の第２割合よりも大きいことを特徴とする付記１に記載のカーボンナノチューブシート。
（付記３）
前記第１割合は、前記第２割合の１．１倍以上であることを特徴とする付記２に記載のカーボンナノチューブシート。
（付記４）
前記第１割合は、前記第２割合の２．０倍以上であることを特徴とする付記２又は３に記載のカーボンナノチューブシート。
（付記５）
前記第１主面における前記カーボンナノチューブの配向性は、前記第２主面における前記カーボンナノチューブの配向性よりも低いことを特徴とする付記２乃至４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブシート。
（付記６）
前記カーボンナノチューブの前記第１主面側の端部に付着した金属粒子を含むことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブシート。
（付記７）
半導体装置と、
前記半導体装置に取り付けられた付記１乃至６のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブシートと、
を有することを特徴とする電子機器。
（付記８）
前記カーボンナノチューブシートに接する放熱部材を有し、
前記カーボンナノチューブシートは、前記半導体装置と前記放熱部材とにより圧縮されていることを特徴とする付記７に記載の電子機器。
（付記９）
基板の上に、複数のカーボンナノチューブを含むシート状のカーボンナノチューブ集合体を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブ集合体の主面に基剤及び金属粒子を含む金属ペーストを設け、前記基剤を前記カーボンナノチューブ集合体に含侵する工程と、
前記金属粒子を焼成することで前記主面に焼結金属を形成するとともに、前記基剤を蒸発させて前記複数のカーボンナノチューブを凝集させる工程と、
前記カーボンナノチューブ集合体と、前記基板及び前記焼結金属と、を互いから分離する工程と、
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。
（付記１０）
前記金属ペーストは、金属フィラーを含むことを特徴とする付記９に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。

【符号の説明】

【0050】

１：カーボンナノチューブシート
２：電子機器
１０：第１主面
１１：第１領域
２０：第２主面
２２：第２領域
３１：カーボンナノチューブ
３２：金属粒子
４０：主面
１０１：基板
１０２：下地膜
１０３：触媒膜
１０４、１０５：カーボンナノチューブ集合体
１１０：金属ペースト
１１１：基剤
１１２：金属フィラー
１１３：焼結金属
２０２：電子部品
２０６：ヒートスプレッダ

【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】

【図21】

【図22】

【図23】