JP2010280528A - Sheet-like structure and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素元素の線状構造体を有するシート状構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a sheet-like structure having a linear structure of carbon elements.
サーバーやパーソナルコンピュータのCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)などに用いられる電子部品には、半導体素子から発する熱を効率よく放熱することが求められる。このため、半導体素子の直上に設けられたインジウムシートなどの熱伝導性シートを介して、銅などの高い熱伝導度を有する材料のヒートスプレッダが配置された構造を有している。 Electronic components used in CPUs (Central Processing Units) of servers and personal computers are required to efficiently dissipate heat generated from semiconductor elements. For this reason, it has a structure in which a heat spreader made of a material having a high thermal conductivity such as copper is arranged through a heat conductive sheet such as an indium sheet provided immediately above the semiconductor element.
しかしながら、近年におけるレアメタルの大幅な需要増加によりインジウム価格は高騰しており、インジウムよりも安価な代替材料が待望されている。また、物性的に見ても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た熱をより効率的に放熱させるために更に高い熱伝導度を有する材料が望まれている。 However, the price of indium has soared due to a significant increase in demand for rare metals in recent years, and an alternative material that is cheaper than indium is expected. Moreover, in terms of physical properties, the thermal conductivity (80 W / m · K) of indium is not high, and a material having higher thermal conductivity in order to dissipate the heat generated from the semiconductor element more efficiently. Is desired.
このような背景から、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に代表される炭素元素からなる線状構造体が注目されている。カーボンナノチューブは、非常に高い熱伝導度(1500W/m・K〜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。 From such a background, as a material having a higher thermal conductivity than indium, a linear structure made of a carbon element typified by a carbon nanotube has attracted attention. Carbon nanotubes not only have a very high thermal conductivity (1500 W / m · K to 3000 W / m · K), but also are excellent in flexibility and heat resistance, and have a high potential as a heat dissipation material. Yes.
カーボンナノチューブを用いた熱伝導シートとしては、樹脂中にカーボンナノチューブを分散した熱伝導シートや、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熱伝導シートが提案されている。 As a heat conductive sheet using carbon nanotubes, a heat conductive sheet in which carbon nanotubes are dispersed in a resin, or a heat conductive sheet in which a bundle of carbon nanotubes oriented and grown on a substrate is embedded with a resin or the like has been proposed.
しかしながら、カーボンナノチューブを用いた従来の熱伝導シートでは、カーボンナノチューブの有する高い熱伝導度を充分に生かすことができなかった。 However, the conventional thermal conductive sheet using carbon nanotubes cannot fully utilize the high thermal conductivity of carbon nanotubes.
本発明の目的は、炭素元素の線状構造体を用いた熱伝導度及び電気伝導度が極めて高いシート状構造体及びその製造方法、並びにこのようなシート状構造体を用いた高性能の電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sheet-like structure having a very high thermal conductivity and electrical conductivity using a linear structure of carbon element, a method for producing the same, and a high-performance electron using such a sheet-like structure. To provide equipment.
実施形態の一観点によれば、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを有するシート状構造体が提供される。 According to one aspect of the embodiment, a sheet-like structure including a plurality of linear structures formed of a carbon element and having both ends open, and a filling layer formed between the plurality of linear structures. Is provided.
また、実施形態の他の観点によれば、発熱体と、放熱体と、前記発熱体と放熱体との間に配置され、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを含むシート状構造体とを有する電子機器が提供される。 According to another aspect of the embodiment, the heating element, the radiator, and a plurality of linear structures that are disposed between the heating element and the radiator and are formed of carbon elements and open at both ends. There is provided an electronic apparatus having a body and a sheet-like structure including a filling layer formed between the plurality of linear structures.
また、実施形態の更に他の観点によれば、基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、前記充填層及び前記複数の線状構造体を複数枚に切断し、切断された前記充填層及び前記複数の線状構造体をそれぞれ含む複数のシート状構造体を形成する工程とを有するシート状構造体の製造方法が提供される。 According to still another aspect of the embodiment, the step of forming a plurality of linear structures of carbon elements on a substrate, and the plurality of linear structures between the plurality of linear structures. A step of forming a filling layer to be supported; and a plurality of sheet-like structures each including the cut filling layer and the plurality of linear structures by cutting the filling layer and the plurality of linear structures into a plurality of sheets The manufacturing method of the sheet-like structure which has the process of forming a body is provided.
開示のシート状構造体の製造方法によれば、一度の線状構造体の成長によって複数枚のシート状構造体を製造することができるため、製造プロセスを簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。また、開示のシート状構造体の製造方法を用いることにより、線状構造体の端部を表面に露出するとともに開端することができる。これにより、シート状構造体の熱伝導性及び導電性を大幅に向上できるとともに、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。 According to the disclosed method for producing a sheet-like structure, a plurality of sheet-like structures can be produced by a single growth of the linear structure, so that the production process can be simplified, and thus the production cost. Can be reduced. Further, by using the disclosed method for producing a sheet-like structure, the end of the linear structure can be exposed and opened. Thereby, while being able to improve the thermal conductivity and electroconductivity of a sheet-like structure significantly, the contact thermal resistance and contact resistance with respect to a to-be-adhered body can be reduced significantly.
[第1実施形態]
第1実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図1乃至図4を用いて説明する。
[First Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図2は、開端していないカーボンナノチューブ及び開端したカーボンナノチューブの構造を示す概略断面図である。図3及び図4は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of carbon nanotubes that are not open and carbon nanotubes that are open. 3 and 4 are process cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図1を用いて説明する。図1(a)は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図であり、図1(b)は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートのカーボンナノチューブ端部における拡大断面図である。 First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment, and FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view at the end of the carbon nanotube of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment.
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、図1(a)に示すように、間隔を開けて配置された複数のカーボンナノチューブ16を有している。カーボンナノチューブ16の間隙には充填層18が形成されており、充填層18によってカーボンナノチューブ16が支持されている。本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、シート状の構造体を形成しており、複数のカーボンナノチューブ16は、シートの膜厚方向、すなわちシートの面と交差する方向に配向している。
The
各カーボンナノチューブ16は、両端部において開端している。開端とは、カーボンナノチューブ16の端部が閉じていない状態を意味し、具体的には、図1(b)に示すように、チューブを形成するグラフェンの連続性が端部において途切れている状態である。開端したカーボンナノチューブ16の端部は、シートの表面に露出している。
Each
開端したカーボンナノチューブについて、図2を用いて説明する。なお、ここでは多層カーボンナノチューブの場合について説明するが、単層カーボンナノチューブの場合も同様である。 The opened carbon nanotube will be described with reference to FIG. Here, the case of multi-walled carbon nanotubes will be described, but the same applies to the case of single-walled carbon nanotubes.
一般的な多層カーボンナノチューブは、例えば図2(a)に示すように、入れ子状に形成された複数のグラフェンのチューブを有し、各層のグラフェンが端部においてそれぞれ閉じた構造を有している。カーボンナノチューブの閉じた端部は、成長の初期段階に形成されるものである。開端していない多層カーボンナノチューブでは、端部に露出しているのは、最外周のチューブだけである。これに対し、開端しているカーボンナノチューブは、例えば図2(b)に示すように、チューブを形成する各層のグラフェンが、端部において露出した構造を有するものである。 For example, as shown in FIG. 2A, a general multi-walled carbon nanotube has a plurality of graphene tubes formed in a nested manner, and the graphene of each layer has a closed structure at each end. . The closed end of the carbon nanotube is formed in the initial stage of growth. In a multi-walled carbon nanotube that is not open, only the outermost tube is exposed at the end. On the other hand, the open carbon nanotube has a structure in which the graphene of each layer forming the tube is exposed at the end as shown in FIG. 2B, for example.
上述のように、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10では、カーボンナノチューブ16の端部が、シートの表面に露出している。
As described above, in the
これにより、カーボンナノチューブシート10を放熱体又は発熱体と接触したとき、カーボンナノチューブ16が放熱体又は発熱体に対して直に接するため、熱伝導効率を大幅に高めることができる。また、カーボンナノチューブ16は導電性を有しているため、カーボンナノチューブ16の両端部を露出することにより、カーボンナノチューブ16を、シートを貫く配線体として用いることもできる。すなわち、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、熱伝導シートとしてのみならず、縦型配線シートとしても利用可能である。
Thereby, when the
また、カーボンナノチューブ16の両端部が開端しているため、開端していない場合と比較して、カーボンナノチューブ16と被着体との間の接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ16と被着体との間の接触熱抵抗や接触抵抗を大幅に低減することができる。特に、多層カーボンナノチューブの場合は、被着体を内側のチューブにも直接接触させることが可能となり、内側のチューブを熱伝導や電気伝導に積極的に寄与させることができる。これにより、カーボンナノチューブシート10の熱伝導性及び導電性を大幅に向上することができる。
Moreover, since the both ends of the
カーボンナノチューブ16は、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブのいずれでもよい。カーボンナノチューブ16の面密度は、特に限定されるものではないが、放熱性及び電気伝導性の観点からは、1×1010本/cm2以上であることが望ましい。
The
カーボンナノチューブ16の長さは、カーボンナノチューブシート16の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは5μm〜500μm程度の値に設定することができる。カーボンナノチューブシート10を、発熱源(例えば半導体素子)と放熱部品(例えばヒートスプレッダ)との間に形成するサーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合、少なくとも発熱源及び放熱部品の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。
The length of the
充填層18の構成材料としては、カーボンナノチューブ16の埋め込みの際に液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、有機系充填材としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ホットメルト樹脂などの熱可塑性樹脂等を適用することができる。また、無機系充填材としては、SOG(Spin On Glass)などの塗布型絶縁膜形成用組成物などを適用することができる。また、インジウム、はんだ、金属ペースト(例えば、銀ペースト)などの金属材料を適用することもできる。また、例えばポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマを適用することもできる。また、カーボンナノチューブシート10自体に撓み性や柔軟性が必要な場合には、硬化後にゴム状やゲル状になる充填材を用いてもよい。
The constituent material of the
また、充填層18には、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層18部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層18部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての熱伝導率を向上することができる。カーボンナノチューブシート10を導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層18部分に電導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層18部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての導電率を向上することができる。充填層18として例えば有機系充填材などの熱伝導性の低い絶縁材料を用いる場合には、特に有効である。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。
Moreover, you may disperse and mix an additive with the filled
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図3及び図4を用いて説明する。 Next, the method for producing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、カーボンナノチューブシート10を形成するための土台として用いる基板12を用意する。基板12としては、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。また、これら基板上に薄膜が形成されたものでもよい。例えば、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ものを用いることができる。
First, the
基板12は、カーボンナノチューブ16の形成後に剥離されるものである。この目的のもと、基板12としては、少なくともカーボンナノチューブ16に接する面が、カーボンナノチューブ16から容易に剥離できる材料によって形成されていることが望ましい。或いは、カーボンナノチューブシート10に対して選択的にエッチングできる材料によって形成されていることが望ましい。
The
次いで、基板12上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚2.5nmのFe(鉄)膜を形成し、Feの触媒金属膜14を形成する(図3(a))。
Next, an Fe (iron) film of, eg, a 2.5 nm-thickness is formed on the
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。また、触媒として、金属膜以外に、微分型静電分級器(DMA:differential mobility analyzer)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。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様でよい。 As the catalyst metal, in addition to Fe, Co (cobalt), Ni (nickel), Au (gold), Ag (silver), Pt (platinum), or an alloy containing at least one of these materials may be used. In addition to the metal film, metal fine particles prepared by controlling the size in advance using a differential mobility analyzer (DMA) or the like may be used as the catalyst. In this case, the metal species may be the same as in the case of the thin film.
また、これら触媒金属の下地膜として、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)、TiSix(チタンシリサイド)、Al(アルミニウム)、Al2O3(酸化アルミニウム)、TiOx(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(窒化チタン)などの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(平均直径:3.8nm)/TiN(5nm)などの積層構造を適用することができる。 In addition, Mo (molybdenum), Ti (titanium), Hf (hafnium), Zr (zirconium), Nb (niobium), V (vanadium), TaN (tantalum nitride), TiSi x (titanium) Silicide), Al (aluminum), Al 2 O 3 (aluminum oxide), TiO x (titanium oxide), Ta (tantalum), W (tungsten), Cu (copper), Au (gold), Pt (platinum), Pd A film made of (palladium), TiN (titanium nitride), or an alloy containing at least one of these materials may be formed. For example, a stacked structure of Fe (2.5 nm) / Al (10 nm), a stacked structure of Co (2.6 nm) / TiN (5 nm), and the like can be applied. When metal fine particles are used, for example, a laminated structure such as Co (average diameter: 3.8 nm) / TiN (5 nm) can be applied.
次いで、基板12上に、例えばホットフィラメントCVD法により、触媒金属膜14を触媒として、カーボンナノチューブを成長する。カーボンナノチューブの成長条件は、例えば、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。なお、カーボンナノチューブは、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。
Next, carbon nanotubes are grown on the
こうして、基板12上に、基板12の法線方向に配向(垂直配向)した複数のカーボンナノチューブ16を形成する(図3(b))。なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ16の面密度は、1×1011本/cm2程度であった。
Thus, a plurality of
次いで、例えばディップ法により、充填層18となる充填材を、カーボンナノチューブ16の間隙に充填する。例えば、粘度が800mPa・sのシリコーン系樹脂を、例えば1000rpm、20秒の条件でスピンコートした基板に対して、カーボンナノチューブ16が形成された基板12を例えば1分間押し付ける。これにより、充填材としてのシリコーン系樹脂が、毛細管現象により、カーボンナノチューブ16の間に、カーボンナノチューブ16とほぼ同じ高さまで充填される。
Next, the gap between the
充填材は、液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、有機系充填材としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂等を適用することができる。また、無機系充填材としては、SOGなどの塗布型絶縁膜形成用組成物などを適用することができる。また、インジウム、はんだ、金属ペースト(例えば、銀ペースト)などの金属材料を適用することもできる。また、例えばポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマを適用することもできる。 The filler is not particularly limited as long as it shows liquid properties and can be cured thereafter. For example, as the organic filler, a thermoplastic resin such as an acrylic resin, an epoxy resin, a silicone resin, a polyimide resin, or a polyamide resin can be applied. Further, as the inorganic filler, a coating type insulating film forming composition such as SOG can be applied. A metal material such as indium, solder, or a metal paste (eg, silver paste) can also be used. In addition, conductive polymers such as polyaniline and polythiophene can also be applied.
次いで、カーボンナノチューブ16間に充填した充填材を硬化し、充填層18を形成する(図3(c))。例えば、充填材としてアクリル樹脂等の光硬化性の材料を用いる場合には、光照射によって充填材を硬化させることができる。また、充填材としてエポキシ樹脂やシリコーン系樹脂などの熱硬化性の材料を用いる場合には、熱処理によって充填材を硬化させることができる。エポキシ樹脂の場合、例えば150℃、1時間の熱処理により、熱硬化することができる。また、シリコーン系樹脂の場合、例えば200℃、1時間の熱処理により、熱硬化することができる。
Next, the filler filled between the
なお、充填層18の硬化後に、カーボンナノチューブ16の上端部が充分に露出していない又は充填層18によって覆われている場合には、化学的機械的研磨や酸素プラズマアッシングによって、カーボンナノチューブ16の端部上の充填層18を除去するようにしてもよい。また、充填層18を除去してカーボンナノチューブ16の上端部を露出するとともに、カーボンナノチューブ16の上端部を開端するようにしてもよい。
In addition, after the
次いで、ウォータージェットやダイヤモンドブレード等の切断手段を用い、充填層18及びカーボンナノチューブ16を、カーボンナノチューブ16の配向方向と交差する方向、例えば基板12の表面に平行な方向に沿って、複数枚にスライスする(図4(a))。
Next, using a cutting means such as a water jet or a diamond blade, the filling
充填層18及びカーボンナノチューブ16をスライスすることにより、切断面には、カーボンナノチューブ16が露出する。また、切断面のカーボンナノチューブ16は、開端した状態となる。また、カーボンナノチューブ16は樹脂材料等の充填層18と比較すると硬度が高いため、スライスした表面は、充填層18とカーボンナノチューブ16とが同じ高さ、或いは、カーボンナノチューブ16の端部が充填層18よりも突出した状態となる。
By slicing the
こうして、開端した両端部が露出したカーボンナノチューブ16を有する本実施形態によるカーボンナノチューブシート10を完成する(図4(b))。
In this way, the
本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法では、充填層18及びカーボンナノチューブ16をスライスすることにより、複数枚のカーボンナノチューブシートを形成する。図3(b)の工程において成長するカーボンナノチューブ16の長さは、形成しようとするシートの枚数及び厚さ、切り代等を考慮して、適宜設定することが望ましい。ウォータージェットやダイヤモンドブレード等の切断手段では、切り代は100μm程度である。
In the carbon nanotube sheet manufacturing method according to the present embodiment, a plurality of carbon nanotube sheets are formed by slicing the
このように、本実施形態によれば、一度のカーボンナノチューブの成長によって複数枚のカーボンナノチューブシートを製造することができるため、製造プロセスを簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。 As described above, according to the present embodiment, a plurality of carbon nanotube sheets can be manufactured by a single growth of carbon nanotubes, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. it can.
また、本実施形態による製造方法を用いることにより、カーボンナノチューブの両端部を表面に露出するとともに開端することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上できるとともに、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。 Further, by using the manufacturing method according to the present embodiment, both ends of the carbon nanotube can be exposed to the surface and opened. Thereby, while being able to improve the thermal conductivity and electroconductivity of a carbon nanotube sheet significantly, the contact thermal resistance and contact resistance with respect to a to-be-adhered body can be reduced significantly.
[第2実施形態]
第2実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図5乃至図8を用いて説明する。図1乃至図4に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
[Second Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
図5は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図6及び図7は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。図8は、カーボンナノチューブの端部に形成した被膜の構造の一例を示す斜視図である。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. 6 and 7 are process cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. FIG. 8 is a perspective view showing an example of the structure of the coating formed on the end of the carbon nanotube.
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図5を用いて説明する。 First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、図5(a)に示すように、カーボンナノチューブ16の端部に被膜20,22が形成されているほかは、図1に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシート10と同様である。
The
被膜20,22は、充填層18の構成材料よりも熱伝導率の高い材料により形成されている。被膜20,22を形成する材料は、充填層18の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。
The
熱伝導性の高い被膜20,22を設けることにより、被膜20,22を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート10の被着体(放熱体、発熱体)に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ16と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート10の熱伝導性を高めることができる。カーボンナノチューブシート10を導電性シートとしても用いる場合には、導電性を高めることができる。また、被膜20,22を設けることにより、シートの表面に平行な方向への熱伝導性及び導電性を確保することも可能となる。
By providing the
なお、図5(a)では、カーボンナノチューブ16の両端部に被膜20,22を形成した場合を示したが、例えば図5(b)に示すように、被膜20及び被膜22のいずれか一方(図では、被膜20)のみを設けるようにしてもよい。
FIG. 5A shows the case where the
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図6及び図7を用いて説明する。 Next, the method for manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、図3(a)に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブの製造方法と同様にして、基板12上に、カーボンナノチューブ16を成長する(図6(a))。
First, the
次いで、カーボンナノチューブ16上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)膜と、例えば膜厚300nmの金(Au)膜とを堆積する。これにより、カーボンナノチューブ16上に、Au/Tiの積層構造の被膜20を形成する(図6(b))。
Next, a titanium (Ti) film having a thickness of, for example, 10 nm and a gold (Au) film having a thickness of, for example, 300 nm are deposited on the
被膜20の構成材料は、充填層18の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。被膜20の構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。被膜14aは、これら金属の単層構造でもよいし、上述のようなチタンと金との積層構造など、2層或いは3層以上の積層構造であってもよい。
The constituent material of the
なお、上記の例でAu/Tiの積層構造を用いているのは、チタンがカーボンナノチューブ16に対する密着性に優れているからである。金膜とカーボンナノチューブ16との間にチタン膜を形成することにより、カーボンナノチューブ16と被膜20との間の接触熱抵抗並びに接触抵抗を低減することができる。密着性を向上する観点からは、10nm程度以上のチタン膜を形成することが望ましい。
The reason why the Au / Ti laminated structure is used in the above example is that titanium has excellent adhesion to the
被膜20は、成長初期段階では、例えば図8(a)に示すように、各カーボンナノチューブ16の先端部分を覆うように形成される。成長膜厚が増加してくると、隣接する各カーボンナノチューブ16の先端部分に形成された被膜20が互いに接続される。これにより、被膜20は、例えば図8(b)に示すように、複数本の各カーボンナノチューブ16の先端部分を束ねるように形成される。被膜20の成長膜厚を更に増加すると、被膜20がシートの面に平行な2次元方向に完全に接続され、隙間のない完全な膜となる。後工程において充填層18を形成する充填材料の浸透性を維持するためには、被膜20が完全な膜とならないように膜厚を制御することが望ましい。
In the initial stage of growth, the
なお、被膜22だけを形成する場合にあっては、上述の被膜20を形成する工程は不要である。
In the case where only the
次いで、図3(c)に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、充填層18を形成する(図6(c))。
Next, the filling
カーボンナノチューブ16間に充填材を浸透する際、1本1本のカーボンナノチューブ16同士の凝集が起こり、カーボンナノチューブ16が元々保持していた配向性を失い、例えば横に倒れるなどの形状変化を起こすことがある。しかしながら、本実施形態では、カーボンナノチューブ12の上端部に被膜20が形成されているため、カーボンナノチューブ16の形状変化を抑制して凝集を防止することができる。
When the filler is infiltrated between the
次いで、図4(a)に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、充填層18及びカーボンナノチューブ16を、複数枚にスライスする(図7(a))。
Next, similarly to the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the first embodiment shown in FIG. 4A, the filling
次いで、スライスすることにより新たに露出したカーボンナノチューブ16の端部のうち、必要な端部に、被膜20の形成方法と同様にして、被膜22を形成する(図7(b))。被膜20を図6(b)の工程では形成せずに、充填層18及びカーボンナノチューブ16スライスした後に形成するようにしてもよい。
Next, a
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシートを完成する。 Thus, the carbon nanotube sheet according to the present embodiment is completed.
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。 Thus, according to this embodiment, since the coating film having high thermal conductivity is formed at the end of the carbon nanotube, the contact thermal resistance and the contact resistance with respect to the adherend can be reduced. Thereby, the thermal conductivity and conductivity of the carbon nanotube sheet can be further improved.
[第3実施形態]
第3実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図9乃至図11を用いて説明する。図1乃至図8に示す第1及び第2実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
[Third Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first and second embodiments shown in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
図9は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図10及び図11は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. 10 and 11 are process cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図9を用いて説明する。 First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、図9に示すように、シートの膜厚方向に配向した複数のカーボンナノチューブ16が充填層18により支持された構造を有する点で、図1に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様である。各カーボンナノチューブ16は、両端部において開端している。開端したカーボンナノチューブ16の端部は、シートの表面に露出している。カーボンナノチューブ16の一端部は、充填層18の表面から突出している。
As shown in FIG. 9, the
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10では、充填層18が、熱可塑性樹脂によって形成されている。充填層18を形成する熱可塑性樹脂は、温度に応じて液体と固体との間で可逆的に状態変化するものであり、室温では固体であり、加熱すると液状に変化し、冷却すると接着性を発現しつつ固体に戻るものであれば、特に限定されるものではない。
In the
充填層18を形成する熱可塑性樹脂は、カーボンナノチューブシート10の使用目的に応じて、熱可塑性樹脂の融解温度をもとに選択することができる。熱可塑性樹脂の融解温度の下限値は、稼働時の発熱温度の上限値よりも高いことが望ましい。稼働時に熱可塑性樹脂が溶解すると、カーボンナノチューブシート10が変形してカーボンナノチューブ16が配向性を損なうなど、熱伝導性を低下するなどの不具合を引き起こす虞があるからである。熱可塑性樹脂の溶解温度の上限値は、発熱体及び放熱体の耐熱温度の下限値よりも低いことが望ましい。本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、放熱体及び発熱体に接触させた後にリフローを行うことが望ましいが、熱可塑性樹脂の溶解温度が耐熱温度より高いと、発熱体及び/又は放熱体にダメージを与えることなくリフローをすることが困難となるからである。
The thermoplastic resin forming the
例えば、カーボンナノチューブシート10をCPUなどの電子機器の放熱用途に用いる場合、CPU稼働時の発熱温度の上限がおよそ125℃であり、CPU電子部品の耐熱温度がおよそ250℃であることに鑑み、融解温度が125℃〜250℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。例えば、自動車エンジンのエキゾーストシステム等の用途に用いる場合、部位によるが発熱温度は500℃〜800℃程度であることに鑑み、融解温度が600℃〜900℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。
For example, when the
また、充填層18には、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層18部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層18部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート10の全体としての熱伝導率を向上することができる。また、カーボンナノチューブシート10を導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層18部分に電導性の高い添加物を分散混合する。これにより、充填層18部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート10の全体としての導電率を向上することができる。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。
Moreover, you may disperse and mix an additive with the filled
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図10及び図11を用いて説明する。 Next, the method for manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、図3(a)に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、基板12上に、カーボンナノチューブ16を成長する(図10(a))。
First, the
次いで、成長したカーボンナノチューブ16上に、フィルム状に加工した熱可塑性樹脂(熱可塑性樹脂フィルム)を載置する。熱可塑性樹脂フィルムの膜厚は、形成しようとするカーボンナノチューブシート10の厚さ程度、例えば4〜400μm程度とする。
Next, a thermoplastic resin (thermoplastic resin film) processed into a film shape is placed on the grown
熱可塑性樹脂フィルムの熱可塑性樹脂としては、例えば、以下に示すホットメルト樹脂を適用することができる。ポリアミド系ホットメルト樹脂としては、例えば、ヘンケルジャパン株式会社製の「Micromelt6239」が挙げられる。また、ポリエステル系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「DH598B」が挙げられる。また、ポリウレタン系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「DH722B」が挙げられる。また、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂としては、例えば、松村石油株式会社製の「EP−90」が挙げられる。また、エチレン共重合体ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「DA574B」が挙げられる。また、SBR系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「M−6250」が挙げられる。また、EVA系ホットメルト樹脂としては、例えば、住友スリーエム株式会社製の「3747」が挙げられる。また、ブチルゴム系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「M−6158」が挙げられる。 As the thermoplastic resin of the thermoplastic resin film, for example, the following hot melt resins can be applied. Examples of the polyamide-based hot melt resin include “Micromelt 6239” manufactured by Henkel Japan Co., Ltd. Examples of the polyester hot melt resin include “DH598B” manufactured by Nogawa Chemical Co., Ltd. Examples of the polyurethane hot melt resin include “DH722B” manufactured by Nogawa Chemical Co., Ltd. Examples of the polyolefin-based hot melt resin include “EP-90” manufactured by Matsumura Oil Co., Ltd. Examples of the ethylene copolymer hot melt resin include “DA574B” manufactured by Nogawa Chemical Co., Ltd. Examples of the SBR hot melt resin include “M-6250” manufactured by Yokohama Rubber Co., Ltd. Examples of the EVA hot melt resin include “3747” manufactured by Sumitomo 3M Limited. Examples of the butyl rubber hot melt resin include “M-6158” manufactured by Yokohama Rubber Co., Ltd.
ここでは、一例として、ヘンケルジャパン株式会社製の「Micromelt6239」を厚さ200μmのフィルム状に加工した熱硬化性樹脂フィルムを用いた場合について説明する。なお、「Micromelt6239」は、融解温度が135℃〜145℃、融解時粘度が5.5Pa.s〜8.5Pa.s(225℃)のホットメルト樹脂である。 Here, as an example, a case where a thermosetting resin film obtained by processing “Micromelt 6239” manufactured by Henkel Japan Co., Ltd. into a film having a thickness of 200 μm will be described. “Micromelt 6239” has a melting temperature of 135 ° C. to 145 ° C. and a viscosity at the time of melting of 5.5 Pa.s. s to 8.5 Pa. s (225 ° C.) hot melt resin.
次いで、熱可塑性樹脂フィルムを載置した基板12を、例えば195℃の温度で加熱する。これにより、熱可塑性樹脂フィルムの熱可塑性樹脂が溶解し、カーボンナノチューブ16の間隙に徐々に浸透していく。こうして、カーボンナノチューブ16の上半分程度が熱可塑性樹脂フィルムによって覆われるように、熱可塑性樹脂フィルムをカーボンナノチューブ16間に浸透させる。
Next, the
次いで、溶解した熱可塑性樹脂フィルムを固化し、熱可塑性樹脂の充填層18aを形成する(図10(b))。
Next, the melted thermoplastic resin film is solidified to form a
熱可塑性樹脂を予めシート状に加工しておくことにより、シートの膜厚によって充填材量のコントロールが可能となる。また、カーボンナノチューブ16の間隙に浸透する熱可塑性樹脂フィルムの厚さは、熱処理時間によって制御することができる。
By processing the thermoplastic resin into a sheet in advance, the amount of filler can be controlled by the thickness of the sheet. The thickness of the thermoplastic resin film that penetrates into the gaps between the
熱可塑性樹脂フィルムの加熱温度及び時間は、熱可塑性樹脂フィルムが所望の位置まで浸透するように、カーボンナノチューブ16の長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂フィルムの膜厚等に応じて適宜設定することが望ましい。
The heating temperature and time of the thermoplastic resin film are set such that the length of the
なお、熱可塑性樹脂の形状は、予めフィルム状に加工しておくことが好適であるが、ペレット状や棒状でも構わない。 The shape of the thermoplastic resin is preferably processed in advance into a film shape, but may be a pellet shape or a rod shape.
次いで、充填層18aを固化した後、カーボンナノチューブ16及び充填層18aを、基板12から剥離する(図10(c))。
Next, after the
次いで、カーボンナノチューブ16の基板12からの剥離端側に、充填層18aの形成方法と同様にして、充填層18bを形成する(図11(a))。
Next, the
充填層18bを形成する際には、充填層18bとなる熱可塑性樹脂材料が充填層18aに達しないように、カーボンナノチューブ16の長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂フィルムの膜厚等に応じて、熱可塑性樹脂フィルムの加熱温度及び時間を制御する。
When the
次いで、充填層18a,18bを引き剥がすことにより、カーボンナノチューブ16及び充填層18aを有するシートと、カーボンナノチューブ16及び充填層18bを有するシートの、2つのカーボンナノチューブシートを形成する(図11(b)〜(c))。
Next, by peeling off the filling layers 18a and 18b, two carbon nanotube sheets, a sheet having the
充填層18aと充填層18bとを引き剥がす代わりに、第1及び第2実施形態の場合と同様の切断手段を用いてカーボンナノチューブ16を切断してもよい。
Instead of peeling off the
このように、本実施形態によれば、一度のカーボンナノチューブの成長によって2枚のカーボンナノチューブシートを製造することができるため、製造プロセスを簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。 As described above, according to the present embodiment, two carbon nanotube sheets can be manufactured by growing carbon nanotubes once, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. it can.
また、本実施形態による製造方法を用いることにより、カーボンナノチューブの端部を表面に露出するとともに開端することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上できるとともに、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。 In addition, by using the manufacturing method according to the present embodiment, the ends of the carbon nanotubes can be exposed and opened. Thereby, while being able to improve the thermal conductivity and electroconductivity of a carbon nanotube sheet significantly, the contact thermal resistance and contact resistance with respect to a to-be-adhered body can be reduced significantly.
[第4実施形態]
第4実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図12乃至図15を用いて説明する。図1乃至図11に示す第1乃至第3実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
[Fourth Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
図12は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図13乃至図15は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. 13 to 15 are process cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図12を用いて説明する。 First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、図12に示すように、カーボンナノチューブ16の端部に被膜20,22が形成されているほかは、図9に示す第3実施形態によるカーボンナノチューブシート10と同様である。
The
被膜20,22は、充填層18の構成材料よりも熱伝導率の高い材料により形成されている。被膜20,22を形成する材料は、充填層18の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。
The
熱伝導性の高い被膜20,22を設けることにより、被膜20,22を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート10の被着体(放熱体、発熱体)に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ16と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート10の熱伝導性を高めることができる。カーボンナノチューブシート10を導電性シートとしても用いる場合には、導電性を高めることができる。
By providing the
なお、図12(a)では、カーボンナノチューブ16の両端部に被膜20,22を形成した場合を示したが、例えば図12(b)に示すように、被膜20及び被膜22のいずれか一方(図では、被膜20)のみを設けるようにしてもよい。
12A shows the case where the
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図13乃至図15を用いて説明する。 Next, the method for manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、図3(a)に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、基板12上に、カーボンナノチューブ16を成長する(図13(a))。
First, the
次いで、図6(b)に示す第2実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、カーボンナノチューブ16上に、被膜20aを形成する(図13(b))。
Next, in the same manner as in the carbon nanotube sheet manufacturing method according to the second embodiment shown in FIG. 6B, a
なお、被膜22だけを形成する場合にあっては、上述の被膜20aを形成する工程は不要である。
In the case where only the
次いで、被膜20aを形成したカーボンナノチューブ16上に、熱可塑性樹脂フィルムを載置する。
Next, a thermoplastic resin film is placed on the
次いで、図10(b)に示す第3実施形態によるカーボンナノチューブの製造方法と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムをカーボンナノチューブ16間に浸透させ、充填層18aを形成する(図13(c))。
Next, in the same manner as the carbon nanotube manufacturing method according to the third embodiment shown in FIG. 10B, the thermoplastic resin film is infiltrated between the
次いで、カーボンナノチューブ16及び充填層18aを、基板12から剥離する(図14(a))。
Next, the
次いで、カーボンナノチューブ16の基板12からの剥離端上に、被膜20aの形成方法と同様にして、被膜20bを形成する(図14(b))。
Next, the
次いで、カーボンナノチューブ16の被膜22形成端部側に、充填層18aの形成方法と同様にして、充填層18bを形成する(図14(c))。
Next, a
次いで、充填層18a,18bを引き剥がし、カーボンナノチューブ16を2つに分断することにより、カーボンナノチューブ16及び充填層18aを有するシートと、カーボンナノチューブ16及び充填層18bを有するシートとを形成する(図15(a)〜(b))。カーボンナノチューブ16の切断端面は、開端した状態となる。
Next, the filling
次いで、スライスすることにより新たに露出したカーボンナノチューブ16の端部に、被膜20a,20bの形成方法と同様にして、被膜22a,22bを形成する(図15(c))。被膜20a,20bは、図13(b)及び図14(b)の工程では形成せずに、充填層18及びカーボンナノチューブ16スライスした後に形成するようにしてもよい。被膜20a,20bだけを形成する場合にあっては、上述の被膜22a,22bを形成する工程は不要である。
Next,
次いで、充填層18a,18bを引き剥がすことにより新たに露出したカーボンナノチューブ16の端部のうち、必要な端部に、被膜20の形成方法と同様にして、被膜22を形成する(図7(b))。被膜20を図6(b)の工程では形成せずに、充填層18及びカーボンナノチューブ16スライスした後に形成するようにしてもよい。
Next, in the same way as the method of forming the
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10を完成する。
Thus, the
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。 Thus, according to this embodiment, since the coating film having high thermal conductivity is formed at the end of the carbon nanotube, the contact thermal resistance and the contact resistance with respect to the adherend can be reduced. Thereby, the thermal conductivity and conductivity of the carbon nanotube sheet can be further improved.
[第5実施形態]
第5実施形態による電子機器について図16を用いて説明する。なお、図1乃至図15に示す第1乃至第4実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Fifth Embodiment]
An electronic apparatus according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. The same constituent elements as those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first to fourth embodiments shown in FIGS. 1 to 15 are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
図26は、本実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。 FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the electronic apparatus according to the present embodiment.
本実施形態では、第1乃至第4実施形態によるカーボンナノチューブシートを熱伝導シートとして適用した電子機器について説明する。 In the present embodiment, an electronic apparatus in which the carbon nanotube sheet according to the first to fourth embodiments is applied as a heat conductive sheet will be described.
プリント配線基板50上には、多層配線基板などの回路基板54が実装されている。回路基板54は、はんだバンプ52を介してプリント配線基板50に電気的に接続されている。
A
回路基板54上には、例えばCPUなどの半導体素子58が実装されている。半導体素子58は、はんだバンプ56を介して回路基板54に電気的に接続されている。
On the
半導体素子58上には、半導体素子58を覆うように、半導体素子58からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ62が形成されている。ヒートスプレッダ62は、例えば有機シーラント60によって回路基板54に接着されている。半導体素子58とヒートスプレッダ62との間には、第1乃至第4実施形態のいずれかに記載のカーボンナノチューブシート10が形成されている。
A
このように、本実施形態による電子機器では、半導体素子58とヒートスプレッダ62との間、すなわち発熱部と放熱部との間に、第1乃至第4実施形態によるカーボンナノチューブシート10が設けられている。
As described above, in the electronic apparatus according to the present embodiment, the
上述のように、第1乃至第4実施形態によるカーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブ16がシートの膜厚方向に配向しており、面直方向の熱伝導度が極めて高いものである。また、カーボンナノチューブ16の両端部は開端しており、被着体に対する接触熱抵抗が極めて低く、熱伝導性も高い。また、第2及び第4実施形態による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16の一方の端部或いは両端に被膜20,22が形成されており、被着体に対する接触熱抵抗が更に低減されている。
As described above, in the carbon nanotube sheets according to the first to fourth embodiments, the
したがって、開示のカーボンナノチューブシートを、半導体素子58とヒートスプレッダ62との間に形成する熱伝導シートとして用いることにより、半導体素子58から発せられた熱を効率よくヒートスプレッダ62に垂直方向に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
Therefore, by using the disclosed carbon nanotube sheet as a heat conductive sheet formed between the
また、カーボンナノチューブ16を支持する充填層18を熱可塑性樹脂材料により形成することにより、電子機器に搭載後、カーボンナノチューブシート10をリフローすることが可能となる。これにより、半導体素子58及びヒートスプレッダ62に対するカーボンナノチューブシート10の接着性を高めるとともに、カーボンナノチューブシート56による熱伝導性をも高めることができる。
Moreover, by forming the
このように、本実施形態によれば、半導体素子とヒートスプレッダとの間に、第1乃至第4実施形態によるカーボンナノチューブシートを配置するので、これらの間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、半導体素子から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。 Thus, according to this embodiment, since the carbon nanotube sheet according to the first to fourth embodiments is disposed between the semiconductor element and the heat spreader, the thermal conductivity between them can be greatly improved. it can. Thereby, the thermal radiation efficiency of the heat | fever emitted from a semiconductor element can be improved, and the reliability of an electronic device can be improved.
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
例えば、上記第1乃至第4実施形態では、カーボンナノチューブを用いたシート状構造体(カーボンナノチューブシート)を示したが、カーボンナノチューブの代わりに他の炭素元素の線状構造体を用いてもよい。炭素元素の線状構造体としては、カーボンナノチューブのほか、カーボンナノワイヤ、カーボンロッド、カーボンファイバが挙げられる。これら線状構造体は、サイズが異なるほかは、カーボンナノチューブと同様である。これら線状構造体を用いた放熱材料においても適用することができる。 For example, in the first to fourth embodiments, the sheet-like structure using carbon nanotubes (carbon nanotube sheet) is shown, but a linear structure of another carbon element may be used instead of the carbon nanotube. . Examples of the carbon element linear structure include carbon nanowires, carbon rods, and carbon fibers in addition to carbon nanotubes. These linear structures are the same as the carbon nanotubes except that their sizes are different. The present invention can also be applied to a heat dissipation material using these linear structures.
また、上記実施形態に記載の構成材料や製造条件は、当該記載に限定されるものではなく、目的等に応じて適宜変更が可能である。 In addition, the constituent materials and manufacturing conditions described in the above embodiment are not limited to the descriptions, and can be appropriately changed according to the purpose and the like.
また、カーボンナノチューブシートの使用目的も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではない。開示のカーボンナノチューブシートは、熱伝導シートとしては、例えば、CPUの放熱シート、無線通信基地局用高出力増幅器、無線通信端末用高出力増幅器、電気自動車用高出力スイッチ、サーバー、パーソナルコンピュータなどへの適用が考えられる。また、カーボンナノチューブの高い許容電流密度特性を利用して、縦型配線シートやこれを用いた種々のアプリケーションにも適用可能である。 Further, the purpose of using the carbon nanotube sheet is not limited to that described in the above embodiment. The disclosed carbon nanotube sheet is, for example, a CPU heat dissipation sheet, a radio communication base station high output amplifier, a radio communication terminal high output amplifier, an electric vehicle high output switch, a server, a personal computer, etc. Can be applied. Moreover, it is applicable to a vertical wiring sheet and various applications using the high allowable current density characteristic of carbon nanotubes.
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(付記1) 炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、
前記複数の線状構造体間に形成された充填層と
を有することを特徴とするシート状構造体。
(Supplementary Note 1) A plurality of linear structures formed of carbon element and having both ends open,
A sheet-like structure comprising: a filling layer formed between the plurality of linear structures.
(付記2) 付記1記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
(Supplementary note 2) In the sheet-like structure according to supplementary note 1,
A sheet-like structure characterized by further comprising a coating of a material formed at at least one end of the plurality of linear structures and having a higher thermal conductivity than the filling layer.
(付記3) 付記1又は2記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体は、前記充填層の膜厚方向に配向している
ことを特徴とするシート状構造体。
(Additional remark 3) In the sheet-like structure of Additional remark 1 or 2,
The plurality of linear structures are oriented in the film thickness direction of the filling layer.
(付記4) 付記1乃至3のいずれか1項に記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体の前記両端部は、前記充填層から露出している
ことを特徴とするシート状構造体。
(Appendix 4) In the sheet-like structure according to any one of appendices 1 to 3,
The both end portions of the plurality of linear structures are exposed from the filling layer.
(付記5) 付記1乃至4のいずれか1項に記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体のそれぞれは、多層構造を有する
ことを特徴とするシート状構造体。
(Supplementary note 5) In the sheet-like structure according to any one of supplementary notes 1 to 4,
Each of the plurality of linear structures has a multilayer structure.
(付記6) 発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と放熱体との間に配置され、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを含むシート状構造体と
を有することを特徴とする電子機器。
(Appendix 6) A heating element,
A radiator,
A plurality of linear structures that are disposed between the heat generating element and the heat dissipation element and that are formed of a carbon element and that are open at both ends; and a filling layer that is formed between the plurality of linear structures. An electronic device comprising: a sheet-like structure.
(付記7) 基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、
前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を複数枚に切断し、切断された前記充填層及び前記複数の線状構造体をそれぞれ含む複数のシート状構造体を形成する工程と
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。
(Appendix 7) A step of forming a plurality of linear structures of carbon elements on a substrate;
Forming a filling layer for supporting the plurality of linear structures between the plurality of linear structures;
Cutting the filling layer and the plurality of linear structures into a plurality of sheets, and forming a plurality of sheet-like structures each including the cut filling layer and the plurality of linear structures. A method for producing a sheet-like structure.
(付記8) 付記7記載のシート状構造体の製造方法において、
前記充填層を形成する工程は、前記複数の線状構造体の一端部に第1の充填層を形成する工程と、前記複数の線状構造体の他端部に第2の充填層を形成する工程とを含み、前記第1の充填層及び前記第2の充填層を有する前記充填層を形成し、
前記複数のシート状構造体を形成する工程では、前記第1の充填層と前記第2の充填層との間において前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断し、前記第1の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記一端部側を含む第1のシート状構造体と、前記第2の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記他端部側を含む第2のシート状構造体とを形成する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
(Additional remark 8) In the manufacturing method of the sheet-like structure of Additional remark 7,
The step of forming the filling layer includes a step of forming a first filling layer at one end portion of the plurality of linear structures, and a second filling layer at the other end portion of the plurality of linear structures. Forming the filling layer having the first filling layer and the second filling layer,
In the step of forming the plurality of sheet-like structures, the filling layer and the plurality of linear structures are cut between the first filling layer and the second filling layer, and the first filling is performed. A first sheet-like structure including the layer and the one end side of the plurality of cut linear structures, and the other end portion of the second filling layer and the plurality of cut linear structures. Forming a second sheet-like structure including a side. A method for producing a sheet-like structure.
(付記9) 付記7又は8記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体を形成する工程では、前記基板の表面と交差する方向に配向するように前記複数の線状構造体を形成し、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する工程では、前記複数の線状構造体の配向方向と交差する方向に前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
(Additional remark 9) In the manufacturing method of the sheet-like structure of Additional remark 7 or 8,
In the step of forming the plurality of linear structures, the plurality of linear structures are formed so as to be oriented in a direction intersecting the surface of the substrate,
In the step of cutting the filling layer and the plurality of linear structures, the filling layer and the plurality of linear structures are cut in a direction intersecting with an orientation direction of the plurality of linear structures. A method for manufacturing a sheet-like structure.
(付記10) 付記7乃至9のいずれか1項に記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体の端部に、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
(Appendix 10) In the method for manufacturing a sheet-like structure according to any one of appendices 7 to 9,
The manufacturing method of the sheet-like structure characterized by further including the process of forming the coating film of material with higher heat conductivity than the said filling layer in the edge part of these linear structures.
10…カーボンナノチューブシート
12…基板
14…触媒金属膜
16…カーボンナノチューブ
18…充填層
20,22…被膜
50…プリント配線基板
52,56…はんだバンプ
54…回路基板
58…半導体素子
60…有機シーラント
62…ヒートスプレッダ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の線状構造体間に形成された充填層と
を有することを特徴とするシート状構造体。 A plurality of linear structures formed of carbon element and having both ends open;
A sheet-like structure comprising: a filling layer formed between the plurality of linear structures.
前記複数の線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。 In the sheet-like structure according to claim 1,
A sheet-like structure characterized by further comprising a coating of a material formed at at least one end of the plurality of linear structures and having a higher thermal conductivity than the filling layer.
前記複数の線状構造体のそれぞれは、多層構造を有する
ことを特徴とするシート状構造体。 In the sheet-like structure according to claim 1 or 2,
Each of the plurality of linear structures has a multilayer structure.
放熱体と、
前記発熱体と放熱体との間に配置され、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを含むシート状構造体と
を有することを特徴とする電子機器。 A heating element;
A radiator,
A plurality of linear structures that are disposed between the heat generating element and the heat dissipation element and that are formed of a carbon element and that are open at both ends; and a filling layer that is formed between the plurality of linear structures. An electronic device comprising: a sheet-like structure.
前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を複数枚に切断し、切断された前記充填層及び前記複数の線状構造体をそれぞれ含む複数のシート状構造体を形成する工程と
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。 Forming a plurality of carbon element linear structures on a substrate;
Forming a filling layer for supporting the plurality of linear structures between the plurality of linear structures;
Cutting the filling layer and the plurality of linear structures into a plurality of sheets, and forming a plurality of sheet-like structures each including the cut filling layer and the plurality of linear structures. A method for producing a sheet-like structure.
前記充填層を形成する工程は、前記複数の線状構造体の一端部に第1の充填層を形成する工程と、前記複数の線状構造体の他端部に第2の充填層を形成する工程とを含み、前記第1の充填層及び前記第2の充填層を有する前記充填層を形成し、
前記複数のシート状構造体を形成する工程では、前記第1の充填層と前記第2の充填層との間において前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断し、前記第1の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記一端部側を含む第1のシート状構造体と、前記第2の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記他端部側を含む第2のシート状構造体とを形成する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the sheet-like structure according to claim 5,
The step of forming the filling layer includes a step of forming a first filling layer at one end portion of the plurality of linear structures, and a second filling layer at the other end portion of the plurality of linear structures. Forming the filling layer having the first filling layer and the second filling layer,
In the step of forming the plurality of sheet-like structures, the filling layer and the plurality of linear structures are cut between the first filling layer and the second filling layer, and the first filling is performed. A first sheet-like structure including the layer and the one end side of the plurality of cut linear structures, and the other end portion of the second filling layer and the plurality of cut linear structures. Forming a second sheet-like structure including a side. A method for producing a sheet-like structure.
前記複数の線状構造体を形成する工程では、前記基板の表面と交差する方向に配向するように前記複数の線状構造体を形成し、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する工程では、前記複数の線状構造体の配向方向と交差する方向に前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the sheet-like structure of Claim 5 or 6,
In the step of forming the plurality of linear structures, the plurality of linear structures are formed so as to be oriented in a direction intersecting the surface of the substrate,
In the step of cutting the filling layer and the plurality of linear structures, the filling layer and the plurality of linear structures are cut in a direction intersecting with an orientation direction of the plurality of linear structures. A method for manufacturing a sheet-like structure.
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JP2013184832A (en) * | 2012-03-06 | 2013-09-19 | Fujitsu Ltd | Method of manufacturing carbon nanotube sheet, method of manufacturing semiconductor device, and substrate for forming carbon nanotube |
JP2021107296A (en) * | 2019-12-27 | 2021-07-29 | 日立造船株式会社 | Method for manufacturing carbon nanotube molding |
-
2009
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JP2021107296A (en) * | 2019-12-27 | 2021-07-29 | 日立造船株式会社 | Method for manufacturing carbon nanotube molding |
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