JP2017076690A - Heat dissipation sheet, manufacturing method of heat dissipation sheet, and electronic device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat dissipation sheet capable of improving the thermal conductivity, and a manufacturing method of heat dissipation sheet, and an electronic device.SOLUTION: The manufacturing method of the heat dissipation sheet includes the steps of: allowing to grow a plurality of carbon nanotubes 22 on the substrate 20; and modifying the tip 22x irradiating the tip 22x of the carbon nanotube 22 with an electron beam or laser.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、放熱シート、放熱シートの製造方法、及び電子装置に関する。   The present invention relates to a heat dissipation sheet, a method for manufacturing a heat dissipation sheet, and an electronic device.

サーバやパーソナルコンピュータにおいては、CPU(Central Processing Unit)等の電子部品で発生する熱を外部に放熱すべく、電子部品にヒートスプレッダが固着される。   In a server or a personal computer, a heat spreader is fixed to an electronic component in order to dissipate heat generated by an electronic component such as a CPU (Central Processing Unit) to the outside.

そのヒートスプレッダと電子部品との間の熱抵抗が高いと、電子部品の熱を速やかにヒートスプレッダに伝えることができない。そのため、電子部品とヒートスプレッダとの間に、熱伝導性に優れた放熱シートを介在させることがある。   If the heat resistance between the heat spreader and the electronic component is high, the heat of the electronic component cannot be quickly transmitted to the heat spreader. For this reason, a heat radiation sheet having excellent thermal conductivity may be interposed between the electronic component and the heat spreader.

放熱シートには様々なタイプがある。インジウムシートも放熱シートの一例であるが、高価なインジウムを使用しているため放熱シートの低コスト化が難しい。   There are various types of heat dissipation sheets. An indium sheet is an example of a heat radiating sheet. However, since expensive indium is used, it is difficult to reduce the cost of the heat radiating sheet.

また、インジウムの熱伝導率は５０W/m・Kであって、この程度の熱伝導率では電子部品を効率的に放熱させるのは難しい。しかも、インジウムは融点が１５６℃と低いため、HPA(High Power Amplifier)のように発熱時に高温となる電子部品を用いると、インジウムシートが溶融するという問題もある。   Further, indium has a thermal conductivity of 50 W / m · K, and it is difficult to efficiently dissipate heat from the electronic components with this thermal conductivity. In addition, since the melting point of indium is as low as 156 ° C., there is a problem that the indium sheet melts when using an electronic component that becomes high temperature during heat generation such as HPA (High Power Amplifier).

そこで、インジウムシートに代わる放熱シートとして、カーボンナノチューブを用いた放熱シートが検討されている。   Therefore, a heat radiating sheet using carbon nanotubes has been studied as a heat radiating sheet replacing the indium sheet.

カーボンナノチューブは、その熱伝導度が１５００W/m・K程度であって、インジウムの熱伝導度（５０W/m・K）と比べて非常に高く、放熱シートに使用するのに好適である。   Carbon nanotubes have a thermal conductivity of about 1500 W / m · K, which is very high compared to the thermal conductivity of indium (50 W / m · K), and are suitable for use in a heat dissipation sheet.

カーボンナノチューブを放熱シートとして利用する場合、複数のカーボンナノチューブの束をシート状に整形することになる。但し、各カーボンナノチューブは弱いファン・デア・ワールス力のみで束形状を保持しており、このままではカーボンナノチューブの束がほどけてシートの取り扱いが困難である。   When carbon nanotubes are used as a heat dissipation sheet, a bundle of a plurality of carbon nanotubes is shaped into a sheet shape. However, each carbon nanotube maintains a bundle shape only with a weak fan, der, and Waals force, and in this state, the bundle of carbon nanotubes is unwound and it is difficult to handle the sheet.

この困難性を解消させるために、樹脂で各カーボンナノチューブ同士を結束する方法が幾つか提案されているが、いずれも改善の余地がある。   In order to eliminate this difficulty, several methods for binding carbon nanotubes with a resin have been proposed, but all have room for improvement.

例えば、樹脂中にカーボンナノチューブを分散させることにより、シート状の放熱シートを作製する方法が提案されている。この方法では、樹脂中において各カーボンナノチューブが様々な方向を向いてしまうため、カーボンナノチューブに沿ってシートの表面から裏面に熱を伝えるのが難しい。   For example, a method for producing a sheet-like heat dissipation sheet by dispersing carbon nanotubes in a resin has been proposed. In this method, since each carbon nanotube faces in various directions in the resin, it is difficult to transfer heat from the front surface to the back surface of the sheet along the carbon nanotube.

更に、各カーボンナノチューブの接点において熱抵抗が高くなるという問題もある。   Furthermore, there is a problem that the thermal resistance becomes high at the contact point of each carbon nanotube.

これに代えて、基板の上にその法線方向を向いた複数のカーボンナノチューブを成長させ、各カーボンナノチューブの間の空間を樹脂で充填する方法も提案されている。この方法では、全てのカーボンナノチューブが略同じ方向を向いているため、カーボンナノチューブに沿ってシートの表面から裏面に熱を伝えるのは容易と考えられる。   Instead of this, a method has been proposed in which a plurality of carbon nanotubes oriented in the normal direction are grown on a substrate, and the spaces between the carbon nanotubes are filled with resin. In this method, since all the carbon nanotubes are oriented in substantially the same direction, it is considered easy to transfer heat from the front surface to the back surface of the sheet along the carbon nanotubes.

但し、樹脂中でカーボンナノチューブが凝集した場合には、カーボンナノチューブの向きが乱れてしまうため、シートの表面から裏面に熱を伝えるのが難しくなる。   However, when the carbon nanotubes aggregate in the resin, the orientation of the carbon nanotubes is disturbed, so that it is difficult to transfer heat from the front surface to the back surface of the sheet.

更に、上記した二例のいずれにおいても、電子部品とカーボンナノチューブとの間に樹脂が介在するため、その樹脂によって電子部品とカーボンナノチューブとの間の熱抵抗が上昇してしまう。   Furthermore, in both of the above-described two examples, since a resin is interposed between the electronic component and the carbon nanotube, the resin increases the thermal resistance between the electronic component and the carbon nanotube.

特開２００５−１５０３６２号公報JP 2005-150362 A 特開２００６−１４７８０１号公報JP 2006-147801 A 特開２００９−２５３１２３号公報JP 2009-253123 A 特開２００７−９２１３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-9213

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱シート、放熱シートの製造方法、及び電子装置において、放熱シートの熱伝導性を向上させることを目的とする。   The disclosed technology has been made in view of the above, and an object of the present invention is to improve the thermal conductivity of the heat dissipation sheet in the heat dissipation sheet, the method for manufacturing the heat dissipation sheet, and the electronic device.

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成長させる工程と、前記カーボンナノチューブの先端に電子線又はレーザを照射することにより、前記先端を改質する工程とを有する放熱シートの製造方法が提供される。   According to one aspect of the following disclosure, the method includes a step of growing a plurality of carbon nanotubes on a substrate, and a step of modifying the tip by irradiating the tip of the carbon nanotube with an electron beam or a laser. A method for manufacturing a heat dissipation sheet is provided.

以下の開示によれば、カーボンナノチューブの先端に電子線やレーザを照射するため、カーボンナノチューブの欠陥が修復されてカーボンナノチューブの熱伝導性が向上する。   According to the following disclosure, since the tip of the carbon nanotube is irradiated with an electron beam or a laser, defects in the carbon nanotube are repaired, and the thermal conductivity of the carbon nanotube is improved.

図１（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views (part 1) in the middle of manufacturing the electronic device according to the first embodiment. 図２（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。2A and 2B are cross-sectional views (part 2) in the middle of manufacturing the electronic device according to the first embodiment. 図３（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その３）である。3A and 3B are cross-sectional views (part 3) in the middle of manufacturing the electronic device according to the first embodiment. 図４は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その４）である。FIG. 4 is a cross-sectional view (part 4) of the electronic device according to the first embodiment in the middle of manufacture. 図５は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その５）である。FIG. 5 is a cross-sectional view (part 5) in the middle of manufacturing the electronic device according to the first embodiment. 図６（ａ）は、第１実施形態において電子線の照射により形成されたグラファイト層の上面をSEM(Scanning Electron Microscope)により観察して得られた像であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の矩形領域の拡大図である。FIG. 6A is an image obtained by observing the upper surface of the graphite layer formed by electron beam irradiation in the first embodiment with a scanning electron microscope (SEM), and FIG. It is an enlarged view of the rectangular area of 6 (a). 図７は、第１実施形態においてカーボンナノチューブのラマンスペクトルを調査して得られた図である。FIG. 7 is a diagram obtained by investigating the Raman spectrum of the carbon nanotube in the first embodiment. 図８は、図７の結果からG/D比を算出して得られたグラフである。FIG. 8 is a graph obtained by calculating the G / D ratio from the results of FIG. 図９（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。9A and 9B are cross-sectional views (part 1) in the middle of manufacturing the electronic device according to the second embodiment. 図１０は、第２実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。FIG. 10 is a cross-sectional view (part 2) of the electronic device according to the second embodiment during manufacture. 図１１は、第２実施形態においてカーボンナノチューブのラマンスペクトルを調査して得られた図である。FIG. 11 is a diagram obtained by investigating the Raman spectrum of the carbon nanotube in the second embodiment. 図１２は、図１１の結果からG/D比を算出して得られたグラフである。FIG. 12 is a graph obtained by calculating the G / D ratio from the result of FIG. 図１３は、第３実施形態に係る電子装置の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of an electronic device according to the third embodiment. 図１４は、第４実施形態に係る電子装置の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of an electronic device according to the fourth embodiment. 図１５（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る電子装置の製造途中の斜視図（その１）である。FIGS. 15A and 15B are perspective views (part 1) in the middle of manufacturing the electronic device according to the fifth embodiment. 図１６は、第５実施形態に係る電子装置の製造途中の斜視図（その２）である。FIG. 16 is a perspective view (part 2) in the middle of manufacturing the electronic device according to the fifth embodiment. 図１７（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る電子装置の断面図（その１）である。FIGS. 17A and 17B are sectional views (No. 1) of an electronic device according to the fifth embodiment. 図１８（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る電子装置の断面図（その２）である。18A and 18B are cross-sectional views (part 2) of the electronic device according to the fifth embodiment. 図１９は、第５実施形態に係る電子装置の斜視図である。FIG. 19 is a perspective view of an electronic device according to the fifth embodiment. 図２０（ａ）、（ｂ）は、第６実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。20A and 20B are cross-sectional views (part 1) in the middle of manufacturing the electronic device according to the sixth embodiment. 図２１（ａ）、（ｂ）は、第６実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。21A and 21B are cross-sectional views (part 2) in the middle of manufacturing the electronic device according to the sixth embodiment.

（第１実施形態）
本実施形態では、カーボンナノチューブを用いた放熱シートの熱伝導性を以下のようにして改善する。 (First embodiment)
In this embodiment, the thermal conductivity of the heat dissipation sheet using carbon nanotubes is improved as follows.

図１〜図５は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。   1 to 5 are cross-sectional views of the electronic device according to the present embodiment during manufacture.

まず、図１（ａ）に示すように、基板２０としてシリコン基板を用意し、その基板２０の上に触媒金属層２１として鉄層をスパッタ法で２．５nm程度の厚さに形成する。   First, as shown in FIG. 1A, a silicon substrate is prepared as a substrate 20, and an iron layer is formed on the substrate 20 as a catalytic metal layer 21 to a thickness of about 2.5 nm by a sputtering method.

触媒金属層２１は鉄層に限定されない。触媒金属層２１としては、コバルト、ニッケル、鉄、金、銀、及び白金のいずれかの層、これらの材料の合金層、窒化物層、及び酸化物層のいずれかを形成し得る。   The catalytic metal layer 21 is not limited to an iron layer. As the catalytic metal layer 21, any one of cobalt, nickel, iron, gold, silver, and platinum, an alloy layer of these materials, a nitride layer, and an oxide layer can be formed.

また、触媒金属層２１の形成方法としては、上記のスパッタ法の他に、電子ビーム蒸着法や分子線エピタキシー法もある。   Further, as a method for forming the catalytic metal layer 21, in addition to the above sputtering method, there are an electron beam evaporation method and a molecular beam epitaxy method.

更に、触媒金属層２１の形成前に基板２０の上に下地層を形成してもよい。その下地層の材料としては、モリブデン、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブ、バナジウム、チタンシリサイド、アルミニウム、タンタル、タングステン、銅、金、白金又はこれらの合金がある。また、これらの金属の酸化物や窒化物を下地層の材料としてもよい。このうち、酸化物としては酸化アルミニウムや酸化チタン等があり、窒化物としては窒化チタン、窒化タンタル、及び窒化アルミニウム等がある。   Furthermore, a base layer may be formed on the substrate 20 before the catalyst metal layer 21 is formed. As the material of the base layer, there are molybdenum, titanium, hafnium, zirconium, niobium, vanadium, titanium silicide, aluminum, tantalum, tungsten, copper, gold, platinum, or an alloy thereof. These metal oxides and nitrides may be used as the material for the underlayer. Among these, examples of the oxide include aluminum oxide and titanium oxide, and examples of the nitride include titanium nitride, tantalum nitride, and aluminum nitride.

次に、図１（ｂ）に示すように、触媒金属層２１の触媒作用を利用してホットフィラメントCVD(Chemical Vapor Deposition)法により複数のカーボンナノチューブ２２を成長させる。   Next, as shown in FIG. 1B, a plurality of carbon nanotubes 22 are grown by hot filament CVD (Chemical Vapor Deposition) using the catalytic action of the catalytic metal layer 21.

そのホットフィラメントCVD法では、炭素の原料ガスとしてアセチレンガスを用い、そのアセチレンガスとアルゴンガスとの混合ガスを不図示の成長室に供給する。なお、アセチレンガスに代えて、メタンやエチレン等の炭化水素類、エタノールやメタノール等のアルコール類、又は炭素を含有する有機材料を炭素の原料ガスとして用いてもよい。更に、ホットフィラメントCVD法に代えて、熱CVD法、リモートプラズマCVD法、又はプラズマCVD法を用いても良い。   In the hot filament CVD method, acetylene gas is used as a carbon source gas, and a mixed gas of the acetylene gas and argon gas is supplied to a growth chamber (not shown). Instead of acetylene gas, hydrocarbons such as methane and ethylene, alcohols such as ethanol and methanol, or organic materials containing carbon may be used as the carbon source gas. Furthermore, instead of the hot filament CVD method, a thermal CVD method, a remote plasma CVD method, or a plasma CVD method may be used.

また、カーボンナノチューブ２２の成長条件も特に限定されないが、この例では基板温度が６２０℃の条件で成長室内の圧力を１kPaとし、成長時間を６０分とする。   Also, the growth conditions of the carbon nanotubes 22 are not particularly limited, but in this example, the pressure in the growth chamber is 1 kPa and the growth time is 60 minutes under the condition that the substrate temperature is 620 ° C.

これにより、触媒金属層２１が凝集して粒状になると共に、その触媒金属層２１の上にカーボンナノチューブ２２として長さが１５０μm程度の多層カーボンナノチューブが基板２０の法線方向nに沿って成長する。なお、カーボンナノチューブ２２の長さは触媒金属層２１の厚さに依存し、触媒金属層２１として厚さが１nmの鉄層を用いるとカーボンナノチューブ２２の長さは２５０μm程度となる。   As a result, the catalytic metal layer 21 aggregates and becomes granular, and multi-walled carbon nanotubes having a length of about 150 μm grow on the catalytic metal layer 21 along the normal direction n of the substrate 20. . The length of the carbon nanotube 22 depends on the thickness of the catalytic metal layer 21. If an iron layer having a thickness of 1 nm is used as the catalytic metal layer 21, the length of the carbon nanotube 22 is about 250 μm.

ここまでの工程により、複数のカーボンナノチューブ２２の束を備えたCNTシート２５が得られる。   Through the steps so far, a CNT sheet 25 having a bundle of a plurality of carbon nanotubes 22 is obtained.

次に、図２（ａ）に示すように、銅を材料とするヒートスプレッダ２６を用意し、そのヒートスプレッダ２６の上に接合シート２７として熱可塑性の樹脂シートを貼付する。そのヒートスプレッダ２６は第１の部品の一例である。   Next, as shown in FIG. 2A, a heat spreader 26 made of copper is prepared, and a thermoplastic resin sheet is pasted on the heat spreader 26 as a bonding sheet 27. The heat spreader 26 is an example of a first component.

また、樹脂シートの材料である熱可塑性樹脂は、室温で固体であったものが加熱により液状となり、更に冷却により接着性を発現しつつ固体に戻るものであれば、特に限定されない。   In addition, the thermoplastic resin that is a material of the resin sheet is not particularly limited as long as it is solid at room temperature and becomes liquid by heating and returns to solid while exhibiting adhesiveness by cooling.

なお、ヒートスプレッダ２６の表面にめっき法により金属層を形成し、その金属層を接合シート２７としてもよい。その金属層としては、例えば、金とスズとの合金、インジウム、及びはんだがある。更に、ヒートスプレッダ２６に金属ペーストを塗布することにより接合シート２７を形成してもよい。   In addition, a metal layer may be formed on the surface of the heat spreader 26 by a plating method, and the metal layer may be used as the bonding sheet 27. Examples of the metal layer include an alloy of gold and tin, indium, and solder. Further, the joining sheet 27 may be formed by applying a metal paste to the heat spreader 26.

その後に、接合シート２７とCNTシート２５との位置合わせを行う。   Thereafter, the bonding sheet 27 and the CNT sheet 25 are aligned.

次いで、図２（ｂ）に示すように、接合シート２７をその融点よりも高い１７５℃程度の温度に加熱しながら、CNTシート２５に１６０N程度の力を約１５分間印加することにより、接合シート２７を介してヒートスプレッダ２６にCNTシート２５を圧着する。   Next, as shown in FIG. 2 (b), a force of about 160 N is applied to the CNT sheet 25 for about 15 minutes while heating the bonding sheet 27 to a temperature of about 175 ° C. higher than its melting point. The CNT sheet 25 is pressure-bonded to the heat spreader 26 via 27.

続いて、図３（ａ）に示すように、CNTシート２５の上に厚さが５μm〜１０μm程度の樹脂シート３０を載せる。   Subsequently, as shown in FIG. 3A, a resin sheet 30 having a thickness of about 5 μm to 10 μm is placed on the CNT sheet 25.

樹脂シート３０の材料は特に限定されない。例えば、ポリアミド系ホットメルト樹脂、ポリウレタン系ホットメルト樹脂、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂、ポリエステル系ホットメルト樹脂、エチレン共重合体ホットメルト樹脂等のホットメルト樹脂を採用し得る。これに代えて、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニル系樹脂、及びワックスを樹脂シート３０の材料として採用してもよい。   The material of the resin sheet 30 is not particularly limited. For example, a hot melt resin such as a polyamide-based hot melt resin, a polyurethane-based hot melt resin, a polyolefin-based hot melt resin, a polyester-based hot melt resin, or an ethylene copolymer hot melt resin can be employed. Instead of this, an acrylic resin, an epoxy resin, a silicone resin, a polyvinyl resin, and a wax may be employed as the material of the resin sheet 30.

具体的には、ポリアミド系ホットメルト樹脂としてはヘンケルジャパン製の「Micromelt 6239」（軟化点：１４０℃）、ポリウレタン系ホットメルト樹脂としてはノガワケミカル製の「DH722B」がある。また、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂としては松村石油製の「EP-90」（軟化点：１４８℃）がある。そして、ポリエステル系ホットメルト樹脂としてはノガワケミカル製の「DH598B」（軟化点：１３３℃）、エチレン共重合体ホットメルト樹脂としてはノガワケミカル製の「DA574B」（軟化点：１０５℃）がある。   Specifically, “Micromelt 6239” (softening point: 140 ° C.) manufactured by Henkel Japan is used as a polyamide-based hot melt resin, and “DH722B” manufactured by Nogawa Chemical is used as a polyurethane-based hot melt resin. Polyolefin hot melt resin includes “EP-90” (softening point: 148 ° C.) manufactured by Matsumura Oil. Polyester type hot melt resins include “DH598B” (softening point: 133 ° C.) manufactured by Nogawa Chemical, and ethylene copolymer hot melt resins include “DA574B” (softening point: 105 ° C.) manufactured by Nogawa Chemical.

次に、図３（ｂ）に示すように、樹脂シート３０の表面上で電子線EBを走査することにより、電子線EBが照射された部分の樹脂シート３０を局所的に１５００℃〜３０００℃程度の温度に加熱する。   Next, as shown in FIG. 3B, by scanning the surface of the resin sheet 30 with the electron beam EB, the portion of the resin sheet 30 irradiated with the electron beam EB is locally 1500 ° C. to 3000 ° C. Heat to a moderate temperature.

このような走査を樹脂シート３０の全面で行うことにより、樹脂シート３０とカーボンナノチューブ２２の先端２２ｘの各々が溶融して改質され、CNTシート２５の上部にグラファイト層３３が形成される。   By performing such scanning over the entire surface of the resin sheet 30, each of the resin sheet 30 and the tip 22 x of the carbon nanotube 22 is melted and modified, and a graphite layer 33 is formed on the upper part of the CNT sheet 25.

電子線EBの照射条件は特に限定されない。例えば、電子線EBの照射領域を一辺の長さが５０μmの正方形状とし、電子線EBの電流値を２００μA〜５００μAとし得る。   The irradiation conditions of the electron beam EB are not particularly limited. For example, the irradiation region of the electron beam EB can be a square with a side length of 50 μm, and the current value of the electron beam EB can be 200 μA to 500 μA.

更に、電子線EBに代えてYAGレーザやCO2レーザを用いてもよい。その場合、これらのレーザの出力を２００W〜６００Wに設定し、レーザ光のスポット径を５０μm〜１００μmにすればよい。 Further, a YAG laser or a CO 2 laser may be used instead of the electron beam EB. In that case, the output of these lasers may be set to 200 W to 600 W, and the spot diameter of the laser light may be set to 50 μm to 100 μm.

また、酸素含有雰囲気で本工程を行うとカーボンナノチューブ２２が燃焼してしまうおそれがあるので、酸素が排除された雰囲気中で電子線EBやレーザ光を照射するのが好ましい。この場合、ロータリポンプ又はドライポンプで実現可能な真空度よりも高真空であれば、カーボンナノチューブ２２の燃焼を防止することができる。   Further, if this step is performed in an oxygen-containing atmosphere, the carbon nanotubes 22 may be burned, and therefore it is preferable to irradiate the electron beam EB or laser light in an atmosphere from which oxygen is excluded. In this case, the carbon nanotubes 22 can be prevented from burning if the degree of vacuum is higher than the degree of vacuum that can be realized by a rotary pump or a dry pump.

ここまでの工程により、CNTシート２５とグラファイト層３３とを備えた放熱シート３５の基本構造が完成する。   The basic structure of the heat dissipation sheet 35 including the CNT sheet 25 and the graphite layer 33 is completed through the steps so far.

次に、図４に示すように、電子部品３７が搭載された回路基板３６を用意し、電子部品３７に放熱シート３５を対向させる。   Next, as illustrated in FIG. 4, a circuit board 36 on which the electronic component 37 is mounted is prepared, and the heat dissipation sheet 35 is opposed to the electronic component 37.

なお、電子部品３７は第２の部品の一例であって、例えば無線や携帯電話の基地局用のHPA、サーバやパーソナルコンピュータ用のCPU、車載IC、及び自動車モータを駆動するためのトランジスタのいずれかを電子部品３７として採用し得る。   The electronic component 37 is an example of a second component. For example, any of HPA for a base station of a radio or a mobile phone, a CPU for a server or a personal computer, an in-vehicle IC, and a transistor for driving an automobile motor can be used. Can be adopted as the electronic component 37.

また、その電子部品３７と回路基板３６は、はんだバンプ３８により接続される。   The electronic component 37 and the circuit board 36 are connected by solder bumps 38.

次に、図５に示すように、グラファイト層３３に電子部品３７の表面を接触させつつ、シーラント３９で回路基板３６にヒートスプレッダ２６を接着する。   Next, as shown in FIG. 5, the heat spreader 26 is bonded to the circuit board 36 with the sealant 39 while bringing the surface of the electronic component 37 into contact with the graphite layer 33.

以上により、本実施形態に係る電子装置４０の基本構造が完成する。   As described above, the basic structure of the electronic device 40 according to the present embodiment is completed.

本実施形態によれば、図３（ｂ）の工程でカーボンナノチューブ２２の先端２２ｘに電子線EBを照射してグラファイト層３３を形成する。そして、図５の工程において、グラファイト層３３と電子部品３７との間に樹脂を介在させることなく、グラファイト層３３と電子部品３７とを接触させる。   According to this embodiment, the graphite layer 33 is formed by irradiating the electron beam EB to the tip 22x of the carbon nanotube 22 in the step of FIG. Then, in the process of FIG. 5, the graphite layer 33 and the electronic component 37 are brought into contact without interposing a resin between the graphite layer 33 and the electronic component 37.

グラファイト層３３の熱伝導率は樹脂のそれよりも高いため、本実施形態では電子部品３７で発生した熱が放熱シート３５を経由して速やかにヒートスプレッダ２６側に輸送され、電子部品３７の冷却を促すことができる。   Since the thermal conductivity of the graphite layer 33 is higher than that of the resin, in this embodiment, the heat generated in the electronic component 37 is quickly transported to the heat spreader 26 side via the heat radiating sheet 35 to cool the electronic component 37. Can be urged.

次に、本願発明者が行った調査について説明する。   Next, the investigation conducted by the inventor will be described.

その調査では、前述のように電子線の照射により先端にグラファイト層３３が形成されたカーボンナノチューブ２２の特性が調査された。   In the investigation, as described above, the characteristics of the carbon nanotube 22 having the graphite layer 33 formed on the tip by the electron beam irradiation were investigated.

（ａ）外観
まず、カーボンナノチューブ２２の外観の調査結果について、図６を参照しながら説明する。 (A) Appearance First, the results of investigating the appearance of the carbon nanotubes 22 will be described with reference to FIG.

図６（ａ）は、電子線EBの照射により形成されたグラファイト層３３の上面をSEM(Scanning Electron Microscope)により観察して得られた像である。   FIG. 6A is an image obtained by observing the upper surface of the graphite layer 33 formed by irradiation with the electron beam EB with an SEM (Scanning Electron Microscope).

この例では方向Dに沿って電子線EBを走査しており、走査によって形成された複数のストライプ状の痕３３ｘが方向Dに延びている。   In this example, the electron beam EB is scanned along the direction D, and a plurality of stripe-shaped marks 33x formed by the scanning extend in the direction D.

図６（ｂ）は、図６（ａ）の矩形領域Aの拡大図である。   FIG. 6B is an enlarged view of the rectangular area A in FIG.

図６（ｂ）に示すように、電子線EBを照射していないカーボンナノチューブ２２とは異なり、グラファイト層３３の上面は平坦なモフォロジーを有している。この結果から、電子線EBの照射によってカーボンナノチューブ２２と樹脂シート３０とが炭素繊維化し、グラファイト層３３が形成されることが確認できた。   As shown in FIG. 6B, unlike the carbon nanotubes 22 not irradiated with the electron beam EB, the upper surface of the graphite layer 33 has a flat morphology. From this result, it was confirmed that the carbon nanotubes 22 and the resin sheet 30 were carbonized by irradiation with the electron beam EB, and the graphite layer 33 was formed.

（ｂ）結晶性
次に、カーボンナノチューブ２２の結晶性の調査結果について説明する。 (B) Crystallinity Next, the investigation result of the crystallinity of the carbon nanotube 22 will be described.

図７は、カーボンナノチューブ２２のラマンスペクトルを調査して得られた図である。図７の横軸は、入射光とストークス光の各々の波数の差で定義されるラマンシフトを示す。また、図７の縦軸は、ストークス光の強度を任意単位で示す。   FIG. 7 is a diagram obtained by examining the Raman spectrum of the carbon nanotube 22. The horizontal axis in FIG. 7 shows the Raman shift defined by the difference in wave number between the incident light and the Stokes light. The vertical axis in FIG. 7 indicates the intensity of Stokes light in an arbitrary unit.

カーボンナノチューブ２２の結晶性の良否を推定する指標としてG/D比がある。G/D比は、ストークス光のうち１６００cm-1付近のG-Bandと呼ばれるスペクトルの強度IGと、１３５０cm-1付近のD-Bandと呼ばれるスペクトルの強度IDとの比（IG／ID）として定義される。 G / D ratio is an index for estimating the crystallinity of the carbon nanotube 22. The G / D ratio is a ratio (I G / I) of the intensity I G of a spectrum called G-Band near 1600 cm −1 of Stokes light and the intensity I D of a spectrum called D-Band near 1350 cm −1. D ) as defined.

D-Bandは、カーボンナノチューブ２２に欠陥が発生してその結晶性が乱れた場合にその強度が強くなることが知られているため、G/D比が小さいほど結晶性が悪く、逆にG/D比が大きいほど結晶性が優れているということになる。   D-Band is known to increase in strength when defects occur in the carbon nanotube 22 and its crystallinity is disturbed. Therefore, the smaller the G / D ratio, the worse the crystallinity. The larger the / D ratio, the better the crystallinity.

この調査では、電子線EBを照射する前と後のそれぞれのカーボンナノチューブ２２のラマンスペクトルを調べた。なお、電子線EBの電流値は１００μA〜４００μAとした。   In this investigation, the Raman spectrum of each carbon nanotube 22 before and after irradiation with the electron beam EB was examined. The current value of the electron beam EB was set to 100 μA to 400 μA.

また、各グラフが重ならないようにするため、図７では各グラフを上下にずらしてある。これについては後述の第２実施形態の図１１でも同様である。   Further, in order to prevent the graphs from overlapping each other, the respective graphs are shifted up and down in FIG. The same applies to FIG. 11 of the second embodiment described later.

図７の結果によれば、電子線EBの照射前ではD-Bandの強度が強いのに対し、電子線EBの照射後ではD-Bandの強度が弱くなっている。   According to the result of FIG. 7, the intensity of D-Band is high before irradiation with electron beam EB, whereas the intensity of D-Band is weak after irradiation with electron beam EB.

図８は、図７の結果からG/D比を算出して得られたグラフであり、グラフの横軸は電子線EBの電流値を表し、縦軸はカーボンナノチューブ２２のG/D比を表す。   FIG. 8 is a graph obtained by calculating the G / D ratio from the results of FIG. 7. The horizontal axis of the graph represents the current value of the electron beam EB, and the vertical axis represents the G / D ratio of the carbon nanotube 22. Represent.

図８に示すように、電子線EBの電流値が増加するにつれてG/D比も増加し、電流値が３００μAのときにG/D比が１０程度の最大値となる。   As shown in FIG. 8, as the current value of the electron beam EB increases, the G / D ratio also increases. When the current value is 300 μA, the G / D ratio becomes a maximum value of about 10.

この結果より、本実施形態のように電子線EBの照射によりカーボンナノチューブ２２の先端２２ｘをグラファイト化すると、カーボンナノチューブ２２の欠陥が修復されてその結晶性が改善されることが明らかとなった。   From this result, it became clear that when the tip 22x of the carbon nanotube 22 is graphitized by irradiation with the electron beam EB as in the present embodiment, the defects of the carbon nanotube 22 are repaired and the crystallinity thereof is improved.

また、結晶性が良好なカーボンナノチューブ２２は熱伝導性に優れているため、電子線EBの照射によってカーボンナノチューブ２２の熱伝導率も向上すると期待できる。特に、前述のようにG/D比が１０程度と高い場合には、インジウムシートよりも熱伝導率が高くなることが期待される。   Further, since the carbon nanotubes 22 having good crystallinity are excellent in thermal conductivity, it can be expected that the thermal conductivity of the carbon nanotubes 22 is improved by irradiation with the electron beam EB. In particular, when the G / D ratio is as high as about 10 as described above, the thermal conductivity is expected to be higher than that of the indium sheet.

（第２実施形態）
第１実施形態では、図３（ａ）のようにカーボンナノチューブ２２に樹脂シート３０を載せた後、その樹脂シート３０に対して電子線EBを照射した。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, the resin sheet 30 is placed on the carbon nanotube 22 as shown in FIG. 3A, and then the resin sheet 30 is irradiated with an electron beam EB.

これに対し、本実施形態では、樹脂シートを載せずにカーボンナノチューブ２２に対して電子線EBを照射する。   On the other hand, in this embodiment, the electron beam EB is irradiated to the carbon nanotubes 22 without placing the resin sheet.

図９〜図１０は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。   9 to 10 are cross-sectional views of the electronic device according to the present embodiment during manufacture.

まず、第１実施形態の図１（ａ）〜図２（ｂ）の工程を行うことにより、図９（ａ）に示すように、CNTシート２５が接合シート２７を介してヒートスプレッダ２６に圧着された構造を得る。   First, by performing the steps of FIG. 1A to FIG. 2B of the first embodiment, the CNT sheet 25 is pressure-bonded to the heat spreader 26 via the bonding sheet 27 as shown in FIG. 9A. Get the structure.

次いで、図９（ｂ）に示すように、CNTシート２５の表面上で電子線EBを走査することによりカーボンナノチューブ２２の先端２２ｘを１５００℃〜３０００℃程度の温度に局所的に加熱して、当該先端２２ｘを改質する。   Next, as shown in FIG. 9B, the tip 22x of the carbon nanotube 22 is locally heated to a temperature of about 1500 ° C. to 3000 ° C. by scanning the electron beam EB on the surface of the CNT sheet 25, The tip 22x is modified.

電子線EBの照射条件は第１実施形態と同様であり、例えば電子線EBの照射領域を一辺の長さが５０μmの正方形状とし、電子線EBの電流値を２００μA〜５００μAとし得る。   The irradiation condition of the electron beam EB is the same as that of the first embodiment. For example, the irradiation region of the electron beam EB can be a square with a side length of 50 μm, and the current value of the electron beam EB can be 200 μA to 500 μA.

更に、第１実施形態と同様に、電子線EBに代えてYAGレーザやCO2レーザを用いて先端２２ｘを改質してもよい。 Further, similarly to the first embodiment, the tip 22x may be modified using a YAG laser or a CO 2 laser instead of the electron beam EB.

また、酸素が排除された雰囲気中で電子線EBやレーザ光を照射することにより、酸素でカーボンナノチューブ２２が燃焼してしまうのを防止してもよい。   Further, the carbon nanotubes 22 may be prevented from burning by oxygen by irradiating the electron beam EB or laser light in an atmosphere from which oxygen is excluded.

ここまでの工程により、先端２２ｘが改質されたカーボンナノチューブ２２を備えた放熱シート６０の基本構造が完成する。   Through the steps so far, the basic structure of the heat dissipation sheet 60 including the carbon nanotube 22 with the modified tip 22x is completed.

この後は、第１実施形態で説明した図４〜図５の工程を行うことにより、図１０に示すように、放熱シート６０に電子部品３７を接触させつつ、シーラント３９で回路基板３６にヒートスプレッダ２６を接着する。   Thereafter, by performing the steps of FIGS. 4 to 5 described in the first embodiment, the heat spreader is applied to the circuit board 36 by the sealant 39 while bringing the electronic component 37 into contact with the heat dissipation sheet 60 as shown in FIG. 26 is adhered.

以上により、本実施形態に係る電子装置６１の基本構造が完成する。   As described above, the basic structure of the electronic device 61 according to the present embodiment is completed.

上記した本実施形態によれば、図９（ｂ）に示したように、カーボンナノチューブ２２の先端２２ｘに電子線EBを照射した。   According to the above-described embodiment, as shown in FIG. 9B, the tip 22x of the carbon nanotube 22 is irradiated with the electron beam EB.

本願発明者は、このように電子線EBを照射することによりカーボンナノチューブ２２がどのように改質されるのかを調査した。   The inventor of the present application investigated how the carbon nanotubes 22 are modified by irradiating the electron beam EB in this way.

その調査結果について以下に説明する。   The survey results will be described below.

図１１は、カーボンナノチューブ２２のラマンスペクトルを調査して得られた図である。図１１の横軸は、入射光とストークス光の各々の波数の差で定義されるラマンシフトを示す。また、図１１の縦軸は、ストークス光の強度を任意単位で示す。   FIG. 11 is a diagram obtained by examining the Raman spectrum of the carbon nanotube 22. The horizontal axis of FIG. 11 shows the Raman shift defined by the difference between the wave numbers of the incident light and Stokes light. The vertical axis in FIG. 11 indicates the intensity of Stokes light in an arbitrary unit.

この調査では、電子線EBを照射する前と後のそれぞれのカーボンナノチューブ２２のラマンスペクトルを調べた。なお、電子線EBの電流値は、５０μA〜４００μAとした。   In this investigation, the Raman spectrum of each carbon nanotube 22 before and after irradiation with the electron beam EB was examined. The current value of the electron beam EB was 50 μA to 400 μA.

図１１に示すように、カーボンナノチューブ２２の欠陥に起因した１３５０cm-1付近のD-Bandは、電子線EBの照射によって弱くなっている。 As shown in FIG. 11, the D-Band in the vicinity of 1350 cm −1 due to the defect of the carbon nanotube 22 is weakened by the irradiation with the electron beam EB.

図１２は、図１１の結果からG/D比を算出して得られたグラフであり、グラフの横軸は電子線EBの電流値を表し、縦軸はカーボンナノチューブ２２のG/D比を表す。   FIG. 12 is a graph obtained by calculating the G / D ratio from the results of FIG. 11. The horizontal axis of the graph represents the current value of the electron beam EB, and the vertical axis represents the G / D ratio of the carbon nanotube 22. Represent.

図１２に示すように、電子線EBの電流値の増加と共にG/D比も増加している。また、図８に示した第１実施形態ではG/D比の最大値が１０程度であったのに対し、本実施形態では電流値が２００μA以上となるとG/D比が１０を超えて増加している。   As shown in FIG. 12, the G / D ratio increases as the current value of the electron beam EB increases. Further, in the first embodiment shown in FIG. 8, the maximum value of the G / D ratio is about 10, whereas in this embodiment, the G / D ratio increases beyond 10 when the current value becomes 200 μA or more. doing.

このことから、本実施形態では第１実施形態よりもカーボンナノチューブ２２の欠陥の修復が進んでその結晶性がさらに改善されることが明らかとなった。結晶性の良好なカーボンナノチューブ２２は熱伝導率が良いため、本実施形態に係る放熱シート６０の熱伝導性も良好になると期待できる。   From this, it has been clarified that in this embodiment, the defect repair of the carbon nanotube 22 proceeds more than in the first embodiment, and the crystallinity thereof is further improved. Since the carbon nanotubes 22 with good crystallinity have good thermal conductivity, it can be expected that the thermal conductivity of the heat-dissipating sheet 60 according to this embodiment will also be good.

（第３実施形態）
第１実施形態や第２実施形態では、放熱シート３５、６０を単層で使用した。放熱シート３５、６０の使用方法はこれに限定されない。 (Third embodiment)
In the first embodiment and the second embodiment, the heat radiation sheets 35 and 60 are used in a single layer. The usage method of the thermal radiation sheets 35 and 60 is not limited to this.

図１３は、本実施形態に係る電子装置の断面図である。なお、図１３において、第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。   FIG. 13 is a cross-sectional view of the electronic device according to the present embodiment. In FIG. 13, the same elements as those described in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals as those in these embodiments, and the description thereof is omitted below.

図１３に示すように、本実施形態に係る電子装置６５においては、複数の放熱シート３５、６０を積層して使用する。積層の仕方は特に限定されず、放熱シート３５と放熱シート６０のいずれか一方のみを複数積層してもよいし、両者を組み合わせて積層してもよい。   As shown in FIG. 13, in the electronic device 65 according to the present embodiment, a plurality of heat dissipation sheets 35 and 60 are stacked and used. The way of stacking is not particularly limited, and only one of heat dissipation sheet 35 and heat dissipation sheet 60 may be stacked, or a combination of both may be stacked.

これにより、積層された放熱シート３５、６０の全体の厚みZが増えるので、実使用下で電子部品３７が発熱して反った場合でもその反りに各放熱シート３５、６０が追従でき、電子部品３７から放熱シート３５、６０が離間してしまうのを防止できる。   As a result, the overall thickness Z of the laminated heat radiation sheets 35 and 60 increases, so that even when the electronic component 37 is heated and warped under actual use, the heat radiation sheets 35 and 60 can follow the warpage, and the electronic component It is possible to prevent the heat radiating sheets 35 and 60 from separating from 37.

（第４実施形態）
第１〜第３実施形態では、ヒートスプレッダ２６と電子部品３７との間に放熱シート３５、３６を配した。放熱シート３５、６０を配する部位はこれに限定されない。 (Fourth embodiment)
In the first to third embodiments, the heat radiation sheets 35 and 36 are disposed between the heat spreader 26 and the electronic component 37. The site | part which arrange | positions the thermal radiation sheets 35 and 60 is not limited to this.

図１４は、本実施形態に係る電子装置の断面図である。   FIG. 14 is a cross-sectional view of the electronic device according to the present embodiment.

なお、図１４において、第１〜第３実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらにおけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。   In FIG. 14, the same elements as those described in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted below.

図１４に示すように、本実施形態に係る電子装置６８は金属製のフィン６７を有しており、そのフィン６７とヒートスプレッダ２６との間に第１実施形態に係る放熱シート３５が配される。   As shown in FIG. 14, the electronic device 68 according to the present embodiment has metal fins 67, and the heat dissipation sheet 35 according to the first embodiment is disposed between the fins 67 and the heat spreader 26. .

なお、その放熱シート３５に代えて、第２実施形態に係る放熱シート６０を用いてもよい。また、フィン６７は第２の部品の一例である。   Instead of the heat dissipation sheet 35, the heat dissipation sheet 60 according to the second embodiment may be used. The fin 67 is an example of a second component.

前述のように放熱シート３５のカーボンナノチューブ２２は結晶性が良好で熱伝導性に優れているので、ヒートスプレッダ２６とフィン６７との間の熱抵抗が減り、フィン６７でヒートスプレッダ２６を効率的に冷却することができる。   As described above, since the carbon nanotubes 22 of the heat radiation sheet 35 have good crystallinity and excellent thermal conductivity, the thermal resistance between the heat spreader 26 and the fin 67 is reduced, and the heat spreader 26 is efficiently cooled by the fin 67. can do.

（第５実施形態）
本実施形態では、第１実施形態や第２実施形態に従って改質されたカーボンナノチューブを、以下のように半導体素子と回路基板とを接続するための端子として利用する。 (Fifth embodiment)
In this embodiment, the carbon nanotube modified according to the first embodiment or the second embodiment is used as a terminal for connecting a semiconductor element and a circuit board as follows.

図１５〜図１６は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の斜視図である。   15 to 16 are perspective views in the course of manufacturing the electronic device according to the present embodiment.

まず、図１５（ａ）に示すように、半導体基板７０としてAlN基板を用意し、その表面に蒸着法等により電極７１を形成することにより、半導体基板７０と配線７１とを備えた回路基板７２を作製する。   First, as shown in FIG. 15A, an AlN substrate is prepared as a semiconductor substrate 70, and an electrode 71 is formed on the surface thereof by vapor deposition or the like, whereby a circuit substrate 72 including the semiconductor substrate 70 and wirings 71 is provided. Is made.

なお、電極７１は、例えば金層や白金層であって、入力電極７１ａ、接地電極７１ｂ、及び出力電極７１ｃを有する。   The electrode 71 is, for example, a gold layer or a platinum layer, and includes an input electrode 71a, a ground electrode 71b, and an output electrode 71c.

次に、図１５（ｂ）に示すように、電極７１の上にスパッタ法により触媒金属層７３を形成した後、フォトリソグラフィにより触媒金属層７３を複数の島状やストライプ状にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 15B, after a catalytic metal layer 73 is formed on the electrode 71 by sputtering, the catalytic metal layer 73 is patterned into a plurality of islands or stripes by photolithography.

触媒金属層７３の材料は特に限定されない。この例では、触媒金属層７３として厚さが３０nmのタンタル層、厚さが１５nmのアルミニウム層、及び厚さが２．５nmの鉄層をこの順に形成する。このうち、タンタル層は、上記の電極７１に含まれる金や白金がアルミニウム層や鉄層に拡散するのを防止する拡散防止層として機能する。   The material of the catalyst metal layer 73 is not particularly limited. In this example, a 30 nm thick tantalum layer, a 15 nm thick aluminum layer, and a 2.5 nm thick iron layer are formed in this order as the catalytic metal layer 73. Among these, the tantalum layer functions as a diffusion preventing layer that prevents gold or platinum contained in the electrode 71 from diffusing into the aluminum layer or the iron layer.

なお、触媒金属層７３の材料は上記に限定されない。触媒金属層７３としては、コバルト、ニッケル、鉄、金、銀、及び白金のいずれかの層、又はこれらの材料の合金層を形成し得る。   The material of the catalyst metal layer 73 is not limited to the above. As the catalytic metal layer 73, a layer of any of cobalt, nickel, iron, gold, silver, and platinum, or an alloy layer of these materials can be formed.

更に、触媒金属層７３の形成前に電極７１の上に下地層を形成してもよい。その下地層の材料としては、モリブデン、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブ、バナジウム、チタンシリサイド、アルミニウム、タンタル、タングステン、銅、金、白金又はこれらの合金がある。また、これらの金属の酸化物や窒化物を下地層の材料としてもよい。このうち、酸化物としては酸化アルミニウムや酸化チタン等があり、窒化物としては窒化チタン、窒化タンタル、及び窒化アルミニウム等がある。   Further, a base layer may be formed on the electrode 71 before the catalyst metal layer 73 is formed. As the material of the base layer, there are molybdenum, titanium, hafnium, zirconium, niobium, vanadium, titanium silicide, aluminum, tantalum, tungsten, copper, gold, platinum, or an alloy thereof. These metal oxides and nitrides may be used as the material for the underlayer. Among these, examples of the oxide include aluminum oxide and titanium oxide, and examples of the nitride include titanium nitride, tantalum nitride, and aluminum nitride.

続いて、図１６に示すように、触媒金属層７３の触媒作用を利用したホットフィラメントCVD法により、複数のカーボンナノチューブ２２の束を触媒金属層７３の上にのみ選択的成長させ、そのカーボンナノチューブ２２を端子７４とする。   Subsequently, as shown in FIG. 16, a bundle of a plurality of carbon nanotubes 22 is selectively grown only on the catalytic metal layer 73 by a hot filament CVD method using the catalytic action of the catalytic metal layer 73, and the carbon nanotubes are grown. 22 is a terminal 74.

そのホットフィラメントCVD法では、炭素の原料ガスとしてアセチレンガスを用い、そのアセチレンガスとアルゴンガスとの混合ガスを不図示の成長室に供給する。その混合ガスにおけるアセチレンガスの濃度は、例えば流量比で１０％程度である。   In the hot filament CVD method, acetylene gas is used as a carbon source gas, and a mixed gas of the acetylene gas and argon gas is supplied to a growth chamber (not shown). The concentration of acetylene gas in the mixed gas is, for example, about 10% in flow rate ratio.

なお、アセチレンガスに代えて、メタンやエチレン等の炭化水素類、エタノールやメタノール等のアルコール類、又は炭素を含有する有機材料を炭素の原料ガスとして用いてもよい。   Instead of acetylene gas, hydrocarbons such as methane and ethylene, alcohols such as ethanol and methanol, or organic materials containing carbon may be used as the carbon source gas.

また、カーボンナノチューブ２２の成長条件も特に限定されない。例えば、基板温度が６２０℃の条件で成長室内の圧力を１kPaとし、成長時間を２０分とすることで、長さが２０μm程度のカーボンナノチューブ２２が半導体基板７０の法線方向nに沿って成長する。   Further, the growth conditions of the carbon nanotubes 22 are not particularly limited. For example, the carbon nanotubes 22 having a length of about 20 μm grow along the normal direction n of the semiconductor substrate 70 by setting the pressure in the growth chamber to 1 kPa and the growth time to 20 minutes under the condition of the substrate temperature of 620 ° C. To do.

これ以降の工程について、図１７〜図１８を参照しながら説明する。   The subsequent steps will be described with reference to FIGS.

図１７〜図１８は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図であって、上記した端子７４とその周囲の拡大断面図である。   FIGS. 17 to 18 are cross-sectional views of the electronic device according to the present embodiment during manufacturing, and are enlarged cross-sectional views of the terminal 74 and the periphery thereof.

まず、図１７（ａ）に示すように、端子７４の上に樹脂シート３０を載せる。樹脂シート３０の材料としては、例えば、ポリアミド系ホットメルト樹脂、ポリウレタン系ホットメルト樹脂、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂、ポリエステル系ホットメルト樹脂、エチレン共重合体ホットメルト樹脂等のホットメルト樹脂を採用し得る。また、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニル系樹脂、及びワックスを樹脂シート３０の材料として採用してもよい。   First, as shown in FIG. 17A, the resin sheet 30 is placed on the terminals 74. As a material of the resin sheet 30, for example, a hot melt resin such as a polyamide-based hot melt resin, a polyurethane-based hot melt resin, a polyolefin-based hot melt resin, a polyester-based hot melt resin, or an ethylene copolymer hot melt resin can be employed. . Further, acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, polyvinyl resin, and wax may be adopted as the material of the resin sheet 30.

具体的には、ポリアミド系ホットメルト樹脂としてはヘンケルジャパン製の「Micromelt 6239」（軟化点：１４０℃）、ポリウレタン系ホットメルト樹脂としてはノガワケミカル製の「DH722B」がある。また、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂としては松村石油製の「EP-90」（軟化点：１４８℃）がある。そして、ポリエステル系ホットメルト樹脂としてはノガワケミカル製の「DH598B」（軟化点：１３３℃）、エチレン共重合体ホットメルト樹脂としてはノガワケミカル製の「DA574B」（軟化点：１０５℃）がある。   Specifically, “Micromelt 6239” (softening point: 140 ° C.) manufactured by Henkel Japan is used as a polyamide-based hot melt resin, and “DH722B” manufactured by Nogawa Chemical is used as a polyurethane-based hot melt resin. Polyolefin hot melt resin includes “EP-90” (softening point: 148 ° C.) manufactured by Matsumura Oil. Polyester type hot melt resins include “DH598B” (softening point: 133 ° C.) manufactured by Nogawa Chemical, and ethylene copolymer hot melt resins include “DA574B” (softening point: 105 ° C.) manufactured by Nogawa Chemical.

次に、図１７（ｂ）に示すように、樹脂シート３０の表面上で電子線EBを走査することにより、電子線EBが照射された部分の樹脂シート３０を局所的に１５００℃〜３０００℃程度の温度に加熱する。   Next, as shown in FIG. 17B, by scanning the surface of the resin sheet 30 with the electron beam EB, the portion of the resin sheet 30 irradiated with the electron beam EB is locally 1500 ° C. to 3000 ° C. Heat to a moderate temperature.

このような走査を樹脂シート３０の全面で行うことで樹脂シート３０とカーボンナノチューブ２２の先端２２ｘとが溶融して改質され、端子７４の上部にグラファイト層３３が形成される。   By performing such scanning over the entire surface of the resin sheet 30, the resin sheet 30 and the tip 22 x of the carbon nanotube 22 are melted and modified, and the graphite layer 33 is formed on the upper portion of the terminal 74.

電子線EBの照射条件は特に限定されない。例えば、電子線EBの照射領域を一辺の長さが５０μmの正方形状とし、電子線EBの電流値を２００μA〜５００μAとし得る。   The irradiation conditions of the electron beam EB are not particularly limited. For example, the irradiation region of the electron beam EB can be a square with a side length of 50 μm, and the current value of the electron beam EB can be 200 μA to 500 μA.

更に、第１実施形態と同様に、電子線EBに代えてYAGレーザやCO2レーザを用いて樹脂シート３０のグラファイト化を行ってもよいし、酸素を排除した雰囲気中で本工程を行うことによりカーボンナノチューブ２２が燃焼するのを防止してもよい。 Further, as in the first embodiment, the resin sheet 30 may be graphitized using a YAG laser or a CO 2 laser instead of the electron beam EB, or this step is performed in an atmosphere excluding oxygen. This may prevent the carbon nanotubes 22 from burning.

次いで、図１８（ａ）に示すように、不図示のめっきレジストで電極７１を覆いながら、端子７４の側面とグラファイト層３３の上とに導電層７５としてめっき法で金めっき層を２０nm〜１０００nm程度の厚さに形成する。   Next, as shown in FIG. 18A, while covering the electrode 71 with a plating resist (not shown), a gold plating layer is formed to a thickness of 20 nm to 1000 nm by plating as a conductive layer 75 on the side surface of the terminal 74 and on the graphite layer 33. It is formed to a thickness of about.

本実施形態では、端子７４の上のグラファイト層３３が平坦なモフォロジーを有しているため、グラファイト層３３の上で導電層７５の厚さが均一となる。   In the present embodiment, since the graphite layer 33 on the terminal 74 has a flat morphology, the thickness of the conductive layer 75 is uniform on the graphite layer 33.

その導電層７５を形成後、めっきレジストは除去される。   After forming the conductive layer 75, the plating resist is removed.

次に、図１８（ｂ）に示す工程について説明する。   Next, the process shown in FIG.

まず、金を材料とする電極７９が表面に形成された半導体素子７８を用意する。半導体素子７８は、例えばHPAに使用されるGaN系のHEMT(High Electron Mobility Transistor)である。   First, a semiconductor element 78 having an electrode 79 made of gold formed on its surface is prepared. The semiconductor element 78 is, for example, a GaN-based HEMT (High Electron Mobility Transistor) used for HPA.

そして、フリップチップボンダー装置を使い、熱と圧力を用いた熱圧着により導電層７５と電極７９とを互いに溶着させて、回路基板７２に半導体素子７８を電気的に接続する。なお、熱圧着に代えて、接着剤、金属共晶材料、又は超音波を用いた圧着を用いてもよい。   Then, using the flip chip bonder device, the conductive layer 75 and the electrode 79 are welded to each other by thermocompression using heat and pressure, and the semiconductor element 78 is electrically connected to the circuit board 72. In place of thermocompression bonding, pressure bonding using an adhesive, a metal eutectic material, or ultrasonic waves may be used.

このとき、端子７４の上に金属層７５を形成したことで、当該金属層７５と電極７９とが金属接合をするようになり、両者が機械的に強固に接続される。   At this time, since the metal layer 75 is formed on the terminal 74, the metal layer 75 and the electrode 79 come into metal bonding, and both are mechanically and firmly connected.

しかも、前述のようにグラファイト層３３の上で導電層７５の厚さが均一となっているため、導電層７５と電極７９とが良好に密着し、両者の間の接触抵抗を低減することができる。   In addition, as described above, since the thickness of the conductive layer 75 is uniform on the graphite layer 33, the conductive layer 75 and the electrode 79 are satisfactorily adhered, and the contact resistance between them can be reduced. it can.

図１９は、本工程を終了後の斜視図である。   FIG. 19 is a perspective view after this process is completed.

以上により、本実施形態に係る電子装置８１の基本構造が完成する。   As described above, the basic structure of the electronic device 81 according to this embodiment is completed.

上記した本実施形態によれば、図１８（ｂ）に示したように、電子線の照射で形成されたグラファイト層３３が平坦なモフォロジーを有しているため、グラファイト層３３の上で導電層７５の厚さが均一となる。その結果、導電層７５と電極７９とが良好に密着し、これらの間に生ずる接触抵抗を低減することが可能となる。   According to the above-described embodiment, as shown in FIG. 18B, the graphite layer 33 formed by electron beam irradiation has a flat morphology. The thickness of 75 becomes uniform. As a result, the conductive layer 75 and the electrode 79 are in good contact with each other, and the contact resistance generated between them can be reduced.

しかも、熱伝導性に優れた複数のカーボンナノチューブ２２の束で端子７４を形成したことにより、半導体素子７８の熱が端子７４を経由して半導体基板７０に速やかに伝わる。   In addition, since the terminal 74 is formed of a bundle of a plurality of carbon nanotubes 22 having excellent thermal conductivity, the heat of the semiconductor element 78 is quickly transmitted to the semiconductor substrate 70 via the terminal 74.

更に、第１実施形態で説明したように、端子７４を形成するカーボンナノチューブ２２の熱伝導性が電子線の照射によって向上しているため、端子７４の熱伝導性を一層高めることが可能となる。   Furthermore, as described in the first embodiment, since the thermal conductivity of the carbon nanotubes 22 forming the terminals 74 is improved by irradiation with electron beams, the thermal conductivity of the terminals 74 can be further increased. .

（第６実施形態）
第５実施形態では、図１７（ａ）のように端子７４の上に樹脂シート３０を載せた後、その樹脂シート３０に対して電子線EBを照射した。 (Sixth embodiment)
In the fifth embodiment, after placing the resin sheet 30 on the terminal 74 as shown in FIG. 17A, the resin sheet 30 was irradiated with an electron beam EB.

これに対し、本実施形態では、樹脂シートを載せずに端子７４に対して電子線EBを照射する。   On the other hand, in this embodiment, the electron beam EB is irradiated to the terminal 74 without placing the resin sheet.

図２０〜図２１は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。   20 to 21 are cross-sectional views of the electronic device according to the present embodiment during manufacture.

なお、図２０〜図２１において、第５実施形態で説明したのと同じ要素には第５実施形態で説明したのと同じ要素を付し、以下ではその説明を省略する。   20 to 21, the same elements as those described in the fifth embodiment are denoted by the same elements as those described in the fifth embodiment, and description thereof is omitted below.

まず、第５実施形態で説明した図１５（ａ）〜図１６の工程を行うことにより、図２０（ａ）に示すように、電極７１の上に複数のカーボンナノチューブ２２を備えた端子７４を形成する。   First, by performing the steps of FIGS. 15A to 16 described in the fifth embodiment, a terminal 74 having a plurality of carbon nanotubes 22 on an electrode 71 is formed as shown in FIG. 20A. Form.

次に、図２０（ｂ）に示すように、端子７４の表面上で電子線EBを走査することによりカーボンナノチューブ２２の先端２２ｘを１５００℃〜３０００℃程度の温度に局所的に加熱する。   Next, as shown in FIG. 20B, the tip 22x of the carbon nanotube 22 is locally heated to a temperature of about 1500 ° C. to 3000 ° C. by scanning the surface of the terminal 74 with the electron beam EB.

第２実施形態で説明したように、このように電子線EBを走査することでカーボンナノチューブ２２の結晶性が改善されるため、電子線EBを照射する前よりもカーボンナノチューブ２２の熱伝導率が向上すると期待できる。   As described in the second embodiment, since the crystallinity of the carbon nanotube 22 is improved by scanning the electron beam EB in this way, the thermal conductivity of the carbon nanotube 22 is higher than that before the irradiation with the electron beam EB. It can be expected to improve.

そして、図２１（ａ）に示すように、不図示のめっきレジストで電極７１を覆いながら、端子７４の上面と側面とに導電層７５としてめっき法で金めっき層を形成する。   Then, as shown in FIG. 21A, a gold plating layer is formed as a conductive layer 75 on the upper surface and the side surface of the terminal 74 while covering the electrode 71 with a plating resist (not shown).

その後、図２１（ｂ）に示すように、金を材料とする電極７９が表面に形成された半導体素子７８を用意し、その電極７９に端子７４を当接させる。そして、この状態で超音波により導電層７５と電極７９とを互いに溶着させ、回路基板７２に半導体素子７８を電気的に接続する。   Thereafter, as shown in FIG. 21B, a semiconductor element 78 having a surface on which an electrode 79 made of gold is formed is prepared, and a terminal 74 is brought into contact with the electrode 79. In this state, the conductive layer 75 and the electrode 79 are welded to each other by ultrasonic waves, and the semiconductor element 78 is electrically connected to the circuit board 72.

以上により、本実施形態に係る電子装置８２の基本構造が完成する。   As described above, the basic structure of the electronic device 82 according to this embodiment is completed.

上記した本実施形態によれば、図２０（ｂ）の工程で端子７４に電子線EBを照射したため、その端子７４を形成するカーボンナノチューブ２２の結晶性が改善してその熱伝導率が向上する。そのため、半導体素子７８で発生した熱が端子７４を介して速やかに回路基板７２に伝わり、半導体素子７８の放熱効率が向上する。   According to the present embodiment described above, since the terminal 74 is irradiated with the electron beam EB in the step of FIG. 20B, the crystallinity of the carbon nanotube 22 forming the terminal 74 is improved and the thermal conductivity is improved. . Therefore, the heat generated in the semiconductor element 78 is quickly transmitted to the circuit board 72 via the terminal 74, and the heat dissipation efficiency of the semiconductor element 78 is improved.

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。   The following additional notes are disclosed for each embodiment described above.

（付記１） 基板の上に複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
前記カーボンナノチューブの先端に電子線又はレーザを照射することにより、前記先端を改質する工程と、
を有することを特徴とする放熱シートの製造方法。 (Appendix 1) Growing a plurality of carbon nanotubes on a substrate;
Modifying the tip by irradiating the tip of the carbon nanotube with an electron beam or a laser; and
A method of manufacturing a heat dissipation sheet, comprising:

（付記２） 前記カーボンナノチューブの前記先端に樹脂を載せる工程を更に有し、
前記先端を改質する工程において、前記樹脂に前記電子線又は前記レーザを照射することを特徴とする付記１に記載の放熱シートの製造方法。 (Additional remark 2) It further has the process of mounting resin on the said front-end | tip of the said carbon nanotube,
The method for manufacturing a heat dissipation sheet according to appendix 1, wherein the resin is irradiated with the electron beam or the laser in the step of modifying the tip.

（付記３） 前記先端を改質する工程は、酸素が排除された雰囲気内で行われることを特徴とする付記１又は付記２に記載の放熱シートの製造方法。   (Additional remark 3) The manufacturing method of the thermal radiation sheet of Additional remark 1 or Additional remark 2 characterized by performing the process which modify | reforms the said front-end | tip in the atmosphere from which oxygen was excluded.

（付記４） 先端がグラファイト化された複数のカーボンナノチューブを有することを特徴とする放熱シート。   (Additional remark 4) The heat radiation sheet | seat characterized by having the some carbon nanotube by which the front-end | tip was graphitized.

（付記５） 先端がグラファイト化された複数のカーボンナノチューブを有する放熱シートと、
前記放熱シートを介して互いに接続された第１の部品及び第２の部品と、
を有することを特徴とする電子装置。 (Supplementary Note 5) A heat dissipating sheet having a plurality of carbon nanotubes whose tips are graphitized,
A first component and a second component connected to each other via the heat dissipation sheet;
An electronic device comprising:

（付記６） 前記放熱シートを複数積層したことを特徴とする付記５に記載の電子装置。   (Additional remark 6) The electronic device of Additional remark 5 characterized by laminating | stacking two or more said heat dissipation sheets.

（付記７） 前記第１の部品はヒートスプレッダであり、
前記第２の部品は電子部品であることを特徴とする付記５に記載の電子装置。 (Appendix 7) The first component is a heat spreader,
The electronic device according to appendix 5, wherein the second component is an electronic component.

（付記８） 前記第１の部品はヒートスプレッダであり、
前記第２の部品はフィンであることを特徴とする付記５に記載の電子装置。 (Appendix 8) The first component is a heat spreader,
The electronic device according to appendix 5, wherein the second component is a fin.

（付記９） 回路基板と、
前記回路基板の法線方向に沿って延び、かつ先端がグラファイト化された複数のカーボンナノチューブを有すると共に、前記回路基板に電気的に接続された端子と、
前記端子と電気的に接続された半導体素子と、
を有することを特徴とする電子装置。 (Appendix 9) Circuit board,
A plurality of carbon nanotubes extending along the normal direction of the circuit board and having a graphitized tip, and a terminal electrically connected to the circuit board;
A semiconductor element electrically connected to the terminal;
An electronic device comprising:

（付記１０） 前記端子の上に形成された金属層と、
前記半導体素子に形成された電極とを有し、
前記電極と前記金属層とが溶着したことを特徴とする付記９に記載の電子装置。 (Supplementary Note 10) A metal layer formed on the terminal;
An electrode formed on the semiconductor element;
The electronic device according to appendix 9, wherein the electrode and the metal layer are welded.

２０…基板、２１…触媒金属層、２２…カーボンナノチューブ、２２ｘ…先端、２５…CNTシート、２６…ヒートスプレッダ、２７…接合シート、３０…樹脂シート、３３…グラファイト層、３３ｘ…痕、３５、６０…放熱シート、３６…回路基板、３７…電子部品、３８…はんだバンプ、３９…シーラント、４０、６１、６５、６８、８１、８２…電子装置、６７…フィン、７０…半導体基板、７１…電極、７１ａ…入力電極、７１ｂ…接地電極、７１ｃ…出力電極、７２…回路基板、７３…触媒金属層、７４…端子、７５…導電層、７８…半導体素子、７９…電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Board | substrate, 21 ... Catalytic metal layer, 22 ... Carbon nanotube, 22x ... Tip, 25 ... CNT sheet, 26 ... Heat spreader, 27 ... Joining sheet, 30 ... Resin sheet, 33 ... Graphite layer, 33x ... Mark, 35, 60 ... Heat dissipation sheet, 36 ... circuit board, 37 ... electronic component, 38 ... solder bump, 39 ... sealant, 40, 61, 65, 68, 81, 82 ... electronic device, 67 ... fin, 70 ... semiconductor substrate, 71 ... electrode 71a ... input electrode, 71b ... ground electrode, 71c ... output electrode, 72 ... circuit board, 73 ... catalyst metal layer, 74 ... terminal, 75 ... conductive layer, 78 ... semiconductor element, 79 ... electrode.

Claims (5)

基板の上に複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
前記カーボンナノチューブの先端に電子線又はレーザを照射することにより、前記先端を改質する工程と、
を有することを特徴とする放熱シートの製造方法。 Growing a plurality of carbon nanotubes on a substrate;
Modifying the tip by irradiating the tip of the carbon nanotube with an electron beam or a laser; and
A method of manufacturing a heat dissipation sheet, comprising: 前記カーボンナノチューブの前記先端に樹脂を載せる工程を更に有し、
前記先端を改質する工程において、前記樹脂に前記電子線又は前記レーザを照射することを特徴とする請求項１に記載の放熱シートの製造方法。 Further comprising placing a resin on the tip of the carbon nanotube;
The method for manufacturing a heat dissipation sheet according to claim 1, wherein, in the step of modifying the tip, the resin is irradiated with the electron beam or the laser. 前記先端を改質する工程は、酸素が排除された雰囲気内で行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放熱シートの製造方法。   The method for manufacturing a heat dissipation sheet according to claim 1 or 2, wherein the step of modifying the tip is performed in an atmosphere from which oxygen is excluded. 先端がグラファイト化された複数のカーボンナノチューブを有することを特徴とする放熱シート。 A heat-dissipating sheet comprising a plurality of carbon nanotubes whose tips are graphitized. 先端がグラファイト化された複数のカーボンナノチューブを有する放熱シートと、
前記放熱シートを介して互いに接続された第１の部品及び第２の部品と、
を有することを特徴とする電子装置。 A heat-dissipating sheet having a plurality of carbon nanotubes whose tips are graphitized;
A first component and a second component connected to each other via the heat dissipation sheet;
An electronic device comprising:
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