JP5293561B2

JP5293561B2 - Thermally conductive sheet and electronic device

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Publication number: JP5293561B2
Application number: JP2009248985A
Authority: JP
Inventors: 真一廣瀬; 大介岩井; 佳孝山口; 大雄近藤; 育生曽我; 幸恵崎田; 洋平八木下
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: JP2011096832A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sheet type member capable of conducting heat from a heating body to a heat dissipation body with high efficiency, and to provide an electronic apparatus. <P>SOLUTION: As an embodiment of the sheet type member, a packed layer 4 and a plurality of first carbon nanotubes 2 extending from the inside of the packed layer 4 toward a first principal surface are provided. Further, a plurality of second carbon nanotubes 3, which are dispersed between ends of the plurality of first carbon nanotubes 2 on the side of a second principal surface of the packed layer 4 and the second principal surface, are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱伝導性シート及び電子機器に関する。 The present invention relates to a heat conductive sheet and an electronic device.

サーバ及びパーソナルコンピュータの中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等の電子部品の内部では、大量の熱が発生するため、電子部品には熱伝導性シート等のサーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ）を介してヒートスプレッダが放熱体として設けられている。従来、熱伝導性シートの材料としてはインジウム等が用いられ、ヒートスプレッダの材料としては銅等が用いられている。 A large amount of heat is generated inside an electronic component such as a central processing unit (CPU) of a server and a personal computer. Therefore, the electronic component passes through a thermal interface material (TIM) such as a heat conductive sheet. A heat spreader is provided as a radiator. Conventionally, indium or the like is used as the material of the heat conductive sheet, and copper or the like is used as the material of the heat spreader.

近年、電子部品に含まれる半導体素子の集積度が高まるに連れて、熱の発生量が増加しており、熱伝導性シートにより高い熱伝導度が要求されている。また、インジウムの価格が上昇しており、より安価な材料への移行も要求されている。 In recent years, as the degree of integration of semiconductor elements included in electronic components has increased, the amount of heat generated has increased, and high thermal conductivity has been demanded of thermal conductive sheets. In addition, the price of indium is rising, and there is a demand for a shift to a cheaper material.

そこで、カーボンナノチューブを用いた熱伝導性シートが注目されている。インジウムの熱伝導度が８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるのに対し、カーボンナノチューブの熱伝導度は１５００Ｗ／ｍ・Ｋ〜３０００Ｗ／ｍ・Ｋと非常に高い。また、カーボンナノチューブは柔軟性及び耐熱性を備えている。 Therefore, a heat conductive sheet using carbon nanotubes has attracted attention. While the thermal conductivity of indium is about 80 W / m · K, the thermal conductivity of carbon nanotubes is as high as 1500 W / m · K to 3000 W / m · K. Carbon nanotubes have flexibility and heat resistance.

しかしながら、これまでのところ、カーボンナノチューブを用いた熱伝導性シートを電磁部品とヒートスプレッダとの間に介在させても十分に放熱させることが困難である。このような問題点は、電子部品の放熱だけでなく自動車のエンジン等の発熱体を用いた構造物にも存在する。 However, so far, it is difficult to sufficiently dissipate heat even if a heat conductive sheet using carbon nanotubes is interposed between the electromagnetic component and the heat spreader. Such a problem exists not only in heat dissipation of electronic parts but also in a structure using a heating element such as an automobile engine.

特開２００５−１５０３６２号公報JP 2005-150362 A 特開２００６−１４７８０１号公報JP 2006-147801 A 特開２００６−３０３２４０号公報JP 2006-303240 A 特開２００６−２９０７３６号公報JP 2006-290736 A

本発明の目的は、発熱体から放熱体への熱の伝導を高効率で行うことができる熱伝導性シート及び電子機器を提供することにある。 The objective of this invention is providing the heat conductive sheet and electronic device which can conduct heat | fever conduction from a heat generating body to a thermal radiation body with high efficiency.

熱伝導性シートの一態様には、熱可塑性樹脂を含有する充填層と、前記充填層の内部から第１の主面に向かって延びる複数の第１のカーボンナノチューブと、が設けられている。更に、前記複数の第１のカーボンナノチューブの前記充填層の第２の主面側の端部と前記第２の主面との間に分散した複数の第２のカーボンナノチューブが設けられている。 One aspect of the thermally conductive sheet is provided with a filling layer containing a thermoplastic resin and a plurality of first carbon nanotubes extending from the inside of the filling layer toward the first main surface. Furthermore, a plurality of second carbon nanotubes dispersed between the second main surface side end portion of the filling layer of the plurality of first carbon nanotubes and the second main surface are provided.

上記の熱伝導性シート等によれば、第２のカーボンナノチューブが発熱体又は放熱体と接することが可能であるため、発熱体から放熱体への熱の伝導を高効率で行うことができる。 According to the above heat conductive sheet or the like, the second carbon nanotubes can be in contact with the heating element or the heat radiating body, so that heat can be conducted from the heating element to the heat radiating body with high efficiency.

第１の実施形態に係るシート状部材を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sheet-like member which concerns on 1st Embodiment. シート状部材の使用方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the usage method of a sheet-like member. 図２に引き続き、シート状部材の使用方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the usage method of a sheet-like member following FIG. 電子機器の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of an electronic device. 第１の実施形態に係るシート状部材の製造方法を工程順に示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the sheet-like member which concerns on 1st Embodiment in order of a process. 図５Ａに引き続き、第１の実施形態に係るシート状部材の製造方法を工程順に示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the sheet-like member which concerns on 1st Embodiment in order of a process following FIG. 5A. 第２の実施形態に係るシート状部材を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sheet-like member which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態に係るシート状部材の製造方法を工程順に示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the sheet-like member which concerns on 2nd Embodiment in process order. 図７Ａに引き続き、第２の実施形態に係るシート状部材の製造方法を工程順に示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the sheet-like member which concerns on 2nd Embodiment in order of a process following FIG. 7A. 第３の実施形態に係るシート状部材を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sheet-like member which concerns on 3rd Embodiment. 第３の実施形態に係るシート状部材の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the sheet-like member which concerns on 3rd Embodiment. 第４の実施形態に係るシート状部材を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sheet-like member which concerns on 4th Embodiment. 第４の実施形態に係るシート状部材の製造方法を工程順に示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the sheet-like member which concerns on 4th Embodiment in order of a process. 図１１Ａに引き続き、第４の実施形態に係るシート状部材の製造方法を工程順に示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the sheet-like member which concerns on 4th Embodiment in order of a process following FIG. 11A. 図１１Ｂに引き続き、第４の実施形態に係るシート状部材の製造方法を工程順に示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the sheet-like member which concerns on 4th Embodiment in order of a process following FIG. 11B. 発熱体及び放熱体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a heat generating body and a heat radiator.

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係るシート状部材（熱伝導性シート）を示す断面図である。 (First embodiment)
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sheet-like member (heat conductive sheet) according to the first embodiment.

図１に示すように、第１の実施形態に係るシート状部材１には、フィルム状の充填層４が設けられており、この充填層４の底部に複数のカーボンナノチューブ３が分散している。カーボンナノチューブ３の長さは、例えば数μｍである。また、シート状部材１には、充填層４の内部から外部まで上方に伸びる複数のカーボンナノチューブ２も設けられている。カーボンナノチューブ２の長さは、例えば５μｍ〜５００μｍ程度である。また、カーボンナノチューブ２の面密度は、例えば１×１０¹⁰本／ｃｍ²以上である。 As shown in FIG. 1, the sheet-like member 1 according to the first embodiment is provided with a film-like filling layer 4, and a plurality of carbon nanotubes 3 are dispersed at the bottom of the filling layer 4. . The length of the carbon nanotube 3 is, for example, several μm. The sheet-like member 1 is also provided with a plurality of carbon nanotubes 2 that extend upward from the inside of the filling layer 4 to the outside. The length of the carbon nanotube 2 is, for example, about 5 μm to 500 μm. Further, the surface density of the carbon nanotubes 2 is, for example, 1 × 10 ¹⁰ pieces / cm ² or more.

充填層４の材料は、例えば熱可塑性樹脂である。この熱可塑性樹脂は、温度に応じて液体と固体との間で可逆的に状態変化し、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。 The material of the filling layer 4 is, for example, a thermoplastic resin. This thermoplastic resin reversibly changes between a liquid and a solid depending on the temperature, is a solid at room temperature, changes to a liquid state when heated, and returns to a solid while exhibiting adhesiveness when cooled. If there is, it will not be specifically limited.

このような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が挙げられる。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」（軟化点温度：１４０℃）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の「ＤＨ５９８Ｂ」（軟化点温度：１３３℃）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」（軟化点温度：１４８℃）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」（軟化点温度：１０５℃）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」（軟化点温度：１２５℃）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」（軟化点温度：１０４℃）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。 Examples of such thermoplastic resins include hot melt resins shown below. Examples of the polyamide-based hot melt resin include “Micromelt 6239” (softening point temperature: 140 ° C.) manufactured by Henkel Japan K.K. Examples of the polyester hot melt resin include “DH598B” (softening point temperature: 133 ° C.) 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” (softening point temperature: 148 ° C.) manufactured by Matsumura Oil Co., Ltd. Examples of the ethylene copolymer hot melt resin include “DA574B” (softening point temperature: 105 ° C.) manufactured by Nogawa Chemical Co., Ltd. Examples of the SBR hot melt resin include “M-6250” (softening point temperature: 125 ° C.) manufactured by Yokohama Rubber Co., Ltd. Examples of the EVA hot melt resin include “3747” (softening point temperature: 104 ° C.) manufactured by Sumitomo 3M Limited. Examples of the butyl rubber hot melt resin include “M-6158” manufactured by Yokohama Rubber Co., Ltd.

このように構成されたシート状部材１は、例えば次のように熱伝導性シートとして使用される。図２は、シート状部材１の使用方法の一例を工程順に示す図である。 The sheet-like member 1 configured as described above is used as a heat conductive sheet as follows, for example. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a method of using the sheet-like member 1 in the order of steps.

先ず、図２（ａ）に示すように、シート状部材１を発熱体１１と放熱体１２との間に介在させる。発熱体１１としては、例えばＣＰＵ等の電子部品、及び自動車のエンジンのエキゾーストシステム等を用いることができる。放熱体１２としては、例えばヒートスプレッダ等を用いることができる。このとき、例えば充填層４の底面を発熱体１１に接触させ、カーボンナノチューブ２の上端を放熱体１２に接触させる。なお、充填層４の底面を放熱体１２に接触させ、カーボンナノチューブ２の上端を発熱体１１に接触させてもよい。 First, as shown in FIG. 2A, the sheet-like member 1 is interposed between the heating element 11 and the radiator 12. As the heating element 11, for example, an electronic component such as a CPU, an exhaust system of an automobile engine, or the like can be used. For example, a heat spreader or the like can be used as the radiator 12. At this time, for example, the bottom surface of the packed layer 4 is brought into contact with the heat generator 11, and the upper end of the carbon nanotube 2 is brought into contact with the heat radiator 12. Note that the bottom surface of the packed layer 4 may be brought into contact with the heat radiator 12 and the upper end of the carbon nanotube 2 may be brought into contact with the heat generator 11.

次いで、放熱体１２及び発熱体１１を互いに加熱圧着する。この結果、熱可塑性樹脂からなる充填層４が液化し（リフロー）、放熱体１２と発熱体１１との間で濡れ広がり、カーボンナノチューブ２の隙間に浸透する。更に、充填層４がカーボンナノチューブ２の隙間に浸透するに連れてカーボンナノチューブ３の周囲の充填層４が減少するため、カーボンナノチューブ３の密度が上昇し、互いに接する複数のカーボンナノチューブ３からなるＣＮＴ（カーボンナノチューブ）密集層３ａが形成される。ＣＮＴ密集層３ａの一方の面は発熱体１１に接し、他方の面は複数のカーボンナノチューブ２の下端に接する。そして、シート状部材１等の温度を室温に戻すと、図２（ｂ）に示すように、シート状部材１を介して発熱体１１と放熱体１２とが熱的に連結された構造体が得られる。この構造体の断面図を図３に示す。 Next, the heat radiating body 12 and the heat generating body 11 are heat-bonded to each other. As a result, the filling layer 4 made of the thermoplastic resin is liquefied (reflowed), spreads between the heat radiating body 12 and the heat generating body 11, and penetrates into the gaps between the carbon nanotubes 2. Furthermore, as the filling layer 4 penetrates into the gaps between the carbon nanotubes 2, the filling layer 4 around the carbon nanotubes 3 decreases, so that the density of the carbon nanotubes 3 increases and a CNT composed of a plurality of carbon nanotubes 3 in contact with each other. A (carbon nanotube) dense layer 3a is formed. One surface of the CNT dense layer 3 a is in contact with the heating element 11, and the other surface is in contact with the lower ends of the plurality of carbon nanotubes 2. Then, when the temperature of the sheet-like member 1 or the like is returned to room temperature, a structure in which the heating element 11 and the heat radiating body 12 are thermally connected through the sheet-like member 1 as shown in FIG. can get. A cross-sectional view of this structure is shown in FIG.

図３に示すように、シート状部材１のＣＮＴ密集層３ａの一方の面は発熱体１１に接し、他方の面は複数のカーボンナノチューブ２の下端に接する。また、複数のカーボンナノチューブ２の上端は放熱体１２に接する。従って、発熱体１１として発熱すると、発熱体１１から発せられた熱はＣＮＴ密集層３ａに効率的に伝達され、更にカーボンナノチューブ２を介して放熱体１２まで効率的に伝達される。そして、放熱体１２から外部に放熱される。 As shown in FIG. 3, one surface of the CNT dense layer 3 a of the sheet-like member 1 is in contact with the heating element 11, and the other surface is in contact with the lower ends of the plurality of carbon nanotubes 2. Further, the upper ends of the plurality of carbon nanotubes 2 are in contact with the radiator 12. Therefore, when heat is generated as the heating element 11, the heat generated from the heating element 11 is efficiently transmitted to the CNT dense layer 3 a and further efficiently transmitted to the heat radiator 12 through the carbon nanotubes 2. Then, heat is radiated from the radiator 12 to the outside.

このように、第１の実施形態によれば、複数のカーボンナノチューブ２を充填する充填層４の底部に複数のカーボンナノチューブ３が分散しているため、加熱圧着後にカーボンナノチューブ３の密度が高いＣＮＴ密集層３ａが形成される。ＣＮＴ密集層３ａの隙間には充填層４の熱可塑性樹脂も存在するが、その量は僅かである。このため、カーボンナノチューブ２と発熱体１１との間の熱抵抗を極めて低くすることができ、発熱体１１で発生した熱を効率的に放熱体１２まで伝導することができる。 Thus, according to the first embodiment, since the plurality of carbon nanotubes 3 are dispersed at the bottom of the filling layer 4 filled with the plurality of carbon nanotubes 2, the density of the carbon nanotubes 3 is high after thermocompression bonding. A dense layer 3a is formed. The thermoplastic resin of the filling layer 4 is also present in the gap between the CNT dense layers 3a, but the amount is small. For this reason, the thermal resistance between the carbon nanotube 2 and the heating element 11 can be made extremely low, and the heat generated in the heating element 11 can be efficiently conducted to the radiator 12.

なお、発熱体１１として電子部品が用いられ、放熱体１２としてヒートスプレッダが用いられた電子機器の構造は、例えば、図４に示すようなものになる。この電子機器では、プリント配線基板１４上に複数のバンプ１６、例えばはんだバンプを介してビルドアップ基板１３が設けられている。また、ビルドアップ基板１３上に複数のバンプ１５、例えばはんだバンプを介して発熱体である電子部品５１が設けられている。そして、電子部品５１上にシート状部材１を介して放熱体であるヒートスプレッダ５２が設けられている。 Note that the structure of an electronic device in which an electronic component is used as the heating element 11 and a heat spreader is used as the heat dissipation body 12 is as shown in FIG. 4, for example. In this electronic apparatus, a build-up board 13 is provided on a printed wiring board 14 via a plurality of bumps 16, for example, solder bumps. In addition, an electronic component 51 that is a heating element is provided on the build-up substrate 13 via a plurality of bumps 15, for example, solder bumps. And the heat spreader 52 which is a heat radiator is provided on the electronic component 51 through the sheet-like member 1.

なお、必ずしもカーボンナノチューブ２の上端が充填層４から露出している必要はない。放熱体１２及び発熱体１１を互いに加熱圧着する際に、充填層４のカーボンナノチューブ２の上端を覆っている部分が周囲に広がってカーボンナノチューブ２の上端が放熱体１２に接触すれば効率的に熱を伝導することは可能である。 Note that the upper end of the carbon nanotube 2 is not necessarily exposed from the filling layer 4. When the heat radiating body 12 and the heat generating body 11 are heat-bonded to each other, the portion of the filling layer 4 covering the upper end of the carbon nanotube 2 spreads to the periphery, and the upper end of the carbon nanotube 2 comes into contact with the heat radiating body 12 efficiently. It is possible to conduct heat.

また、カーボンナノチューブ２及び３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。また、カーボンナノチューブ２の面密度は、放熱性の観点から、１×１０¹⁰本／ｃｍ²以上であることが望ましい。更に、カーボンナノチューブ２の長さは特に限定されず、シート状部材１の用途に応じて決定すればよい。 Carbon nanotubes 2 and 3 may be either single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes. The surface density of the carbon nanotubes 2 is desirably 1 × 10 ¹⁰ pieces / cm ² or more from the viewpoint of heat dissipation. Furthermore, the length of the carbon nanotube 2 is not particularly limited, and may be determined according to the use of the sheet-like member 1.

次に、第１の実施形態に係るシート状部材１の製造方法について説明する。図５Ａ乃至図５Ｂは、第１の実施形態に係るシート状部材１の製造方法を工程順に示す図である。 Next, the manufacturing method of the sheet-like member 1 according to the first embodiment will be described. 5A to 5B are views showing the method of manufacturing the sheet-like member 1 according to the first embodiment in the order of steps.

先ず、図５Ａ（ａ）に示すように、基板２１のカーボンナノチューブ２を形成する予定の領域上に触媒膜２２を形成する。 First, as shown in FIG. 5A (a), a catalyst film 22 is formed on a region of the substrate 21 where the carbon nanotubes 2 are to be formed.

基板２１としては、例えば、シリコン基板等の半導体基板、アルミナ（サファイア）基板、ＭｇＯ基板、及びガラス基板等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を用いてもよい。例えば、シリコン基板上に厚さが３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜が形成されたものを用いてもよい。後述のように、触媒膜２２からカーボンナノチューブ２を成長させるが、その後に基板２１は触媒膜２２と共にカーボンナノチューブ２から取り外される。従って、基板２１は、カーボンナノチューブ２の形成温度において変質しない材料から構成されていることが望ましい。更に、基板２１のカーボンナノチューブ２に接する面に、カーボンナノチューブ２から容易に剥離できる材料が存在しているか、又はカーボンナノチューブ２に対して選択的にエッチングできる材料が存在していることが望ましい。 As the substrate 21, for example, a semiconductor substrate such as a silicon substrate, an alumina (sapphire) substrate, an MgO substrate, a glass substrate, or the like can be used. Moreover, you may use what formed the thin film on these board | substrates. For example, a silicon substrate having a silicon oxide film with a thickness of about 300 nm may be used. As will be described later, the carbon nanotubes 2 are grown from the catalyst film 22. Thereafter, the substrate 21 is removed from the carbon nanotubes 2 together with the catalyst film 22. Therefore, it is desirable that the substrate 21 is made of a material that does not change at the formation temperature of the carbon nanotubes 2. Furthermore, it is desirable that a material that can be easily peeled off from the carbon nanotube 2 exists on the surface of the substrate 21 in contact with the carbon nanotube 2 or a material that can be selectively etched with respect to the carbon nanotube 2 exists.

触媒膜２２としては、例えば、Ｆｅ（鉄）膜、Ｃｏ（コバルト）膜、Ｎｉ（ニッケル）膜、Ａｕ（金）膜、Ａｇ（銀）膜、及びＰｔ（白金）膜等を用いることができる。また、これらの材料の少なくとも一種を含む合金膜を用いてもよい。触媒膜２２の厚さは、例えば２.５ｎｍ程度である。また、触媒膜２２を形成する前に、基板２１のカーボンナノチューブ２を形成する予定の領域上に下地膜を形成しておき、その上に触媒膜２２を形成してもよい。下地膜の材料としては、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＴｉＳｉ_x（チタンシリサイド）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ_x（酸化チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、及びＴｉＮ（チタンナイトライド）等が挙げられる。また、これらの材料の少なくとも一種を含む合金を用いてもよい。例えば、Ａｌからなる厚さが１０ｎｍ程度の下地膜上にＦｅからなる厚さが２．５ｎｍ程度の触媒膜２２が形成されていてもよく、ＴｉＮからなる厚さが５ｎｍ程度の下地膜上にＣｏからなる厚さが２．６ｎｍ程度の触媒膜２２が形成されていてもよい。 As the catalyst film 22, for example, an Fe (iron) film, a Co (cobalt) film, a Ni (nickel) film, an Au (gold) film, an Ag (silver) film, a Pt (platinum) film, or the like can be used. . An alloy film containing at least one of these materials may be used. The thickness of the catalyst film 22 is, for example, about 2.5 nm. Further, before the catalyst film 22 is formed, a base film may be formed on a region of the substrate 21 where the carbon nanotubes 2 are to be formed, and the catalyst film 22 may be formed thereon. As the material of the base film, 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 (palladium) , And TiN (titanium nitride). An alloy containing at least one of these materials may be used. For example, a catalyst film 22 having a thickness of about 2.5 nm made of Fe may be formed on a base film having a thickness of about 10 nm made of Al, and may be formed on a base film having a thickness of about 5 nm made of TiN. A catalyst film 22 having a thickness of about 2.6 nm made of Co may be formed.

また、触媒部として、触媒膜２２に代えて、例えば微分型静電分級器（ＤＭＡ：differential mobility analyzer）等を用いて粒径を所定範囲内に収めた複数の触媒粒子を用いてもよい。触媒粒子の材料としては、上述の触媒膜２２の材料と同様のものを用いることができる。また、触媒粒子を分散する前に、基板２１のカーボンナノチューブ２を形成する予定の領域上に下地膜を形成しておき、その上に触媒粒子を分散してもよい。例えば、ＴｉＮからなる厚さが５ｎｍ程度の下地膜上にＣｏからなる平均粒径が３．８ｎｍ程度の触媒粒子が分散していてもよい。 Further, instead of the catalyst film 22, a plurality of catalyst particles having a particle size within a predetermined range using, for example, a differential mobility analyzer (DMA) may be used as the catalyst portion. As the material of the catalyst particles, the same material as the material of the catalyst film 22 described above can be used. Further, before dispersing the catalyst particles, a base film may be formed on the region of the substrate 21 where the carbon nanotubes 2 are to be formed, and the catalyst particles may be dispersed thereon. For example, catalyst particles having an average particle diameter of Co of about 3.8 nm may be dispersed on a base film of TiN having a thickness of about 5 nm.

次いで、同じく図５Ａ（ａ）に示すように、基板２１上に、例えばホットフィラメント化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）法により、触媒膜２２を触媒として、カーボンナノチューブ２を成長させる。カーボンナノチューブ２の成長条件に関し、例えば、原料ガスとして、アセチレンガス及びアルゴンガスの混合ガスを用い、成膜室内の総ガス圧を１ｋＰａとし、ホットフィラメント温度を１０００℃とし、成長時間を２０分とする。混合ガスにおける分圧比は、アセチレンガス：アルゴンガスを１：９とする。このような条件下では、層数が３層〜６層（平均４層程度）、直径が４ｎｍ〜８ｎｍ（平均６ｎｍ程度）、長さが８０μｍ程度の多層カーボンナノチューブが４μｍ／ｍｉｎ程度の速度で成長する。なお、カーボンナノチューブ２を、熱ＣＶＤ法及びリモートプラズマＣＶＤ法等の他の方法により形成してもよい。また、カーボンナノチューブ２として、単層カーボンナノチューブを形成してもよい。また、炭素原料として、アセチレンに代えて、メタン及びエチレン等の炭化水素類、並びにエタノール及びメタノール等のアルコール類等を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 5A (a), the carbon nanotubes 2 are grown on the substrate 21 by using, for example, a hot filament chemical vapor deposition (CVD) method using the catalyst film 22 as a catalyst. Regarding the growth conditions of the carbon nanotubes 2, for example, a mixed gas of acetylene gas and argon gas is used as the source gas, the total gas pressure in the film forming chamber is 1 kPa, the hot filament temperature is 1000 ° C., and the growth time is 20 minutes. To do. The partial pressure ratio in the mixed gas is acetylene gas: argon gas 1: 9. Under such conditions, multi-walled carbon nanotubes having a number of layers of 3 to 6 (average of about 4 layers), a diameter of 4 nm to 8 nm (average of about 6 nm), and a length of about 80 μm are at a speed of about 4 μm / min. grow up. The carbon nanotube 2 may be formed by other methods such as a thermal CVD method and a remote plasma CVD method. Further, single-walled carbon nanotubes may be formed as the carbon nanotubes 2. Moreover, instead of acetylene, hydrocarbons such as methane and ethylene, alcohols such as ethanol and methanol, and the like may be used as the carbon raw material.

なお、上記の条件で本願発明者らが実際にカーボンナノチューブ２を形成したところ、触媒膜２２上での面密度は１×１０¹¹本／ｃｍ²程度であった。 In addition, when the present inventors actually formed the carbon nanotube 2 under the above conditions, the surface density on the catalyst film 22 was about 1 × 10 ¹¹ pieces / cm ² .

このような触媒膜２２及びカーボンナノチューブ２の形成の一方で、図５Ａ（ｂ）に示すように、充填層４の内部にカーボンナノチューブ３が分散した合成樹脂シート９を形成する。このような合成樹脂シート９の形成に当たっては、先ず、例えば超音波槽を用いて、有機溶剤に数質量％の合成樹脂（例えばポリアミド）を、温度を上げた状態で溶かし込む。合成樹脂としては充填層４の材料（熱可塑性樹脂）を用いる。次いで、例えば超音波槽を用いて、合成樹脂が溶け込んだ有機溶剤にカーボンナノチューブ３を０．１質量％〜数質量％程度で数時間かけ分散させる。その後、有機溶剤、合成樹脂及びカーボンナノチューブ３からなる混合物を剥離紙上に塗布し、例えばホットプレート上で溶剤を揮発させる。この結果、充填層４の内部にカーボンナノチューブ３が分散した合成樹脂シート９が得られる。必要に応じて、合成樹脂シート９の厚さを調整してもよい。例えば、合成樹脂シート９を２枚の剥離紙の間に挟み込み、合成樹脂の軟化温度付近で圧着すれば、合成樹脂シート９の厚さを制御することができる。 While forming the catalyst film 22 and the carbon nanotube 2 as described above, as shown in FIG. 5A (b), the synthetic resin sheet 9 in which the carbon nanotubes 3 are dispersed inside the filling layer 4 is formed. In forming such a synthetic resin sheet 9, first, using an ultrasonic bath, for example, several mass% of a synthetic resin (for example, polyamide) is dissolved in an organic solvent with the temperature raised. As the synthetic resin, the material of the filling layer 4 (thermoplastic resin) is used. Next, for example, using an ultrasonic bath, the carbon nanotubes 3 are dispersed in an organic solvent in which a synthetic resin is dissolved at a rate of about 0.1% by mass to several% by mass over several hours. Thereafter, a mixture composed of an organic solvent, a synthetic resin and carbon nanotubes 3 is applied onto release paper, and the solvent is volatilized on, for example, a hot plate. As a result, a synthetic resin sheet 9 in which the carbon nanotubes 3 are dispersed inside the filling layer 4 is obtained. You may adjust the thickness of the synthetic resin sheet 9 as needed. For example, the thickness of the synthetic resin sheet 9 can be controlled by sandwiching the synthetic resin sheet 9 between two sheets of release paper and pressing the synthetic resin sheet 9 near the softening temperature of the synthetic resin.

その後、図５Ｂ（ｃ）に示すように、合成樹脂シート９をカーボンナノチューブ２の上端に熱圧着する。 Thereafter, the synthetic resin sheet 9 is thermocompression bonded to the upper end of the carbon nanotube 2 as shown in FIG.

続いて、図５Ｂ（ｄ）に示すように、温度及び時間の制御により、充填層４の一部をカーボンナノチューブ２の隙間に浸透させる。 Subsequently, as shown in FIG. 5B (d), a part of the packed bed 4 is infiltrated into the gaps of the carbon nanotubes 2 by controlling the temperature and time.

次いで、基板２１を触媒膜２２と共にカーボンナノチューブ２の下端から取り外す。この取り外しの結果、図１に示すシート状部材１が得られる。なお、取り外しの方法は特に限定されず、例えば基板２１の物理的な剥離によって行ってもよく、また、基板２１及び触媒膜２２のエッチングにより行ってもよい。 Next, the substrate 21 is removed from the lower end of the carbon nanotube 2 together with the catalyst film 22. As a result of this removal, the sheet-like member 1 shown in FIG. 1 is obtained. The removal method is not particularly limited. For example, the removal may be performed by physically peeling the substrate 21 or may be performed by etching the substrate 21 and the catalyst film 22.

なお、上記のカーボンナノチューブ２の成長条件では、触媒膜２２が基板２１上に残留するが、カーボンナノチューブ２の成長の結果、触媒膜２２又は触媒粒子の全部又は一部がカーボンナノチューブ２の上端に位置してもよい。 Note that, under the growth conditions of the carbon nanotube 2, the catalyst film 22 remains on the substrate 21, but as a result of the growth of the carbon nanotube 2, all or part of the catalyst film 22 or the catalyst particles is on the upper end of the carbon nanotube 2. May be located.

また、充填層４の材料である熱可塑性樹脂は、シート状部材１の用途に応じて選択すればよい。熱可塑性樹脂としては、その融解温度が発熱体１１の発熱温度の上限値よりも高いものを選択することが望ましい。融解温度が発熱体１１の発熱温度の上限値以下である場合、発熱体１１の稼働時に熱可塑性樹脂が融解し、シート状部材１が変形して、発熱体１１と放熱体１２との間の熱抵抗が上昇する虞があるからである。また、熱可塑性樹脂としては、その融解温度が発熱体１１及び放熱体１２の耐熱温度よりも低いものを選択することが望ましい。上述のように、シート状部材１の設置の際には、発熱体１１及び放熱体１２の間でシート状部材１のリフローを行うことがあり、融解温度が発熱体１１及び放熱体１２の耐熱温度以上である場合、リフローの際に発熱体１１及び／又は放熱体１２に損傷が生じる虞があるからである。 Moreover, what is necessary is just to select the thermoplastic resin which is the material of the filling layer 4 according to the use of the sheet-like member 1. As the thermoplastic resin, it is desirable to select a thermoplastic resin whose melting temperature is higher than the upper limit value of the heating temperature of the heating element 11. When the melting temperature is equal to or lower than the upper limit value of the heating temperature of the heating element 11, the thermoplastic resin is melted during operation of the heating element 11, the sheet-like member 1 is deformed, and the space between the heating element 11 and the radiator 12. This is because the thermal resistance may increase. Further, as the thermoplastic resin, it is desirable to select a thermoplastic resin whose melting temperature is lower than the heat resistance temperature of the heat generator 11 and the heat radiator 12. As described above, when the sheet-like member 1 is installed, the sheet-like member 1 may be reflowed between the heating element 11 and the radiator 12, and the melting temperature is the heat resistance of the heating element 11 and the radiator 12. This is because if the temperature is higher than the temperature, the heating element 11 and / or the radiator 12 may be damaged during reflow.

例えば、ＣＰＵの発熱温度の上限値は１２５℃程度であり、耐熱温度は１５０℃程度である。従って、発熱体１１としてＣＰＵを用いる場合、熱可塑性樹脂としては、融解温度が１２５℃〜１５０℃程度のものを選択することが望ましい。また、自動車のエンジンのエキゾーストシステムの発熱温度は５００℃〜８００℃程度である。従って、発熱体１１としてエキゾーストシステムを用いる場合、熱可塑性樹脂としては、融解温度が６００℃〜９００℃程度のものを選択することが望ましい。 For example, the upper limit value of the heat generation temperature of the CPU is about 125 ° C., and the heat resistant temperature is about 150 ° C. Therefore, when a CPU is used as the heating element 11, it is desirable to select a thermoplastic resin having a melting temperature of about 125 ° C. to 150 ° C. Further, the heat generation temperature of the exhaust system of an automobile engine is about 500 ° C to 800 ° C. Therefore, when an exhaust system is used as the heating element 11, it is desirable to select a thermoplastic resin having a melting temperature of about 600 ° C to 900 ° C.

また、充填層４に添加物が分散混合していてもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質を用いることができる。このような物質としては、カーボンナノチューブ、金属、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、及びフラーレン等が挙げられる。このような添加物が充填層４に含まれている場合、シート状部材１全体の熱伝導率がより向上する。 Further, the additive may be dispersed and mixed in the packed bed 4. As the additive, for example, a material having high thermal conductivity can be used. Examples of such substances include carbon nanotubes, metals, aluminum nitride, silica, alumina, graphite, and fullerene. When such an additive is contained in the filling layer 4, the thermal conductivity of the entire sheet-like member 1 is further improved.

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係るシート状部材を示す断面図である。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a sheet-like member according to the second embodiment.

図６に示すように、第２の実施形態では、各カーボンナノチューブ２の下端、つまりカーボンナノチューブ３側の端部に被膜５が形成されている。被膜５は、例えば厚さが数百ｎｍの金（Ａｕ）膜である。他の構成は第１の実施形態と同様である。 As shown in FIG. 6, in the second embodiment, the coating 5 is formed on the lower end of each carbon nanotube 2, that is, the end portion on the carbon nanotube 3 side. The coating 5 is, for example, a gold (Au) film having a thickness of several hundred nm. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

このような第２の実施形態によれば、被膜５とカーボンナノチューブ３との接触面積の総計が、第１の実施形態におけるカーボンナノチューブ２とカーボンナノチューブ３との接触面積の総計よりも大きくなる。このため、第１の実施形態と比較して、より高い熱伝導性を得ることができる。 According to the second embodiment, the total contact area between the coating film 5 and the carbon nanotube 3 is larger than the total contact area between the carbon nanotube 2 and the carbon nanotube 3 in the first embodiment. For this reason, compared with 1st Embodiment, higher thermal conductivity can be obtained.

被膜５の材料は特に限定されないが、熱伝導率が高いものを用いることが望ましい。例えば、銅（Ｃｕ）又はニッケル（Ｎｉ）を用いてもよい。また、被膜５が、複数の膜を含む積層体となっていてもよい。例えば、Ｔｉ膜及びＡｕ膜の積層体が被膜５として用いられてもよい。被膜５の厚さも特に限定されないが、シート状部材１の製造過程で充填層４の浸透を阻害しない程度であることが望ましい。 The material of the film 5 is not particularly limited, but it is desirable to use a material having high thermal conductivity. For example, copper (Cu) or nickel (Ni) may be used. Moreover, the film 5 may be a laminated body including a plurality of films. For example, a laminate of a Ti film and an Au film may be used as the coating 5. The thickness of the coating 5 is not particularly limited, but it is desirable that the thickness does not hinder the penetration of the filling layer 4 in the manufacturing process of the sheet-like member 1.

次に、第２の実施形態に係るシート状部材１の製造方法について説明する。図７Ａ乃至図７Ｂは、第２の実施形態に係るシート状部材１の製造方法を工程順に示す図である。 Next, a method for manufacturing the sheet-like member 1 according to the second embodiment will be described. 7A to 7B are views showing a method of manufacturing the sheet-like member 1 according to the second embodiment in the order of steps.

先ず、第１の実施形態と同様にして、カーボンナノチューブ２の成長までの処理を行う（図５Ａ（ａ））。次いで、例えば蒸着法により被膜５を各カーボンナノチューブ２の上端に形成する。なお、カーボンナノチューブ２の損傷を抑制することが可能であれば、スパッタリング法等により被膜５を形成してもよい。 First, similarly to the first embodiment, processing up to the growth of the carbon nanotube 2 is performed (FIG. 5A (a)). Next, the film 5 is formed on the upper end of each carbon nanotube 2 by, for example, vapor deposition. In addition, as long as damage to the carbon nanotube 2 can be suppressed, the coating 5 may be formed by a sputtering method or the like.

その後、図７Ｂ（ｂ）に示すように、合成樹脂シート９を被膜５に熱圧着する。 Thereafter, as shown in FIG. 7B (b), the synthetic resin sheet 9 is thermocompression bonded to the coating 5.

続いて、図７Ｂ（ｃ）に示すように、温度及び時間の制御により、充填層４の一部を被膜５及びカーボンナノチューブ２の隙間に浸透させる。 Subsequently, as shown in FIG. 7B (c), a part of the filling layer 4 is infiltrated into the gap between the coating 5 and the carbon nanotube 2 by controlling the temperature and time.

次いで、基板２１を触媒膜２２と共にカーボンナノチューブ２の下端から取り外す。この取り外しの結果、図６に示すシート状部材１が得られる。 Next, the substrate 21 is removed from the lower end of the carbon nanotube 2 together with the catalyst film 22. As a result of this removal, the sheet-like member 1 shown in FIG. 6 is obtained.

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図８は、第３の実施形態に係るシート状部材を示す断面図である。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a sheet-like member according to the third embodiment.

図８に示すように、第３の実施形態では、一部のカーボンナノチューブ２の下端に被膜５が形成され、他のカーボンナノチューブ２の下端に被膜６が形成されている。被膜５が１本のカーボンナノチューブ２の端部を被っているのに対し、被膜６は２本以上のカーボンナノチューブ２の端部を被っている。他の構成は第１の実施形態と同様である。 As shown in FIG. 8, in the third embodiment, the coating 5 is formed on the lower ends of some of the carbon nanotubes 2, and the coating 6 is formed on the lower ends of the other carbon nanotubes 2. The coating 5 covers the ends of one carbon nanotube 2, whereas the coating 6 covers the ends of two or more carbon nanotubes 2. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

このような第３の実施形態によれば、被膜６とカーボンナノチューブ３との接触面積の総計が、第２の実施形態における被膜５とカーボンナノチューブ３との接触面積の総計よりも大きくなる。このため、第２の実施形態と比較して、より高い熱伝導性を得ることができる。更に、被膜６が複数のカーボンナノチューブ２を束ねているため、合成樹脂シート９の熱圧着時及び充填層４のリフロー時にカーボンナノチューブ２が散けにくくなる。 According to the third embodiment, the total contact area between the film 6 and the carbon nanotube 3 is larger than the total contact area between the film 5 and the carbon nanotube 3 in the second embodiment. For this reason, compared with 2nd Embodiment, higher thermal conductivity can be obtained. Furthermore, since the coating 6 bundles the plurality of carbon nanotubes 2, the carbon nanotubes 2 are hardly scattered during the thermocompression bonding of the synthetic resin sheet 9 and the reflow of the filling layer 4.

被膜６の材料としては、被膜５の材料と同様のものを用いることができる。被膜６の厚さも特に限定されないが、シート状部材１の製造過程で充填層４の浸透を阻害しない程度であることが望ましい。例えば、カーボンナノチューブ２の直径が１０ｎｍ、面密度が１×１０¹¹ｃｍ^-2の場合、隣り合うカーボンナノチューブ２の間隙はおよそ５０ｎｍである。この場合、隣り合うカーボンナノチューブ２が被膜６に束ねられるためには、被膜６の厚さは、少なくとも間隙の半分以上の厚さ、すなわち膜厚２５ｎｍ程度以上とすることが望ましい。その一方で、被膜６が厚すぎると、充填層４の浸透が阻害されてしまう。これらを考慮すると、カーボンナノチューブ２の直径が１０ｎｍ、面密度が１×１０¹¹ｃｍ^-2の場合、被膜６の膜厚は、２５ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とすることが望ましい。 As the material of the film 6, the same material as that of the film 5 can be used. The thickness of the coating 6 is not particularly limited, but it is desirable that the thickness does not hinder the penetration of the filling layer 4 in the manufacturing process of the sheet-like member 1. For example, when the diameter of the carbon nanotube 2 is 10 nm and the surface density is 1 × 10 ¹¹ cm ⁻² , the gap between the adjacent carbon nanotubes 2 is approximately 50 nm. In this case, in order for the adjacent carbon nanotubes 2 to be bundled with the coating 6, it is desirable that the thickness of the coating 6 is at least half the gap, that is, about 25 nm or more. On the other hand, if the coating 6 is too thick, the penetration of the filling layer 4 is hindered. Considering these, when the diameter of the carbon nanotube 2 is 10 nm and the surface density is 1 × 10 ¹¹ cm ⁻² , the film thickness of the coating 6 is desirably about 25 nm to 1000 nm.

次に、第３の実施形態に係るシート状部材１の製造方法について説明する。図９は、第３の実施形態に係るシート状部材１の製造方法を示す図である。 Next, a method for manufacturing the sheet-like member 1 according to the third embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating a method for manufacturing the sheet-like member 1 according to the third embodiment.

先ず、第１の実施形態と同様にして、カーボンナノチューブ２の成長までの処理を行う（図５Ａ（ａ））。次いで、例えば蒸着法により被膜５を各カーボンナノチューブ２の上端に形成し、更に原料の供給を継続する。この結果、図９に示すように、一部の被膜５同士が結合し、被膜６が形成される。 First, similarly to the first embodiment, processing up to the growth of the carbon nanotube 2 is performed (FIG. 5A (a)). Next, for example, a coating 5 is formed on the upper end of each carbon nanotube 2 by vapor deposition, and the supply of raw materials is continued. As a result, as shown in FIG. 9, some of the coatings 5 are bonded to form a coating 6.

その後、第２の実施形態と同様の処理を行い、シート状部材１を完成させる。 Then, the process similar to 2nd Embodiment is performed and the sheet-like member 1 is completed.

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図１０は、第４の実施形態に係るシート状部材を示す断面図である。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a sheet-like member according to the fourth embodiment.

図１０に示すように、第４の実施形態では、カーボンナノチューブ２の上端に、被膜５と同様の被膜７及び被膜６と同様の被膜８が形成されている。被膜７が１本のカーボンナノチューブ２の端部を被っているのに対し、被膜８は２本以上のカーボンナノチューブ２の端部を被っている。他の構成は第３の実施形態と同様である。 As shown in FIG. 10, in the fourth embodiment, a film 7 similar to the film 5 and a film 8 similar to the film 6 are formed on the upper end of the carbon nanotube 2. The coating 7 covers the ends of one carbon nanotube 2, whereas the coating 8 covers the ends of two or more carbon nanotubes 2. Other configurations are the same as those of the third embodiment.

このような第４の実施形態によれば、被膜７及び８と発熱体又は放熱体との接触面積の総計が、第３の実施形態におけるカーボンナノチューブ２の上端と発熱体又は放熱体との接触面積の総計よりも大きくなる。このため、第３の実施形態と比較して、より高い熱伝導性を得ることができる。更に、被膜８が複数のカーボンナノチューブ２を束ねているため、充填層４のリフロー時にカーボンナノチューブ２がより一層散けにくくなる。 According to the fourth embodiment, the total contact area between the coatings 7 and 8 and the heating element or the heat radiating member is the contact between the upper end of the carbon nanotube 2 and the heating element or the heat radiating member in the third embodiment. It is larger than the total area. For this reason, compared with 3rd Embodiment, higher thermal conductivity can be obtained. Furthermore, since the coating 8 bundles the plurality of carbon nanotubes 2, the carbon nanotubes 2 are more difficult to be scattered when the packed layer 4 is reflowed.

被膜７及び８の材料としては、被膜５の材料と同様のものを用いることができる。被膜７及び８の厚さも特に限定されない。 As the material for the films 7 and 8, the same material as that for the film 5 can be used. The thicknesses of the coatings 7 and 8 are not particularly limited.

次に、第４の実施形態に係るシート状部材１の製造方法について説明する。図１１Ａ乃至図１１Ｃは、第４の実施形態に係るシート状部材１の製造方法を工程順に示す図である。 Next, a method for manufacturing the sheet-like member 1 according to the fourth embodiment will be described. 11A to 11C are views showing a method of manufacturing the sheet-like member 1 according to the fourth embodiment in the order of steps.

先ず、一時的にカーボンナノチューブ２を支持する基板の準備を行う。即ち、図１１Ａ（ａ）に示すように、基板４１上に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜４２を形成する。フォトレジスト膜４２の厚さは、例えば６μｍ程度とする。基板４１としては、例えばサファイア基板等を用いることができ、基板４１の材料は特に限定されない。 First, a substrate for temporarily supporting the carbon nanotubes 2 is prepared. That is, as shown in FIG. 11A (a), a photoresist film 42 is formed on the substrate 41 by, eg, spin coating. The thickness of the photoresist film 42 is, for example, about 6 μm. As the substrate 41, for example, a sapphire substrate can be used, and the material of the substrate 41 is not particularly limited.

その一方で、第１の実施形態と同様にして、カーボンナノチューブ２の成長までの処理を行う（図５Ａ（ａ））。次いで、図１１Ａ（ｂ）に示すように、第３の実施形態における被膜５及び被膜６の形成と同様にして、カーボンナノチューブ２の上端に被膜７及び被膜８を形成する。その後、被膜７及び被膜８とフォトレジスト膜４２とを対向させ、加圧することにより、被膜７及び被膜８をフォトレジスト膜４２の内部まで進入させる。その後、フォトレジスト膜４２を硬化させる。 On the other hand, the process up to the growth of the carbon nanotube 2 is performed in the same manner as in the first embodiment (FIG. 5A (a)). Next, as shown in FIG. 11A (b), the film 7 and the film 8 are formed on the upper ends of the carbon nanotubes 2 in the same manner as the formation of the film 5 and the film 6 in the third embodiment. Thereafter, the coating film 7 and the coating film 8 and the photoresist film 42 are opposed to each other and pressurized, thereby allowing the coating film 7 and the coating film 8 to enter the photoresist film 42. Thereafter, the photoresist film 42 is cured.

続いて、図１１Ｂ（ｃ）に示すように、基板２１を触媒膜２２と共にカーボンナノチューブ２の下端から取り外す。そして、カーボンナノチューブ２の上下を反転させる。この結果、少なくとも一部のカーボンナノチューブ２の自重により若干湾曲する。 Subsequently, as shown in FIG. 11B (c), the substrate 21 is removed from the lower end of the carbon nanotube 2 together with the catalyst film 22. Then, the top and bottom of the carbon nanotube 2 are reversed. As a result, at least some of the carbon nanotubes 2 bend slightly due to their own weight.

次いで、図１１Ｂ（ｄ）に示すように、第３の実施形態と同様にして、カーボンナノチューブ２の上端に被膜５及び６を形成する。 Next, as shown in FIG. 11B (d), coatings 5 and 6 are formed on the upper ends of the carbon nanotubes 2 in the same manner as in the third embodiment.

その後、図１１Ｃ（ｅ）に示すように、合成樹脂シート９を被膜５及び被膜６に熱圧着する。 Thereafter, as shown in FIG. 11C (e), the synthetic resin sheet 9 is thermocompression bonded to the coating 5 and the coating 6.

続いて、図１１Ｃ（ｆ）に示すように、温度及び時間の制御により、充填層４の一部を被膜５、被膜６及びカーボンナノチューブ２の隙間に浸透させる。 Subsequently, as shown in FIG. 11C (f), a part of the filling layer 4 is infiltrated into the gap between the coating film 5, the coating film 6, and the carbon nanotube 2 by controlling the temperature and time.

次いで、基板４１をフォトレジスト膜４２と共に取り外す。この取り外しの結果、図１０に示すシート状部材１が得られる。 Next, the substrate 41 is removed together with the photoresist film 42. As a result of this removal, the sheet-like member 1 shown in FIG. 10 is obtained.

なお、第２、第３及び第４の実施形態のシート状部材１も、図２、図３及び図４に示すように、第１の実施形態と同様に使用することができる。また、いずれの実施形態のシート状部材１を用いる場合であっても、図１２に示すように、発熱体１１にカーボンナノチューブ２の横方向への移動を拘束する凹部１１ａが形成され、放熱体１２にカーボンナノチューブ２の横方向への移動を拘束する凹部１２ａが形成されていることが好ましい。カーボンナノチューブ２の散らけ等を抑制して高い熱伝導率を確保するためである。なお、凹部１１ａ及び凹部１２ａの一方のみが形成されていてもよい。この場合には、カーボンナノチューブ３を介さずにカーボンナノチューブ２が直接接する発熱体１１又は放熱体１２に凹部１１ａ又は凹部１２ａが形成されていることが好ましい。図１２に示す例では、放熱体１２に凹部１２ａが形成されていることが好ましい。カーボンナノチューブ３が存在する端部よりも存在しない端部の方が、カーボンナノチューブ２の散らけが生じやすいからである。 In addition, the sheet-like member 1 of the second, third, and fourth embodiments can be used similarly to the first embodiment, as shown in FIGS. Moreover, even if it is a case where the sheet-like member 1 of any embodiment is used, as shown in FIG. 12, the recessed part 11a which restrains the movement to the horizontal direction of the carbon nanotube 2 is formed in the heat generating body 11, and a heat radiator. 12 is preferably formed with a recess 12a for restraining the movement of the carbon nanotube 2 in the lateral direction. This is because the scattering of the carbon nanotubes 2 is suppressed and high thermal conductivity is ensured. Only one of the recess 11a and the recess 12a may be formed. In this case, it is preferable that the concave portion 11a or the concave portion 12a is formed in the heat generating body 11 or the heat radiating body 12 in direct contact with the carbon nanotube 2 without the carbon nanotube 3 interposed therebetween. In the example shown in FIG. 12, it is preferable that a recess 12 a is formed in the radiator 12. This is because the carbon nanotubes 2 are more likely to be scattered at the end portions where the carbon nanotubes 3 are present than at the end portions where the carbon nanotubes 3 are present.

また、凹部１１ａ及び凹部１２ａの有無に拘わらず、カーボンナノチューブ２のカーボンナノチューブ３が存在しない端部と発熱体１１又は放熱体１２との間に、合成樹脂シート９と同様の合成樹脂シートを介在させて加熱圧着を行ってもよい。この場合には、カーボンナノチューブ２の両端にＣＮＴ密集層３ａが存在することになる。 In addition, a synthetic resin sheet similar to the synthetic resin sheet 9 is interposed between the end portion of the carbon nanotube 2 where the carbon nanotube 3 does not exist and the heat generating body 11 or the heat radiating body 12 regardless of the presence or absence of the concave portion 11a and the concave portion 12a. Then, thermocompression bonding may be performed. In this case, the CNT dense layer 3 a exists at both ends of the carbon nanotube 2.

また、これらのシート状部材１は熱伝導性シートの他に導電性シートとして使用することもできる。例えば、２つの電子部品の間を電気的に接続する導電部材として使用することができる。この場合、充填層４には、導電率が高い物質が含まれていることが好ましい。このような物質としては、カーボンナノチューブ、及び金属等が挙げられる。 Moreover, these sheet-like members 1 can also be used as a conductive sheet in addition to the heat conductive sheet. For example, it can be used as a conductive member that electrically connects two electronic components. In this case, it is preferable that the filling layer 4 contains a substance having high conductivity. Examples of such substances include carbon nanotubes and metals.

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.

（付記１）
充填層と、
前記充填層の内部から第１の主面に向かって延びる複数の第１のカーボンナノチューブと、
前記複数の第１のカーボンナノチューブの前記充填層の第２の主面側の端部と前記第２の主面との間に分散した複数の第２のカーボンナノチューブと、
を有することを特徴とするシート状部材。 (Appendix 1)
A packed bed;
A plurality of first carbon nanotubes extending from the inside of the packed layer toward the first main surface;
A plurality of second carbon nanotubes dispersed between the second main surface side end of the filling layer of the plurality of first carbon nanotubes and the second main surface;
A sheet-like member comprising:

（付記２）
前記複数の第１のカーボンナノチューブのうちの少なくとも一部の前記第２の主面側の端部を束ねる被膜を有することを特徴とする付記１に記載のシート状部材。 (Appendix 2)
The sheet-like member according to appendix 1, wherein the sheet-like member includes a coating that bundles at least a part of the plurality of first carbon nanotubes on the second main surface side.

（付記３）
前記複数の第１のカーボンナノチューブのうちの少なくとも一部の前記第１の主面側の端部を束ねる第２の被膜を有することを特徴とする付記１又は２に記載のシート状部材。 (Appendix 3)
The sheet-like member according to appendix 1 or 2, further comprising a second film that bundles at least a part of the first main surface side of the plurality of first carbon nanotubes.

（付記４）
前記充填層は、熱可塑性樹脂を含有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のシート状部材。 (Appendix 4)
The sheet-like member according to any one of appendices 1 to 3, wherein the filling layer contains a thermoplastic resin.

（付記５）
前記第１のカーボンナノチューブは前記第１の主面を貫通して前記充填層の外部まで延びていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載のシート状部材。 (Appendix 5)
The sheet-like member according to any one of appendices 1 to 4, wherein the first carbon nanotube extends through the first main surface to the outside of the filling layer.

（付記６）
前記複数の第１のカーボンナノチューブは湾曲部を有し、
前記複数の第１のカーボンナノチューブの少なくとも一部は、他の第１のカーボンナノチューブに接触していることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載のシート状部材。 (Appendix 6)
The plurality of first carbon nanotubes have a curved portion,
6. The sheet-like member according to any one of appendices 1 to 5, wherein at least some of the plurality of first carbon nanotubes are in contact with other first carbon nanotubes.

（付記７）
前記第１のカーボンナノチューブの面密度は、１×１０¹⁰本／ｃｍ²以上であることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載のシート状部材。 (Appendix 7)
The sheet-like member according to any one of appendices 1 to 6, wherein the surface density of the first carbon nanotube is 1 × 10 ¹⁰ pieces / cm ² or more.

（付記８）
電子部品と、
前記電子部品に第１の主面が接する熱伝導性シートと、
前記熱伝導性シートの第２の主面に接する放熱体と、
を有し、
前記熱伝導性シートは、
充填層と、
前記充填層の内部に設けられ、一方の端部が前記電子部品及び前記放熱体の一方に接し、前記電子部品及び前記放熱体の他方に向かって延びる複数の第１のカーボンナノチューブと、
前記充填層の内部に設けられ、前記複数の第１のカーボンナノチューブの他方の端部並びに前記電子部品及び前記放熱体の他方に接する複数の第２のカーボンナノチューブと、
を有することを特徴とする電子機器。 (Appendix 8)
Electronic components,
A thermally conductive sheet in contact with the first principal surface of the electronic component;
A radiator that is in contact with the second main surface of the thermally conductive sheet;
Have
The thermally conductive sheet is
A packed bed;
A plurality of first carbon nanotubes provided inside the filling layer, one end of which is in contact with one of the electronic component and the heat radiating body and extending toward the other of the electronic component and the heat radiating member;
A plurality of second carbon nanotubes provided inside the filling layer and in contact with the other end of the plurality of first carbon nanotubes and the other of the electronic component and the heat dissipation body;
An electronic device comprising:

（付記９）
前記熱伝導性シートは、前記複数の第１のカーボンナノチューブのうちの少なくとも一部の前記他方の端部を束ねる被膜を有することを特徴とする付記８に記載の電子機器。 (Appendix 9)
The electronic apparatus according to appendix 8, wherein the thermally conductive sheet has a coating that bundles at least a part of the other end of the plurality of first carbon nanotubes.

（付記１０）
基板上に触媒部を設ける工程と、
前記触媒部から複数の第１のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
熱可塑性樹脂の内部に複数の第２のカーボンナノチューブが分散した合成樹脂シートを作製する工程と、
前記合成樹脂シートを前記複数の第１のカーボンナノチューブの端部に熱圧着して前記熱可塑性樹脂の一部を前記複数の第１のカーボンナノチューブの隙間に浸透させる工程と、
を有することを特徴とするシート状部材の製造方法。 (Appendix 10)
Providing a catalyst portion on the substrate;
Growing a plurality of first carbon nanotubes from the catalyst portion;
Producing a synthetic resin sheet in which a plurality of second carbon nanotubes are dispersed inside a thermoplastic resin;
Thermocompression-bonding the synthetic resin sheet to the ends of the plurality of first carbon nanotubes to allow a part of the thermoplastic resin to penetrate into the gaps between the plurality of first carbon nanotubes;
The manufacturing method of the sheet-like member characterized by having.

（付記１１）
基板上に触媒部を設ける工程と、
前記触媒部から複数の第１のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
熱可塑性樹脂の内部に複数の第２のカーボンナノチューブが分散した合成樹脂シートを作製する工程と、
前記合成樹脂シートを前記複数の第１のカーボンナノチューブの端部に熱圧着して前記熱可塑性樹脂の一部を前記複数の第１のカーボンナノチューブの隙間に浸透させる工程と、
前記基板を前記第１のカーボンナノチューブから取り外す工程と、
前記合成樹脂シート及び前記第１のカーボンナノチューブの一方を電子部品に接触させ、他方を放熱体に接触させながら、前記電子部品及び前記放熱体を加熱圧着する工程と、
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。 (Appendix 11)
Providing a catalyst portion on the substrate;
Growing a plurality of first carbon nanotubes from the catalyst portion;
Producing a synthetic resin sheet in which a plurality of second carbon nanotubes are dispersed inside a thermoplastic resin;
Thermocompression-bonding the synthetic resin sheet to the ends of the plurality of first carbon nanotubes to allow a part of the thermoplastic resin to penetrate into the gaps between the plurality of first carbon nanotubes;
Removing the substrate from the first carbon nanotube;
One of the synthetic resin sheet and the first carbon nanotube is brought into contact with an electronic component, and the other is in contact with a heat radiator, and the electronic component and the heat radiator are thermocompression bonded,
A method for manufacturing an electronic device, comprising:

１：シート状部材
２、３：カーボンナノチューブ
３ａ：ＣＮＴ密集層
４：充填層
５、６、７、８：被膜
９：合成樹脂シート
１１：発熱体
１２：放熱体 1: Sheet-like member 2, 3: Carbon nanotubes 3a: CNT dense layer 4: Packing layer 5, 6, 7, 8: Coating 9: Synthetic resin sheet 11: Heating element 12: Heat dissipation element

Claims

熱可塑性樹脂を含有する充填層と、
前記充填層の内部から第１の主面に向かって延びる複数の第１のカーボンナノチューブと、
前記複数の第１のカーボンナノチューブの前記充填層の第２の主面側の端部と前記第２の主面との間に分散した複数の第２のカーボンナノチューブと、
を有することを特徴とする熱伝導性シート。 A packed layer containing a thermoplastic resin ;
A plurality of first carbon nanotubes extending from the inside of the packed layer toward the first main surface;
A plurality of second carbon nanotubes dispersed between the second main surface side end of the filling layer of the plurality of first carbon nanotubes and the second main surface;
A heat conductive sheet comprising:

前記複数の第１のカーボンナノチューブのうちの少なくとも一部の前記第２の主面側の端部を束ねる被膜を有することを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性シート。 2. The thermally conductive sheet according to claim 1, further comprising a coating that bundles at least a part of the second main surface side of the plurality of first carbon nanotubes.

前記複数の第１のカーボンナノチューブのうちの少なくとも一部の前記第１の主面側の端部を束ねる第２の被膜を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱伝導性シート。 The thermal conductive sheet according to claim 1, further comprising a second coating that bundles at least a part of the first main surface side of the plurality of first carbon nanotubes. .

前記第１のカーボンナノチューブは前記第１の主面を貫通して前記充填層の外部まで延びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱伝導性シート。 The thermally conductive sheet according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first carbon nanotube extends through the first main surface to the outside of the packed layer.

電子部品と、
前記電子部品に第１の主面が接する熱伝導性シートと、
前記熱伝導性シートの第２の主面に接する放熱体と、
を有し、
前記熱伝導性シートは、
熱可塑性樹脂を含有する充填層と、
前記充填層の内部に設けられ、一方の端部が前記電子部品及び前記放熱体の一方に接し、前記電子部品及び前記放熱体の他方に向かって延びる複数の第１のカーボンナノチューブと、
前記充填層の内部に設けられ、前記複数の第１のカーボンナノチューブの他方の端部並びに前記電子部品及び前記放熱体の他方に接する複数の第２のカーボンナノチューブと、
を有することを特徴とする電子機器。 Electronic components,
A thermally conductive sheet in contact with the first principal surface of the electronic component;
A radiator that is in contact with the second main surface of the thermally conductive sheet;
Have
The thermally conductive sheet is
A packed layer containing a thermoplastic resin ;
A plurality of first carbon nanotubes provided inside the filling layer, one end of which is in contact with one of the electronic component and the heat radiating body and extending toward the other of the electronic component and the heat radiating member;
A plurality of second carbon nanotubes provided inside the filling layer and in contact with the other end of the plurality of first carbon nanotubes and the other of the electronic component and the heat dissipation body;
An electronic device comprising:

基板上に触媒部を設ける工程と、
前記触媒部から複数の第１のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
熱可塑性樹脂の内部に複数の第２のカーボンナノチューブが分散した合成樹脂シートを作製する工程と、
前記合成樹脂シートを前記複数の第１のカーボンナノチューブの端部に熱圧着して前記熱可塑性樹脂の一部を前記複数の第１のカーボンナノチューブの隙間に浸透させる工程と、
を有することを特徴とする熱伝導性シートの製造方法。 Providing a catalyst portion on the substrate;
Growing a plurality of first carbon nanotubes from the catalyst portion;
Producing a synthetic resin sheet in which a plurality of second carbon nanotubes are dispersed inside a thermoplastic resin;
Thermocompression-bonding the synthetic resin sheet to the ends of the plurality of first carbon nanotubes to allow a part of the thermoplastic resin to penetrate into the gaps between the plurality of first carbon nanotubes;
The manufacturing method of the heat conductive sheet characterized by having.

基板上に触媒部を設ける工程と、
前記触媒部から複数の第１のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
熱可塑性樹脂の内部に複数の第２のカーボンナノチューブが分散した合成樹脂シートを作製する工程と、
前記合成樹脂シートを前記複数の第１のカーボンナノチューブの端部に熱圧着して前記熱可塑性樹脂の一部を前記複数の第１のカーボンナノチューブの隙間に浸透させる工程と、
前記基板を前記第１のカーボンナノチューブから取り外す工程と、
前記合成樹脂シート及び前記第１のカーボンナノチューブの一方を電子部品に接触させ、他方を放熱体に接触させながら、前記電子部品及び前記放熱体を加熱圧着する工程と、
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。 Providing a catalyst portion on the substrate;
Growing a plurality of first carbon nanotubes from the catalyst portion;
Producing a synthetic resin sheet in which a plurality of second carbon nanotubes are dispersed inside a thermoplastic resin;
Thermocompression-bonding the synthetic resin sheet to the ends of the plurality of first carbon nanotubes to allow a part of the thermoplastic resin to penetrate into the gaps between the plurality of first carbon nanotubes;
Removing the substrate from the first carbon nanotube;
One of the synthetic resin sheet and the first carbon nanotube is brought into contact with an electronic component, and the other is in contact with a heat radiator, and the electronic component and the heat radiator are thermocompression bonded,
A method for manufacturing an electronic device, comprising: