JP5447069B2 - Sheet-like structure, electronic device and method for manufacturing electronic device - Google Patents

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Description

本発明は、炭素元素の線状構造体を有するシート状構造体、並びに、シート状構造体を有する電子機器及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a sheet-like structure having a linear structure of carbon elements, an electronic device having the sheet-like structure, and a method for manufacturing the same.

サーバーやパーソナルコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）などに用いられる電子部品には、半導体素子から発する熱を効率よく放熱することが求められる。このため、これら電子部品は、半導体素子の直上に設けられた銅などの高い熱伝導度を有する材料のヒートスプレッダが配置された構造を有している。   Electronic components used in CPUs (Central Processing Units) of servers and personal computers are required to efficiently dissipate heat generated from semiconductor elements. For this reason, these electronic components have a structure in which a heat spreader made of a material having high thermal conductivity, such as copper, provided immediately above the semiconductor element is disposed.

この際、発熱源及びヒートスプレッダの表面には微細な凹凸が存在するため、互いをダイレクトに接触させても十分な接触面積を稼ぐことができず、接触界面が大きな熱抵抗となり、効率的に放熱を行うことができない。このため、接触熱抵抗を低減することを目的として、発熱源とヒートスプレッダとをサーマルインターフェースマテリアル（ＴＩＭ）を介して接続することが行われている。   At this time, since the surface of the heat generation source and the heat spreader has fine irregularities, a sufficient contact area cannot be obtained even if they are brought into direct contact with each other, and the contact interface has a large thermal resistance, thereby efficiently dissipating heat. Can not do. For this reason, for the purpose of reducing the contact thermal resistance, a heat source and a heat spreader are connected via a thermal interface material (TIM).

この目的のもと、サーマルインターフェイスマテリアルには、それ自身が高い熱伝導率を有する材料であることに加え、発熱源及びヒートスプレッダ表面の微細な凹凸に対して広面積に接触しうる特性が求められている。   For this purpose, in addition to being a material with high thermal conductivity, the thermal interface material itself is required to have characteristics that allow it to contact a large area against minute irregularities on the surface of the heat source and heat spreader. ing.

従来、サーマルインターフェイスマテリアルとしては、放熱グリースやフェイズチェンジマテリアル（ＰＣＭ）、インジウムなどが用いられている。これらの材料が放熱材料として用いられる大きな特徴の一つは、電子機器の耐熱温度以下で流動性を有しているため、微細な凹凸に対して大きな接触面積を得ることが可能な点にある。   Conventionally, as the thermal interface material, heat dissipating grease, phase change material (PCM), indium or the like is used. One of the major characteristics that these materials are used as heat dissipation materials is that they have fluidity below the heat-resistant temperature of electronic equipment, so that a large contact area can be obtained with respect to fine irregularities. .

しかしながら、放熱グリースやフェイズチェンジマテリアルは、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ〜５Ｗ／ｍ・Ｋと低い。また、インジウムはレアメタルであることに加え、ＩＴＯ関連での大幅な需要増加により価格が高騰しており、より安価な代替材料が待望されている。   However, thermal grease and phase change material have a low thermal conductivity of 1 W / m · K to 5 W / m · K. In addition, indium is a rare metal, and the price is soaring due to a significant increase in demand related to ITO, and a cheaper alternative material is expected.

このような背景から、放熱材料として、カーボンナノチューブに代表される炭素元素からなる線状構造体が注目されている。カーボンナノチューブは、その軸方向に非常に高い熱伝導度（１５００Ｗ／ｍ・Ｋ〜３０００Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するだけでなく、柔軟性や耐熱性に優れた材料であり、放熱材料として高いポテンシャルを有している。   From such a background, a linear structure made of a carbon element typified by carbon nanotube has attracted attention as a heat dissipation material. Carbon nanotubes not only have very high thermal conductivity (1500 W / m · K to 3000 W / m · K) in the axial direction, but also are excellent in flexibility and heat resistance, and have a high potential as a heat dissipation material. have.

カーボンナノチューブを用いた熱伝導シートとしては、樹脂中にカーボンナノチューブを分散した熱伝導シートや、基板上に配向成長したカーボンナノチューブ束を樹脂等によって埋め込んだ熱伝導シートが提案されている。   As a heat conductive sheet using carbon nanotubes, a heat conductive sheet in which carbon nanotubes are dispersed in a resin, or a heat conductive sheet in which a bundle of carbon nanotubes oriented and grown on a substrate is embedded with a resin or the like has been proposed.

特開２００６−２９５１２０号公報JP 2006-295120 A 特開２００７−２９４５５４号公報JP 2007-294554 A 特表２００７−５３２３３５号公報Special table 2007-532335 gazette 特開２００９−１６４５５２号公報JP 2009-164552 A

しかしながら、カーボンナノチューブを用いた従来の熱伝導シートでは、カーボンナノチューブの有する高い熱伝導度を充分に生かすことができなかった。   However, the conventional thermal conductive sheet using carbon nanotubes cannot fully utilize the high thermal conductivity of carbon nanotubes.

本発明の目的は、炭素元素の線状構造体を用いた熱伝導度及び電気伝導度が極めて高いシート状構造体、並びに、シート状構造体を用いた電子機器及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a sheet-like structure having a very high thermal conductivity and electrical conductivity using a linear structure of a carbon element, an electronic device using the sheet-like structure, and a method for manufacturing the same. It is in.

実施形態の一観点によれば、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に配置された熱可塑性樹脂の充填層とを有し、複数の前記線状構造体は、少なくとも一方の端部が前記充填層から露出しており、前記充填層から露出した部分の前記線状構造体は、前記充填層の表面と平行な方向に折れ曲がっているシート状構造体が提供される。   According to one aspect of the embodiment, a plurality of linear structures having a plurality of carbon element linear structures and a thermoplastic resin filling layer disposed between the plurality of linear structures. Is a sheet-like structure in which at least one end is exposed from the filling layer, and the portion of the linear structure exposed from the filling layer is bent in a direction parallel to the surface of the filling layer. Provided.

また、実施形態の他の観点によれば、発熱体と、放熱体と、前記発熱体と放熱体との間に配置され、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に配置された熱可塑性樹脂の充填層とを含み、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部が前記充填層から露出しており、前記充填層から露出した部分の前記線状構造体が前記充填層の表面と平行な方向に折れ曲がっているシート状構造体とを有する電子機器が提供される。   Further, according to another aspect of the embodiment, the heating element, the radiator, the linear structure of the plurality of carbon elements disposed between the heating element and the radiator, and the plurality of the linear structures A thermoplastic resin filling layer disposed between the bodies, at least one end of the plurality of linear structures is exposed from the filling layer, and the portion of the linear structure exposed from the filling layer There is provided an electronic apparatus having a sheet-like structure in which the structure is bent in a direction parallel to the surface of the filling layer.

また、実施形態の更に他の観点によれば、発熱体と放熱体との間に、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に配置された熱可塑性樹脂の充填層とを含み、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部が前記充填層から露出しており、前記充填層から露出した部分の前記線状構造体が前記充填層の表面と平行な方向に折れ曲がっているシート状構造体を配置する工程と、前記放熱材料を加熱して前記熱可塑性樹脂を融解する工程と、前記放熱材料を冷却して前記熱可塑性樹脂を固化する工程とを有する電子機器の製造方法が提供される。   Further, according to still another aspect of the embodiment, a plurality of carbon element linear structures and a thermoplastic resin disposed between the plurality of linear structures are disposed between the heating element and the heat radiating body. And at least one end of the plurality of linear structures is exposed from the filler layer, and the portions of the linear structures exposed from the filler layer are parallel to the surface of the filler layer. A step of arranging a sheet-like structure bent in any direction, a step of heating the heat dissipation material to melt the thermoplastic resin, and a step of cooling the heat dissipation material to solidify the thermoplastic resin. A method for manufacturing an electronic device is provided.

開示のシート状構造体によれば、被着体に対する炭素元素の線状構造体の接触面積を増加することができ、被着体に対する接触熱抵抗や接触抵抗を大幅に低減することができる。   According to the disclosed sheet-like structure, the contact area of the linear structure of the carbon element with the adherend can be increased, and the contact thermal resistance and contact resistance with respect to the adherend can be greatly reduced.

また、発熱体と放熱体との間にこのようなシート状構造体を配置することにより、発熱体と放熱体との間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、放熱体から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。   In addition, by disposing such a sheet-like structure between the heat generating body and the heat radiating body, the thermal conductivity between the heat generating body and the heat radiating body can be greatly improved. Thereby, the thermal radiation efficiency of the heat | fever emitted from a thermal radiation body can be improved, and the reliability of an electronic device can be improved.

図１は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the first embodiment. 図２は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。FIG. 2 is a process cross-sectional view (part 1) illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the first embodiment. 図３は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。FIG. 3 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the first embodiment. 図３は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その３）である。FIG. 3 is a process cross-sectional view (part 3) illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the first embodiment. 図５は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the second embodiment. 図６は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a carbon nanotube sheet according to the second embodiment. 図７は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the second embodiment. 図８は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図（その１）である。FIG. 8 is a perspective view (No. 1) showing the carbon nanotube sheet manufacturing method according to the second embodiment. 図９は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図（その２）である。FIG. 9 is a perspective view (No. 2) showing the carbon nanotube sheet manufacturing method according to the second embodiment. 図１０は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図（その３）である。FIG. 10 is a perspective view (No. 3) showing the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the second embodiment. 図１１は、第３実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an electronic device according to the third embodiment. 図１２は、第３実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図である。FIG. 12 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the electronic apparatus according to the third embodiment. 図１３は、カーボンナノチューブシートの膜厚と熱抵抗との関係を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the film thickness of the carbon nanotube sheet and the thermal resistance.

［第１実施形態］
第１実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図１乃至図４を用いて説明する。 [First Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図１は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図２乃至図４は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. 2 to 4 are process cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment.

はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図１を用いて説明する。   First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１に示すように、複数のカーボンナノチューブ１２と、カーボンナノチューブ１２の間隙に充填された熱可塑性樹脂の充填層１４とを有するシート状の構造体である。   The carbon nanotube sheet 10 according to the present embodiment is a sheet-like structure having a plurality of carbon nanotubes 12 and a thermoplastic resin filling layer 14 filled in the gaps between the carbon nanotubes 12, as shown in FIG. .

複数のカーボンナノチューブ１２の少なくとも一方の端部は、充填層１４から露出している。図１に示すカーボンナノチューブシート１０の例では、カーボンナノチューブ１２の一方の端部は充填層１４により覆われており、他方の端部は充填層１４から露出している。カーボンナノチューブ１２の両方の端部が充填層１４から露出していてもよい。   At least one end of the plurality of carbon nanotubes 12 is exposed from the filling layer 14. In the example of the carbon nanotube sheet 10 shown in FIG. 1, one end portion of the carbon nanotube 12 is covered with the filling layer 14, and the other end portion is exposed from the filling layer 14. Both ends of the carbon nanotube 12 may be exposed from the filling layer 14.

充填層１４に埋め込まれた部分のカーボンナノチューブ１２は、シートの膜厚方向、すなわちシートの表面と交差する方向に配向している。充填層１４から露出した部分のカーボンナノチューブ１２の端部は、シートの表面と平行な方向に折れ曲がっている。   The portion of the carbon nanotubes 12 embedded in the filling layer 14 is oriented in the thickness direction of the sheet, that is, in the direction intersecting the surface of the sheet. The ends of the carbon nanotubes 12 exposed from the filling layer 14 are bent in a direction parallel to the surface of the sheet.

カーボンナノチューブ１２は、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブのいずれでもよい。カーボンナノチューブ１２の面密度は、特に限定されるものではないが、放熱性及び電気伝導性の観点からは、１×１０１０本／ｃｍ２以上であることが望ましい。 The carbon nanotube 12 may be either a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube. The surface density of the carbon nanotubes 12 is not particularly limited, but is preferably 1 × 10 10 pieces / cm 2 or more from the viewpoint of heat dissipation and electrical conductivity.

カーボンナノチューブ１２の長さは、カーボンナノチューブシート１０の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは５μｍ〜５００μｍ程度の値に設定することができる。カーボンナノチューブシート１０を、発熱源（例えば半導体素子）と放熱部品（例えばヒートスプレッダ）との間に形成するサーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合、少なくとも発熱源及び放熱部品の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。   The length of the carbon nanotube 12 is determined by the application of the carbon nanotube sheet 10 and is not particularly limited, but can be preferably set to a value of about 5 μm to 500 μm. When the carbon nanotube sheet 10 is used as a thermal interface material formed between a heat generation source (for example, a semiconductor element) and a heat dissipation component (for example, a heat spreader), the carbon nanotube sheet 10 is at least longer than the length that fills the irregularities on the surface of the heat generation source and the heat dissipation component. It is desirable to be.

上述のように、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、カーボンナノチューブ１２の少なくとも一方の端部が、充填層１４から露出している。これにより、カーボンナノチューブシート１０を放熱体又は発熱体と接触したとき、カーボンナノチューブ１２が充填層１４を介さずに放熱体又は発熱体に対して直に接するため、熱伝導効率を大幅に高めることができる。また、カーボンナノチューブ１２は導電性を有しているため、カーボンナノチューブ１２の両端部を露出することにより、カーボンナノチューブ１２を、シートを貫く配線体として用いることもできる。すなわち、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、熱伝導シートとしてのみならず、縦型配線シートとしても利用可能である。   As described above, in the carbon nanotube sheet 10 according to the present embodiment, at least one end of the carbon nanotube 12 is exposed from the filling layer 14. Thereby, when the carbon nanotube sheet 10 is brought into contact with the heat radiating body or the heat generating body, the carbon nanotubes 12 are in direct contact with the heat radiating body or the heat generating body without going through the filling layer 14, thereby greatly increasing the heat conduction efficiency. Can do. Further, since the carbon nanotubes 12 have conductivity, the carbon nanotubes 12 can be used as a wiring body that penetrates the sheet by exposing both ends of the carbon nanotubes 12. That is, the carbon nanotube sheet 10 according to the present embodiment can be used not only as a heat conductive sheet but also as a vertical wiring sheet.

また、充填層に埋め込まれた部分のカーボンナノチューブ１２は、シートの膜厚方向に配向しているため、軸方向に非常に高い熱伝導率及び導電率を有するというカーボンナノチューブ１２の特性をいかんなく発揮し、高い熱伝導率及び導電率を得ることができる。   In addition, since the carbon nanotubes 12 embedded in the filling layer are oriented in the film thickness direction of the sheet, the characteristics of the carbon nanotubes 12 that have extremely high thermal conductivity and conductivity in the axial direction are not observed. Demonstrating high thermal conductivity and electrical conductivity.

また、充填層１４から露出したカーボンナノチューブ１２の端部はシートの表面と平行な方向に折れ曲がっており、カーボンナノチューブ１２の端部のみならず、側面部分においても放熱体又は発熱体と接触することができる。また、折れ曲がったカーボンナノチューブ１２同士が接触することにより、シートの表面と平行な方向への熱伝導及び電気伝導が可能となる。これにより、カーボンナノチューブ１２と放熱体又は発熱体との間の接触面積を増加することができ、熱伝導効率及び導電率を更に高めることができる。   Further, the end portion of the carbon nanotube 12 exposed from the filling layer 14 is bent in a direction parallel to the surface of the sheet, and contacts the heat radiating body or the heating element not only at the end portion of the carbon nanotube 12 but also at the side surface portion. Can do. Further, when the bent carbon nanotubes 12 are in contact with each other, heat conduction and electric conduction in a direction parallel to the surface of the sheet can be performed. Thereby, the contact area between the carbon nanotube 12 and a heat radiating body or a heat generating body can be increased, and heat conduction efficiency and electrical conductivity can be further increased.

充填層１４は、熱可塑性樹脂によって形成されている。充填層１４を形成する熱可塑性樹脂は、温度に応じて液体と固体との間で可逆的に状態変化するものであり、室温では固体であり、加熱すると液状に変化し、冷却すると接着性を発現しつつ固体に戻るものであれば、特に限定されるものではない。   The filling layer 14 is formed of a thermoplastic resin. The thermoplastic resin that forms the packed layer 14 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 exhibits adhesive properties when cooled. There is no particular limitation as long as it returns to a solid while developing.

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.

充填層１４を形成する熱可塑性樹脂は、カーボンナノチューブシート１０の使用目的に応じて、熱可塑性樹脂の融解温度をもとに選択することができる。熱可塑性樹脂の融解温度の下限値は、稼働時の発熱温度の上限値よりも高いことが望ましい。稼働時に熱可塑性樹脂が溶解すると、カーボンナノチューブシート１０が変形してカーボンナノチューブ１２が配向性を損なうなど、熱伝導性を低下するなどの不具合を引き起こす虞があるからである。熱可塑性樹脂の溶解温度の上限値は、発熱体及び放熱体の耐熱温度の下限値よりも低いことが望ましい。本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、放熱体及び発熱体に接触させた後にリフローを行うことが望ましいが、熱可塑性樹脂の溶解温度が耐熱温度より高いと、発熱体及び／又は放熱体にダメージを与えることなくリフローをすることが困難となるからである。なお、カーボンナノチューブシート１０のリフローについては、後述する。   The thermoplastic resin forming the filling layer 14 can be selected based on the melting temperature of the thermoplastic resin according to the intended use of the carbon nanotube sheet 10. The lower limit of the melting temperature of the thermoplastic resin is desirably higher than the upper limit of the heat generation temperature during operation. This is because if the thermoplastic resin is dissolved during operation, the carbon nanotube sheet 10 may be deformed and the carbon nanotubes 12 may lose the orientation. The upper limit value of the melting temperature of the thermoplastic resin is preferably lower than the lower limit value of the heat resistance temperature of the heating element and the heat dissipation element. The carbon nanotube sheet 10 according to the present embodiment is desirably reflowed after being brought into contact with the heat radiating body and the heat generating body. However, if the melting temperature of the thermoplastic resin is higher than the heat resistant temperature, the heat generating body and / or the heat radiating body is damaged. This is because it becomes difficult to perform reflow without giving any. The reflow of the carbon nanotube sheet 10 will be described later.

例えば、カーボンナノチューブシート１０をＣＰＵなどの電子機器の放熱用途に用いる場合、ＣＰＵ稼働時の発熱温度の上限がおよそ１２５℃であり、ＣＰＵ電子部品の耐熱温度がおよそ２５０℃であることに鑑み、融解温度が１２５℃〜２５０℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。例えば、自動車エンジンのエキゾーストシステム等の用途に用いる場合、部位によるが発熱温度は５００℃〜８００℃程度であることに鑑み、融解温度が６００℃〜９００℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。   For example, when the carbon nanotube sheet 10 is used for heat dissipation of an electronic device such as a CPU, the upper limit of the heat generation temperature when the CPU is operating is about 125 ° C., and the heat resistance temperature of the CPU electronic component is about 250 ° C., A thermoplastic resin having a melting temperature of about 125 ° C. to 250 ° C. is suitable. For example, when used for an application such as an exhaust system of an automobile engine, a thermoplastic resin having a melting temperature of about 600 ° C. to 900 ° C. is preferable in view of the fact that the heat generation temperature is about 500 ° C. to 800 ° C. depending on the part.

また、充填層１４には、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層１４部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１４部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート１０の全体としての熱伝導率を向上することができる。また、カーボンナノチューブシートを導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層１４部分に電導性の高い添加物を分散混合する。これにより、充填層１４部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート１０の全体としての導電率を向上することができる。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。   Moreover, you may disperse and mix an additive with the filled layer 14 as needed. As the additive, for example, a substance having high thermal conductivity or a substance having high conductivity can be considered. By dispersing and mixing an additive having high thermal conductivity in the filled layer 14 portion, the thermal conductivity of the filled layer 14 portion can be improved, and the overall thermal conductivity of the carbon nanotube sheet 10 can be improved. it can. Further, when the carbon nanotube sheet is used as the conductive sheet, an additive having high conductivity is dispersed and mixed in the filling layer 14 portion. Thereby, the electrical conductivity of the filling layer 14 part can be improved, and the electrical conductivity of the carbon nanotube sheet 10 as a whole can be improved. As the material having high thermal conductivity, carbon nanotube, metal material, aluminum nitride, silica, alumina, graphite, fullerene, or the like can be used. As the highly conductive material, carbon nanotubes, metal materials, and the like can be applied.

次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図２乃至図 ４を用いて説明する。   Next, the method for manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.

まず、カーボンナノチューブシート１０を形成するための土台として用いる基板３０を用意する（図２（ａ））。基板３０としては、シリコン基板などの半導体基板、アルミナ（サファイア）基板、ＭｇＯ基板、ガラス基板などの絶縁性基板、金属基板などを用いることができる。また、これら基板上に薄膜が形成されたものでもよい。例えば、シリコン基板上に膜厚３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜が形成されたものを用いることができる。   First, a substrate 30 used as a base for forming the carbon nanotube sheet 10 is prepared (FIG. 2A). As the substrate 30, a semiconductor substrate such as a silicon substrate, an insulating substrate such as an alumina (sapphire) substrate, an MgO substrate, or a glass substrate, a metal substrate, or the like can be used. In addition, a thin film may be formed on these substrates. For example, a silicon substrate having a silicon oxide film with a thickness of about 300 nm can be used.

基板３０は、カーボンナノチューブ１２の成長後に剥離されるものである。この目的のもと、基板３０としては、カーボンナノチューブ１２の成長温度において変質しないことが望ましい。また、少なくともカーボンナノチューブ１２に接する面がカーボンナノチューブ１２から容易に剥離できる材料によって形成されていることが望ましい。また、カーボンナノチューブ１２に対して選択的にエッチングできる材料によって形成されていることが望ましい。   The substrate 30 is peeled off after the growth of the carbon nanotubes 12. For this purpose, it is desirable that the substrate 30 does not deteriorate at the growth temperature of the carbon nanotubes 12. Further, it is desirable that at least the surface in contact with the carbon nanotube 12 is formed of a material that can be easily peeled off from the carbon nanotube 12. Further, it is desirable that the carbon nanotube 12 be formed of a material that can be selectively etched.

次いで、基板３０上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜を形成し、Ｆｅの触媒金属膜３２を形成する（図２（ｂ））。なお、触媒金属膜３２は、必ずしも基板３０上の全面に形成する必要はなく、例えばリフトオフ法を用いて基板３０の所定の領域上に選択的に形成するようにしてもよい。   Next, an Fe (iron) film having a film thickness of, for example, 2.5 nm is formed on the substrate 30 by, eg, sputtering, and an Fe catalytic metal film 32 is formed (FIG. 2B). The catalytic metal film 32 is not necessarily formed on the entire surface of the substrate 30, and may be selectively formed on a predetermined region of the substrate 30 using, for example, a lift-off method.

触媒金属としては、Ｆｅのほか、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金を用いてもよい。また、触媒として、金属膜以外に、微分型静電分級器（ＤＭＡ：differential mobility analyzer）等を用い、予めサイズを制御して作製した金属微粒子を用いてもよい。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様でよい。   As the catalyst metal, in addition to Fe, Co (cobalt), Ni (nickel), Au (gold), Ag (silver), Pt (platinum), or an alloy containing at least one of these materials may be used. In addition to the metal film, metal fine particles prepared by controlling the size in advance using a differential mobility analyzer (DMA) or the like may be used as the catalyst. In this case, the metal species may be the same as in the case of the thin film.

また、これら触媒金属の下地膜として、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯｘ（酸化チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）などの膜又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金からなる膜を形成してもよい。例えば、Ｆｅ（２．５ｎｍ）／Ａｌ（１０ｎｍ）の積層構造、Ｃｏ（２．６ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）の積層構造等を適用することができる。金属微粒子を用いる場合は、例えば、Ｃｏ（平均直径：３．８ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）などの積層構造を適用することができる。 In addition, as a base film of these catalyst metals, Mo (molybdenum), Ti (titanium), Hf (hafnium), Zr (zirconium), Nb (niobium), V (vanadium), TaN (tantalum nitride), TiSi x (titanium) Silicide), Al (aluminum), Al 2 O 3 (aluminum oxide), TiO x (titanium oxide), Ta (tantalum), W (tungsten), Cu (copper), Au (gold), Pt (platinum), Pd A film made of (palladium), TiN (titanium nitride), or an alloy containing at least one of these materials may be formed. For example, a stacked structure of Fe (2.5 nm) / Al (10 nm), a stacked structure of Co (2.6 nm) / TiN (5 nm), and the like can be applied. When metal fine particles are used, for example, a laminated structure such as Co (average diameter: 3.8 nm) / TiN (5 nm) can be applied.

次いで、基板３０上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜３２を触媒として、カーボンナノチューブ１２を成長する。カーボンナノチューブ１２の成長条件は、例えば、原料ガスとしてアセチレン・アルゴンの混合ガス（分圧比１：９）を用い、成膜室内の総ガス圧を１ｋＰａ、ホットフィラメント温度を１０００℃、成長時間を２５分とする。これにより、層数が３層〜６層（平均４層程度）、直径が４ｎｍ〜８ｎｍ（平均６ｎｍ）、長さが１００μｍ（成長レート：４μｍ／ｍｉｎ）の多層カーボンナノチューブを成長することができる。なお、カーボンナノチューブは、熱ＣＶＤ法やリモートプラズマＣＶＤ法などの他の成膜方法により形成してもよい。また、成長するカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。また、炭素原料としては、アセチレンのほか、メタン、エチレン等の炭化水素類や、エタノール、メタノール等のアルコール類などを用いてもよい。   Next, the carbon nanotubes 12 are grown on the substrate 30 by, for example, hot filament CVD using the catalytic metal film 32 as a catalyst. The growth conditions of the carbon nanotube 12 include, for example, a mixed gas of acetylene and argon (partial pressure ratio 1: 9) as a source gas, a total gas pressure in the film forming chamber of 1 kPa, a hot filament temperature of 1000 ° C., and a growth time of 25. Minutes. As a result, it is possible to grow multi-walled carbon nanotubes having 3 to 6 layers (average of about 4 layers), a diameter of 4 nm to 8 nm (average of 6 nm), and a length of 100 μm (growth rate: 4 μm / min). . The carbon nanotubes may be formed by other film forming methods such as a thermal CVD method and a remote plasma CVD method. The growing carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube. Moreover, as a carbon raw material, you may use hydrocarbons, such as methane and ethylene other than acetylene, alcohols, such as ethanol and methanol.

カーボンナノチューブ１２の長さは、カーボンナノチューブシート１０の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは５μｍ〜５００μｍ程度の値に設定することができる。カーボンナノチューブシート１０を、発熱源（例えば半導体素子）と放熱部品（例えばヒートスプレッダ）との間に形成するサーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合、少なくとも発熱源及び放熱部品の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。   The length of the carbon nanotube 12 is determined by the application of the carbon nanotube sheet 10 and is not particularly limited, but can be preferably set to a value of about 5 μm to 500 μm. When the carbon nanotube sheet 10 is used as a thermal interface material formed between a heat generation source (for example, a semiconductor element) and a heat dissipation component (for example, a heat spreader), the carbon nanotube sheet 10 is at least longer than the length that fills the irregularities on the surface of the heat generation source and the heat dissipation component. It is desirable to be.

こうして、基板３０上に、基板３０の法線方向に配向（垂直配向）した複数のカーボンナノチューブ１２を形成する（図２（ｃ））。なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ１２では、カーボンナノチューブ１２の面密度は、１×１０１１本／ｃｍ２程度であった。これは、基板３０表面の面積のおよそ１０％の領域上にカーボンナノチューブ１２が形成されていることに相当する。 Thus, a plurality of carbon nanotubes 12 oriented in the normal direction of the substrate 30 (vertical orientation) are formed on the substrate 30 (FIG. 2C). In the carbon nanotubes 12 formed under the above growth conditions, the surface density of the carbon nanotubes 12 was about 1 × 10 11 pieces / cm 2 . This corresponds to the carbon nanotubes 12 being formed on a region of approximately 10% of the surface area of the substrate 30.

次いで、基板３０に成長したカーボンナノチューブ１２上に、フィルム状に加工した熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂フィルム３４）を載置する（図３（ａ））。熱可塑性樹脂フィルム３４の膜厚は、カーボンナノチューブ１２の長さに応じて適宜設定することが望ましい。例えば、図１に示すようにカーボンナノチューブ１２の一方の端部のみが露出したカーボンナノチューブシート１０を形成する場合には、カーボンナノチューブ１２の長さと同程度、例えば５μｍ〜５００μｍ程度が好適である。また、カーボンナノチューブ１２の両端部が露出したカーボンナノチューブシート１０を形成する場合には、カーボンナノチューブ１２の長さよりも僅かに薄い程度、例えば４μｍ〜４００μｍ程度が好適である。   Next, a thermoplastic resin processed into a film (thermoplastic resin film 34) is placed on the carbon nanotubes 12 grown on the substrate 30 (FIG. 3A). The film thickness of the thermoplastic resin film 34 is desirably set as appropriate according to the length of the carbon nanotubes 12. For example, when forming the carbon nanotube sheet 10 in which only one end of the carbon nanotube 12 is exposed as shown in FIG. 1, the length of the carbon nanotube 12 is preferably about the same, for example, about 5 μm to 500 μm. Moreover, when forming the carbon nanotube sheet | seat 10 which the both ends of the carbon nanotube 12 exposed, a grade slightly thinner than the length of the carbon nanotube 12, for example, about 4 micrometers-about 400 micrometers is suitable.

熱可塑性樹脂フィルム３４の熱可塑性樹脂としては、例えば、以下に示すホットメルト樹脂を適用することができる。ポリアミド系ホットメルト樹脂としては、例えば、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」が挙げられる。また、ポリエステル系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ５９８Ｂ」が挙げられる。また、ポリウレタン系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ７２２Ｂ」が挙げられる。また、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂としては、例えば、松村石油株式会社製の「ＥＰ−９０」が挙げられる。また、エチレン共重合体ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＡ５７４Ｂ」が挙げられる。また、ＳＢＲ系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６２５０」が挙げられる。また、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂としては、例えば、住友スリーエム株式会社製の「３７４７」が挙げられる。また、ブチルゴム系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６１５８」が挙げられる。   As the thermoplastic resin of the thermoplastic resin film 34, for example, the following hot melt resin can be applied. Examples of the polyamide-based hot melt resin include “Micromelt 6239” manufactured by Henkel Japan Co., Ltd. Examples of the polyester hot melt resin include “DH598B” manufactured by Nogawa Chemical Co., Ltd. Examples of the polyurethane hot melt resin include “DH722B” manufactured by Nogawa Chemical Co., Ltd. Examples of the polyolefin-based hot melt resin include “EP-90” manufactured by Matsumura Oil Co., Ltd. Examples of the ethylene copolymer hot melt resin include “DA574B” manufactured by Nogawa Chemical Co., Ltd. Examples of the SBR hot melt resin include “M-6250” manufactured by Yokohama Rubber Co., Ltd. Examples of the EVA hot melt resin include “3747” manufactured by Sumitomo 3M Limited. Examples of the butyl rubber hot melt resin include “M-6158” manufactured by Yokohama Rubber Co., Ltd.

ここでは、一例として、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を厚さ１００μｍのフィルム状に加工した熱硬化性樹脂フィルム３４を用いた場合について説明する。なお、「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」は、融解温度が１３５℃〜１４５℃、融解時粘度が５．５Ｐａ．ｓ〜８．５Ｐａ．ｓ（２２５℃）のホットメルト樹脂である。   Here, as an example, a case where a thermosetting resin film 34 obtained by processing “Micromelt 6239” manufactured by Henkel Japan Co., Ltd. into a film having a thickness of 100 μm will be described. “Micromelt 6239” has a melting temperature of 135 ° C. to 145 ° C. and a viscosity at the time of melting of 5.5 Pa.s. s to 8.5 Pa. s (225 ° C.) hot melt resin.

次いで、熱可塑性樹脂フィルム３４を載置した基板３０を、例えば１９５℃の温度で加熱する。これにより、熱可塑性樹脂フィルム３４の熱可塑性樹脂が溶解し、カーボンナノチューブ１２の間隙に徐々に浸透していく。こうして、熱可塑性樹脂フィルム３４を、基板３０の表面に達しない程度まで浸透させる（図３（ｂ））。   Next, the substrate 30 on which the thermoplastic resin film 34 is placed is heated at a temperature of 195 ° C., for example. As a result, the thermoplastic resin of the thermoplastic resin film 34 is dissolved and gradually penetrates into the gaps of the carbon nanotubes 12. In this way, the thermoplastic resin film 34 is permeated to such an extent that it does not reach the surface of the substrate 30 (FIG. 3B).

熱可塑性樹脂を予めシート状に加工しておくことにより、そのシート膜厚で充填材量のコントロールが可能となる。これにより、加熱温度や加熱時間のコントロールで、充填材が基板３０まで浸潤しないようにコントロールすることができる。   By processing the thermoplastic resin into a sheet in advance, the amount of filler can be controlled by the sheet thickness. Thereby, it can control so that a filler may not penetrate | invade to the board | substrate 30 by control of heating temperature and a heating time.

カーボンナノチューブ１２の間隙に浸透する熱可塑性樹脂フィルム３４の厚さは、熱処理時間によって制御することができる。例えば、上記条件で成長した長さ１００μｍのカーボンナノチューブ１２に対しては、１９５℃で１分間の熱処理を行うことにより、熱可塑性樹脂フィルム３４が基板３０に達しない程度まで浸透させることができる。   The thickness of the thermoplastic resin film 34 penetrating into the gaps between the carbon nanotubes 12 can be controlled by the heat treatment time. For example, the carbon nanotubes 12 having a length of 100 μm grown under the above conditions can be permeated to such an extent that the thermoplastic resin film 34 does not reach the substrate 30 by performing a heat treatment at 195 ° C. for 1 minute.

熱可塑性樹脂フィルム３４の加熱時間は、熱可塑性樹脂フィルム３４を基板３０の表面に達しない程度に浸透させるように、カーボンナノチューブ１２の長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂フィルム３４の膜厚等に応じて適宜設定することが望ましい。   The heating time of the thermoplastic resin film 34 is such that the length of the carbon nanotubes 12, the viscosity at the time of melting of the thermoplastic resin, the thermoplastic resin film so that the thermoplastic resin film 34 penetrates to the extent that it does not reach the surface of the substrate 30. It is desirable to set appropriately according to the film thickness of 34.

カーボンナノチューブ１２の両端部が露出したカーボンナノチューブシート１０を製造する場合にあっては、カーボンナノチューブ１２の長さよりも薄い熱可塑性樹脂フィルム３４を用い、カーボンナノチューブ１２の上端部が露出するまで熱可塑性樹脂フィルム３４を浸透させるようにすればよい。   In the case of producing the carbon nanotube sheet 10 in which both ends of the carbon nanotube 12 are exposed, a thermoplastic resin film 34 that is thinner than the length of the carbon nanotube 12 is used, and the thermoplastic is used until the upper end of the carbon nanotube 12 is exposed. The resin film 34 may be permeated.

なお、熱可塑性樹脂の形状は、予めフィルム状に加工しておくことが好適であるが、ペレット状や棒状でも構わない。   The shape of the thermoplastic resin is preferably processed in advance into a film shape, but may be a pellet shape or a rod shape.

次いで、熱可塑性樹脂フィルム３４を所定の位置まで浸透させた後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂フィルム３４を固化する。こうして、熱可塑性樹脂フィルム３４の熱可塑性樹脂により形成され、カーボンナノチューブ１２の間隙に充填された充填層１４を形成する。   Next, after allowing the thermoplastic resin film 34 to penetrate to a predetermined position, the thermoplastic resin film 34 is cooled to room temperature, and the thermoplastic resin film 34 is solidified. In this way, the filling layer 14 formed of the thermoplastic resin of the thermoplastic resin film 34 and filled in the gaps of the carbon nanotubes 12 is formed.

次いで、カーボンナノチューブ１２及び充填層１４を、基板３０から剥離する（図３（ｃ））。この際、カーボンナノチューブ１２と基板３０との間の接合は弱いため、カーボンナノチューブ１２及び充填層１４を基板３０から容易に剥離することができる。   Next, the carbon nanotubes 12 and the filling layer 14 are peeled from the substrate 30 (FIG. 3C). At this time, since the bonding between the carbon nanotubes 12 and the substrate 30 is weak, the carbon nanotubes 12 and the filling layer 14 can be easily separated from the substrate 30.

次いで、充填層１４のカーボンナノチューブ１２が露出している面を、表面が平坦な部材（例えば基板４０）に押しつけ、カーボンナノチューブ１２の充填層１４から露出した部分が押し倒す（図４（ａ））。カーボンナノチューブ１２は柔軟性に富んだ材料であるため、基板４０に押し付けることにより、充填層１４に埋め込まれていない部分のカーボンナノチューブ１２を選択的に押し倒すことができる。   Next, the surface of the filling layer 14 where the carbon nanotubes 12 are exposed is pressed against a member having a flat surface (for example, the substrate 40), and the portion exposed from the filling layer 14 of the carbon nanotubes 12 is pushed down (FIG. 4A). . Since the carbon nanotubes 12 are a material having a high flexibility, the carbon nanotubes 12 that are not embedded in the filling layer 14 can be selectively pushed down by being pressed against the substrate 40.

なお、図４（ａ）の例では、複数のカーボンナノチューブ１２の端部がランダムな方向に押し倒された状態を示しているが、必ずしもランダムな方向に押し倒されている必要はなく、複数のカーボンナノチューブ１２を同じ方向に押し倒すようにしてもよい。   4A shows a state in which the ends of the plurality of carbon nanotubes 12 are pushed down in a random direction, it is not necessarily required to be pushed down in a random direction. The nanotubes 12 may be pushed down in the same direction.

このようにして、充填層１４から露出した部分のカーボンナノチューブ１２の端部をシートの表面と平行な方向に折れ曲げ、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を完成する（図４（ｂ））。   In this manner, the end portion of the carbon nanotube 12 exposed from the filling layer 14 is bent in a direction parallel to the surface of the sheet to complete the carbon nanotube sheet 10 according to the present embodiment (FIG. 4B).

このように、本実施形態によれば、充填層から露出した部分のカーボンナノチューブをシートの表面と平行な方向に折り曲げるので、被着体に対するカーボンナノチューブの接触面積を大幅に増加することができる。これにより、被着体に対するカーボンナノチューブシートの接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。   Thus, according to this embodiment, the carbon nanotubes exposed from the filling layer are bent in a direction parallel to the surface of the sheet, so that the contact area of the carbon nanotubes with the adherend can be greatly increased. Thereby, the contact thermal resistance and contact resistance of the carbon nanotube sheet with respect to the adherend can be greatly reduced.

［第２実施形態］
第２実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図５乃至図１０を用いて説明する。なお、図１乃至図４に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。 [Second Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The same constituent elements as those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first embodiment shown in FIG. 1 to FIG.

図５は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図６及び図７は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す概略断面図である。図８乃至図１０は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図である。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. 6 and 7 are schematic cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. 8 to 10 are perspective views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment.

はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図５を用いて説明する。   First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図５に示すように、充填層１４で覆われているカーボンナノチューブ１２の一端部に、被膜１６が形成されているほかは、図１に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート１０と同様である。   As shown in FIG. 5, the carbon nanotube sheet 10 according to the present embodiment is the first embodiment shown in FIG. 1 except that a coating film 16 is formed on one end of the carbon nanotube 12 covered with the filling layer 14. It is the same as the carbon nanotube sheet 10 according to the form.

被膜１６を形成する材料は、充填層１４の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。被膜１６の構成材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等を用いることができる。また、被膜１６は、単層構造である必要はなく、例えばチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層構造など、２層或いは３層以上の積層構造であってもよい。   The material for forming the coating film 16 is not particularly limited as long as it has a higher thermal conductivity than the constituent material of the filling layer 14. When the carbon nanotube sheet 10 is also used for electric conduction, a conductive material such as a metal or an alloy can be applied. As a constituent material of the coating 16, for example, copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), or the like can be used. Moreover, the coating film 16 does not need to have a single layer structure, and may have a laminated structure of two layers or three or more layers such as a laminated structure of titanium (Ti) and gold (Au).

被膜１６の膜厚は、製造過程において熱可塑性樹脂フィルム３４の浸透を阻害しない膜厚であれば、特に限定されるものではない。被膜１６の膜厚は、熱可塑性樹脂フィルム３４の浸透性、カーボンナノチューブシート１０に要求される特性、被膜１６の構成材料等に応じて適宜設定することが望ましい。   The film thickness of the coating film 16 is not particularly limited as long as it does not inhibit the penetration of the thermoplastic resin film 34 in the manufacturing process. The film thickness of the coating film 16 is desirably set as appropriate according to the permeability of the thermoplastic resin film 34, the characteristics required for the carbon nanotube sheet 10, the constituent material of the coating film 16, and the like.

熱伝導性の高い被膜１６を設けることにより、被膜１６を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（放熱体、発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１２と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性を高めることができる。カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとしても用いる場合には、導電性を高めることができる。   By providing the coating film 16 having high thermal conductivity, the contact area of the carbon nanotube sheet 10 with respect to the adherend (heat radiating body, heating element) can be increased as compared with the case where the coating film 16 is not provided. Thereby, the contact thermal resistance between the carbon nanotube 12 and the adherend is reduced, and the thermal conductivity of the carbon nanotube sheet 10 can be increased. When the carbon nanotube sheet 10 is also used as a conductive sheet, the conductivity can be increased.

なお、図５では、充填層１４で覆われているカーボンナノチューブ１２の一方の端部に被膜１６を形成した場合を示したが、充填層１４から露出しているカーボンナノチューブ１２の他方の端部にも被膜を形成するようにしてもよい。カーボンナノチューブ１２の他方の端部のみに被膜１６を形成するようにしてもよい。   FIG. 5 shows the case where the coating 16 is formed on one end of the carbon nanotube 12 covered with the filling layer 14, but the other end of the carbon nanotube 12 exposed from the filling layer 14 is shown. Alternatively, a film may be formed. The coating film 16 may be formed only on the other end of the carbon nanotube 12.

次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図６乃至図１０を用いて説明する。   Next, the method for manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.

まず、例えば図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、基板３０上に、カーボンナノチューブ１２を成長する。   First, for example, the carbon nanotubes 12 are grown on the substrate 30 in the same manner as the carbon nanotube sheet manufacturing method according to the first embodiment shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c).

なお、図１乃至図５では、図面の簡略化のためにカーボンナノチューブ１２を単純な円筒形状で描いたが、成長初期における成長ばらつき等により、必ずしも完全な円筒形状にはならない。カーボンナノチューブ１２は、全体的に見ればシートの膜厚方向に配向するが、例えば、図８に示すようにカーボンナノチューブ１２の上端部が基板３０の法線方向に対して傾いて成長したり、カーボンナノチューブ１２の長さにばらつきが生じたりすることがある。   In FIG. 1 to FIG. 5, the carbon nanotubes 12 are drawn in a simple cylindrical shape for simplification of the drawings. However, the carbon nanotubes 12 are not necessarily in a complete cylindrical shape due to growth variations in the initial stage of growth. The carbon nanotubes 12 are oriented in the film thickness direction of the sheet as a whole. For example, as shown in FIG. 8, the upper end portion of the carbon nanotubes 12 is inclined with respect to the normal direction of the substrate 30 and grows. The length of the carbon nanotube 12 may vary.

次いで、カーボンナノチューブ１２上に、例えば蒸着法により、３００ｎｍ程度の膜厚のＡｕ（金）堆積し、Ａｕの被膜１６を形成する（図６（ａ））。被膜１６は、カーボンナノチューブ１２にダメージを与えない方法であれば、他の成膜方法（例えばスパッタ法等）を用いて形成してもよい。   Next, Au (gold) with a film thickness of about 300 nm is deposited on the carbon nanotubes 12 by, for example, vapor deposition to form a coating film 16 of Au (FIG. 6A). The coating film 16 may be formed using another film forming method (for example, a sputtering method or the like) as long as it does not damage the carbon nanotubes 12.

被膜１６を形成する材料は、充填層１４の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。被膜１６の構成材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等を用いることができる。また、被膜１６は、単層構造である必要はなく、例えばチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層構造など、２層或いは３層以上の積層構造であってもよい。   The material for forming the coating film 16 is not particularly limited as long as it has a higher thermal conductivity than the constituent material of the filling layer 14. When the carbon nanotube sheet 10 is also used for electric conduction, a conductive material such as a metal or an alloy can be applied. As a constituent material of the coating 16, for example, copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), or the like can be used. Moreover, the coating film 16 does not need to have a single layer structure, and may have a laminated structure of two layers or three or more layers such as a laminated structure of titanium (Ti) and gold (Au).

被膜１６は、成長初期段階では、例えば図９に示すように、各カーボンナノチューブ１２の先端部分を覆うように形成される。成長膜厚が増加してくると、隣接する各カーボンナノチューブ１２の先端部分に形成された被膜１６が互いに接続される。これにより、被膜１６は、例えば図１０に示すように、複数本の各カーボンナノチューブ１２の先端部分を束ねるように形成される。被膜１６の成長膜厚を更に増加すると、被膜１６がシートの表面に平行な２次元方向に完全に接続され、隙間のない完全な膜となる。   In the initial stage of growth, the coating 16 is formed so as to cover the tip portion of each carbon nanotube 12 as shown in FIG. 9, for example. As the grown film thickness increases, the coatings 16 formed on the tip portions of the adjacent carbon nanotubes 12 are connected to each other. Thereby, the coating film 16 is formed so as to bundle the tip portions of the plurality of carbon nanotubes 12, as shown in FIG. 10, for example. When the growth film thickness of the coating film 16 is further increased, the coating film 16 is completely connected in a two-dimensional direction parallel to the surface of the sheet, and becomes a complete film with no gap.

形成する被膜１６の膜厚は、充填層１４を形成する際の熱可塑性樹脂フィルム３４の浸透性等を考慮して、カーボンナノチューブ１２の直径や面密度に応じて適宜設定することが望ましい。   The film thickness of the coating film 16 to be formed is preferably set as appropriate according to the diameter and surface density of the carbon nanotubes 12 in consideration of the permeability of the thermoplastic resin film 34 when forming the filling layer 14.

例えば、カーボンナノチューブ１２の直径が１０ｎｍ、面密度が１×１０１１ｃｍ−２の場合、互いに隣接するカーボンナノチューブ１２の間隙はおよそ５０ｎｍである。この場合、隣接するカーボンナノチューブ１２間が被膜１６により接続されるためには、少なくとも間隙の半分以上の膜厚、すなわち膜厚２５ｎｍ程度以上の被膜１６を形成することが望ましい。また、被膜１６を厚くしすぎると被膜１６が隙間のない完全な膜となり熱可塑性樹脂フィルム３４の浸透性が低下するため、被膜１６の上限膜厚は、熱可塑性樹脂フィルム３４の浸透性の面から設定することが望ましい。これらの観点から、上記条件のカーボンナノチューブ１２では、被膜１６の膜厚は、２５ｎｍ〜１０００ｎｍ程度に設定することが望ましい。 For example, when the diameter of the carbon nanotube 12 is 10 nm and the surface density is 1 × 10 11 cm −2 , the gap between the adjacent carbon nanotubes 12 is approximately 50 nm. In this case, in order for the adjacent carbon nanotubes 12 to be connected by the coating film 16, it is desirable to form the coating film 16 having a thickness of at least half of the gap, that is, a thickness of about 25 nm or more. Further, if the coating film 16 is too thick, the coating film 16 becomes a complete film without gaps, and the permeability of the thermoplastic resin film 34 is lowered. Therefore, the upper limit film thickness of the coating film 16 is the permeability surface of the thermoplastic resin film 34. It is desirable to set from From these viewpoints, it is desirable that the film thickness of the coating film 16 is set to about 25 nm to 1000 nm in the carbon nanotube 12 under the above conditions.

次いで、例えば図３（ａ）乃至図３（ｂ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、カーボンナノチューブ１２の間隙に熱可塑性樹脂フィルム３４を浸透させ、充填層１４を形成する（図６（ｂ））。   Next, for example, in the same manner as in the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the first embodiment shown in FIGS. Is formed (FIG. 6B).

被膜１６は、必ずしも隣接するカーボンナノチューブ１２が互いに接続されるに十分な膜厚を形成する必要はないが、これには被膜１６によって複数本のカーボンナノチューブ１２を束ねる効果がある（例えば図１０を参照）。これにより、熱可塑性樹脂フィルム３４がカーボンナノチューブ１２間に浸透する際に、カーボンナノチューブ１２同士がばらばらになることを抑制することができる。また、隣接するカーボンナノチューブ１２が互いに接続されることにより、横方向への熱伝導や電気伝導が可能となる。   The coating 16 does not necessarily have to have a film thickness sufficient for adjacent carbon nanotubes 12 to be connected to each other, but this has the effect of bundling a plurality of carbon nanotubes 12 by the coating 16 (for example, FIG. 10). reference). Thereby, when the thermoplastic resin film 34 osmose | permeates between the carbon nanotubes 12, it can suppress that the carbon nanotubes 12 fall apart. Further, the adjacent carbon nanotubes 12 are connected to each other, whereby heat conduction and electric conduction in the lateral direction are possible.

次いで、カーボンナノチューブ１２、被膜１６及び充填層１４を基板３０から剥離する（図６（ｃ））。   Next, the carbon nanotubes 12, the coating film 16, and the filling layer 14 are peeled from the substrate 30 (FIG. 6C).

次いで、例えば図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、充填層１４から露出しているカーボンナノチューブ１２の端部を押し倒し、本実施形態によるカーボンナノチューブシートを完成する（図７（ａ））。   Next, for example, in the same manner as in the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the first embodiment shown in FIGS. 4A and 4B, the end of the carbon nanotube 12 exposed from the filling layer 14 is pushed down, and the book The carbon nanotube sheet according to the embodiment is completed (FIG. 7A).

この後、必要に応じて、押し倒したカーボンナノチューブ１２が露出している面上に、被膜１６と同様の被膜１８を形成する。被膜１８の形成方法や形成材料等は、被膜１６と同様である。   Thereafter, if necessary, a film 18 similar to the film 16 is formed on the surface where the pushed carbon nanotubes 12 are exposed. The method for forming the film 18, the forming material, and the like are the same as those for the film 16.

このように、本実施形態によれば、充填層から露出した部分のカーボンナノチューブをシートの表面と平行な方向に折り曲げるので、被着体に対するカーボンナノチューブの接触面積を大幅に増加することができる。これにより、被着体に対するカーボンナノチューブシートの接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。また、カーボンナノチューブの少なくとも一方の端部に被膜を設けることにより、被着体に対するカーボンナノチューブシートの接触熱抵抗及び接触抵抗を更に低減することができる。   Thus, according to this embodiment, the carbon nanotubes exposed from the filling layer are bent in a direction parallel to the surface of the sheet, so that the contact area of the carbon nanotubes with the adherend can be greatly increased. Thereby, the contact thermal resistance and contact resistance of the carbon nanotube sheet with respect to the adherend can be greatly reduced. Further, by providing a coating on at least one end of the carbon nanotube, the contact thermal resistance and contact resistance of the carbon nanotube sheet with respect to the adherend can be further reduced.

［第３実施形態］
第３実施形態による電子機器及びその製造方法について図１１乃至図１３を用いて説明する。なお、図１乃至図１０に示す第１及び第２実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。 [Third Embodiment]
An electronic device and a manufacturing method thereof according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. Components similar to those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first and second embodiments shown in FIG. 1 to FIG.

図１１は、本実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。図１２は、本実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図である。図１３は、カーボンナノチューブシートの膜厚と熱抵抗との関係を示すグラフである。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the electronic apparatus according to the present embodiment. FIG. 12 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the electronic apparatus according to the present embodiment. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the film thickness of the carbon nanotube sheet and the thermal resistance.

本実施形態では、第１及び第２実施形態によるカーボンナノチューブシートを熱伝導シートとして適用した電子機器及びその製造方法について説明する。   In the present embodiment, an electronic device to which the carbon nanotube sheet according to the first and second embodiments is applied as a heat conductive sheet and a manufacturing method thereof will be described.

はじめに、本実施形態による電子機器の構造について図１１を用いて説明する。   First, the structure of the electronic apparatus according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.

多層配線基板などの回路基板５０上には、例えばＣＰＵなどの半導体素子５４が実装されている。半導体素子５４は、はんだバンプなどの突起状電極５２を介して回路基板５０に電気的に接続されている。   A semiconductor element 54 such as a CPU is mounted on a circuit board 50 such as a multilayer wiring board. The semiconductor element 54 is electrically connected to the circuit board 50 through protruding electrodes 52 such as solder bumps.

半導体素子５４上には、半導体素子５４を覆うように、半導体素子５４からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ５８が形成されている。半導体素子５４とヒートスプレッダ５８との間には、第１又は第２実施形態のカーボンナノチューブシート５６が形成されている。ヒートスプレッダ５８は、例えば有機シーラント６０によって回路基板５０に接着されている。   A heat spreader 58 for diffusing heat from the semiconductor element 54 is formed on the semiconductor element 54 so as to cover the semiconductor element 54. The carbon nanotube sheet 56 of the first or second embodiment is formed between the semiconductor element 54 and the heat spreader 58. The heat spreader 58 is bonded to the circuit board 50 with an organic sealant 60, for example.

このように、本実施形態による電子機器では、半導体素子５４とヒートスプレッダ５８との間、すなわち発熱部と放熱部との間に、第１又は第２実施形態によるカーボンナノチューブシート５６が設けられている。   As described above, in the electronic apparatus according to the present embodiment, the carbon nanotube sheet 56 according to the first or second embodiment is provided between the semiconductor element 54 and the heat spreader 58, that is, between the heat generating portion and the heat radiating portion. .

上述のように、第１及び第２実施形態によるカーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブ１２がシートの膜厚方向に配向しており、面直方向の熱伝導度が極めて高いものである。また、充填層１４の少なくとも一方の面側に折れ曲がったカーボンナノチューブ１２が露出しており、被着体に対するカーボンナノチューブ１２の接触面積が非常に大きくなっている。また、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートでは、カーボンナノチューブ１２の一端部或いは両端部に被膜１６，１８が形成されており、接触熱抵抗を大幅に低減することができる。   As described above, in the carbon nanotube sheet according to the first and second embodiments, the carbon nanotubes 12 are oriented in the film thickness direction of the sheet, and the thermal conductivity in the perpendicular direction is extremely high. Further, the bent carbon nanotubes 12 are exposed on at least one surface side of the filling layer 14, and the contact area of the carbon nanotubes 12 with the adherend is very large. In the carbon nanotube sheet according to the second embodiment, the coatings 16 and 18 are formed on one end portion or both end portions of the carbon nanotube 12, and the contact thermal resistance can be greatly reduced.

したがって、開示のカーボンナノチューブシートを、半導体素子５４とヒートスプレッダ５８との間に形成する熱伝導シートとして用いることにより、半導体素子５４から発せられた熱を効率よくヒートスプレッダ５８に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。   Therefore, by using the disclosed carbon nanotube sheet as a heat conductive sheet formed between the semiconductor element 54 and the heat spreader 58, the heat generated from the semiconductor element 54 can be efficiently transmitted to the heat spreader 58, and the heat dissipation efficiency Can be increased. Thereby, the reliability of an electronic device can be improved.

また、カーボンナノチューブシート５６は、カーボンナノチューブ１２を支持する充填層１４の少なくとも表面層が、熱可塑性樹脂材料により形成されている。これにより、半導体素子５４及びヒートスプレッダ５８に対するカーボンナノチューブシート５６の接着性を高めるとともに、カーボンナノチューブシート５６による熱伝導性をも高めることができる。   In the carbon nanotube sheet 56, at least the surface layer of the filling layer 14 that supports the carbon nanotubes 12 is formed of a thermoplastic resin material. As a result, the adhesion of the carbon nanotube sheet 56 to the semiconductor element 54 and the heat spreader 58 can be enhanced, and the thermal conductivity of the carbon nanotube sheet 56 can also be enhanced.

次に、本実施形態による電子機器の製造方法について図１２を用いて説明する。   Next, the method for manufacturing the electronic apparatus according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.

まず、回路基板５０上に、突起状電極５２を介して半導体素子５４を実装する。なお、本実施形態の図面では、本実施形態による電子機器の効果を判りやすくするために、半導体素子５４とヒートスプレッダ５８との対向する面の凹凸を強調して描いている。   First, the semiconductor element 54 is mounted on the circuit board 50 via the protruding electrodes 52. In the drawing of this embodiment, the concavities and convexities of the opposing surfaces of the semiconductor element 54 and the heat spreader 58 are emphasized in order to facilitate understanding of the effects of the electronic device according to the present embodiment.

次いで、回路基板５０上に実装した半導体素子５４上に、第１又は第２実施形態に記載のカーボンナノチューブシート５６を載置する（図１２（ａ））。なお、本実施形態の図面には、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートを用いた場合を示している。   Next, the carbon nanotube sheet 56 described in the first or second embodiment is placed on the semiconductor element 54 mounted on the circuit board 50 (FIG. 12A). The drawing of this embodiment shows a case where the carbon nanotube sheet according to the first embodiment is used.

次いで、回路基板５０上に、ヒートスプレッダ５８を固定するための有機シーラント６０を塗布した後、カーボンナノチューブシート５６を載置した半導体素子５４上にヒートスプレッダ５８を被せる（図１２（ｂ））。   Next, after applying an organic sealant 60 for fixing the heat spreader 58 on the circuit board 50, the heat spreader 58 is placed on the semiconductor element 54 on which the carbon nanotube sheet 56 is placed (FIG. 12B).

次いで、ヒートスプレッダ５８に荷重をかけた状態で熱処理を行い、カーボンナノチューブシート５６をリフローする。充填層１４として例えばヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を用いたカーボンナノチューブシート５６では、例えば荷重０．２５ＭＰａを加えた状態で、例えば１９５℃、１０分間の熱処理を行う。   Next, heat treatment is performed with a load applied to the heat spreader 58, and the carbon nanotube sheet 56 is reflowed. In the carbon nanotube sheet 56 using, for example, “Micromelt 6239” manufactured by Henkel Japan Co., Ltd. as the packed layer 14, for example, heat treatment is performed at 195 ° C. for 10 minutes, for example, with a load of 0.25 MPa.

この熱処理により、カーボンナノチューブシート５６の充填層１４を形成する熱可塑性樹脂が液状融解し、半導体素子５４及びヒートスプレッダ５８の表面凹凸に沿ってカーボンナノチューブシート５６が変形する。また、カーボンナノチューブシート５４内のカーボンナノチューブ１２は、充填層１４による拘束がゆるみ、その端部は半導体素子５４及びヒートスプレッダ５８に直に接するようになる。この際、カーボンナノチューブ１２はしなやかで柔軟性に富んだ材料であるため、半導体素子５４及びヒートスプレッダ５８が有する凹凸形状に追従して撓むことができる。これにより、半導体素子５４及びヒートスプレッダ５８に直に接するカーボンナノチューブ１２が増加し、カーボンナノチューブシート５６と半導体素子５４及びヒートスプレッダ５８との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができる。   By this heat treatment, the thermoplastic resin forming the filling layer 14 of the carbon nanotube sheet 56 is melted in liquid form, and the carbon nanotube sheet 56 is deformed along the surface irregularities of the semiconductor element 54 and the heat spreader 58. Further, the carbon nanotubes 12 in the carbon nanotube sheet 54 are loosely restrained by the filling layer 14, and their end portions come into direct contact with the semiconductor element 54 and the heat spreader 58. At this time, since the carbon nanotube 12 is a flexible and flexible material, it can bend following the uneven shape of the semiconductor element 54 and the heat spreader 58. As a result, the carbon nanotubes 12 that are in direct contact with the semiconductor element 54 and the heat spreader 58 are increased, and the contact thermal resistance between the carbon nanotube sheet 56 and the semiconductor element 54 and the heat spreader 58 can be greatly reduced.

このときの荷重は、カーボンナノチューブシート５６が、半導体素子５４及びヒートスプレッダ５８の表面に存在する凹凸に沿って変形して十分な接触状態を形成する荷重範囲であればよい。また、熱処理の温度及び時間は、半導体素子５４とヒートスプレッダ５８との界面に介在する熱可塑性樹脂が融解して移動し、カーボンナノチューブ１２の端部が半導体素子５４及びヒートスプレッダ５８に対して直に接する表面状態になる範囲を選択すればよい。   The load at this time may be a load range in which the carbon nanotube sheet 56 is deformed along the irregularities present on the surfaces of the semiconductor element 54 and the heat spreader 58 to form a sufficient contact state. The temperature and time of the heat treatment are such that the thermoplastic resin present at the interface between the semiconductor element 54 and the heat spreader 58 is melted and moved, and the ends of the carbon nanotubes 12 are in direct contact with the semiconductor element 54 and the heat spreader 58. What is necessary is just to select the range which becomes a surface state.

次いで、室温まで冷却し、充填層１４の熱可塑性樹脂を固化するとともに、ヒートスプレッダ５８を有機シーラント６０によって回路基板５０上に固定する（図１２（ｃ））。この際、充填層１４の熱可塑性樹脂は接着性を発現し、半導体素子５４とヒートスプレッダ５８との間をカーボンナノチューブシート５６によって接着固定することができる。これにより、室温に冷却した後も、カーボンナノチューブシート５６と半導体素子５４及びヒートスプレッダ５８との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。   Next, it is cooled to room temperature, and the thermoplastic resin of the filling layer 14 is solidified, and the heat spreader 58 is fixed on the circuit board 50 with the organic sealant 60 (FIG. 12C). At this time, the thermoplastic resin of the filling layer 14 exhibits adhesiveness, and the semiconductor element 54 and the heat spreader 58 can be bonded and fixed by the carbon nanotube sheet 56. Thereby, even after cooling to room temperature, a low contact thermal resistance between the carbon nanotube sheet 56, the semiconductor element 54, and the heat spreader 58 can be maintained.

なお、上記の例では、カーボンナノチューブシート５６とヒートスプレッダ５８とを別々の電子部品としたが、予めヒートスプレッダ５８の内面にカーボンナノチューブシート５６を形成しておき、１つの電子部品としてもよい。この場合、カーボンナノチューブシート５６の充填層１４の形成面を、ヒートスプレッダ５８の内面に接着することができる。   In the above example, the carbon nanotube sheet 56 and the heat spreader 58 are separate electronic components. However, the carbon nanotube sheet 56 may be formed in advance on the inner surface of the heat spreader 58 to form one electronic component. In this case, the formation surface of the filling layer 14 of the carbon nanotube sheet 56 can be bonded to the inner surface of the heat spreader 58.

図１３は、カーボンナノチューブシートの膜厚と熱抵抗との関係を示すグラフである。熱抵抗は、カーボンナノチューブシートを介して接合された発熱体と放熱体との間の熱抵抗であり、例えば図１１の例では、半導体素子５４とヒートスプレッダ５８との間の熱抵抗に相当する。図中、●印のプロットは、図１に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートを用いた場合である。□印のプロットは、カーボンナノチューブ１２の端部を折り曲げていないカーボンナノチューブシート（図３（ｃ）に示される構造に相当）を用いた場合である。   FIG. 13 is a graph showing the relationship between the film thickness of the carbon nanotube sheet and the thermal resistance. The thermal resistance is the thermal resistance between the heat generating body and the heat radiating body joined via the carbon nanotube sheet, and corresponds to the thermal resistance between the semiconductor element 54 and the heat spreader 58 in the example of FIG. In the figure, the plots marked with ● are when the carbon nanotube sheet according to the first embodiment shown in FIG. 1 is used. The plots indicated by □ are the cases where a carbon nanotube sheet (corresponding to the structure shown in FIG. 3C) in which the ends of the carbon nanotubes 12 are not bent is used.

図１３に示すように、何れのカーボンナノチューブシートを用いた場合にも、シートの膜厚増加とともに熱抵抗が増加する傾向にある。これは、シートの膜厚の増加とともに熱の伝達経路が長くなるからである。   As shown in FIG. 13, when any carbon nanotube sheet is used, the thermal resistance tends to increase as the thickness of the sheet increases. This is because the heat transfer path becomes longer as the thickness of the sheet increases.

一方、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートを用いた場合（●印）には、カーボンナノチューブ１２の端部を折り曲げていないカーボンナノチューブシートを用いた場合（□印）と比較して、熱抵抗がおよそ２０％低い値となっている。これは、カーボンナノチューブ１２の端部を折り曲げることにより、被着体に対するカーボンナノチューブ１２の接触面積が増加し、接触熱抵抗が低減したことによるものである。   On the other hand, when the carbon nanotube sheet according to the first embodiment is used (● mark), the thermal resistance is lower than when the carbon nanotube sheet is not bent (□ mark). The value is about 20% lower. This is because the contact area of the carbon nanotube 12 with respect to the adherend is increased and the contact thermal resistance is reduced by bending the end of the carbon nanotube 12.

以上の結果にから、第１及び第２実施形態によるカーボンナノチューブシートを用いることにより発熱体と放熱体との間の熱抵抗を大幅に低減できることを検証できた。   From the above results, it was verified that the thermal resistance between the heat generator and the heat radiator can be significantly reduced by using the carbon nanotube sheets according to the first and second embodiments.

このように、本実施形態によれば、半導体素子とヒートスプレッダとの間に、第１又は第２実施形態によるカーボンナノチューブシートを配置するので、これらの間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、半導体素子から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。   Thus, according to this embodiment, since the carbon nanotube sheet according to the first or second embodiment is disposed between the semiconductor element and the heat spreader, the thermal conductivity between them can be greatly improved. it can. Thereby, the thermal radiation efficiency of the heat | fever emitted from a semiconductor element can be improved, and the reliability of an electronic device can be improved.

［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。 [Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

例えば、上記実施形態では、炭素元素の線状構造体を用いた放熱材料の例としてカーボンナノチューブシートを示したが、炭素元素の線状構造体を用いた放熱材料は、これに限定されるものではない。炭素元素の線状構造体としては、カーボンナノチューブのほか、カーボンナノワイヤ、カーボンロッド、カーボンファイバが挙げられる。これら線状構造体は、サイズが異なるほかは、カーボンナノチューブと同様である。これら線状構造体を用いた放熱材料においても適用することができる。   For example, in the above-described embodiment, the carbon nanotube sheet is shown as an example of the heat dissipation material using the carbon element linear structure, but the heat dissipation material using the carbon element linear structure is limited to this. is not. Examples of the carbon element linear structure include carbon nanowires, carbon rods, and carbon fibers in addition to carbon nanotubes. These linear structures are the same as the carbon nanotubes except that their sizes are different. The present invention can also be applied to a heat dissipation material using these linear structures.

また、上記実施形態に記載の構成材料や製造条件は、当該記載に限定されるものではなく、目的等に応じて適宜変更が可能である。   In addition, the constituent materials and manufacturing conditions described in the above embodiment are not limited to the descriptions, and can be appropriately changed according to the purpose and the like.

また、カーボンナノチューブシートの使用目的も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではない。開示のカーボンナノチューブシートは、熱伝導シートとしては、例えば、ＣＰＵの放熱シート、無線通信基地局用高出力増幅器、無線通信端末用高出力増幅器、電気自動車用高出力スイッチ、サーバー、パーソナルコンピュータなどへの適用が考えられる。また、カーボンナノチューブの高い許容電流密度特性を利用して、縦型配線シートやこれを用いた種々のアプリケーションにも適用可能である。   Further, the purpose of using the carbon nanotube sheet is not limited to that described in the above embodiment. The disclosed carbon nanotube sheet is, for example, a CPU heat dissipation sheet, a radio communication base station high output amplifier, a radio communication terminal high output amplifier, an electric vehicle high output switch, a server, a personal computer, etc. Can be applied. Moreover, it is applicable to a vertical wiring sheet and various applications using the high allowable current density characteristic of carbon nanotubes.

１０…カーボンナノチューブシート
１２…カーボンナノチューブ
１４…充填層
１６，１８…被膜
３０…基板
３２…触媒金属膜
３４…熱可塑性樹脂フィルム
５０…回路基板
５２…突起状電極
５４…半導体素子
５６…カーボンナノチューブシート
５８…ヒートスプレッダ
６０…有機シーラント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Carbon nanotube sheet 12 ... Carbon nanotube 14 ... Filling layer 16,18 ... Coating 30 ... Substrate 32 ... Catalyst metal film 34 ... Thermoplastic resin film 50 ... Circuit board 52 ... Projection electrode 54 ... Semiconductor element 56 ... Carbon nanotube sheet 58 ... Heat spreader 60 ... Organic sealant

Claims (7)

複数の炭素元素の線状構造体と、
複数の前記線状構造体間に配置された熱可塑性樹脂の充填層とを有し、
複数の前記線状構造体は、少なくとも一方の端部が前記充填層から露出しており、前記充填層から露出した部分の前記線状構造体は、前記充填層の表面と平行な方向に折れ曲がっている
ことを特徴とするシート状構造体。 A linear structure of a plurality of carbon elements;
A thermoplastic resin filling layer disposed between the plurality of linear structures,
At least one end of each of the plurality of linear structures is exposed from the filling layer, and the portion of the linear structure exposed from the filling layer is bent in a direction parallel to the surface of the filling layer. A sheet-like structure characterized by comprising: 請求項１記載のシート状構造体において、
複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記熱可塑性樹脂よりも熱伝導率の高い材料の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。 In the sheet-like structure according to claim 1,
A sheet-like structure formed on at least one end portion of the plurality of linear structures, and further having a film made of a material having a higher thermal conductivity than the thermoplastic resin. 請求項１又は２記載のシート状構造体において、
前記熱可塑性樹脂は、温度に応じて液体と固体との間で状態変化する
ことを特徴とするシート状構造体。 In the sheet-like structure according to claim 1 or 2,
The thermoplastic resin changes state between a liquid and a solid according to temperature. 請求項３記載のシート状構造体において、
前記熱可塑性樹脂は、液体から固体に状態変化する際に接着性を発現する
ことを特徴とするシート状構造体。 In the sheet-like structure according to claim 3,
The thermoplastic resin exhibits adhesiveness when the state changes from a liquid to a solid. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシート状構造体において、
前記充填層が配置された部分の複数の前記線状構造体は、前記充填層の膜厚方向に配向している
ことを特徴とするシート状構造体。 In the sheet-like structure according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of the linear structures in a portion where the filler layer is disposed are oriented in the film thickness direction of the filler layer. 発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と放熱体との間に配置され、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に配置された熱可塑性樹脂の充填層とを含み、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部が前記充填層から露出しており、前記充填層から露出した部分の前記線状構造体が前記充填層の表面と平行な方向に折れ曲がっているシート状構造体と
を有することを特徴とする電子機器。 A heating element;
A radiator,
A plurality of carbon element linear structures disposed between the heating element and the heat dissipating body, and a thermoplastic resin filling layer disposed between the plurality of linear structures; A sheet-like structure in which at least one end of the structure is exposed from the filling layer, and the linear structure in the portion exposed from the filling layer is bent in a direction parallel to the surface of the filling layer And an electronic device. 発熱体と放熱体との間に、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体間に配置された熱可塑性樹脂の充填層とを含み、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部が前記充填層から露出しており、前記充填層から露出した部分の前記線状構造体が前記充填層の表面と平行な方向に折れ曲がっているシート状構造体を配置する工程と、
前記放熱材料を加熱して前記熱可塑性樹脂を融解する工程と、
前記放熱材料を冷却して前記熱可塑性樹脂を固化する工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
A plurality of linear structures including a plurality of carbon element linear structures and a thermoplastic resin filling layer disposed between the plurality of linear structures between the heating element and the heat radiator. A sheet-like structure is disposed in which at least one end of the linear structure is exposed from the filling layer, and the portion of the linear structure exposed from the filling layer is bent in a direction parallel to the surface of the filling layer. Process,
Heating the heat dissipating material to melt the thermoplastic resin;
And a step of solidifying the thermoplastic resin by cooling the heat dissipation material.
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