JP5760668B2 - Sheet-like structure, manufacturing method thereof, electronic device, and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、シート状構造体及びその製造方法並びに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, a manufacturing method thereof, an electronic device, and a manufacturing method thereof.

サーバーやパーソナルコンピュータの中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）などに用いられる電子部品には、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration）チップなどの半導体チップから発する熱を効率よく放熱することが求められる。なお、半導体チップを、半導体素子あるいは発熱体ともいう。
このため、半導体チップの直上に設けられたインジウムシートなどの熱伝導性シートや熱伝導性ポリマーを介して、銅などの高い熱伝導度を有する材料からなるヒートスプレッダが配置された構造を有している。つまり、半導体チップとヒートスプレッダとを、熱伝導性シートや熱伝導性ポリマーを介して熱的に接触させている。なお、ヒートスプレッダを放熱体ともいう。 Electronic components used in a central processing unit (CPU) of a server or a personal computer are required to efficiently dissipate heat generated from a semiconductor chip such as an LSI (Large Scale Integration) chip. The semiconductor chip is also referred to as a semiconductor element or a heating element.
For this reason, it has a structure in which a heat spreader made of a material having high thermal conductivity such as copper is arranged through a heat conductive sheet such as an indium sheet or a heat conductive polymer provided immediately above the semiconductor chip. Yes. That is, the semiconductor chip and the heat spreader are brought into thermal contact with each other via the heat conductive sheet or the heat conductive polymer. The heat spreader is also called a heat radiator.

しかしながら、近年におけるレアメタルの大幅な需要増加によってインジウム価格は高騰しており、インジウムよりも安価な代替材料が待望されている。また、物性的に見てもインジウムの熱伝導度（約８０Ｗ／ｍ・Ｋ）は高いとはいえず、全体の放熱性能を低下させる要因になっている。なお、その他の熱伝導性シートや熱伝導性ポリマーについても同様である。   However, in recent years, the price of indium has risen due to a significant increase in demand for rare metals, and there is a need for an alternative material that is cheaper than indium. Further, in terms of physical properties, the thermal conductivity of indium (about 80 W / m · K) cannot be said to be high, which is a factor that deteriorates the overall heat dissipation performance. The same applies to other heat conductive sheets and heat conductive polymers.

このため、半導体チップから生じた熱をより効率的に放熱させるために更に高い熱伝導度（熱伝導性；熱伝導率）を有する材料が望まれていた。つまり、放熱性能を向上させるために、半導体チップとヒートスプレッダとの間に設けられるサーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）の熱伝導度を高める、言い換えると、熱抵抗を低減することが望まれていた。   For this reason, in order to dissipate the heat generated from the semiconductor chip more efficiently, a material having higher thermal conductivity (thermal conductivity; thermal conductivity) has been desired. In other words, in order to improve the heat dissipation performance, it is desired to increase the thermal conductivity of the thermal interface material (TIM) provided between the semiconductor chip and the heat spreader, in other words, to reduce the thermal resistance. It was.

このような背景から、インジウムなどの熱伝導性シートや熱伝導性ポリマーよりも高い熱伝導度を有する材料として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon nano tube）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。例えば、カーボンナノチューブは、非常に高い熱伝導度（約１５００〜約３０００Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するだけでなく、柔軟性や耐熱性に優れた材料であり、放熱材料として高いポテンシャルを有している。   From such a background, as a material having a higher thermal conductivity than a thermal conductive sheet such as indium or a thermal conductive polymer, a linear structure made of a carbon element typified by carbon nanotube (CNT). Is attracting attention. For example, carbon nanotubes not only have a very high thermal conductivity (about 1500 to about 3000 W / m · K), but also have excellent flexibility and heat resistance, and have a high potential as a heat dissipation material. Yes.

カーボンナノチューブを用いた熱伝導性シートとしては、例えば樹脂中にカーボンナノチューブを分散したもの、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ものなどがある。   Examples of the thermally conductive sheet using carbon nanotubes include those in which carbon nanotubes are dispersed in a resin, and those in which a bundle of carbon nanotubes that are oriented and grown on a substrate is embedded with a resin or the like.

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

ところで、上述の線状構造体をサーマルインターフェイスマテリアルとして用いる場合、複数の線状構造体の間に樹脂を充填して形成された樹脂層（充填層）によって各線状構造体が支持されたシート状構造体とし、ハンドリング可能なものとしている。
このようなシート状構造体を半導体チップとヒートスプレッダとの間に設ける場合、半導体チップとヒートスプレッダとはシート状構造体に備えられる樹脂層によって接着されることになる。 By the way, when using the above-mentioned linear structure as a thermal interface material, a sheet shape in which each linear structure is supported by a resin layer (filling layer) formed by filling a resin between a plurality of linear structures. It is a structure that can be handled.
When such a sheet-like structure is provided between the semiconductor chip and the heat spreader, the semiconductor chip and the heat spreader are bonded by a resin layer provided in the sheet-like structure.

しかしながら、線状構造体の機械的強度が十分でないため、例えば樹脂層をリフローさせ、荷重をかけて接着する際などに、線状構造体が押し潰されてしまう場合がある。また、線状構造体と半導体チップとの間、及び、線状構造体とヒートスプレッダとの間に樹脂が残存してしまう場合がある。これらの場合、線状構造体と半導体チップとの間、及び、線状構造体とヒートスプレッダとの間に樹脂が存在することになるため、熱抵抗を低減するのは難しい。   However, since the mechanical strength of the linear structure is not sufficient, the linear structure may be crushed when the resin layer is reflowed and bonded under a load, for example. In addition, the resin may remain between the linear structure and the semiconductor chip and between the linear structure and the heat spreader. In these cases, since the resin exists between the linear structure and the semiconductor chip and between the linear structure and the heat spreader, it is difficult to reduce the thermal resistance.

つまり、上述のようなシート状構造体を用いる場合、全体の熱抵抗は、線状構造体自身の熱抵抗と、線状構造体と半導体チップとの間の接触熱抵抗と、線状構造体とヒートスプレッダとの間の接触熱抵抗との和になる。なお、接触熱抵抗を界面熱抵抗ともいう。
この場合、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は熱伝導度が非常に高いため、全体の熱抵抗に占める線状構造体自身の熱抵抗の割合は大きくない。このため、全体の熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させるためには、線状構造体と半導体チップとの間の接触熱抵抗、及び、線状構造体とヒートスプレッダとの間の接触熱抵抗を低減することが非常に重要となる。 That is, when the sheet-like structure as described above is used, the overall thermal resistance includes the thermal resistance of the linear structure itself, the contact thermal resistance between the linear structure and the semiconductor chip, and the linear structure. And the thermal contact resistance between the heat spreader and the heat spreader. The contact thermal resistance is also referred to as interfacial thermal resistance.
In this case, since the linear structure made of carbon elements typified by carbon nanotubes has a very high thermal conductivity, the ratio of the thermal resistance of the linear structure itself to the overall thermal resistance is not large. Therefore, in order to reduce the overall thermal resistance and improve the heat dissipation performance, the contact thermal resistance between the linear structure and the semiconductor chip and the contact thermal resistance between the linear structure and the heat spreader It is very important to reduce this.

しかしながら、上述のようなシート状構造体を用いる場合、線状構造体と半導体チップとの間、及び、線状構造体とヒートスプレッダとの間に樹脂が存在することになるため、接触熱抵抗を低減するのは難しい。つまり、半導体チップからヒートスプレッダへの熱伝導パスに樹脂が存在することになるため、全体の熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させるのは難しい。   However, when the sheet-like structure as described above is used, resin exists between the linear structure and the semiconductor chip and between the linear structure and the heat spreader. It is difficult to reduce. That is, since resin exists in the heat conduction path from the semiconductor chip to the heat spreader, it is difficult to reduce the overall thermal resistance and improve the heat dissipation performance.

そこで、充填層としての樹脂層を設けることなく、線状構造体の機械的強度を向上させて、ハンドリング可能なシート状構造体及びその製造方法を実現したい。
また、線状構造体と発熱体との間の接触熱抵抗、及び、線状構造体と放熱体との間の接触熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させた電子機器及びその製造方法を実現したい。 Therefore, it is desired to improve the mechanical strength of the linear structure without providing a resin layer as a filling layer, and to realize a sheet-like structure that can be handled and a manufacturing method thereof.
In addition, there is provided an electronic device and a method for manufacturing the same, in which the contact thermal resistance between the linear structure and the heating element, and the contact thermal resistance between the linear structure and the radiator are reduced, and the heat dissipation performance is improved. I want to realize it.

本シート状構造体は、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、複数の線状構造体のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆う被覆層とを備え、複数の線状構造体は、被覆層を介して互いに部分的に結合されており、被覆層は、１００ｎｍ以下の厚さを有することを要件とする。
本電子機器は、発熱体と、放熱体と、発熱体と放熱体との間に設けられ、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、複数の線状構造体のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆う被覆層とを備え、複数の線状構造体が被覆層を介して互いに部分的に結合されているシート状構造体と、０．１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が高い材料からなり、発熱体とシート状構造体の複数の線状構造体のそれぞれの端面とを接合する第１接合層と、０．１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が高い材料からなり、放熱体とシート状構造体の複数の線状構造体のそれぞれの端面とを接合する第２接合層とを備え、被覆層は、１００ｎｍ以下の厚さを有することを要件とする。 The sheet-like structure includes a plurality of linear structures formed of carbon elements, and a covering layer covering side surfaces along the longitudinal direction of the plurality of linear structures, and the plurality of linear structures are , Partially bonded to each other via a coating layer, the coating layer being required to have a thickness of 100 nm or less .
The electronic device includes a heating element, a radiator, a plurality of linear structures formed of carbon elements, and a longitudinal direction of each of the plurality of linear structures, provided between the heating element and the radiator. And a sheet-like structure in which a plurality of linear structures are partially bonded to each other via the coating layer, and a thermal conductivity higher than 0.1 W / m · K. It consists of a high material, and consists of a 1st joining layer which joins each end surface of several linear structures of a heat generating body and a sheet-like structure, and consists of a material whose heat conductivity is higher than 0.1 W / m * K. And a second bonding layer that bonds the heat radiating body and the end faces of the plurality of linear structures of the sheet-like structure , and the covering layer has a thickness of 100 nm or less .

本シート状構造体の製造方法は、基板上に、炭素元素からなる複数の線状構造体を形成する工程と、複数の線状構造体のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆い、１００ｎｍ以下の厚さを有する被覆層を形成する工程と、被覆層を介して互いに部分的に結合されている複数の線状構造体を、基板から剥離する工程とを含むことを要件とする。
本電子機器の製造方法は、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、複数の線状構造体のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆い、１００ｎｍ以下の厚さを有する被覆層とを備え、複数の線状構造体が被覆層を介して互いに部分的に結合されているシート状構造体の複数の線状構造体のそれぞれの端面を、０．１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が高い材料からなる第１接合層を介して発熱体に接合する工程と、シート状構造体の複数の線状構造体のそれぞれの端面を、０．１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が高い材料からなる第２接合層を介して放熱体に接合する工程とを含むことを要件とする。 Production method of the present sheet-like structure has, on a substrate, not covered forming a plurality of linear structures made of carbon element, a side surface along the respective longitudinal direction of the plurality of linear structures, 100 nm or less And a step of peeling a plurality of linear structures partially bonded to each other through the coating layer from the substrate.
Manufacturing method of the electronic device includes a plurality of linear structures formed by carbon element, not covering the sides along the respective longitudinal direction of the plurality of linear structures, and a coating layer having a thickness of less than 100nm And each end face of the plurality of linear structures of the sheet-like structure in which the plurality of linear structures are partially bonded to each other via the coating layer is heated more than 0.1 W / m · K. The step of bonding to the heating element through the first bonding layer made of a material having high conductivity and the end faces of the plurality of linear structures of the sheet-like structure are more thermally conductive than 0.1 W / m · K. And a step of bonding to the heat radiating body through a second bonding layer made of a material having a high rate.

したがって、本シート状構造体及びその製造方法によれば、充填層としての樹脂層を設けることなく、線状構造体の機械的強度を向上させて、ハンドリング可能なシート状構造体及びその製造方法を実現することができるという利点がある。
また、本電子機器及びその製造方法によれば、線状構造体と発熱体との間の接触熱抵抗、及び、線状構造体と放熱体との間の接触熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させた電子機器及びその製造方法を実現することができるという利点がある。 Therefore, according to the sheet-like structure and the manufacturing method thereof, the sheet-like structure that can be handled by improving the mechanical strength of the linear structure without providing a resin layer as a filling layer and the manufacturing method thereof There is an advantage that can be realized.
In addition, according to the present electronic device and its manufacturing method, the contact thermal resistance between the linear structure and the heating element and the contact thermal resistance between the linear structure and the radiator are reduced, and the heat dissipation performance is reduced. There is an advantage that it is possible to realize an electronic device and a method for manufacturing the same with improved performance.

第１実施形態のシート状構造体の構成を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows the structure of the sheet-like structure of 1st Embodiment. （Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態のシート状構造体の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the sheet-like structure of 1st Embodiment. 第１実施形態のシート状構造体の変形例の構成を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows the structure of the modification of the sheet-like structure of 1st Embodiment. 第２実施形態の電子機器の構成及び電子機器の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the structure of the electronic device of 2nd Embodiment, and the manufacturing method of an electronic device. 第２実施形態の電子機器の構成及び電子機器の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the structure of the electronic device of 2nd Embodiment, and the manufacturing method of an electronic device.

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかるシート状構造体及びその製造方法並びに電子機器及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかるシート状構造体及びその製造方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。 Hereinafter, a sheet-like structure according to an embodiment of the present invention, a manufacturing method thereof, an electronic device, and a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the sheet-like structure according to the first embodiment and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかるシート状構造体は、図１に示すように、炭素元素によって形成された複数の線状構造体として例えば複数のカーボンナノチューブ１を備えるカーボンナノチューブシート２である。なお、カーボンナノチューブシート２を、シート状のカーボンナノチューブ、カーボンナノチューブ構造体、あるいは、シート状カーボンナノチューブ構造体ともいう。   As shown in FIG. 1, the sheet-like structure according to the present embodiment is a carbon nanotube sheet 2 including, for example, a plurality of carbon nanotubes 1 as a plurality of linear structures formed of carbon elements. The carbon nanotube sheet 2 is also referred to as a sheet-like carbon nanotube, a carbon nanotube structure, or a sheet-like carbon nanotube structure.

ここでは、カーボンナノチューブシート２は、間隔を開けて配置された複数のカーボンナノチューブ１を有している。なお、カーボンナノチューブ１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良い。
ここで、カーボンナノチューブ１は、垂直配向している。つまり、複数のカーボンナノチューブ１は、シート２の膜厚方向、即ち、シート２の面と交差する方向に配向している。 Here, the carbon nanotube sheet 2 has a plurality of carbon nanotubes 1 arranged at intervals. The carbon nanotube 1 may be either a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube.
Here, the carbon nanotubes 1 are vertically aligned. That is, the plurality of carbon nanotubes 1 are oriented in the film thickness direction of the sheet 2, that is, in the direction intersecting with the surface of the sheet 2.

カーボンナノチューブ１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、約１×１０１０本／ｃｍ２以上であることが望ましい。複数のカーボンナノチューブ１は、束状に密集した状態で形成されており、束状構造体を形成している。
カーボンナノチューブ１の直径（平均値）は、特に限定されるものではないが、例えば約２５ｎｍである。 The surface density of the carbon nanotubes 1 is not particularly limited, but is preferably about 1 × 10 10 pieces / cm 2 or more from the viewpoint of heat dissipation and electrical conductivity. The plurality of carbon nanotubes 1 are formed in a densely packed state, forming a bundle structure.
The diameter (average value) of the carbon nanotube 1 is not particularly limited, but is about 25 nm, for example.

カーボンナノチューブ１の長さ、即ち、シート２の厚さは、カーボンナノチューブシート２の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは約５μｍ〜約５００μｍ程度の値に設定することができる。例えば、カーボンナノチューブシート２を、発熱体（例えば半導体チップ）と放熱体（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、少なくとも発熱体及び放熱体の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。なお、発熱体及び放熱体を被着体ともいう。   The length of the carbon nanotube 1, that is, the thickness of the sheet 2 is determined depending on the use of the carbon nanotube sheet 2, and is not particularly limited, but can be preferably set to a value of about 5 μm to about 500 μm. . For example, when the carbon nanotube sheet 2 is used as a thermal interface material formed between a heat generating body (for example, a semiconductor chip) and a heat radiating body (for example, a heat spreader), at least the length of filling the unevenness on the surface of the heat generating body and the heat radiating body. The above is desirable. In addition, a heat generating body and a heat radiator are also called adherends.

特に、本実施形態では、複数のカーボンナノチューブ１を支持する充填層としての樹脂層は形成されていない。一方、本実施形態では、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆う被覆層３が形成されており、この被覆層３を介して複数のカーボンナノチューブ１が互いに部分的に結合されている。ここでは、被覆層３は、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの長手方向に沿う側面の全体及び一方の端面（図１中、上側の端面）を覆っている。つまり、複数のカーボンナノチューブ１の他方の端面（図１中、下側の端面）は、被覆層３によって覆われておらず、露出した状態になっている。なお、被覆層３を、被膜又はコーティングともいう。   In particular, in this embodiment, a resin layer as a filling layer that supports the plurality of carbon nanotubes 1 is not formed. On the other hand, in the present embodiment, the coating layer 3 is formed to cover the side surfaces along the longitudinal direction of each of the plurality of carbon nanotubes 1, and the plurality of carbon nanotubes 1 are partially coupled to each other via the coating layer 3. ing. Here, the coating layer 3 covers the entire side surface along the longitudinal direction of each of the plurality of carbon nanotubes 1 and one end surface (the upper end surface in FIG. 1). That is, the other end surface (the lower end surface in FIG. 1) of the plurality of carbon nanotubes 1 is not covered with the coating layer 3 and is exposed. The covering layer 3 is also referred to as a film or a coating.

実際には、複数のカーボンナノチューブ１は、それぞれ、シート２の膜厚方向に対して傾いており、隣接するカーボンナノチューブ１が互いに接触するように形成される。例えば、複数のカーボンナノチューブ１の少なくとも一部が互いに絡まり合うようにして形成される。このため、実際のカーボンナノチューブ１の束状構造体は、隣接するカーボンナノチューブ同士が互いに支え合うような構造になっている。   Actually, each of the plurality of carbon nanotubes 1 is inclined with respect to the film thickness direction of the sheet 2 and is formed such that adjacent carbon nanotubes 1 are in contact with each other. For example, at least some of the plurality of carbon nanotubes 1 are formed so as to be entangled with each other. For this reason, the actual bundle structure of carbon nanotubes 1 has a structure in which adjacent carbon nanotubes support each other.

そして、複数のカーボンナノチューブ１の表面を覆う被覆層３を形成する際に、複数のカーボンナノチューブ１が互いに接触している部分を覆うように形成された被覆層３によって、複数のカーボンナノチューブ１が互いに結合される。例えば、複数のカーボンナノチューブ１が互いに絡まり合った構造を有する束状構造体において、絡まり合った複数のカーボンナノチューブ１に被覆層３を形成することで、被覆層３によって隣接するカーボンナノチューブ同士が互いに連結された構造となる。   When the coating layer 3 covering the surfaces of the plurality of carbon nanotubes 1 is formed, the plurality of carbon nanotubes 1 are formed by the coating layer 3 formed so as to cover portions where the plurality of carbon nanotubes 1 are in contact with each other. Combined with each other. For example, in a bundle structure having a structure in which a plurality of carbon nanotubes 1 are entangled with each other, the coating layer 3 is formed on the plurality of entangled carbon nanotubes 1 so that adjacent carbon nanotubes are mutually connected by the coating layer 3. It becomes a connected structure.

このようにして、隣接するカーボンナノチューブ１の表面に形成される被覆層３が互いに部分的に結合することで、被覆層３を介して複数のカーボンナノチューブ１が互い部分的に結合される。
このように、複数のカーボンナノチューブ１は、それぞれ、被覆層３によって覆われているため、カーボンナノチューブ１（又はカーボンナノチューブの束状構造体）の機械的強度が向上する。これにより、カーボンナノチューブシート２の機械的強度も向上する。また、被覆層３によって複数のカーボンナノチューブ１が互いに結合しているため、その状態で、即ち、充填層を設けずに、基板から剥離して取り出すことができ、ハンドリング可能なカーボンナノチューブシート２を実現することができる。 In this way, the coating layers 3 formed on the surfaces of the adjacent carbon nanotubes 1 are partially bonded to each other, whereby the plurality of carbon nanotubes 1 are partially bonded to each other via the coating layer 3.
In this way, since the plurality of carbon nanotubes 1 are each covered with the coating layer 3, the mechanical strength of the carbon nanotubes 1 (or the bundle structure of carbon nanotubes) is improved. Thereby, the mechanical strength of the carbon nanotube sheet 2 is also improved. Further, since the plurality of carbon nanotubes 1 are bonded to each other by the coating layer 3, the carbon nanotube sheet 2 that can be peeled and taken out from the substrate in that state, that is, without providing a filling layer, is handled. Can be realized.

このため、本実施形態のカーボンナノチューブシート２には、複数のカーボンナノチューブ１を支持する充填層としての樹脂層が設けられていない。したがって、後述の第２実施形態のように、例えば、カーボンナノチューブシート２を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に、発熱体から放熱体への熱伝導パスに樹脂が存在することがなく、全体の熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させることができる。   For this reason, the carbon nanotube sheet 2 of the present embodiment is not provided with a resin layer as a filling layer that supports the plurality of carbon nanotubes 1. Therefore, as in the second embodiment to be described later, for example, when the carbon nanotube sheet 2 is used as a thermal interface material, there is no resin in the heat conduction path from the heat generating body to the heat radiating body. Resistance can be reduced and heat dissipation performance can be improved.

なお、ここでは、被覆層３は、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの長手方向に沿う側面の全体を覆うように形成されているが、これに限られるものではない。つまり、カーボンナノチューブ１の機械的強度を向上させることができ、隣接するカーボンナノチューブを互いに結合させることができるのであれば、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの長手方向に沿う側面の一部を覆うように被膜層３を形成しても良い。   Here, the coating layer 3 is formed so as to cover the entire side surface along the longitudinal direction of each of the plurality of carbon nanotubes 1, but is not limited thereto. That is, if the mechanical strength of the carbon nanotube 1 can be improved and adjacent carbon nanotubes can be bonded to each other, a part of the side surface along the longitudinal direction of each of the plurality of carbon nanotubes 1 is covered. The coating layer 3 may be formed on the substrate.

また、被覆層３の材料（コーティング材）は、特に限定されるものではないが、カーボンナノチューブシート２を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には、樹脂の熱伝導率（約０．１Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率が高い材料を用いる。例えば、約１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が大きい材料を用いるのが好ましい。
このように、被覆層３の材料として、樹脂の熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料を用いるのは、次の理由による。 The material of the coating layer 3 (coating material) is not particularly limited, but when the carbon nanotube sheet 2 is used as a thermal interface material, the thermal conductivity of the resin (about 0.1 W / m · A material having a higher thermal conductivity than K) is used. For example, it is preferable to use a material having a thermal conductivity higher than about 1 W / m · K.
As described above, the material having a higher thermal conductivity than that of the resin is used as the material of the coating layer 3 for the following reason.

本実施形態では、カーボンナノチューブ１の一方の端面も被覆層３によって覆っているため、カーボンナノチューブ１の端面に形成された被覆層３が、発熱体又は放熱体とカーボンナノチューブ１との間に介在することになる。このため、被覆層３の熱伝導率が樹脂の熱伝導率よりも低いと、従来技術のように発熱体又は放熱体とカーボンナノチューブ１との間に樹脂が存在する場合よりも、全体の熱抵抗が大きくなってしまう。したがって、被覆層３の材料として、樹脂よりも熱伝導率が高い材料を用いている。   In the present embodiment, since one end face of the carbon nanotube 1 is also covered with the covering layer 3, the covering layer 3 formed on the end face of the carbon nanotube 1 is interposed between the heating element or the heat radiating body and the carbon nanotube 1. Will do. For this reason, when the thermal conductivity of the coating layer 3 is lower than the thermal conductivity of the resin, the total heat is higher than when the resin is present between the heating element or the radiator and the carbon nanotube 1 as in the prior art. Resistance increases. Therefore, a material having a higher thermal conductivity than the resin is used as the material of the coating layer 3.

また、被覆層３の材料としては、カーボンナノチューブ１の束状構造体の単位面積当たりの熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料を用いるのが望ましい。これは、被覆層３が発熱体又は放熱体とカーボンナノチューブ１との間に介在したとしても、カーボンナノチューブ１の高い熱伝導性を損なわないようにするためである。また、被覆層３によって発熱体と放熱体との間に追加の熱伝導パスが形成されることになるため、この追加の熱伝導パスにおいて高い熱伝導性を確保するためである。なお、カーボンナノチューブ１の束状構造体の単位面積当たりの熱伝導率は、カーボンナノチューブ１本当たりの熱伝導率を約１５００Ｗ／ｍ・Ｋ、カーボンナノチューブ１の直径を約２０ｎｍ、カーボンナノチューブ１の面密度を約１×１０１０本／ｃｍ２とすると、約４７．１Ｗ／ｍ・Ｋである。 Further, as the material of the coating layer 3, it is desirable to use a material having higher thermal conductivity than the thermal conductivity per unit area of the bundle structure of the carbon nanotubes 1. This is to prevent the high thermal conductivity of the carbon nanotube 1 from being impaired even if the coating layer 3 is interposed between the heating element or the heat radiating body and the carbon nanotube 1. Moreover, since an additional heat conduction path is formed between the heat generating body and the heat radiating body by the coating layer 3, it is for ensuring high heat conductivity in this additional heat conduction path. The heat conductivity per unit area of the bundle structure of the carbon nanotubes 1 is about 1500 W / m · K per carbon nanotube, the diameter of the carbon nanotube 1 is about 20 nm, and the carbon nanotube 1 has a diameter of about 20 nm. When the surface density is about 1 × 10 10 pieces / cm 2 , it is about 47.1 W / m · K.

具体的には、被覆層３の材料は、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の金属、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化金属などの金属を含む材料である。つまり、被覆層３は金属を含む層である。より具体的には、被覆層３は、アトミックレイヤーデポジション（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition；原子層蒸着）法によって形成された原子層、即ち、金属を含む原子層である。つまり、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの表面は、ＡＬＤ法によって形成された原子層で覆われている。この場合、被覆層３の材料には、ＡＬＤ法によって成膜可能なものであれば採用することができる。例えば、ＡＬＤ法によって成膜可能な主要なものとしては、チタンオキサイド、ハフニウムオキサイド、酸化鉄、インジウムオキサイド、ランタンオキサイド、モリブデンオキサイド、ニオブオキサイド、ニッケルオキサイド、ルテニウムオキサイド、シリコンオキサイド、バナジウムオキサイド、タングステンオキサイド、イットリウムオキサイド、ジルコニウムオキサイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、ランタンなどが挙げられる。なお、被覆層３は、カーボンナノチューブ１の機械的強度を向上させることができ、隣接するカーボンナノチューブ１を互いに結合させることができるのであれば、薄膜として形成されても良いし、微粒子の集合体として形成されても良い。 Specifically, the material of the coating layer 3 is, for example, a metal such as platinum (Pt), rhodium (Rh), copper (Cu), ruthenium (Ru), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or zinc oxide (ZnO). ) And other metal oxides. That is, the coating layer 3 is a layer containing a metal. More specifically, the coating layer 3 is an atomic layer formed by an atomic layer deposition (ALD) method, that is, an atomic layer containing a metal. That is, each surface of the plurality of carbon nanotubes 1 is covered with an atomic layer formed by the ALD method. In this case, any material that can be formed by the ALD method can be used as the material of the coating layer 3. For example, main things that can be formed by the ALD method are titanium oxide, hafnium oxide, iron oxide, indium oxide, lanthanum oxide, molybdenum oxide, niobium oxide, nickel oxide, ruthenium oxide, silicon oxide, vanadium oxide, tungsten oxide. Yttrium oxide, zirconium oxide, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, silver, lanthanum and the like. The coating layer 3 may be formed as a thin film or an aggregate of fine particles as long as the mechanical strength of the carbon nanotubes 1 can be improved and the adjacent carbon nanotubes 1 can be bonded to each other. It may be formed as.

また、後述の第２実施形態では、カーボンナノチューブシート２と発熱体１０、及び、カーボンナノチューブシート２と放熱体１１を、それぞれ、樹脂の熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料からなる接合層１２、１３によって接合する。このような場合、被覆層３の材料としては、接合層１２、１３を形成する材料に対してぬれ性の良い金属を含む材料を選択するのが望ましい。これにより、発熱体１０や放熱体１１との接合を信頼性の高いものとすることができる。   In the second embodiment to be described later, the carbon nanotube sheet 2 and the heating element 10, and the carbon nanotube sheet 2 and the heat dissipation element 11 are each made of a bonding layer made of a material having a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the resin. 12 and 13. In such a case, it is desirable to select a material containing a metal having good wettability with respect to the material forming the bonding layers 12 and 13 as the material of the coating layer 3. Thereby, joining with the heat generating body 10 or the heat radiator 11 can be made highly reliable.

また、被覆層３の厚さ（平均値）は、特に限定されるものではないが、例えば約１００ｎｍ以下とするのが望ましい。これは、被覆層３の厚さを過度に大きくすると、カーボンナノチューブ１が本来有する柔軟性が損なわれるからである。なお、カーボンナノチューブ１の面密度によって、カーボンナノチューブ１の束状構造体が元々有する機械的強度は異なるので、被膜層３の許容し得る厚さもカーボンナノチューブ１の面密度に依存する。しかしながら、放熱性及び電気伝導性の観点から、カーボンナノチューブ１の面密度自体に一定の下限値が存在することから、被覆層３の許容し得る厚さにも、上述のように上限値が存在する。   The thickness (average value) of the coating layer 3 is not particularly limited, but is preferably about 100 nm or less, for example. This is because if the thickness of the coating layer 3 is excessively increased, the inherent flexibility of the carbon nanotube 1 is impaired. In addition, since the mechanical strength of the bundle structure of the carbon nanotubes 1 originally varies depending on the surface density of the carbon nanotubes 1, the allowable thickness of the coating layer 3 also depends on the surface density of the carbon nanotubes 1. However, from the viewpoint of heat dissipation and electrical conductivity, there is a certain lower limit on the surface density of the carbon nanotube 1 itself, and thus there is an upper limit on the allowable thickness of the coating layer 3 as described above. To do.

なお、図３に示すように、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの他方の端面（図３中、上側の端面）、即ち、ＡＬＤ法によって形成された原子層で覆われていない側の端面（カーボンナノチューブ１の根元側端面）を覆う被膜４をさらに備えるものとしても良い。なお、図３では、図１で示す基板から剥離された状態のカーボンナノチューブシート２を上下反転させた状態で示している。例えば、被膜４の材料は、カーボンナノチューブシート２を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には、樹脂の熱伝導率（約０．１Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率が高い材料を用いる。例えば、約１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が大きい材料を用いるのが好ましい。ここでは、被膜４の材料は、例えばＡｕ（金）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等の金属や合金などの金属を含む材料である。つまり、被膜４は金属を含む被膜である。なお、被膜４を、熱伝導性被膜、被覆層又はコーティングともいう。また、被膜４は、単層構造であっても良いし、２層あるいはそれ以上の層を積層させた積層構造を有するものであっても良い。また、後述の第２実施形態では、カーボンナノチューブシート２と発熱体１０、及び、カーボンナノチューブシート２と放熱体１１を、それぞれ、樹脂の熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料からなる接合層１２、１３によって接合する。このような場合、被膜４の材料としては、接合層１２、１３を形成する材料に対してぬれ性の良い金属を含む材料を選択するのが望ましい。これにより、発熱体１０や放熱体１１との接合を信頼性の高いものとすることができる。   In addition, as shown in FIG. 3, the other end surface (upper end surface in FIG. 3) of each of the plurality of carbon nanotubes 1, that is, the end surface on the side not covered with the atomic layer formed by the ALD method (carbon It is good also as what further has the coating film 4 which covers the base end side of the nanotube 1. 3 shows the carbon nanotube sheet 2 peeled off from the substrate shown in FIG. 1 in an upside down state. For example, when the carbon nanotube sheet 2 is used as a thermal interface material, the material of the coating 4 is a material having a thermal conductivity higher than that of the resin (about 0.1 W / m · K). For example, it is preferable to use a material having a thermal conductivity higher than about 1 W / m · K. Here, the material of the film 4 is a material containing a metal such as a metal such as Au (gold), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), or an alloy. That is, the film 4 is a film containing a metal. The coating 4 is also referred to as a heat conductive coating, a coating layer, or a coating. Further, the coating 4 may have a single layer structure, or may have a laminated structure in which two or more layers are laminated. In the second embodiment to be described later, the carbon nanotube sheet 2 and the heating element 10, and the carbon nanotube sheet 2 and the heat dissipation element 11 are each made of a bonding layer made of a material having a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the resin. 12 and 13. In such a case, it is desirable to select a material containing a metal having good wettability with respect to the material forming the bonding layers 12 and 13 as the material of the coating 4. Thereby, joining with the heat generating body 10 or the heat radiator 11 can be made highly reliable.

なお、上述のように構成されるカーボンナノチューブシート２は、熱伝導性シートとして利用することもできるし、配線シート（縦型配線シート）として利用することもできる。但し、配線シートとして利用する場合には、カーボンナノチューブ１の電気的導電性を利用して、カーボンナノチューブ１を配線体として用いることになるため、一方の端面を覆う被覆層３は電気的導電性を有するものとし、他方の端面は露出された状態にするか、電気的導電性を有する被膜４で覆った状態にすることになる。   The carbon nanotube sheet 2 configured as described above can be used as a heat conductive sheet or a wiring sheet (vertical wiring sheet). However, when used as a wiring sheet, the carbon nanotube 1 is used as a wiring body by utilizing the electrical conductivity of the carbon nanotube 1, so that the covering layer 3 covering one end surface is electrically conductive. And the other end face is exposed or covered with a coating 4 having electrical conductivity.

次に、本実施形態のシート状構造体、即ち、カーボンナノチューブシートの製造方法について説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、炭素元素からなる複数の線状構造体としての複数のカーボンナノチューブ１を形成するための土台として用いる基板５を用意する。
基板５としては、シリコン基板などの半導体基板、アルミナ基板、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、これらの基板上に薄膜が形成されたものでも良い。例えば、シリコン基板上に膜厚約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。 Next, the manufacturing method of the sheet-like structure of the present embodiment, that is, the carbon nanotube sheet will be described.
First, as shown in FIG. 2A, a substrate 5 used as a base for forming a plurality of carbon nanotubes 1 as a plurality of linear structures made of carbon elements is prepared.
As the substrate 5, a semiconductor substrate such as a silicon substrate, an insulating substrate such as an alumina substrate, a sapphire substrate, an MgO substrate, or a glass substrate, a metal substrate, or the like can be used. Further, 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５は、カーボンナノチューブ１の形成後に剥離されるものである。このため、基板５としては、カーボンナノチューブ１の形成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１に接する面が、カーボンナノチューブ１から容易に剥離できる材料によって構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１に対して選択的にエッチングできる材料によって構成されていることが望ましい。   The substrate 5 is peeled off after the carbon nanotubes 1 are formed. For this reason, it is desirable that the substrate 5 does not deteriorate at the formation temperature of the carbon nanotubes 1. Further, it is desirable that at least the surface in contact with the carbon nanotube 1 is made of a material that can be easily separated from the carbon nanotube 1. Further, it is desirable that the carbon nanotube 1 is made of a material that can be selectively etched.

次いで、図示していないが、基板５上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚約２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜、即ち、Ｆｅからなる触媒金属膜を形成する。なお、触媒金属膜は、必ずしも基板５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５の所定の領域上に選択的に形成するようにしても良い。つまり、触媒金属膜の配置は用途に応じて決定すれば良い。   Next, although not shown, an Fe (iron) film having a film thickness of, for example, about 2.5 nm, that is, a catalytic metal film made of Fe is formed on the substrate 5 by, for example, sputtering. Note that the catalytic metal film is not necessarily formed on the entire surface of the substrate 5, and may be selectively formed on a predetermined region of the substrate 5 using, for example, a lift-off method. That is, the arrangement of the catalytic metal film may be determined according to the application.

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良い。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良い。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様で良い。   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, a metal fine particle produced 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、これらの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良い。例えば、Ｆｅ（約２．５ｎｍ）／Ａｌ（約１０ｎｍ）の積層構造、Ｃｏ（約２．６ｎｍ）／ＴｉＮ（約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（平均直径約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), A film made of Pd (palladium), TiN (titanium nitride), or the like, or a film made of an alloy containing at least one of these materials may be formed. For example, a laminated structure of Fe (about 2.5 nm) / Al (about 10 nm), a laminated structure of Co (about 2.6 nm) / TiN (about 5 nm), etc. can be applied. When metal fine particles are used, a laminated structure such as Co (average diameter of about 3.8 nm) / TiN (5 nm) can be applied.

次いで、基板５上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜を触媒として、カーボンナノチューブ１を成長する。
カーボンナノチューブ１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約１ｋＰａ、ホットフィラメント温度を約１０００℃、成長時間を約２５分とする。これにより、層数が平均５層程度、直径が平均約２５ｎｍ、長さが約５０μｍ（成長レート：約２μｍ／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。 Next, the carbon nanotubes 1 are grown on the substrate 5 by, for example, a hot filament CVD method using the catalytic metal film as a catalyst.
The growth conditions of the carbon nanotube 1 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 about 1 kPa, a hot filament temperature of about 1000 ° C., and a growth time. Is about 25 minutes. Thereby, it is possible to grow multi-walled carbon nanotubes having an average number of layers of about 5, a diameter of about 25 nm, and a length of about 50 μm (growth rate: about 2 μm / min).

なお、カーボンナノチューブ１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良い。また、成長するカーボンナノチューブ１は、単層カーボンナノチューブでも良い。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良い。また、カーボンナノチューブ１の長さは、カーボンナノチューブシート２の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは約５μｍ〜約５００μｍ程度の値に設定することができる。例えば、カーボンナノチューブシート２を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、少なくとも発熱体及び放熱体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 carbon nanotube 1 may be formed by other film forming methods such as a thermal CVD method and a remote plasma CVD method. Further, the growing carbon nanotube 1 may be a single-walled carbon nanotube. Moreover, as a carbon raw material, you may use hydrocarbons, such as methane and ethylene, alcohols, such as ethanol and methanol other than acetylene. In addition, the length of the carbon nanotube 1 is determined by the use of the carbon nanotube sheet 2 and is not particularly limited, but can be preferably set to a value of about 5 μm to about 500 μm. For example, when the carbon nanotube sheet 2 is used as a thermal interface material, it is desirable that the carbon nanotube sheet 2 has at least a length that fills the unevenness of the surface of the heat generator and the heat radiator.

このようにして、基板５上、即ち、基板５の触媒金属膜が形成された領域上に、基板５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１（束状構造体）を形成する。なお、この工程をカーボンナノチューブの垂直配向成長工程という。実際には、複数のカーボンナノチューブ１が互いに絡まり合うようにして形成される。また、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ１では、面密度は、約１×１０１１本／ｃｍ２程度であった。これは、基板５の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１が形成されていることに相当する。 In this way, a plurality of carbon nanotubes 1 (bundle structure) oriented in the normal direction of the substrate 5 (vertical orientation) on the substrate 5, that is, on the region where the catalytic metal film of the substrate 5 is formed. Form. This process is called a carbon nanotube vertical alignment growth process. Actually, the plurality of carbon nanotubes 1 are formed so as to be entangled with each other. Further, in the carbon nanotube 1 formed under the above growth conditions, the surface density was about 1 × 10 11 pieces / cm 2 . This corresponds to the carbon nanotubes 1 being formed on a region of approximately 10% of the surface area of the substrate 5.

次いで、図２（Ｂ）に示すように、複数のカーボンナノチューブ１が形成された基板５の全面に、ＡＬＤ法により、例えば白金（Ｐｔ）の原子層を数十ナノメートル成膜して、被覆層３を形成する。なお、この工程をカーボンナノチューブのメタルコーティング工程という。例えば、原料ガスとして例えばＰｔ（ＣＦ４ＣＯＯＨ ＣＯＯＦ）２を用い、成膜温度を約２００〜約２５０℃とした熱ＡＬＤ法、又は、プラズマを用いたＰＥＡＬＤ（Plasma Enhanced ALD）法によって、白金（Ｐｔ）の原子層を数十ナノメートル成膜することで被覆層３を形成する。これにより、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆う被覆層３が形成され、被覆層３を介して複数のカーボンナノチューブ１が互いに部分的に結合される。ここでは、被覆層３は、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの長手方向に沿う側面の全体及び一方の端面［図２（Ｂ）中、上側の端面］を覆うように形成される。 Next, as shown in FIG. 2B, an atomic layer of platinum (Pt), for example, several tens of nanometers is formed on the entire surface of the substrate 5 on which the plurality of carbon nanotubes 1 are formed by the ALD method. Layer 3 is formed. This process is called a carbon nanotube metal coating process. For example, platinum (CF 4 COOH COOF) 2 is used as a source gas, and a platinum (Plasma Enhanced ALD) method using a thermal ALD method with a film forming temperature of about 200 to about 250 ° C. or a PEALD (Plasma Enhanced ALD) method using plasma is used. The covering layer 3 is formed by forming an atomic layer of Pt) by several tens of nanometers. Thereby, the coating layer 3 which covers the side surface along the longitudinal direction of each of the plurality of carbon nanotubes 1 is formed, and the plurality of carbon nanotubes 1 are partially bonded to each other via the coating layer 3. Here, the coating layer 3 is formed so as to cover the entire side surface along the longitudinal direction of each of the plurality of carbon nanotubes 1 and one end surface [the upper end surface in FIG. 2B].

実際には、複数のカーボンナノチューブ１は、それぞれ、シート２の膜厚方向に対して傾いており、隣接するカーボンナノチューブ１が互いに接触するように形成される。そして、複数のカーボンナノチューブ１の表面を覆う被覆層３を形成する際に、複数のカーボンナノチューブ１が互いに接触している部分を覆うように形成された被覆層３によって、複数のカーボンナノチューブ１が互いに結合される。   Actually, each of the plurality of carbon nanotubes 1 is inclined with respect to the film thickness direction of the sheet 2 and is formed such that adjacent carbon nanotubes 1 are in contact with each other. When the coating layer 3 covering the surfaces of the plurality of carbon nanotubes 1 is formed, the plurality of carbon nanotubes 1 are formed by the coating layer 3 formed so as to cover portions where the plurality of carbon nanotubes 1 are in contact with each other. Combined with each other.

このように、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの長手方向に沿う側面が覆われ、複数のカーボンナノチューブ１が互いに部分的に結合されるように、被覆層３を形成するには、上述のように、ＡＬＤ法を用いるのが好ましい。これは、次の理由による。複数のカーボンナノチューブ１は小さい面積の領域に密集して形成されるため、複数のカーボンナノチューブ１の隙間に生じる領域は、極めて高いアスペクト比を有する凹部となる。このため、極めて高いアスペクト比を有する凹部においても高いカバレッジ性を有する成膜法であるＡＬＤ法を用いるのが好ましい。   As described above, in order to form the coating layer 3 so that the side surfaces along the longitudinal direction of the plurality of carbon nanotubes 1 are covered and the plurality of carbon nanotubes 1 are partially bonded to each other, as described above. It is preferable to use the ALD method. This is due to the following reason. Since the plurality of carbon nanotubes 1 are densely formed in a region having a small area, the region generated in the gap between the plurality of carbon nanotubes 1 becomes a recess having an extremely high aspect ratio. For this reason, it is preferable to use the ALD method which is a film forming method having high coverage even in a recess having an extremely high aspect ratio.

なお、ここでは、被覆層３の材料として白金（Ｐｔ）を用いているが、これに限られるものではない。例えば、被覆層３の材料として、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の金属、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化金属などの金属を含む材料を用いても良い。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いる場合、原料ガスとして例えばトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）と水（Ｈ２Ｏ）を用い、成膜温度を約２００℃とした熱ＡＬＤ法、又は、プラズマを用いたＰＥＡＬＤ法によって、原子層を例えば厚さ約２０ｎｍ成膜することで被覆層３を形成することができる。また、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いる場合、原料ガスとして例えばジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）と水（Ｈ２Ｏ）を用い、成膜温度を約２００℃とした熱ＡＬＤ法、又は、プラズマを用いたＰＥＡＬＤ法によって、原子層を例えば厚さ約２０ｎｍ成膜することで被覆層３を形成することができる。また、例えば、銅（Ｃｕ）を用いる場合、原料ガスとして例えばビス（Ｎ−Ｎ−ジイソプロピルアセトアミジネート）銅（Ｉ）（bis(N-N-diisopropylacetoamidinato)copper(I)）と水素（Ｈ２）を用い、成膜温度を約１９０℃とした熱ＡＬＤ法、又は、プラズマを用いたＰＥＡＬＤ法によって、原子層を例えば厚さ約１００ｎｍ以下に成膜することで被覆層３を形成することができる。また、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）を用いる場合、原料ガスとして例えばＲｕ（Ｃ５Ｈ４−Ｃ２Ｈ５）２を用い、成膜温度を約２００〜約２５０℃とした熱ＡＬＤ法、又は、プラズマを用いたＰＥＡＬＤ法によって、原子層を例えば厚さ約２０ｎｍ成膜することで被覆層３を形成することができる。このほか、被覆層３の材料には、ＡＬＤ法によって成膜可能なものであれば採用することができる。例えば、ＡＬＤ法によって成膜可能な主要なものとしては、チタンオキサイド、ハフニウムオキサイド、酸化鉄、インジウムオキサイド、ランタンオキサイド、モリブデンオキサイド、ニオブオキサイド、ニッケルオキサイド、ルテニウムオキサイド、シリコンオキサイド、バナジウムオキサイド、タングステンオキサイド、イットリウムオキサイド、ジルコニウムオキサイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、ランタンなどが挙げられる。つまり、被覆層３の材料としては、樹脂の熱伝導率（約０．１Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率が高い材料を用いれば良い。例えば、約１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が大きい材料を用いるのが好ましい。また、被覆層３の材料としては、カーボンナノチューブ１の束状構造体の単位面積当たりの熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料を用いるのが望ましい。また、被覆層３は、カーボンナノチューブ１の機械的強度を向上させることができ、隣接するカーボンナノチューブ１を互いに結合させることができるのであれば、薄膜として形成しても良いし、微粒子の集合体として形成しても良い。また、後述の第２実施形態では、カーボンナノチューブシート２と発熱体１０、及び、カーボンナノチューブシート２と放熱体１１を、それぞれ、樹脂の熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料からなる接合層１２、１３によって接合する。このような場合、被覆層３の材料としては、接合層１２、１３を形成する材料に対してぬれ性の良い金属を含む材料を選択するのが望ましい。また、被覆層３の厚さ（平均値）は、特に限定されるものではないが、例えば約１００ｎｍ以下とするのが望ましい。 Here, platinum (Pt) is used as the material of the coating layer 3, but the material is not limited to this. For example, the material of the coating layer 3 includes a metal such as rhodium (Rh), copper (Cu), ruthenium (Ru), or a metal oxide such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or zinc oxide (ZnO). A material may be used. For example, when aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used, a thermal ALD method in which, for example, trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) and water (H 2 O) are used as source gases and the film formation temperature is about 200 ° C. Alternatively, the covering layer 3 can be formed by depositing an atomic layer having a thickness of, for example, about 20 nm by PEALD using plasma. For example, when zinc oxide (ZnO) is used, for example, diethyl zinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ) and water (H 2 O) are used as source gases, and thermal ALD with a film forming temperature of about 200 ° C. The covering layer 3 can be formed by depositing an atomic layer of, for example, a thickness of about 20 nm by the PEALD method using plasma or plasma. For example, when copper (Cu) is used, for example, bis (NN-diisopropylacetoamidinato) copper (I) and hydrogen (H 2 ) are used as source gases. The coating layer 3 can be formed by depositing the atomic layer to a thickness of, for example, about 100 nm or less by thermal ALD method with a film forming temperature of about 190 ° C. or PEALD method using plasma. . For example, when ruthenium (Ru) is used, for example, Ru (C 5 H 4 -C 2 H 5 ) 2 is used as a source gas, and a film formation temperature is set to about 200 to about 250 ° C., or The coating layer 3 can be formed by forming an atomic layer with a thickness of, for example, about 20 nm by PEALD using plasma. In addition, any material that can be formed by the ALD method can be used as the material of the coating layer 3. For example, main things that can be formed by the ALD method are titanium oxide, hafnium oxide, iron oxide, indium oxide, lanthanum oxide, molybdenum oxide, niobium oxide, nickel oxide, ruthenium oxide, silicon oxide, vanadium oxide, tungsten oxide. Yttrium oxide, zirconium oxide, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, silver, lanthanum and the like. That is, as the material of the covering layer 3, a material having a higher thermal conductivity than the resin thermal conductivity (about 0.1 W / m · K) may be used. For example, it is preferable to use a material having a thermal conductivity higher than about 1 W / m · K. Further, as the material of the coating layer 3, it is desirable to use a material having higher thermal conductivity than the thermal conductivity per unit area of the bundle structure of the carbon nanotubes 1. The coating layer 3 may be formed as a thin film or an aggregate of fine particles as long as the mechanical strength of the carbon nanotubes 1 can be improved and adjacent carbon nanotubes 1 can be bonded to each other. You may form as. In the second embodiment to be described later, the carbon nanotube sheet 2 and the heating element 10, and the carbon nanotube sheet 2 and the heat dissipation element 11 are each made of a bonding layer made of a material having a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the resin. 12 and 13. In such a case, it is desirable to select a material containing a metal having good wettability with respect to the material forming the bonding layers 12 and 13 as the material of the coating layer 3. The thickness (average value) of the coating layer 3 is not particularly limited, but is preferably about 100 nm or less, for example.

次いで、それぞれが被覆層３によって覆われており、被覆層３を介して互いに部分的に結合されている複数のカーボンナノチューブ１を、基板５、即ち、基板５及び触媒金属膜から剥離する。なお、この工程を剥離工程という。また、隣接するカーボンナノチューブ１の間の触媒金属膜の表面に形成された被覆層３は、触媒金属膜から剥離せずに、触媒金属膜の表面に残存する。   Next, the plurality of carbon nanotubes 1 each covered with the coating layer 3 and partially bonded to each other through the coating layer 3 are peeled from the substrate 5, that is, the substrate 5 and the catalytic metal film. This process is called a peeling process. In addition, the coating layer 3 formed on the surface of the catalytic metal film between the adjacent carbon nanotubes 1 remains on the surface of the catalytic metal film without peeling off from the catalytic metal film.

これにより、図２（Ｃ）に示すように、それぞれが被覆層３によって覆われており、被覆層３を介して互いに部分的に結合されている複数のカーボンナノチューブ１を備えるカーボンナノチューブシート２が取り出される。本実施形態では、複数のカーボンナノチューブ１は、それぞれ、被覆層３によって覆われており、機械的強度が向上しており、また、被覆層３によって複数のカーボンナノチューブ１が互いに結合している。このため、充填層としての樹脂層を設けずに、そのままの状態で、基板５から剥離して取り出すことができ、ハンドリング可能なカーボンナノチューブシート２となる。   As a result, as shown in FIG. 2C, a carbon nanotube sheet 2 including a plurality of carbon nanotubes 1 each covered with a coating layer 3 and partially bonded to each other through the coating layer 3 is obtained. It is taken out. In the present embodiment, the plurality of carbon nanotubes 1 are each covered with the coating layer 3 to improve the mechanical strength, and the plurality of carbon nanotubes 1 are bonded to each other by the coating layer 3. For this reason, without providing the resin layer as the filling layer, the carbon nanotube sheet 2 can be handled by being peeled off from the substrate 5 as it is and can be handled.

なお、このようにして取り出されたカーボンナノチューブシート２では、複数のカーボンナノチューブ１の他方の端面［図２（Ｃ）中、下側の端面］は、被覆層３によって覆われておらず、露出している。この場合、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの他方の端面、即ち、ＡＬＤ法によって形成された原子層で覆われていない側の端面を覆うように、例えばＡｕ（金）を蒸着して被膜４を形成しても良い（図３参照）。つまり、剥離工程の後に、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの他方の端面を覆う被膜４を形成する工程を含むものとしても良い。ここでは、被膜４の材料としてＡｕ（金）を用いているが、これに限られるものではない。例えば、被膜４の材料として、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等の金属や合金などの金属を含む材料を用いても良い。つまり、被膜４の材料としては、樹脂の熱伝導率（約０．１Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率が高い材料を用いれば良い。例えば、約１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が大きい材料を用いるのが好ましい。また、被膜４として、単層構造の被膜を形成しても良いし、２層あるいはそれ以上の層を積層させた積層構造を有する被膜を形成しても良い。また、後述の第２実施形態では、カーボンナノチューブシート２と発熱体１０、及び、カーボンナノチューブシート２と放熱体１１を、それぞれ、樹脂の熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料からなる接合層１２、１３によって接合する。このような場合、被膜４の材料としては、接合層１２、１３を形成する材料に対してぬれ性の良い金属を含む材料を選択するのが望ましい。   In the carbon nanotube sheet 2 taken out in this way, the other end face [the lower end face in FIG. 2C] of the plurality of carbon nanotubes 1 is not covered with the coating layer 3 and exposed. doing. In this case, for example, Au (gold) is vapor-deposited so as to cover the other end face of each of the plurality of carbon nanotubes 1, that is, the end face on the side not covered with the atomic layer formed by the ALD method. It may be formed (see FIG. 3). That is, it is good also as a thing including the process of forming the film 4 which covers each other end surface of the some carbon nanotube 1 after a peeling process. Here, Au (gold) is used as the material of the coating 4, but is not limited thereto. For example, as the material of the coating 4, a material containing a metal such as copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), or a metal such as an alloy may be used. That is, as the material of the coating 4, a material having a higher thermal conductivity than the resin thermal conductivity (about 0.1 W / m · K) may be used. For example, it is preferable to use a material having a thermal conductivity higher than about 1 W / m · K. Further, as the coating 4, a single-layered coating may be formed, or a coating having a laminated structure in which two or more layers are laminated may be formed. In the second embodiment to be described later, the carbon nanotube sheet 2 and the heating element 10, and the carbon nanotube sheet 2 and the heat dissipation element 11 are each made of a bonding layer made of a material having a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the resin. 12 and 13. In such a case, it is desirable to select a material containing a metal having good wettability with respect to the material forming the bonding layers 12 and 13 as the material of the coating 4.

したがって、本実施形態にかかるシート状構造体及びその製造方法によれば、充填層としての樹脂層を設けることなく、カーボンナノチューブ１の機械的強度を向上させて、ハンドリング可能なカーボンナノチューブシート２及びその製造方法を実現することができるという利点がある。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる電子機器及びその製造方法について、図４、図５を参照しながら説明する。 Therefore, according to the sheet-like structure and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the carbon nanotube sheet 2 that can be handled by improving the mechanical strength of the carbon nanotube 1 without providing a resin layer as a filling layer, and There is an advantage that the manufacturing method can be realized.
[Second Embodiment]
Next, an electronic device according to a second embodiment and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる電子機器は、図４に示すように、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間に機械的、熱的に接続される熱伝導性シートして、上述の第１実施形態及びその変形例のカーボンナノチューブシート２を用いた電子機器１４である。
なお、半導体チップ１０を、半導体素子、発熱体又は発熱源ともいう。また、ヒートスプレッダ１１を、放熱体又は放熱部品ともいう。また、熱伝導性シートを、放熱シートともいう。また、カーボンナノチューブシート２を、シート状構造体又は熱拡散装置ともいう。 As shown in FIG. 4, the electronic device according to the present embodiment is a thermally conductive sheet mechanically and thermally connected between the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11. It is the electronic device 14 using the carbon nanotube sheet 2 of the modification.
The semiconductor chip 10 is also referred to as a semiconductor element, a heating element, or a heating source. Moreover, the heat spreader 11 is also called a heat radiator or a heat radiating component. Moreover, a heat conductive sheet is also called a heat radiating sheet. The carbon nanotube sheet 2 is also referred to as a sheet-like structure or a heat diffusion device.

本電子機器１４では、プリント配線基板１５上に、多層配線基板などの回路基板１６が実装されている。つまり、回路基板１６は、はんだバンプ１７を介してプリント配線基板１５に電気的に接続されている。なお、回路基板１６をビルドアップ基板ともいう。なお、はんだバンプ１７を突起状電極ともいう。
また、回路基板１６上には、例えばＣＰＵなどに用いられるＬＳＩチップなどの半導体チップ１０が実装されている。つまり、半導体チップ１０は、はんだバンプ１８を介して回路基板１６に電気的に接続されている。なお、はんだバンプ１８を突起状電極ともいう。 In the electronic apparatus 14, a circuit board 16 such as a multilayer wiring board is mounted on the printed wiring board 15. That is, the circuit board 16 is electrically connected to the printed wiring board 15 via the solder bumps 17. The circuit board 16 is also referred to as a buildup board. The solder bump 17 is also referred to as a protruding electrode.
A semiconductor chip 10 such as an LSI chip used for a CPU or the like is mounted on the circuit board 16. That is, the semiconductor chip 10 is electrically connected to the circuit board 16 via the solder bumps 18. The solder bump 18 is also referred to as a protruding electrode.

また、半導体チップ１０上には、半導体チップ１０を覆うように、半導体チップ１０からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ１１が設けられている。ここでは、ヒートスプレッダ１１は、例えば有機シーラントによって回路基板１６に接着されている。
また、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間には、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２、即ち、充填層としての樹脂層を備えないカーボンナノチューブシート２が熱伝導性シートとして設けられている。 A heat spreader 11 for diffusing heat from the semiconductor chip 10 is provided on the semiconductor chip 10 so as to cover the semiconductor chip 10. Here, the heat spreader 11 is bonded to the circuit board 16 with, for example, an organic sealant.
Further, between the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11, the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modified example described above, that is, the carbon nanotube sheet 2 that does not include a resin layer as a filling layer is used as a heat conductive sheet. Is provided.

そして、図５に示すように、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端面（図５中、下側の端面）と半導体チップ１０とが、樹脂層を用いずに接合層１２によって接合されている。つまり、カーボンナノチューブシート２の半導体チップ１０側の表面は、半導体チップ１０の表面に接合層１２を介して熱的に接続されている。   And as shown in FIG. 5, each end surface (lower end surface in FIG. 5) and the semiconductor chip 10 of the plurality of carbon nanotubes 1 provided in the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above are provided. The resin layer is used for bonding with the bonding layer 12. That is, the surface of the carbon nanotube sheet 2 on the semiconductor chip 10 side is thermally connected to the surface of the semiconductor chip 10 via the bonding layer 12.

なお、図５では、カーボンナノチューブシート２として、上述の第１実施形態の変形例のもの（図３参照）を用いた場合を例示しているが、これに限られるものではなく、上述の第１実施形態のもの（図１参照）を用いても良い。また、カーボンナノチューブシート２を、図５に示した状態から上下反転させた状態にして半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に接合するようにしても良い。   FIG. 5 illustrates the case where the carbon nanotube sheet 2 using the modified example of the first embodiment (see FIG. 3) is used, but is not limited to this, and the above-described first An embodiment (see FIG. 1) may be used. Further, the carbon nanotube sheet 2 may be joined to the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 in a state where the carbon nanotube sheet 2 is turned upside down from the state shown in FIG.

実際には、上述の第１実施形態の変形例のものでは、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの一方の端面は被覆層３によって覆われており、他方の端面は被膜４によって覆われている。このため、被覆層３によって覆われた一方の端面及び被膜４によって覆われた他方の端面のうち一方は半導体チップ１０に接合層１２を介して接合され、他方はヒートスプレッダ１１に接合層１３を介して接合される。この場合、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの端面は、一方で被覆層３を間に挟んで接合層１２（又は１３）に接合され、他方で被膜４を間に挟んで接合層１３（又は１２）に接合されたものとなる。   Actually, in the modified example of the first embodiment described above, one end face of each of the plurality of carbon nanotubes 1 is covered with the coating layer 3 and the other end face is covered with the coating 4. For this reason, one of the one end surface covered with the coating layer 3 and the other end surface covered with the coating 4 is bonded to the semiconductor chip 10 via the bonding layer 12, and the other is bonded to the heat spreader 11 via the bonding layer 13. Are joined. In this case, each end surface of the plurality of carbon nanotubes 1 is bonded to the bonding layer 12 (or 13) on the one hand with the coating layer 3 interposed therebetween, and on the other hand, the bonding layer 13 (or 12) with the coating film 4 interposed therebetween. ).

なお、上述の第１実施形態のものでは、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの一方の端面は被覆層３によって覆われており、他方の端面は露出している。このため、被覆層３によって覆われた一方の端面及び露出した他方の端面のうち一方は半導体チップ１０に接合層１２を介して接合され、他方はヒートスプレッダ１１に接合層１３を介して接合される。この場合、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの端面は、一方で被覆層３を間に挟んで接合層１２（又は１３）に接合され、他方で直接接合層１３（又は１２）に接合されたものとなる。   In the above-described first embodiment, one end face of each of the plurality of carbon nanotubes 1 is covered with the coating layer 3 and the other end face is exposed. For this reason, one end face covered with the coating layer 3 and the other exposed end face are joined to the semiconductor chip 10 via the joining layer 12 and the other is joined to the heat spreader 11 via the joining layer 13. . In this case, each end surface of the plurality of carbon nanotubes 1 is bonded to the bonding layer 12 (or 13) on the one hand with the coating layer 3 interposed therebetween, and is directly bonded to the bonding layer 13 (or 12) on the other side. It becomes.

また、上述の第１実施形態のカーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端面（図５中、上側の端面）とヒートスプレッダ１１とが、樹脂層を用いずに接合層１３によって接合されている。つまり、カーボンナノチューブシート２のヒートスプレッダ１１側の表面は、ヒートスプレッダ１１の表面に接合層１３を介して熱的に接続されている。   Further, each end face (upper end face in FIG. 5) of the plurality of carbon nanotubes 1 provided in the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the heat spreader 11 are joined by the joining layer 13 without using the resin layer. Has been. That is, the surface of the carbon nanotube sheet 2 on the heat spreader 11 side is thermally connected to the surface of the heat spreader 11 via the bonding layer 13.

ここで、これらの接合層１２、１３は、樹脂の熱伝導率（約０．１Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率が高い材料からなる。例えば、約１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が大きい材料を用いるのが好ましい。例えば、これらの接合層１２、１３は、はんだ、銀、インジウム、スズなどの金属又は合金からなる層である。特に、半導体チップ１０の耐熱温度が低い場合には、接合層１２、１３は、例えばビスマス（Ｂｉ）・スズ（Ｓｎ）系合金はんだ等のはんだ、インジウム、スズなどの低融点金属からなる層とするのが好ましい。   Here, these bonding layers 12 and 13 are made of a material having a thermal conductivity higher than that of the resin (about 0.1 W / m · K). For example, it is preferable to use a material having a thermal conductivity higher than about 1 W / m · K. For example, the bonding layers 12 and 13 are layers made of a metal or an alloy such as solder, silver, indium, and tin. In particular, when the heat-resistant temperature of the semiconductor chip 10 is low, the bonding layers 12 and 13 are, for example, solder layers such as bismuth (Bi) and tin (Sn) alloy solder, and layers made of a low melting point metal such as indium and tin. It is preferable to do this.

このように、本電子機器１４は、樹脂層を備えないカーボンナノチューブシート２を、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間に挟み込み、接合層１２、１３によって半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に接合した構造を備える。つまり、本電子機器１４は、半導体チップ１０と、ヒートスプレッダ１１と、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２と、接合層１２、１３とを備える。   As described above, the electronic device 14 has a structure in which the carbon nanotube sheet 2 not including the resin layer is sandwiched between the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 and bonded to the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 by the bonding layers 12 and 13. Prepare. That is, the electronic device 14 includes the semiconductor chip 10, the heat spreader 11, the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above, and the bonding layers 12 and 13.

このような構造では、カーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端面と半導体チップ１０との間には、樹脂の熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料からなる被覆層３（又は被膜４）及び接合層１２、１３が存在するだけである。つまり、カーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブの各端面と半導体チップ１０との間、即ち、カーボンナノチューブ１の各端面と半導体チップ１０との界面には樹脂は存在しない。   In such a structure, the coating layer 3 (made of a material having a higher thermal conductivity than that of the resin) is formed between each end face of the plurality of carbon nanotubes 1 provided in the carbon nanotube sheet 2 and the semiconductor chip 10. Or only the coating 4) and the bonding layers 12, 13 are present. That is, there is no resin between each end face of the plurality of carbon nanotubes provided in the carbon nanotube sheet 2 and the semiconductor chip 10, that is, at the interface between each end face of the carbon nanotube 1 and the semiconductor chip 10.

同様に、カーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端面とヒートスプレッダ１１との間には、樹脂の熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料からなる被覆層３（又は被膜４）及び接合層１２、１３が存在するだけである。つまり、カーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１の各端面とヒートスプレッダ１１との間、即ち、カーボンナノチューブ１の各端面とヒートスプレッダ１１との界面には樹脂は存在しない。   Similarly, a coating layer 3 (or coating 4) made of a material having a higher thermal conductivity than that of the resin between each end face of the plurality of carbon nanotubes 1 provided in the carbon nanotube sheet 2 and the heat spreader 11. And only the bonding layers 12 and 13 are present. That is, there is no resin between the end surfaces of the plurality of carbon nanotubes 1 provided in the carbon nanotube sheet 2 and the heat spreader 11, that is, at the interface between the end surfaces of the carbon nanotube 1 and the heat spreader 11.

このため、カーボンナノチューブ１と半導体チップ１０との間の接触熱抵抗、及び、カーボンナノチューブ１とヒートスプレッダ１１との間の接触熱抵抗を低減することができ、即ち、界面ロスを低減することができ、放熱性能（放熱効率）を向上させることができる。つまり、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２は、複数のカーボンナノチューブ１がシート膜厚方向に配向しているため、面直方向の熱伝導度が極めて高い。これに加え、上述のように構成することで接触熱抵抗を低減することができる。これにより、全体の熱抵抗を低減することができ、全体の放熱性能を向上させることができる。このように、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２を、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に接合層１２、１３を介して接合することで、半導体チップ１０が発した熱を効率良くヒートスプレッダ１１に伝えることができ、放熱効率を向上させることができる。これにより、電子機器１４の信頼性を向上させることができる。また、カーボンナノチューブ１には被覆層３が設けられており、カーボンナノチューブ１の機械的強度が高められているため、カーボンナノチューブ１が潰れないようにすることができる。これにより、カーボンナノチューブ１の柔軟性によって半導体チップ１０の動作時に生じる熱膨張差を吸収することが可能となる。   For this reason, the contact thermal resistance between the carbon nanotube 1 and the semiconductor chip 10 and the contact thermal resistance between the carbon nanotube 1 and the heat spreader 11 can be reduced, that is, the interface loss can be reduced. The heat radiation performance (heat radiation efficiency) can be improved. That is, the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above has extremely high thermal conductivity in the perpendicular direction because the plurality of carbon nanotubes 1 are oriented in the sheet film thickness direction. In addition to this, the contact thermal resistance can be reduced by configuring as described above. Thereby, the whole thermal resistance can be reduced and the whole heat dissipation performance can be improved. As described above, the carbon nanotube sheet 2 according to the first embodiment and the modification described above is bonded to the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 via the bonding layers 12 and 13 so that the heat generated by the semiconductor chip 10 can be efficiently obtained. This can be transmitted to the heat spreader 11, and the heat dissipation efficiency can be improved. Thereby, the reliability of the electronic device 14 can be improved. Moreover, since the coating layer 3 is provided on the carbon nanotube 1 and the mechanical strength of the carbon nanotube 1 is increased, the carbon nanotube 1 can be prevented from being crushed. Thereby, it is possible to absorb the difference in thermal expansion that occurs during the operation of the semiconductor chip 10 due to the flexibility of the carbon nanotube 1.

また、従来技術のように、カーボンナノチューブ１と半導体チップ１０又はヒートスプレッダ１１との間に樹脂が存在すると、この部分が樹脂のみの熱伝導パスとなり、接触熱抵抗が、樹脂自体の熱抵抗、即ち、樹脂の材料や厚さに依存する熱抵抗に大きく左右されることになる。これに対し、上述のように、本実施形態では、カーボンナノチューブ１と半導体チップ１０又はヒートスプレッダ１１との間に樹脂が存在しないため、接触熱抵抗が樹脂自体の熱抵抗に左右されることがなく、性能のばらつきを低減することができ、歩留まりを向上させることができる。   Further, as in the prior art, when a resin is present between the carbon nanotube 1 and the semiconductor chip 10 or the heat spreader 11, this portion becomes a heat conduction path of only the resin, and the contact thermal resistance is the thermal resistance of the resin itself, that is, The heat resistance depends on the material and thickness of the resin. On the other hand, as described above, in this embodiment, since no resin exists between the carbon nanotube 1 and the semiconductor chip 10 or the heat spreader 11, the contact thermal resistance is not affected by the thermal resistance of the resin itself. The variation in performance can be reduced and the yield can be improved.

次に、本実施形態にかかる電子機器の製造方法について説明する。
まず、回路基板１６上に、はんだバンプ１８を介して半導体チップ１０を実装する（図４参照）。
次に、回路基板１６上に実装した半導体チップ１０の表面上に、半導体チップ１０と上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２とを接合しうる接合層１２を形成する（図５参照）。ここで、接合層１２は、アセンブリ条件に適用可能な樹脂の熱伝導率（約０．１Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率が高い材料からなる。例えば、約１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が大きい材料を用いるのが好ましい。例えば、接合層１２は、はんだ、銀、インジウム、スズなどの金属又は合金からなる層である。特に、半導体チップ１０の耐熱温度が低い場合には、接合層１２は、例えばビスマス（Ｂｉ）・スズ（Ｓｎ）系合金はんだ等のはんだ、インジウム、スズなどの低融点金属からなる層とするのが好ましい。また、接合層１２は、例えばはんだシート（導電性シート；熱伝導性シート）などのシート状の金属又は合金であっても良いし、例えば銀ペーストやはんだペースト（導電性ペースト；熱伝導性ペースト）などのペースト状の金属又は合金であっても良い。つまり、接合層１２は、シート状の金属又は合金を半導体チップ１０の表面上に配置することによって形成しても良いし、ペースト状の金属又は合金を半導体チップ１０の表面上に配置することによって形成しても良い。なお、ペースト状の金属又は合金は、例えばディスペンス法、スクリーン印刷法などの印刷法などによって、半導体チップ１０の表面上に塗布又は印刷することで、半導体チップ１０の表面上に形成することができる。 Next, a method for manufacturing an electronic device according to the present embodiment will be described.
First, the semiconductor chip 10 is mounted on the circuit board 16 via the solder bumps 18 (see FIG. 4).
Next, a bonding layer 12 is formed on the surface of the semiconductor chip 10 mounted on the circuit board 16 to bond the semiconductor chip 10 and the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above (FIG. 5). reference). Here, the bonding layer 12 is made of a material having a higher thermal conductivity than the thermal conductivity (about 0.1 W / m · K) of the resin applicable to the assembly conditions. For example, it is preferable to use a material having a thermal conductivity higher than about 1 W / m · K. For example, the bonding layer 12 is a layer made of a metal or alloy such as solder, silver, indium, and tin. In particular, when the heat-resistant temperature of the semiconductor chip 10 is low, the bonding layer 12 is a layer made of solder such as bismuth (Bi) / tin (Sn) alloy solder, or a low melting point metal such as indium or tin. Is preferred. Further, the bonding layer 12 may be a sheet-like metal or alloy such as a solder sheet (conductive sheet; thermal conductive sheet), for example, a silver paste or a solder paste (conductive paste; thermal conductive paste). Or a paste-like metal or alloy. That is, the bonding layer 12 may be formed by disposing a sheet-like metal or alloy on the surface of the semiconductor chip 10 or by disposing a paste-like metal or alloy on the surface of the semiconductor chip 10. It may be formed. The paste-like metal or alloy can be formed on the surface of the semiconductor chip 10 by applying or printing on the surface of the semiconductor chip 10 by, for example, a printing method such as a dispensing method or a screen printing method. .

次に、半導体チップ１０の表面上に形成された接合層１２の上に、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２を載置する（図５参照）。
ここで、上述の第１実施形態のカーボンナノチューブシート２では、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの一方の端面は被覆層３で覆われており、他方の端面は露出している（図１参照）。また、上述の第１実施形態の変形例のカーボンナノチューブシート２では、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの一方の端面は被覆層３で覆われており、他方の端面は被膜４で覆われている（図３参照）。本実施形態では、被覆層３や被膜４は、樹脂の熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料からなり、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの端面は、接触熱抵抗を低減するのに適した端面構造になっている。また、本実施形態では、被覆層３や被膜４は、接合層１２、１３を形成する材料、即ち、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの端面と半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１とを接合するのに用いる金属又は合金に対して、ぬれ性の良い金属を含む材料からなるものとしている。 Next, the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modified example described above is placed on the bonding layer 12 formed on the surface of the semiconductor chip 10 (see FIG. 5).
Here, in the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment described above, one end face of each of the plurality of carbon nanotubes 1 is covered with the coating layer 3, and the other end face is exposed (see FIG. 1). . Further, in the carbon nanotube sheet 2 of the modification of the first embodiment described above, one end surface of each of the plurality of carbon nanotubes 1 is covered with the coating layer 3 and the other end surface is covered with the coating 4. (See FIG. 3). In the present embodiment, the coating layer 3 and the coating 4 are made of a material having a thermal conductivity higher than that of the resin, and each end face of the plurality of carbon nanotubes 1 is suitable for reducing the contact thermal resistance. It has an end face structure. In the present embodiment, the coating layer 3 and the coating 4 are used for bonding the material forming the bonding layers 12 and 13, that is, the respective end surfaces of the plurality of carbon nanotubes 1, the semiconductor chip 10, and the heat spreader 11. The metal or alloy is made of a material containing a metal with good wettability.

次に、ヒートスプレッダ１１の裏面１１Ａ上に、ヒートスプレッダ１１と上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２とを接合しうる接合層１３を形成する。ここで、接合層１３は、はんだバンプ（図４参照）が溶けない温度で接合できるというアセンブリ条件を満たし、樹脂の熱伝導率（約０．１Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率が高い材料からなる。例えば、約１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が大きい材料を用いるのが好ましい。例えば、接合層１３は、はんだ、銀、インジウム、スズなどの金属又は合金からなる層である。特に、半導体チップ１０の耐熱温度が低い場合には、接合層１３は、例えばビスマス（Ｂｉ）・スズ（Ｓｎ）系合金はんだ等のはんだ、インジウム、スズなどの低融点金属からなる層とするのが好ましい。また、接合層１３は、例えばはんだシートなどのシート状の金属又は合金であっても良いし、例えば銀ペーストやはんだペーストなどのペースト状の金属又は合金であっても良い。つまり、接合層１３は、シート状の金属又は合金をヒートスプレッダ１１の裏面１１Ａ上に配置することによって形成しても良いし、ペースト状の金属又は合金をヒートスプレッダ１１の裏面１１Ａ上に配置することによって形成しても良い。なお、ペースト状の金属又は合金は、例えばディスペンス法、スクリーン印刷法などの印刷法などによって、ヒートスプレッダ１１の裏面１１Ａ上に塗布又は印刷することで、ヒートスプレッダ１１の裏面１１Ａ上に形成することができる。なお、半導体チップ１０に設ける接合層１２と、ヒートスプレッダ１１に設ける接合層１３とは、同じ材料からなるものであっても良いし、異なる材料からなるものであっても良い。   Next, on the back surface 11A of the heat spreader 11, a bonding layer 13 capable of bonding the heat spreader 11 and the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above is formed. Here, the bonding layer 13 satisfies the assembly condition that the bonding can be performed at a temperature at which the solder bump (see FIG. 4) does not melt, and the thermal conductivity is higher than the thermal conductivity of the resin (about 0.1 W / m · K). Made of material. For example, it is preferable to use a material having a thermal conductivity higher than about 1 W / m · K. For example, the bonding layer 13 is a layer made of a metal or an alloy such as solder, silver, indium, or tin. In particular, when the heat-resistant temperature of the semiconductor chip 10 is low, the bonding layer 13 is a layer made of a low-melting-point metal such as solder such as bismuth (Bi) / tin (Sn) alloy solder or indium or tin. Is preferred. In addition, the bonding layer 13 may be a sheet-like metal or alloy such as a solder sheet, or may be a paste-like metal or alloy such as a silver paste or a solder paste. That is, the bonding layer 13 may be formed by placing a sheet-like metal or alloy on the back surface 11A of the heat spreader 11, or by placing a paste-like metal or alloy on the back surface 11A of the heat spreader 11. It may be formed. The paste-like metal or alloy can be formed on the back surface 11A of the heat spreader 11 by applying or printing on the back surface 11A of the heat spreader 11 by a printing method such as a dispensing method or a screen printing method. . The bonding layer 12 provided on the semiconductor chip 10 and the bonding layer 13 provided on the heat spreader 11 may be made of the same material or different materials.

次に、回路基板１６上に、ヒートスプレッダ１１を固定するための有機シーラントを塗布した後、回路基板１６、及び、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２の上に、裏面１１Ａ上に接合層１３が形成されたヒートスプレッダ１１を載置する（図４、図５参照）。
次に、このようにして、半導体チップ１０とヒートスプレッダ１１との間に、接合層１２、１３を介して上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２を挟み込み、この状態で加熱し冷却することで、これらを接合する（図５参照）。つまり、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２と半導体チップ１０とを接合層１２によって接合するとともに、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２とヒートスプレッダ１１とを接合層１３によって接合する。 Next, after applying an organic sealant for fixing the heat spreader 11 on the circuit board 16, the circuit board 16 and the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above are formed on the back surface 11 </ b> A. The heat spreader 11 having the bonding layer 13 formed thereon is placed (see FIGS. 4 and 5).
Next, in this way, the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above is sandwiched between the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 via the bonding layers 12 and 13 and heated and cooled in this state. By doing so, they are joined (see FIG. 5). That is, the carbon nanotube sheet 2 and the semiconductor chip 10 of the first embodiment and the modification described above are bonded by the bonding layer 12, and the carbon nanotube sheet 2 and the heat spreader 11 of the first embodiment and the modification are bonded. Joined by layer 13.

ここでは、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの端面を、金属又は合金からなる接合層１２によって半導体チップ１０に接合する。これと同時に、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの端面を、金属又は合金からなる接合層１３によってヒートスプレッダ１１に接合する。   Here, each end surface of the plurality of carbon nanotubes 1 provided in the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above is bonded to the semiconductor chip 10 by the bonding layer 12 made of metal or alloy. At the same time, the respective end faces of the plurality of carbon nanotubes 1 provided in the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above are joined to the heat spreader 11 by the joining layer 13 made of metal or alloy.

なお、ここでは、カーボンナノチューブシート２と半導体チップ１０との接合と、カーボンナノチューブシート２とヒートスプレッダ１１との接合とを、同時に行なうようにしているが、これに限られるものではなく、それぞれ別の工程で行なうようにしても良い。
上述のように、本実施形態では、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの端面と半導体チップ１０とが、樹脂層を用いずに接合層１２によって接合される。また、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２に備えられる複数のカーボンナノチューブのそれぞれの端面とヒートスプレッダ１１とが、樹脂層を用いずに接合層１３によって接合される。 Here, the bonding of the carbon nanotube sheet 2 and the semiconductor chip 10 and the bonding of the carbon nanotube sheet 2 and the heat spreader 11 are performed at the same time, but the present invention is not limited to this. You may make it carry out in a process.
As described above, in the present embodiment, the end surfaces of the plurality of carbon nanotubes 1 provided in the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modified example are bonded to the semiconductor chip 10 without using a resin layer. Joined by layer 12. Further, the end surfaces of the plurality of carbon nanotubes provided in the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above and the heat spreader 11 are bonded by the bonding layer 13 without using the resin layer.

実際には、上述の第１実施形態の変形例のものでは、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの一方の端面は被覆層３によって覆われており、他方の端面は被膜４によって覆われている。このため、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの一方の端面を覆っている被覆層３及び他方の端面を覆っている被膜４のうち一方が接合層１２（又は１３）を介して半導体チップ１０に接合され、他方が接合層１３（又は１２）を介してヒートスプレッダ１１に接合される。   Actually, in the modified example of the first embodiment described above, one end face of each of the plurality of carbon nanotubes 1 is covered with the coating layer 3 and the other end face is covered with the coating 4. For this reason, one of the coating layer 3 covering one end face of each of the plurality of carbon nanotubes 1 and the coating 4 covering the other end face is bonded to the semiconductor chip 10 via the bonding layer 12 (or 13). The other is bonded to the heat spreader 11 via the bonding layer 13 (or 12).

なお、上述の第１実施形態のものでは、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの一方の端面は被覆層３によって覆われており、他方の端面は露出している。このため、複数のカーボンナノチューブ１のそれぞれの一方の端面を覆っている被覆層３及び露出している他方の端面のうちの一方が接合層１２（又は１３）を介して半導体チップ１０に接合され、他方が接合層１３（又は１２）を介してヒートスプレッダ１１に接合される。   In the above-described first embodiment, one end face of each of the plurality of carbon nanotubes 1 is covered with the coating layer 3 and the other end face is exposed. For this reason, one of the coating layer 3 covering one end face of each of the plurality of carbon nanotubes 1 and the other exposed end face is bonded to the semiconductor chip 10 via the bonding layer 12 (or 13). The other is bonded to the heat spreader 11 via the bonding layer 13 (or 12).

上述のように、本実施形態では、樹脂層を備えないカーボンナノチューブシート２を半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に接合層１２、１３によって接合している。つまり、カーボンナノチューブシート２は複数のカーボンナノチューブ１の間に樹脂が充填されておらず、カーボンナノチューブシート２を半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１に樹脂によって接着していない。このため、例えば従来技術のように界面から樹脂が排除されるように荷重を調整することが不要であるなどアセンブリ方法における許容範囲が広がり、性能のばらつきを低減することができ、放熱効率などの特性を向上させることができ、歩留まりを向上させることができる。また、従来技術のように、樹脂層をリフローさせ、荷重をかけて接着する際などにカーボンナノチューブが押し潰されてしまうことがないため、カーボンナノチューブ１の柔軟性によって半導体チップ１０の動作時に生じる熱膨張差を吸収することが可能となる。これに対し、従来技術のように、複数のカーボンナノチューブの間に樹脂を充填してシート構造としたものを熱伝導性シートとして用いる場合、例えば熱圧着のようなアセンブリ方法を用いて、樹脂によって接着する際に各カーボンナノチューブの端面を露出させることで、接触熱抵抗を低減することが考えられる。しかしながら、このようなアセンブリ方法を用いたとしても、カーボンナノチューブと半導体チップ又はヒートスプレッダとの間に樹脂が存在しないようにするのは難しく、上述の利点を得ることは難しい。   As described above, in the present embodiment, the carbon nanotube sheet 2 having no resin layer is bonded to the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 by the bonding layers 12 and 13. That is, the carbon nanotube sheet 2 is not filled with a resin between the plurality of carbon nanotubes 1, and the carbon nanotube sheet 2 is not bonded to the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 by the resin. For this reason, for example, it is not necessary to adjust the load so that the resin is removed from the interface as in the prior art, the allowable range in the assembly method is widened, performance variation can be reduced, heat dissipation efficiency, etc. The characteristics can be improved and the yield can be improved. In addition, unlike the prior art, the carbon nanotubes are not crushed when the resin layer is reflowed and bonded under a load, and therefore the flexibility of the carbon nanotubes 1 causes the semiconductor chip 10 to operate. It becomes possible to absorb the difference in thermal expansion. On the other hand, when a sheet structure in which a resin is filled between a plurality of carbon nanotubes as in the prior art is used as a thermally conductive sheet, for example, an assembly method such as thermocompression bonding is used. It is conceivable to reduce the contact thermal resistance by exposing the end face of each carbon nanotube when bonding. However, even if such an assembly method is used, it is difficult to prevent the resin from being present between the carbon nanotube and the semiconductor chip or the heat spreader, and it is difficult to obtain the above-described advantages.

その後、このようにして、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１を、これらの間に上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２を挟んで搭載した回路基板１６を、はんだバンプ１７を介してプリント配線基板１５上に実装する（図４参照）。なお、回路基板１６を、はんだバンプ１７を介してプリント配線基板１５上に搭載した後に、回路基板１６上に、半導体チップ１０、ヒートスプレッダ１１及び上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２を搭載しても良い。   Thereafter, in this manner, the circuit board 16 on which the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 are mounted with the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification sandwiched therebetween is printed via the solder bumps 17. It is mounted on the wiring board 15 (see FIG. 4). In addition, after mounting the circuit board 16 on the printed wiring board 15 via the solder bumps 17, the semiconductor chip 10, the heat spreader 11, and the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above are formed on the circuit board 16. May be installed.

このようにして、上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２を用いた電子機器１４が完成する。
したがって、本実施形態にかかる電子機器及びその製造方法によれば、カーボンナノチューブ１と半導体チップ１０との間の接触熱抵抗、及び、カーボンナノチューブ１とヒートスプレッダ１１との間の接触熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させた電子機器及びその製造方法を実現することができるという利点がある。 In this way, the electronic device 14 using the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above is completed.
Therefore, according to the electronic device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the contact thermal resistance between the carbon nanotube 1 and the semiconductor chip 10 and the contact thermal resistance between the carbon nanotube 1 and the heat spreader 11 are reduced. There is an advantage that an electronic device with improved heat dissipation performance and a manufacturing method thereof can be realized.

なお、上述の実施形態では、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１を、これらの間に上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２を挟んで搭載した回路基板１６を、はんだバンプ１７を介してプリント配線基板１５上に実装したものとして電子機器１４を構成しているが、これに限られるものではない。例えば、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ１１を、これらの間に上述の第１実施形態及び変形例のカーボンナノチューブシート２を挟んで回路基板上に搭載したものとして電子機器を構成しても良い。
［その他］
なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。 In the above-described embodiment, the circuit board 16 on which the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 are mounted with the carbon nanotube sheet 2 of the above-described first embodiment and the modification sandwiched between them is disposed via the solder bumps 17. The electronic device 14 is configured as being mounted on the printed wiring board 15, but is not limited to this. For example, the electronic device may be configured such that the semiconductor chip 10 and the heat spreader 11 are mounted on a circuit board with the carbon nanotube sheet 2 of the first embodiment and the modification described above interposed therebetween.
[Others]
Note that the present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上述の各実施形態では、炭素元素によって形成された複数の線状構造体を備えるシート状構造体としてカーボンナノチューブシート２を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、炭素元素によって形成された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。これらの線状構造体は、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。これらの線状構造体を備えるシート状構造体にも本発明を適用することができる。   For example, in each of the above-described embodiments, the carbon nanotube sheet 2 is described as an example of a sheet-like structure including a plurality of linear structures formed of carbon elements. However, the present invention is not limited to this. . For example, examples of the linear structure formed of carbon elements 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 sheet-like structure including these linear structures.

また、上述の各実施形態において記載した構成材料や製造条件は、記載した内容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。
また、カーボンナノチューブシートなどの炭素元素によって形成された複数の線状構造体を備えるシート状構造体の使用目的も、上述の各実施形態において記載したものに限られるものではない。上述の各実施形態にかかるシート状構造体は、熱伝導性シートとしては、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、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などの線状構造体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。 In addition, the constituent materials and manufacturing conditions described in the above-described embodiments are not limited to the described contents, and can be appropriately changed according to the purpose and the like.
Further, the purpose of use of the sheet-like structure including a plurality of linear structures formed of carbon elements such as carbon nanotube sheets is not limited to those described in the above embodiments. In the sheet-like structure according to each of the embodiments described above, as the heat conductive sheet, for example, a CPU heat dissipation sheet, a radio communication base station high output amplifier, a radio communication terminal high output amplifier, and an electric vehicle high output switch Application to servers, personal computers, and the like is conceivable. Moreover, it is applicable to a vertical wiring sheet and various applications using the same by utilizing the high allowable current density characteristics of a linear structure such as a carbon nanotube.

１ カーボンナノチューブ（線状構造体）
２ カーボンナノチューブシート（シート状構造体）
３ 被覆層
４ 被膜
５ 基板
１０ 半導体チップ（発熱体）
１１ ヒートスプレッダ（放熱体）
１２ 接合層（第１接合層）
１３ 接合層（第２接合層）
１４ 電子機器
１５ プリント配線基板
１６ 回路基板
１７、１８ はんだバンプ 1 Carbon nanotube (linear structure)
2 Carbon nanotube sheet (sheet-like structure)
3 Coating layer 4 Coating 5 Substrate 10 Semiconductor chip (heating element)
11 Heat spreader
12 Bonding layer (first bonding layer)
13 Bonding layer (second bonding layer)
14 Electronic Equipment 15 Printed Wiring Board 16 Circuit Board 17, 18 Solder Bump

Claims (8)

炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、
前記複数の線状構造体のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆う被覆層とを備え、
前記複数の線状構造体は、前記被覆層を介して互いに部分的に結合されており、
前記被覆層は、１００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とするシート状構造体。 A plurality of linear structures formed of carbon elements;
A coating layer covering a side surface along the longitudinal direction of each of the plurality of linear structures,
The plurality of linear structures are partially bonded to each other via the coating layer ,
The said coating layer has a thickness of 100 nm or less, The sheet-like structure characterized by the above-mentioned . 前記被覆層は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が高い材料からなることを特徴とする、請求項１に記載のシート状構造体。   The sheet-like structure according to claim 1, wherein the coating layer is made of a material having a thermal conductivity higher than 0.1 W / m · K. 前記被覆層は、原子層であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシート状構造体。 The sheet-like structure according to claim 1, wherein the coating layer is an atomic layer . 発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と前記放熱体との間に設けられ、炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆う被覆層とを備え、前記複数の線状構造体が前記被覆層を介して互いに部分的に結合されているシート状構造体と、
０．１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が高い材料からなり、前記発熱体と前記シート状構造体の前記複数の線状構造体のそれぞれの端面とを接合する第１接合層と、
０．１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が高い材料からなり、前記放熱体と前記シート状構造体の前記複数の線状構造体のそれぞれの端面とを接合する第２接合層とを備え、
前記被覆層は、１００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする電子機器。 A heating element;
A radiator,
Provided between the heat generating body and the heat dissipating body, and a plurality of linear structures formed of carbon elements, and a covering layer covering side surfaces along the longitudinal direction of the plurality of linear structures. A sheet-like structure in which the plurality of linear structures are partially bonded to each other via the coating layer;
A first joining layer made of a material having a thermal conductivity higher than 0.1 W / m · K, joining the heating element and each end face of the plurality of linear structures of the sheet-like structure;
A second joining layer made of a material having a thermal conductivity higher than 0.1 W / m · K, and joining the heat radiating body and each end face of the plurality of linear structures of the sheet-like structure; ,
The said coating layer has the thickness of 100 nm or less, The electronic device characterized by the above-mentioned . 前記被覆層は、原子層であることを特徴とする、請求項４に記載の電子機器。 The electronic device according to claim 4 , wherein the covering layer is an atomic layer . 基板上に、炭素元素からなる複数の線状構造体を形成する工程と、
前記複数の線状構造体のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆い、１００ｎｍ以下の厚さを有する被覆層を形成する工程と、
前記被覆層を介して互いに部分的に結合されている前記複数の線状構造体を、前記基板から剥離する工程とを含むことを特徴とするシート状構造体の製造方法。 Forming a plurality of linear structures made of carbon elements on a substrate;
Wherein not covering a plurality of respective longitudinally along the side surface of the linear structure, and forming a coating layer having a thickness of 100 nm,
Separating the plurality of linear structures that are partially bonded to each other via the coating layer from the substrate. 前記被覆層形成工程において、アトミックレイヤーデポジション法によって原子層を形成することを特徴とする、請求項６に記載のシート状構造体の製造方法。 In the said coating layer formation process, an atomic layer is formed by the atomic layer deposition method, The manufacturing method of the sheet-like structure of Claim 6 characterized by the above-mentioned. 炭素元素によって形成された複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体のそれぞれの長手方向に沿う側面を覆い、１００ｎｍ以下の厚さを有する被覆層とを備え、前記複数の線状構造体が前記被覆層を介して互いに部分的に結合されているシート状構造体の前記複数の線状構造体のそれぞれの端面を、０．１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が高い材料からなる第１接合層を介して発熱体に接合する工程と、
前記シート状構造体の前記複数の線状構造体のそれぞれの端面を、０．１Ｗ／ｍ・Ｋよりも熱伝導率が高い材料からなる第２接合層を介して放熱体に接合する工程とを含むことを特徴とする電子機器の製造方法。 A plurality of linear structures formed by carbon element, said not covering a plurality of respective longitudinally along the side surface of the linear structure, and a coating layer having a thickness of less than 100 nm, wherein the plurality of lines Each of the end faces of the plurality of linear structures of the sheet-like structure in which the structure is partially bonded to each other through the coating layer has a thermal conductivity higher than 0.1 W / m · K. Bonding to the heating element through the first bonding layer made of a material;
Bonding each end face of the plurality of linear structures of the sheet-like structure to a heat dissipation body via a second bonding layer made of a material having a thermal conductivity higher than 0.1 W / m · K; The manufacturing method of the electronic device characterized by including.
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