JP5760668B2 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5760668B2 JP5760668B2 JP2011106512A JP2011106512A JP5760668B2 JP 5760668 B2 JP5760668 B2 JP 5760668B2 JP 2011106512 A JP2011106512 A JP 2011106512A JP 2011106512 A JP2011106512 A JP 2011106512A JP 5760668 B2 JP5760668 B2 JP 5760668B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sheet
- layer
- coating layer
- carbon nanotube
- carbon nanotubes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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
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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011106512A JP5760668B2 (ja) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011106512A JP5760668B2 (ja) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | 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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012236739A JP2012236739A (ja) | 2012-12-06 |
JP5760668B2 true JP5760668B2 (ja) | 2015-08-12 |
Family
ID=47460003
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011106512A Active JP5760668B2 (ja) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5760668B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015040140A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | 日東電工株式会社 | カーボンナノチューブシート |
JP6156057B2 (ja) * | 2013-10-25 | 2017-07-05 | 富士通株式会社 | ナノ構造体シート、電子機器、ナノ構造体シートの製造方法、及び電子機器の製造方法 |
US10539538B2 (en) * | 2015-07-09 | 2020-01-21 | The Boeing Company | Laser ultrasound system and method for inspection of a contoured structure |
JP7180201B2 (ja) | 2018-08-21 | 2022-11-30 | 富士通株式会社 | 接合構造体及び接合構造体の製造方法 |
JP7238586B2 (ja) * | 2019-05-08 | 2023-03-14 | 富士通株式会社 | 導電性放熱フィルム、導電性放熱フィルムの製造方法、及び電子装置の製造方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100455297B1 (ko) * | 2002-06-19 | 2004-11-06 | 삼성전자주식회사 | 무기물 나노튜브 제조방법 |
US7273095B2 (en) * | 2003-03-11 | 2007-09-25 | United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Nanoengineered thermal materials based on carbon nanotube array composites |
US7118941B2 (en) * | 2003-06-25 | 2006-10-10 | Intel Corporation | Method of fabricating a composite carbon nanotube thermal interface device |
US7109581B2 (en) * | 2003-08-25 | 2006-09-19 | Nanoconduction, Inc. | System and method using self-assembled nano structures in the design and fabrication of an integrated circuit micro-cooler |
US7462499B2 (en) * | 2005-10-28 | 2008-12-09 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Carbon nanotube with ZnO asperities |
CN101899288B (zh) * | 2009-05-27 | 2012-11-21 | 清华大学 | 热界面材料及其制备方法 |
-
2011
- 2011-05-11 JP JP2011106512A patent/JP5760668B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012236739A (ja) | 2012-12-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5146256B2 (ja) | 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 | |
JP6132768B2 (ja) | 放熱材料及びその製造方法 | |
JP5842349B2 (ja) | シート状構造体、シート状構造体の製造方法、電子機器及び電子機器の製造方法 | |
TWI477593B (zh) | 熱輻射材料,電子裝置及電子裝置之製造方法 | |
JP5447069B2 (ja) | シート状構造体、電子機器及び電子機器の製造方法 | |
JP5506657B2 (ja) | シート状構造体、半導体装置及び炭素構造体の成長方法 | |
JP6127417B2 (ja) | 放熱材料の製造方法 | |
JP5790023B2 (ja) | 電子部品の製造方法 | |
JP6065410B2 (ja) | シート状構造体、シート状構造体の製造方法、電子機器及び電子機器の製造方法 | |
JP2013115094A (ja) | 放熱材料及びその製造方法 | |
JP5746808B2 (ja) | カーボンナノチューブを用いたパッケージ及び電子デバイス | |
JP5447117B2 (ja) | 電子機器の製造方法 | |
JP5760668B2 (ja) | 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 | |
JP5293561B2 (ja) | 熱伝導性シート及び電子機器 | |
JP5013116B2 (ja) | シート状構造体及びその製造方法並びに電子機器 | |
JP5343620B2 (ja) | 放熱材料及びその製造方法並びに電子機器及びその製造方法 | |
JP6223903B2 (ja) | カーボンナノチューブシート及び電子機器とカーボンナノチューブシートの製造方法及び電子機器の製造方法 | |
JP6354235B2 (ja) | 電子機器とその組み立て方法、及びシート状構造体とその製造方法 | |
JP5768786B2 (ja) | シート状構造体及び電子機器 | |
JP2014220280A (ja) | シート状構造体及びその製造方法、並びに電子装置及びその製造方法 | |
JP2020031094A (ja) | 接合構造体及び接合構造体の製造方法 | |
JP5935302B2 (ja) | 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 | |
JP2010280528A (ja) | シート状構造体及びその製造方法 | |
JP6123154B2 (ja) | 放熱材料の製造方法 | |
JP6056501B2 (ja) | 放熱構造体の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140204 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140618 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140715 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140828 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150113 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150316 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20150323 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150512 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150525 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5760668 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |