JP6720717B2 - Heat dissipation sheet manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、放熱シートの製造方法に関する。 The present invention relates to the production how heat release sheet.
スマートフォン等の電子機器には、CPU(Central Processing Unit)等の電子部品が内蔵されるが、その電子部品が動作時の熱によって故障するのを防止するため、電子部品にはヒートスプレッダ等の放熱部材が固着される。 Electronic devices such as smartphones have built-in electronic components such as CPU (Central Processing Unit).To prevent electronic components from being damaged by heat during operation, electronic components include heat spreaders such as heat spreaders. Is fixed.
そのヒートスプレッダと電子部品との間の熱抵抗が高いと、電子部品の熱を速やかにヒートスプレッダに伝えることができない。そのため、電子部品とヒートスプレッダとの間に、熱伝導性に優れたTIM(Thermal Interface Material)を介在させることがある。 If the heat resistance between the heat spreader and the electronic component is high, the heat of the electronic component cannot be quickly transmitted to the heat spreader. Therefore, a TIM (Thermal Interface Material) having excellent thermal conductivity may be interposed between the electronic component and the heat spreader.
TIMの例としては、放熱グリース、フェイズチェンジシート、及びインジウムシートがある。 Examples of TIMs are thermal grease, phase change sheets, and indium sheets.
このうち、放熱グリースは、流動性を有しているため、電子部品やヒートスプレッダの各々の表面の凹凸を埋めることができ、熱抵抗の高い空気を電子部品とヒートスプレッダとの間から排除できる。 Of these, the heat-dissipating grease has fluidity, so that it is possible to fill the irregularities on the surfaces of the electronic components and the heat spreader, and it is possible to eliminate air with high thermal resistance from between the electronic components and the heat spreader.
また、フェイズチェンジシートは、熱により軟化するポリマーのシートである。このように軟化することで、放熱グリースと同様に電子部品やヒートスプレッダの各々の表面の凹凸をシートで埋めることができ、熱抵抗の高い空気を電子部品とヒートスプレッダとの間から排除できる。 The phase change sheet is a polymer sheet that is softened by heat. By softening in this way, the unevenness on the surface of each of the electronic component and the heat spreader can be filled with the sheet, like the heat dissipation grease, and the air with high thermal resistance can be removed from between the electronic component and the heat spreader.
但し、放熱グリースやフェイズチェンジシートは、熱伝導率が１W/m・K〜５W/m・Kと低いという問題がある。更に、放熱グリースは塗布量を調節するのが難しく、塗布量が多すぎると熱抵抗が大きくなり、逆に少なすぎると表面の凹凸を埋めることができないという問題がある。 However, heat-dissipating grease and phase change sheets have a problem that the thermal conductivity is low at 1 W/mK to 5 W/mK. Further, it is difficult to control the coating amount of the heat-dissipating grease. If the coating amount is too large, the thermal resistance becomes large, and conversely, if it is too small, the irregularities on the surface cannot be filled.
また、インジウムシートは、高価なインジウムを使用しているためTIMの低コスト化が難しい。 In addition, since the indium sheet uses expensive indium, it is difficult to reduce the cost of the TIM.
そこで、これらに代わるTIMとして、カーボンナノチューブの放熱シートが検討されている。 Therefore, as an alternative TIM, a carbon nanotube heat dissipation sheet is under study.
カーボンナノチューブは、その熱伝導度が１５００W/m・K〜３０００W/m・K程度であって、前述の放熱グリースの熱伝導度と比べて非常に高く、TIMに使用するのに好適である。 The carbon nanotubes have a thermal conductivity of about 1500 W/mK to 3000 W/mK, which is much higher than the thermal conductivity of the heat dissipation grease described above, and are suitable for use in TIM.
更に、カーボンナノチューブは柔軟性が高いため、電子部品やヒートスプレッダの各々の表面に凹凸があってもその凹凸に合わせて変形できるという点でもTIMに好適な素材である。 Furthermore, since carbon nanotubes have high flexibility, they are suitable materials for TIM in that even if the surface of each electronic component or heat spreader has irregularities, it can be deformed according to the irregularities.
但し、カーボンナノチューブの放熱シートには汎用性を高めるという点で改善の余地がある。 However, the heat dissipation sheet of carbon nanotubes has room for improvement in terms of increasing versatility.
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、汎用性の高い放熱シートの製造方法を提供することを目的とする。 The technology disclosed, which has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a manufacturing how thermal sheet discharge have high versatility.
以下の開示の一観点によれば、相対する第１の樹脂フィルム及び第２の樹脂フィルムの一方から他方に、各々が前記第１の樹脂フィルム側に第１の端部を備え、前記第２の樹脂フィルム側に第２の端部を備えた複数のカーボンナノチューブが延びたシートを作製する工程と、第１のプレス板と第２のプレス板により、第１の離形部材、前記シート、及び第２の離形部材を順に積層した積層体を挟む工程と、前記第１の樹脂フィルム及び前記第２の樹脂フィルムを加熱して軟化させながら、前記第１のプレス板と前記第２のプレス板で前記シートを加圧することにより、前記第１の樹脂フィルムの表面から前記第１の端部を露出させ、前記第２の樹脂フィルムの表面から前記第２の端部を露出させる工程と、を有し、前記シートを作製する工程は、基板上に、前記基板側に前記第１の端部を備え、前記基板とは反対側に前記第２の端部を備えるように前記複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、前記第２の端部を転写部材に固着する工程と、前記基板から前記複数のカーボンナノチューブを剥離する工程と、前記第１の端部に前記第１の樹脂フィルムを、前記第１の樹脂フィルムと第１の治具との間に前記第１の離形部材を挟んで加熱しながら加圧することで、固着する工程と、前記転写部材から前記複数のカーボンナノチューブを剥離して、前記第１の離形部材、前記第１の樹脂フィルム及び前記複数のカーボンナノチューブの複合体を得る工程と、を有する放熱シートの製造方法が提供される。 According to one aspect of the following disclosure, one of the first resin film and the second resin film facing each other is provided with a first end on the first resin film side, and A step of producing a sheet in which a plurality of carbon nanotubes each having a second end portion are provided on the resin film side of the first release plate, the first press plate and the second press plate, And a step of sandwiching a laminated body in which the second release member is laminated in this order, and the first press plate and the second press plate while heating and softening the first resin film and the second resin film. Exposing the first end from the surface of the first resin film and exposing the second end from the surface of the second resin film by pressing the sheet with a press plate; , have a step of preparing the sheet, on a substrate, comprising a first end portion on the substrate side, the plurality of to include a second end to the side opposite to the substrate Growing carbon nanotubes, fixing the second end to a transfer member, separating the plurality of carbon nanotubes from the substrate, the first resin film on the first end The first release member is sandwiched between the first resin film and the first jig to apply pressure while heating, thereby fixing the first release member and the plurality of carbon nanotubes from the transfer member. is peeled off, the first releasing member, the manufacturing method of the heat radiation sheet have a, obtaining a complex of the first resin film and the plurality of carbon nanotubes is provided.
以下の開示によれば、複数のカーボンナノチューブが分散してしまうのを樹脂フィルムによって防止できるため、放熱シートを単体として扱うことができ、放熱シートの汎用性が高まる。 According to the following disclosure, since it is possible to prevent a plurality of carbon nanotubes from being dispersed by the resin film, the heat dissipation sheet can be handled as a single body, and the versatility of the heat dissipation sheet is enhanced.
しかも、第１のプレス板と第２のプレス板との間に第１の離形部材と第２の離形部材を配するため、加熱によって軟化した樹脂シートがこれらのプレス板に付着するのを第１の離形部材や第２の離形部材で防止できる。 Moreover, since the first releasing member and the second releasing member are arranged between the first press plate and the second press plate, the resin sheet softened by heating adheres to these press plates. Can be prevented by the first release member and the second release member.
更に、カーボンナノチューブの端部を樹脂フィルムから露出させるため、当該端部を電子部品に当接させることができ、電子部品の熱を速やかにカーボンナノチューブに伝えることが可能となる。 Further, since the end of the carbon nanotube is exposed from the resin film, the end can be brought into contact with the electronic component, and the heat of the electronic component can be quickly transferred to the carbon nanotube.
本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が検討した事項について説明する。 Prior to the description of the present embodiment, matters examined by the inventor of the present application will be described.
図１は、その検討に使用した電子装置の分解斜視図である。 FIG. 1 is an exploded perspective view of an electronic device used for the examination.
この電子装置１は、スマートフォン等で使用されるものであって、配線基板２と電子部品３とを有する。
The
電子部品３は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphical Processing Unit)等のように使用時に発熱する半導体部品であって、複数のはんだバンプ６を介して配線基板２に実装される。
The
また、その電子部品３の上面には放熱シート４が設けられており、その放熱シート４の上にヒートスプレッダ５が密着する。
Further, a
このような構成によれば、電子部品３で発生した熱が放熱シート４を介して速やかにヒートスプレッダ５に伝わり、電子部品３の冷却を促すことができる。
With such a configuration, the heat generated in the
特に、放熱シート４としてカーボンナノチューブのシートを利用すると、カーボンナノチューブが有する高い熱伝導度によって、電子部品３を効率的に冷却することができる。
In particular, if a sheet of carbon nanotubes is used as the
そこで、以下に、カーボンナノチューブの放熱シート４を利用した場合における電子装置の製造方法について説明する。
Therefore, a method of manufacturing an electronic device using the
図２〜図５は、調査に使用した電子装置の製造途中の断面図である。 2 to 5 are cross-sectional views of the electronic device used for the investigation during manufacture.
まず、図２（ａ）に示すように、表面に不図示の酸化シリコン膜が形成されたシリコン基板１０を用意し、その酸化シリコン膜の上にスパッタ法で不図示の触媒金属膜を形成する。そして、カーボンナノチューブ用の成長炉にシリコン基板１０を入れた後、触媒金属膜の上にホットフィラメントCVD(Chemical Vapor Deposition)法で複数のカーボンナノチューブ１１を成長させることで、複数のカーボンナノチューブ１１を備えた放熱シート４を得る。
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図２（ｂ）に示すように、自然長よりも伸展されたゴムシート１３を用意する。そのゴムシート１３の材料としては、例えばシリコーンゴム、天然ゴム、及び合成ゴムがある。
Next, as shown in FIG. 2( b ), a
そして、不図示のZステージの上に放熱シート４を載せた後、そのZステージを上昇させることにより、Zステージの上方に配されたゴムシート１３に放熱シート４を密着させる。その後に、ローラ１２等により放熱シート４にゴムシート１３を押し当てる。
Then, after mounting the
これにより、ゴムシート１３の粘着力によって放熱シート４にゴムシート１３が転写されることになる。
As a result, the
次いで、図３（ａ）に示すように、ゴムシート１３が伸展された状態を保ちながら、シリコン基板１０から放熱シート４を引き剥がす。
Next, as shown in FIG. 3A, the
その後に、図３（ｂ）に示すように、伸展されていたゴムシート１３を自然長に戻す。これにより、ゴムシート１３の収縮に追従して各カーボンナノチューブ１１の間隔が狭まるため、放熱シート４におけるカーボンナノチューブ１１の面密度が増加して、放熱シート４の熱伝熱性が高められる。
Then, as shown in FIG. 3B, the stretched
次に、図４（ａ）に示すように、熱伝導率に優れた銅等の金属製のヒートスプレッダ５を用意し、その表面に熱可塑性の樹脂１６を固着する。
Next, as shown in FIG. 4A, a
そして、不図示の加熱プレス機で樹脂１６を加熱して軟化させながら、樹脂１６に放熱シート４を圧着する。その後に、樹脂１６を自然冷却して硬化させる。
Then, the
続いて、図４（ｂ）に示すように、放熱シート４からゴムシート１３を引き剥がすことにより、ヒートスプレッダ５に放熱シート４を転写する。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the
次いで、図５（ａ）に示すように、表面に熱可塑性の樹脂１８が固着された電子部品３を用意し、不図示の加熱プレス機で樹脂１８を加熱して軟化させながら、樹脂１８に放熱シート４を圧着する。
Next, as shown in FIG. 5A, an
その後、図５（ｂ）に示すように、樹脂１６を自然冷却して硬化させることにより放熱シート４に電子部品３を固着する。
Thereafter, as shown in FIG. 5B, the
以上により、この例に係る電子装置が完成する。 As described above, the electronic device according to this example is completed.
上記した電子装置の製造方法によれば、放熱シート４は、図３（ｂ）のようにゴムシート１３に転写されたり、図４（ｂ）のようにヒートスプレッダ５に転写された状態でないと作業者が扱うことができず、放熱シート４を単体で扱うことができない。
According to the above-described method for manufacturing an electronic device, the
これでは放熱シート４の汎用性が低下してしまい、カーボンナノチューブ１１が有する高い熱伝導率を活かすのが難しくなる。
This reduces the versatility of the
以下に、カーボンナノチューブを備えた放熱シートを単体で使用することができる各実施形態について説明する。 Hereinafter, each embodiment in which the heat dissipation sheet including carbon nanotubes can be used alone will be described.
（第１実施形態）
図６〜図１１は、本実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図である。
(First embodiment)
6 to 11 are cross-sectional views of the heat dissipation sheet according to the present embodiment in the process of being manufactured.
まず、図６（ａ）に示すように、基板２１としてシリコン基板を用意し、その基板２１の表面を熱酸化することにより下地膜２２として厚さが３００nm程度の酸化シリコン膜を形成する。
First, as shown in FIG. 6A, a silicon substrate is prepared as the
基板２１の材料はシリコンに限定されず、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ガラス、及び金属のいずれかを材料とする基板を用いてもよい。
The material of the
次に、図６（ｂ）に示すように、下地膜２２の上にスパッタ法でアルミニウム膜を１０nm程度の厚さに形成し、そのアルミニウム膜を下地金属膜２３とする。
Next, as shown in FIG. 6B, an aluminum film having a thickness of about 10 nm is formed on the
下地金属膜２３の材料としては、アルミニウムの他に、モリブデン、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブ、バナジウム、タンタル、タングステン、銅、金、白金、パラジウム、チタンシリサイド、酸化アルミニウム、酸化チタン、及び窒化チタンがある。更に、これらの材料のいずれかを含む合金膜を下地金属膜２３として形成してもよい。 Examples of the material of the base metal film 23 include aluminum, molybdenum, titanium, hafnium, zirconium, niobium, vanadium, tantalum, tungsten, copper, gold, platinum, palladium, titanium silicide, aluminum oxide, titanium oxide, and titanium nitride. There is. Further, an alloy film containing any of these materials may be formed as the base metal film 23.
次いで、下地金属膜２３の上にスパッタ法で鉄膜を２．５nm程度の厚さに形成し、その鉄膜を触媒金属膜２４とする。
Then, an iron film having a thickness of about 2.5 nm is formed on the base metal film 23 by the sputtering method, and the iron film is used as the
触媒金属膜２４の材料は鉄に限定されない。触媒金属膜２４は、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、白金のいずれか、又はこれらの合金から形成し得る。
The material of the
更に、触媒金属膜２４に代えて、触媒金属膜２４と同一の材料を含む金属微粒子を下地金属膜２３の上に付着させてもよい。この場合、金属微粒子は、微分型静電分級器等によって予め所定の直径のもののみが収集されて下地金属膜２３の上に供給される。
Further, instead of the
続いて、図７（ａ）に示すように、触媒金属膜２４の触媒作用を利用してホットフィラメントCVD(Chemical Vapor Deposition)法により複数のカーボンナノチューブ２６を成長させる。そのカーボンナノチューブ２６は、下地膜２２の作用により、基板２１の法線方向nに沿って直線的に成長する。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, a plurality of
カーボンナノチューブ２６の成長条件は特に限定されない。この例では、原料ガスとしてアセチレンガスとアルゴンガスとの混合ガスを用い、不図示の成長室内における原料ガスの総ガス圧力を５kPa〜１０kPaとする。アセチレンガスとアルゴンガスとの分圧比は、例えば１：９程度である。また、ホットフィラメントの温度は１０００℃程度であり、基板温度は６２０℃〜６６０℃程度である。
The growth conditions for the
カーボンナノチューブ２６の成長時間も特に限定されないが、カーボンナノチューブ２６の長さが飽和する時間をかけてカーボンナノチューブ２６を成長させることで、後でカーボンナノチューブ２６を基板２１から剥がし易くすることができる。このようにカーボンナノチューブ２６の長さが飽和する時間は例えば９０分であり、飽和した時点でのカーボンナノチューブ２６の長さは例えば２５０μｍ程度である。
It is not particularly limited growth time of the
なお、下地金属膜２３と触媒金属膜２４は、成長室内に原料ガスが導入された際に凝縮して粒状の金属粒２５となり、その金属粒２５の上にのみカーボンナノチューブ２６が成長する。
Note that the base metal layer 23 and the
この成長条件によれば、カーボンナノチューブ２６の面密度は約１×１０11本／cm2となり、各カーボンナノチューブ２６の直径は４nm〜８nmで平均直径は約６nmとなる。
According to this growth condition, the areal density of the
なお、各カーボンナノチューブ２６においては、その中心軸から外側に向かって単層のグラフェンシートが３層〜６層程度積み重なり、その層数の平均値は４層程度となる。このように多層のグラフェンシートを積層してなるカーボンナノチューブは多層カーボンナノチューブとも呼ばれるが、単層カーボンナノチューブを形成してもよい。
In addition, in each
また、カーボンナノチューブ２６の成膜方法は上記のホットフィラメントCVD法に限定されず、熱CVD法やリモートプラズマCVD法であってもよい。また、アセチレンに代えてメタン若しくはエチレン等の炭化水素類、又はエタノール若しくはメタノール等のアルコール類を炭素の原料としてもよい。
The method of forming the
次に、図７（ｂ）に示すように、各カーボンナノチューブ２６の一方の端部２６ａの上に、自然長よりも伸展されたゴムシート３０を載せる。そして、ローラ３７等を用いて、各カーボンナノチューブ２６にゴムシート３０の表面３０ａを押し当てることにより、端部２６ａを表面３０ａに固着する。
Next, as shown in FIG. 7B, the
そのゴムシート３０の材料は特に限定されず、本工程でカーボンナノチューブ２６が固着する程度の粘着力を有する任意のゴムをゴムシート３０の材料として採用し得る。そのような材料としては、例えば、例えばシリコーンゴム、天然ゴム、及び合成ゴムがある。
The material of the
その後に、図８（ａ）に示すように、伸展していたゴムシート３０を自身の弾性力で弛緩させながら、基板２１から各カーボンナノチューブ２６を剥離する。
After that, as shown in FIG. 8A, each
これにより、ゴムシート３０の収縮に追従して各カーボンナノチューブ２６の間隔が狭まり、カーボンナノチューブ２６の密度が高められる。
As a result, the intervals between the
ゴムシート３０の収縮量も特に限定されない。この例では、本工程を行う前と比較して面積比で１／３程度となるようにゴムシート３０を収縮させることにより、カーボンナノチューブ２６の面密度を本工程の前の状態の３倍程度にする。
The amount of shrinkage of the
次に、図８（ｂ）に示す工程について説明する。 Next, the step shown in FIG. 8B will be described.
まず、シリコン基板３１の上にテフロン（登録商標）シート３２を載せる。そして、そのテフロンシート３２の上に、カーボンナノチューブ２６を上にしてゴムシート３０を載せる。
First, the Teflon (registered trademark)
更に、そのカーボンナノチューブ２６の他方の端部２６ｂの上に厚さが２０μm〜５０μm程度の第１の樹脂フィルム３３と第１の離形部材３４とをこの順に載せる。
Further, a
第１の離形部材３４は、後で第１の樹脂フィルム３３を加熱して軟化させたときにその第１の樹脂フィルム３３から容易に剥離できる部材なら特に限定されず、この例ではテフロンシートを第１の離形部材３４として使用する。
The
その第１の樹脂フィルム３３の材料も特に限定されない。その材料として、本実施形態ではヘンケルジャパン株式会社製のMicromelt 6239を使用する。この材料は、融点が１３５℃〜１４５℃程度の熱可塑性樹脂である。
The material of the
そして、加熱プレス機により第１の樹脂フィルム３３をその融点よりも高い１４０℃程度に加熱する。この状態で、加熱プレス機の治具３６で第１の離形部材３４に１６０N程度の力を加え、各カーボンナノチューブ２６の他方の端部２６ｂに第１の樹脂フィルム３３を固着する。なお、加熱時間は５分程度とする。
Then, the
このように第１の樹脂フィルム３３と治具３６との間に第１の離形部材３４を介在させることで、軟化した第１の樹脂フィルム３３が治具３６に付着するのを防止できる。
By thus interposing the first releasing
なお、第１の樹脂フィルム３３とカーボンナノチューブ２６は、両者が容易に剥離しない程度に互いに密着していればよく、本工程では各カーボンナノチューブ２６は第１の樹脂フィルム３３を貫通しない。
The
また、本工程で第１の樹脂フィルム３３の加熱温度を高くし過ぎると、ゴムシート３０が軟化して劣化するおそれがある。よって、本工程における第１の樹脂フィルム３３の加熱温度は、前述のように第１の樹脂フィルム３３が融け始める温度である融点とするのが好ましい。
Further, if the heating temperature of the
その後に、図９（ａ）に示すように、加熱プレス機からゴムシート３０と各カーボンナノチューブ２６とを取り出し、第１の樹脂フィルム３３を室温にまで自然冷却する。
After that, as shown in FIG. 9A, the
そして、ゴムシート３０から各カーボンナノチューブ２６を剥離する。
Then, the
次に、図９（ｂ）に示す工程について説明する。 Next, the step shown in FIG. 9B will be described.
まず、シリコン基板３８の上にクッション材３９としてゴムシートを載せた後、カーボンナノチューブ２６が上になるように第１の離形部材３４をクッション材３９の上に載せる。
First, a rubber sheet is placed on the
クッション材３９は、シリコン基板３８の表面の凹凸を吸収することにより第１の樹脂フィルム３３に均等に圧力を加えるものであり、シリコン基板３８の表面に凹凸が無ければ省いても良い。
The
そして、カーボンナノチューブ２６の一方の端部２６ａの上に２０μm〜５０μm程度の第２の樹脂フィルム４１と第２の離形部材４２とをこの順に載せる。
Then, the
第２の樹脂フィルム４１の材料は特に限定されないが、本実施形態では第１の樹脂フィルム３３と同じ材料の熱可塑性樹脂を使用する。そのような熱可塑性樹脂としては、例えばヘンケルジャパン株式会社製のMicromelt 6239がある。
The material of the
また、第２の離形部材４２は、後で第２の樹脂フィルム４１を加熱して軟化させたときにその第２の樹脂フィルム４１から容易に剥離できる部材なら特に限定されない。この例では、第１の離形部材３４と同様に、テフロンシートを第２の離形部材４２として使用する。
The
その後、加熱プレス機により第２の樹脂フィルム４１をその融点よりも高い１４０℃程度に加熱しながら、治具３６で第２の離形部材４２に上から１６０N程度の力を加え、カーボンナノチューブ２６の一方の端部２６ａに第２の樹脂フィルム４１を固着する。なお、加熱時間は５分程度とする
また、図８（ｂ）の工程と同様に、本工程ではカーボンナノチューブ２６から第２の樹脂フィルム４１が剥離しない程度に両者が密着していればよく、各カーボンナノチューブ２６は第２の樹脂フィルム４１を貫通しない。
Thereafter, while heating the
更に、第２の樹脂フィルム４１と治具３６との間に第２の離形部材４２を介在させることで、軟化した第２の樹脂フィルム４１が治具３６に付着するのを防止できる。
Further, by interposing the second releasing
その後に、第２の樹脂フィルム４１を室温にまで自然冷却させることで、図１０（ａ）に示すようなシート４５を得る。
After that, the
そのシート４５は、相対する二枚の樹脂フィルム３３、４１と、それらの一方から他方に延びる複数のカーボンナノチューブ２６とを有する。この構造によれば、複数のカーボンナノチューブ２６が分散するのをこれらの樹脂フィルム３３、４１によって防止できる。
The
更に、シート４５は、その両面に設けられた第１及び第２の離形部材３４、４２と共に積層体４６を形成する。
Further, the
次に、図１０（ｂ）に示す工程について説明する。 Next, the step shown in FIG. 10B will be described.
まず、第１のプレス板５１と第２のプレス板５２とを備えた加熱プレス機を用意する。
First, a heating press machine including the
そして、第１のプレス板５１の上に、シリコン基板５３とクッション材５４とをこの順に載せる。クッション材５４として、シリコン基板５３の表面の凹凸を吸収するゴムシートを使用する。
Then, the
更に、クッション材５４の上に前述の積層体４６を載せ、その上にシリコン基板５５と銅板５６とをこの順に載せる。
Further, the above-described
そして、第１のプレス板５１と第２のプレス板５２で積層体４６を挟むと共に、加熱プレス機で各樹脂フィルム３３、４１を１２５℃程度の温度に予備加熱する。
Then, the
次に、図１１（ａ）に示すように、加熱プレス機で各樹脂フィルム３３、４１を加熱して軟化させつつ、各プレス板５１、５２で積層体４６を加圧することにより、各々の樹脂フィルム３３、４１の表面からカーボンナノチューブ２６の端部２６ａ、２６ｂを露出させる。
Next, as shown in FIG. 11( a ), each
本工程における各樹脂フィルム３３、４１の加熱温度は特に限定されない。但し、これらの樹脂フィルム３３、４１からカーボンナノチューブ２６を露出させ易くするために、各樹脂フィルム３３、４１の粘度が最小になる温度にこれらの樹脂フィルム３３、４１を加熱するのが好ましい。前述のように樹脂フィルム３３、４１としてヘンケルジャパン株式会社製のMicromelt 6239を使用する場合、粘度が最小となる温度は１９０℃〜２２５℃程度である。
The heating temperature of each
なお、温度が２２５℃程度のとき、そのMicromelt 6239の粘度は５．５Pa.s〜８．５Pa.s程度となる。 When the temperature is about 225° C., the viscosity of Micromelt 6239 is about 5.5 Pa.s to 8.5 Pa.s.
また、各プレス板５１、５２から積層体４６に加える力は、各樹脂フィルム３３、４１からカーボンナノチューブ２６が露出する程度の力であれば特に限定されず、本実施形態ではその力を１５０N〜２５０N程度とする。
The force applied from the
そして、各樹脂フィルム３３、４１の加熱時間が１０分を経過したところで加熱を停止し、各プレス板５１、５２でシート４５を加圧しながら各樹脂フィルム３３、４１を室温にまで冷却する。
Then, when the heating time of each
ここで、本実施形態では、第１のプレス板５１と第１の樹脂フィルム３３との間に第１の離形部材３４が介在しているため、本工程で軟化した第１の樹脂フィルム３３が第１のプレス板５１に付着するのを防止できる。同様に、軟化した第２の樹脂フィルム４１が第２のプレス板５２に付着するのを第２の離形部材４２で防止できる。
Here, in this embodiment, since the
その後に、図１１（ｂ）に示すように、両端に樹脂フィルム３３、４１が固着したカーボンナノチューブ２６を加熱プレス機から取り出す。
After that, as shown in FIG. 11B, the
このとき、第１の離形部材３４として使用したテフロンシートと第１の樹脂フィルム３３との密着力が弱いので、第１の樹脂フィルム３３から第１の離形部材３４を容易に剥離することができる。これと同様の理由により、第２の離形部材４２も第２の樹脂フィルム４１から容易に剥離することができる。
At this time, since the adhesion between the Teflon sheet used as the
以上により、本実施形態に係る放熱シート６０の基本構造が完成する。
With the above, the basic structure of the
その放熱シート６０においては、各樹脂フィルム３３、４１が厚さ方向に間隔をおいて設けられたと共に、それらのうちの一方から他方に複数のカーボンナノチューブ２６が延びる。
In the
そして、そのカーボンナノチューブ２６の一方の端部２６ａが第２の樹脂フィルム４１の表面から露出し、かつ他方の端部２６ｂが第１の樹脂フィルム３３の表面から露出する。
Then, one
これによれば、カーボンナノチューブの各端部２６ａ、２６ｂが各樹脂フィルム３３、４１で覆われていない。そのため、各端部２６ａ、２６ｂをヒートスプレッダや電子部品に当接させることで、電子部品で発生した熱がヒートスプレッダに伝わるのがこれらの樹脂フィルム３３、４１で阻害されず、電子部品の冷却を促すことができる。
According to this, the
しかも、複数のカーボンナノチューブ２６同士が各樹脂フィルム３３、４１で一体化されているため、各カーボンナノチューブ２６を一体として扱うことができる。そのため、放熱シート６０を単体で扱うことができ、放熱シート６０の汎用性を高めることができる。
Moreover, since the plurality of
なお、各樹脂フィルム３３、４１の厚さzは特に限定されない。但し、カーボンナノチューブ２６の長さLの半分（2/L）よりも厚さzが厚いと、各樹脂フィルム３３、４１同士が接触してしまい、端部２６ａ、２６ｂを各樹脂フィルム３３、４１から露出させることができない。そのため、厚さzは、カーボンナノチューブ２６の長さLの半分以下とするのが好ましい。
The thickness z of each
一方、厚さzが薄すぎると、放熱シート６０の剛性が不足するため、作業者が放熱シート６０を扱うのが難しくなる。
On the other hand, if the thickness z is too thin, the rigidity of the
また、厚さzが薄いと、図９（ａ）の工程でカーボンナノチューブ２６をゴムシート３０から剥離する際に、ゴムシート３０とカーボンナノチューブ２６との接着力が、第１の樹脂フィルム３３とカーボンナノチューブ２６との接着力より強くなる。その結果、ゴムシート３０からカーボンナノチューブ２６を剥離できなくなる恐れもある。
Further, when the thickness z is thin, the adhesive force between the
これらを避けるために、厚さzを１０μm以上とするのが好ましい。 In order to avoid these, the thickness z is preferably 10 μm or more.
本願発明者は、この放熱シート６０の熱伝導性について調査した。
The inventor of the present application investigated the thermal conductivity of the
図１２は、その調査方法について説明する断面図である。 FIG. 12 is a sectional view for explaining the investigation method.
この調査では、CPU等の発熱源を模したヒータ６１の上に銅ブロック６２を設けた。
In this investigation, a
更に、その銅ブロック６２とヒートスプレッダ５とで放熱シート６０を挟み、この状態でヒータ６１を発熱させながら、銅ブロック６２とヒートスプレッダ５との温度差ΔTを測定した。
Further, the
放熱シート６０の熱伝導性が良いほど温度差ΔTは小さくなるので、温度差ΔTは放熱シート６０の熱伝導性を推定する指標となる。
The better the heat conductivity of the
本願発明者の調査によれば、その温度差ΔTは１．８℃〜２．７℃程度となった。一方、図１０のように各樹脂フィルム３３、４１からカーボンナノチューブ２６の端部が露出していないシート４５においてはその温度差Δが７．６℃であった。このことから、各樹脂フィルム３３、４１から端部２６ａ、２６ｂを露出させることが放熱シート６０の熱伝導性を高めるのに有効であることが確かめられた。
According to the investigation by the inventor of the present application, the temperature difference ΔT is about 1.8°C to 2.7°C. On the other hand, in the
また、上記の温度差ΔT（１．８℃〜２．７℃）は、グラファイトシートの温度差ΔT（９．３℃）と比較して十分に低い。よって、グラファイトよりもカーボンナノチューブの方が放熱シート６０の熱伝導性を向上させるのに有効であることが明らかとなった。
Further, the temperature difference ΔT (1.8° C. to 2.7° C.) is sufficiently lower than the temperature difference ΔT (9.3° C.) of the graphite sheet. Therefore, it became clear that carbon nanotubes are more effective than graphite in improving the thermal conductivity of the
更に、これとは別に放熱シート６０の熱拡散率を測定したところ、その値は1.59×10-3 m2/Sとなった。グラファイトシートの厚み方向の熱拡散率はこれよりも小さい1.98×10-5 m2/S程度であるから、このことからも放熱シート６０がグラファイトシートよりも優位であることが明らかとなった。
Further, when the thermal diffusivity of the
更に、インジウムよりなる放熱シートでは温度差ΔTが１．１℃程度となることから、本実施形態ではインジウムに近い熱伝導性を有する放熱シート６０が得られることが明らかとなった。
Further, since the temperature difference ΔT is about 1.1° C. in the heat dissipation sheet made of indium, it is clear that the
次に、この放熱シート６０を適用し得る様々な電子装置の例について説明する。
Next, examples of various electronic devices to which the
＜第１例＞
この例では、電子部品としてCPUを用い、そのCPUで発生した熱をヒートスプレッダを介して外部に放熱する場合について説明する。
<First example>
In this example, a case where a CPU is used as an electronic component and the heat generated by the CPU is radiated to the outside via a heat spreader will be described.
図１３（ａ）、（ｂ）は、第１例に係る電子装置の製造途中の断面図である。 13A and 13B are cross-sectional views of the electronic device according to the first example during manufacture.
まず、図１３（ａ）に示すように、配線基板７２の上にCPU等の電子部品７３を搭載してなる半導体パッケージ７１を用意する。
First, as shown in FIG. 13A, a
そして、その半導体パッケージ７１の上に、前述の放熱シート６０とヒートスプレッダ７５とをこの順に重ねる。ヒートスプレッダ７５は、放熱部材の一例であって、例えば熱伝導性に優れた銅から形成される。
Then, the
その後に、図１３（ｂ）に示すように、放熱シート６０の一方の主面６０ａを電子部品７３に密着させ、かつ他方の主面６０ｂをヒートスプレッダ７５に密着させる。そして、この状態で不図示の接着剤を用いて配線基板７２にヒートスプレッダ７５の周縁部を接着する。
After that, as shown in FIG. 13B, one
このとき、前述のように各樹脂フィルム３３、４１の表面にカーボンナノチューブの各端部２６ａ、２６ｂが既に露出している。そのため、本工程では、各樹脂フィルム３３、４１を加熱して軟化することにより各樹脂フィルム３３、４１から各端部２６、２６ｂを露出させる必要がない。そのため、不必要に電子部品７３を加熱せずに済み、電子部品７３が熱でダメージを受けるのを防止できる。
At this time, as described above, the
以上により、本実施形態に係る電子装置７０の基本構造が完成する。
With the above, the basic structure of the
その電子装置７０においては、カーボンナノチューブ２６の各端部２６ａ、２６ｂが樹脂フィルム３３、４１で覆われておらず、電子部品７３やヒートスプレッダ７５に当接している。
As in the
したがって、電子部品７３の熱がカーボンナノチューブ２６を介して速やかにヒートスプレッダ７５に移動するようになり、電子部品７３を効率的に冷却することが可能となる。
Therefore, heat of the electronic component 7 3 is to move rapidly to the
＜第２例＞
第１例では、電子部品７３が熱でダメージを受けるのを防止するために、放熱シート６０を加熱することなしに、電子部品７３とヒートスプレッダ７５の各々に放熱シート６０を密着させた。
<Second example>
In the first example, in order to prevent the
これと同様に、本例においても、電子部品７３が熱でダメージを受けるのを防止しながら、ヒートスプレッダ７５に放熱シート６０を固着する。
Similarly to this, also in this example, the
図１４〜図１５は、本例に係る電子装置の製造途中の断面図である。なお、図１４〜図１５において、第１例で説明したのと同じ要素には第１例におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。 14 to 15 are cross-sectional views of the electronic device according to this example in the process of being manufactured. 14 to 15, the same elements as those described in the first example are denoted by the same reference numerals as those in the first example, and description thereof will be omitted below.
まず、図１４（ａ）に示すように、第２の樹脂フィルム４１が軟化する１４０℃程度の温度に放熱シート６０を加熱する。そして、このように加熱しながら、ヒートスプレッダ７５に放熱シート６０を押し付けることにより、軟化した第２の樹脂フィルム４１の粘着力で放熱シート６０をヒートスプレッダ７５に圧着する。
First, as shown in FIG. 14A, the
その後に、室温まで放熱シート６０を冷却する。
Then, the
次に、図１４（ｂ）に示すように、前述の半導体パッケージ７１を用意し、その半導体パッケージ７１の電子部品７３と放熱シート６０との位置合わせを行う。
Next, as shown in FIG. 14B, the
続いて、図１５に示すように、電子部品７３に放熱シート６０を密着させながら、不図示の接着剤を用いて配線基板７２にヒートスプレッダ７５の周縁部を接着する。
Subsequently, as shown in FIG. 15, while adhering the
以上により、本例に係る電子装置７０の基本構造が完成する。
With the above, the basic structure of the
本例によれば、図１４（ａ）の工程で放熱シート６０を加熱しながらヒートスプレッダ７５に圧着する。
According to this example, the
このように放熱シート６０を加熱しても、この段階では放熱シート６０に電子部品７３が固着されていないので、電子部品７３が熱でダメージを受けることはない。
Even if the
しかも、第２の樹脂フィルム４１の粘着力でヒートスプレッダ７５に放熱シート６０が密着するため、カーボンナノチューブの端部２０ａがヒートスプレッダ７５に当接した状態を維持し続けることが可能となる。
Moreover, since the
＜第３例＞
本例では、スマートフォン等の薄型の携帯端末に使用される電子装置について説明する。
<Third example>
In this example, an electronic device used for a thin mobile terminal such as a smartphone will be described.
図１６〜図１７は、本例に係る電子装置の製造途中の断面図である。 16 to 17 are cross-sectional views of the electronic device according to this example in the process of being manufactured.
まず、図１６（ａ）に示すように、互いに種類が異なる第１の半導体素子８２と第２の半導体素子８３とが積層された電子部品８０を用意する。
First, as shown in FIG. 16A, an
この例では、第１の半導体素子８２としてCPUを使用し、第１のはんだバンプ８５によりその第１の半導体素子８２を配線基板８１に接続する。
In this example, a CPU is used as the
そして、第２の半導体素子８３として例えばRAM(Random Access Memory)を使用し、第１のはんだバンプ８５よりも大きな第２のはんだバンプ８６により第２の半導体素子８３を配線基板８１に接続する。
Then, as the
このように異種の半導体素子８２、８３を備えた電子部品８０は、PoP(Package on Package)とも呼ばれる。
The
また、配線基板８１の一方の主面８１ａ側においてはこれらの半導体素子８２、８３が樹脂８７により封止されており、他方の主面８１ｂには外部接続端子８４としてはんだバンプが接続される。
In addition, on one
次に、図１６（ｂ）に示すように、マザーボード等の回路基板８８を用意し、外部接続端子８４を介して回路基板８８に電子部品８０を接続する。
Next, as shown in FIG. 16B, a
なお、その回路基板８８の主面には、後述の金属キャップを被せるための枠８９が立設されている。
A
続いて、図１７（ａ）に示すように、回路基板８８の上方に放熱シート６０と金属キャップ９０とをこの順に配する。金属キャップ９０は、放熱部材の一例であって、熱伝導性に優れた銅板を加工することにより形成され得る。
Subsequently, as shown in FIG. 17A, the
なお、その金属キャップ９０は、外部の電磁波をシールドして電子部品８０が誤動作するのを防止する電磁シールドとしても機能する。
The
その後に、図１７（ｂ）に示すように、回路基板８８の枠８９に金属キャップ９０を被せることにより、放熱シート６０の一方の主面６０ａを電子部品８０に密着させ、かつ他方の主面６０ｂを金属キャップ９０に密着させる。
After that, as shown in FIG. 17B, by covering the
以上により、本例に係る電子装置９２の基本構造が完成する。
With the above, the basic structure of the
その電子装置９２においては、電子部品８０で発生した熱が放熱シート６０を介して金属キャップ９０に伝わった後、不図示のヒートパイプを介してその熱が外部に放熱される。
In the
本例に係る電子装置９２においても、第１例と同様にカーボンナノチューブ２６の各端部２６ａ、２６ｂが電子部品８０や金属キャップ９０に当接している。そのため、電子部品８０の熱をカーボンナノチューブ２６を介して速やかに金属キャップ９０に伝えることができる。
Also in the
更に、樹脂フィルム３３、４１から各端部２６ａ、２６ｂを露出させるためにこれらの樹脂フィルム３３、４１を加熱して軟化させる必要がないので、電子部品８０を不必要に加熱しないで済む。
Further, since it is not necessary to heat and soften the
特に、スマートフォン等の薄型の電子機器では、放熱シート６０の代わりにフェイズチェンジシートを使用することがある。電子機器の製造時には、そのフェイズチェンジシートを加熱して熱硬化させることにより電子部品８０にフェイズチェンジシートを固着するため、電子部品８０が不必要に加熱されることになる。
In particular, in a thin electronic device such as a smartphone, a phase change sheet may be used instead of the
そのような加熱が本例では不要になることから、スマートフォン等の電子機器の製造途中で電子部品８０が熱的なダメージを受けるのを防止することが可能となる。
Since such heating is unnecessary in this example, it is possible to prevent the
本願発明者は、この電子装置９２を実際のスマートフォンに使用し、そのスマートフォンの性能を調査した。
The inventor of the present application used the
その調査では、スマートフォンで４ｋ動画を撮影した。４ｋ動画を撮影すると電子部品８０の使用率が高くなり電子部品８０が高温になるが、この状態が継続すると電子部品８０が故障してしまう。これを避けるため、スマートフォンでは４ｋ動画の撮影を強制的に停止させる機能がある。
In that survey, a 4k video was taken with a smartphone. When a 4k moving image is taken, the usage rate of the
撮影を開始してからこのように強制的に停止されるまでの時間が長いほど、電子部品８０の冷却が促されており、電子部品８０が高温になっていないということになる。
The longer the time from the start of photographing until the forced stop is, the more the cooling of the
そこで、この調査では、スマートフォンで４ｋ動画の撮影を開始してから強制的に撮影が停止されるまでの時間を調べた。 Therefore, in this survey, the time from the start of shooting a 4k video with a smartphone until the shooting is forcibly stopped was examined.
その結果、本例では撮影が停止するまでの時間は１１分２５秒となった。一方、放熱シート６０に代えてフェイズチェンジシートを用いた場合は、その時間は１１分３４秒となり、本例よりも長くなった。
As a result, in this example, the time until the shooting stopped was 11 minutes and 25 seconds. On the other hand, when a phase change sheet was used instead of the
このことから、本例に係る放熱シート６０は、フェイズチェンジシートと比較して、電子部品８０の冷却を促すのに有効であることが明らかとなった。
From this, it is clear that the
（第２実施形態）
放熱シートは、その厚みが厚いほど下地の凹凸を吸収でき、熱抵抗を高める原因となる空気層が下地との間に形成され難くなる。
(Second embodiment)
As the thickness of the heat dissipation sheet increases, the unevenness of the base can be absorbed, and an air layer that increases the thermal resistance is less likely to be formed between the heat dissipation sheet and the base.
そこで、本実施形態では、以下のようにして第１実施形態よりも厚い放熱シートを作製する。 Therefore, in this embodiment, a heat dissipation sheet thicker than that in the first embodiment is manufactured as follows.
図１８〜図１９は、本実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図である。 18 to 19 are cross-sectional views of the heat dissipation sheet according to the present embodiment during manufacturing.
なお、図１８〜図１９において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。 18 to 19, the same elements as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof will be omitted below.
まず、第１実施形態の図６（ａ）〜図９（ａ）の工程を行うことにより、図１８（ａ）に示すように、第１の樹脂フィルム３３の一方の主面上に長さLが１００μm〜３００μm程度の複数のカーボンナノチューブ２６が固着した構造を得る。
First, by performing the steps of FIG. 6A to FIG. 9A of the first embodiment, as shown in FIG. 18A, the length on one main surface of the
なお、第１実施形態で説明したように、その第１の樹脂フィルム３３の他方の主面上には、第１の離形部材３４としてテフロンシートが貼付されている。
As described in the first embodiment, a Teflon sheet is attached as the
また、この段階では、カーボンナノチューブ２６は第１の樹脂フィルム３３を貫通しておらず、カーボンナノチューブ２６の他方の端部２６ｂは第１の樹脂フィルム３３の表面に露出していない。
At this stage, the
次に、図１８（ｂ）に示すように、このようにカーボンナノチューブ２６が固着した第１の樹脂フィルム３３を二枚用意し、それらの間に第２の樹脂フィルム４１を配する。
Next, as shown in FIG. 18B, two
これにより、複数のカーボンナノチューブ２６と複数の樹脂フィルム３３、４１とが交互に積層された積層体４６が得られる。
Thereby, the
そして、図１９（ａ）に示すように、第１実施形態の図１１（ａ）と同様に加熱プレス機で各樹脂フィルム３３、４１を加熱して軟化させつつ、各プレス板５１、５２で積層体４６を加圧する。
Then, as shown in FIG. 19( a ), as in FIG. 11( a) of the first embodiment, each of the
各樹脂フィルム３３、４１の加熱温度は、これらの樹脂フィルム３３、４１の粘度が最小となる１９０℃〜２２５℃程度とする。また、各プレス板５１、５２から積層体４６に加える力は例えば１５０N〜２５０N程度とする。
The heating temperature of each
このように加熱と加圧とを行うことにより、最上層と最下層の第１の樹脂フィルム３３の表面からカーボンナノチューブ２６の端部２６ｂが露出することになる。
By performing heating and pressurizing in this manner, the
また、積層体４６の途中の高さにある第２の樹脂フィルム４１においては、上下のカーボンナノチューブ２６同士が当接し、これらのカーボンナノチューブ２６によって熱が流れる経路が確保される。
In addition, in the
そして、加熱時間が１０分を経過したところで加熱を停止し、各プレス板５１、５２でシート４５を加圧しながら各樹脂フィルム３３、４１を室温にまで冷却する。
Then, when the heating time exceeds 10 minutes, the heating is stopped, and the
その後に、図１９（ｂ）に示すように、樹脂フィルム３３、４１が固着したカーボンナノチューブ２６を加熱プレス機から取り出す。
After that, as shown in FIG. 19B, the
以上により、本実施形態に係る放熱シート６０の基本構造が完成する。
With the above, the basic structure of the
その放熱シート６０においては、複数のカーボンナノチューブ２６をその長さ方向に積層したため、カーボンナノチューブ２６が一層のみの第１実施形態よりも厚さTを厚くすることが可能となる。
In the
この例では、厚さTは約２５０μmとなった。この厚さは、積層前のカーボンナノチューブ２６の長さLを１７５μmとしたとき、積層前の上下のカーボンナノチューブ２６の合計の厚さ（2×L）の約７２％である。この程度の厚さであれば、電子部品の表面等の凹凸を放熱シート６０が十分に吸収することができる。
In this example, the thickness T was about 250 μm. This thickness is about 72% of the total thickness (2×L) of the upper and
更に、図１２で説明したのと同じ方法を用いて温度差ΔTを測定したところ、この放熱シート６０の温度差ΔTは２．０程度となり、第１実施形態と同程度に低い値を得ることができた。
Furthermore, when the temperature difference ΔT was measured using the same method as described with reference to FIG. 12, the temperature difference ΔT of this
また、この放熱シート６０は、第１実施形態の図１３（ａ）、（ｂ）と同じ工程を行うことで電子装置に適用し得る。
Further, this
図２０は、放熱シート６０を適用した電子装置の断面図である。なお、図２０において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
FIG. 20 is a sectional view of an electronic device to which the
図２０に示すように、この電子装置１００においては、放熱シート６０の両面がそれぞれ電子部品７３とヒートスプレッダ７５の各々に密着する。本例では前述のように放熱シート６０の厚さTが第１実施形態よりも厚いため、放熱シート６０がその厚さ方向に変形し易くなり、電子部品７３やヒートスプレッダ７５の各表面の凹凸に合わせて放熱シート６０が変形できる。その結果、放熱シート６０と電子部品７３等との間に空気が介在し難くなり、その空気に起因して電子部品７３とヒートスプレッダ７５との間の熱抵抗が上昇するのを抑制することが可能となる。
As shown in FIG. 20, in this
なお、各樹脂フィルム３３、４１とカーボンナノチューブ２６との積層方法は上記に限定されない。
The method for laminating the
以下に、その積層方法の別の例について説明する。 Another example of the stacking method will be described below.
図２１〜図２３は、本実施形態の別の例に係る放熱シートの製造途中の断面図である。 21 to 23 are cross-sectional views of the heat dissipation sheet according to another example of the present embodiment in the process of being manufactured.
なお、図２１〜図２３において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。 21 to 23, the same elements as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted below.
まず、図２１（ａ）に示すように、第１実施形態で説明したシート４５（図１０（ａ）参照）の上方と下方のそれぞれに、第１の樹脂フィルム３３が固着したカーボンナノチューブ２６を配する。
First, as shown in FIG. 21A, the
そのカーボンナノチューブ２６は第１実施形態の図６（ａ）〜図９（ａ）の工程を経ており、第１の樹脂フィルム３３には第１の離形部材３４としてテフロンシートが貼付されている。
The
一方、シート４５は、第１実施形態の図６（ａ）〜図１０（ａ）の工程を行うことで作製され、カーボンナノチューブ２６の両端に第１の樹脂フィルム３３と第２の樹脂フィルム４１とが固着した状態となっている。
On the other hand, the
なお、第１実施形態ではそのシート４５の両面に第１の離形部材３４と第２の離形部材４２とが貼付されていたが、本例ではこれらの離形部材３４、４２を剥離しておく。
In the first embodiment, the first releasing
次に、図２１（ｂ）に示すように、上記のシート４５と各カーボンナノチューブ２６とを積層する。これにより、複数のカーボンナノチューブ２６、各樹脂フィルム３３、４１、及び第１の離形部材３４の各々が積層された積層体４６を得る。
Next, as shown in FIG. 21B, the
続いて、図２２に示すように、第１実施形態の図１１（ａ）の工程と同様に加熱プレス機で各樹脂フィルム３３、４１を加熱して軟化させつつ、各プレス板５１、５２で積層体４６を加圧する。
Then, as shown in FIG. 22, each
本工程における各樹脂フィルム３３、４１の加熱温度は、これらの樹脂フィルム３３、４１の粘度が最小となる１９０℃〜２２５℃程度である。また、各プレス板５１、５２から積層体４６に加える力は例えば１５０N〜２５０N程度である。
The heating temperature of each
このように加熱と加圧とを行うことにより、最上層と最下層の第１の樹脂フィルム３３の表面からカーボンナノチューブ２６の端部２６ｂが露出することになる。
By performing heating and pressurizing in this manner, the
また、積層体４６の途中の高さにおける第１の樹脂フィルム３３と第２の樹脂フィルム４１においては、上下のカーボンナノチューブ２６同士が当接し、これらのカーボンナノチューブ２６によって熱が流れる経路が確保される。
Further, in the
そして、加熱時間が１０分を経過したところで加熱を停止し、各プレス板５１、５２でシート４５を加圧しながら各樹脂フィルム３３、４１を室温にまで冷却する。
Then, when the heating time exceeds 10 minutes, the heating is stopped, and the
その後に、図２３に示すように、樹脂フィルム３３、４１が固着した三層構造のカーボンナノチューブ２６を加熱プレス機から取り出す。
After that, as shown in FIG. 23, the
以上により、本例に係る放熱シート６０の基本構造が完成する。
With the above, the basic structure of the
上記した本例によれば、放熱シート６０におけるカーボンナノチューブ２６の積層数が三層となるため、図１９（ｂ）のように積層数が二層の場合と比較して放熱シート６０の厚さTを更に厚くできる。
According to this example described above, since the number of
（第３実施形態）
第１実施形態と第２実施形態では、第１の離形部材３４と第２の離形部材４２としてテフロンシートを使用した。
(Third Embodiment)
In the first and second embodiments, Teflon sheets are used as the
本実施形態では、以下のようにテフロンシート以外の材料をこれらの離形部材３４、４２として使用する。
In the present embodiment, materials other than the Teflon sheet are used as the
図２４〜図２７は、本実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図である。 24 to 27 are cross-sectional views of the heat dissipation sheet according to the present embodiment in the process of being manufactured.
まず、第１実施形態の図６（ａ）〜図１０（ａ）の工程を行うことにより、図２４（ａ）に示すシート４５を得る。
First, the
シート４５は、前述のようにカーボンナノチューブ２６の両端に第１の樹脂フィルム３３と第２の樹脂フィルム４１とを固着してなり、これらの樹脂フィルム３３、４１の各々には第１の離形部材３４と第２の離形部材４２とが貼付されている。
The
次いで、図２４（ｂ）に示すように、シート４５からこれらの離形部材３４、４２を剥離する。
Next, as shown in FIG. 24B, the
次に、図２５に示す工程について説明する。 Next, the process shown in FIG. 25 will be described.
まず、ゴムシート等のクッション材５４の表面に、液状の離型剤を塗布し、それを乾燥させて第３の離形部材１１０とする。そのような液状の離形材としては、例えば、ヘンケルジャパン株式会社製のLOCTITE FREKOTE 55-NCがある。
First, a liquid mold release agent is applied to the surface of the
これと同様に、シリコン基板５５の表面にも前述のLOCTITE FREKOTE 55-NCを塗布した後、それを乾燥することにより第４の離形部材１１１を形成する。
Similarly, the above-mentioned LOCTITE FREKOTE 55-NC is applied to the surface of the
その後に、各離形部材１１０、１１１の間に前述のシート４５を配することにより、そのシート４５と各離形部材１１０、１１１とを積層してなる積層体４６を得る。
After that, by disposing the above-mentioned
次に、図２６に示すように、各プレス板５１、５２で積層体４６を加熱しながら加圧することにより、各々の樹脂フィルム３３、４１の表面からカーボンナノチューブ２６の端部２６ａ、２６ｂを露出させる。なお、本工程における加熱と加圧の各条件は第１実施形態と同じであり、加熱温度は１９０℃〜２２５℃程度とし、各プレス板５１、５２から積層体４６に加える力は１５０N〜２５０N程度とする。
Next, as shown in FIG. 26, the laminate 46 is heated and pressed by the
その後に、図２７に示すように、両端に樹脂フィルム３３、４１が固着したカーボンナノチューブ２６を加熱プレス機から取り出す。
After that, as shown in FIG. 27, the
以上により、本実施形態に係る放熱シート６０の基本構造が完成する。
With the above, the basic structure of the
上記した本実施形態においても、図２６の工程で第１のプレス板５１と第１の樹脂フィルム３３との間に第３の離形部材１１０を介在させたため、加熱により軟化した第１の樹脂フィルム３３が第１のプレス板５１に付着するのを防止できる。同様に、軟化した第２の樹脂フィルム４１が第２のプレス板５２に付着するのを第４の離形部材１１１で防止できる。
Also in the above-described present embodiment, since the
（第４実施形態）
第１実施形態では、図７（ｂ）〜図８（ａ）に示したように、自然長よりも伸展されたゴムシート３０を弛緩することにより、カーボンナノチューブ２６の密度を高めた。
(Fourth Embodiment)
In the first embodiment, as shown in FIGS. 7B to 8A, the density of the
本実施形態では、これとは別の方法でカーボンナノチューブ２６の密度を高める。
In this embodiment, the density of the
図２８〜図３３は、本実施形態に係る放熱シートの製造途中の断面図である。 28 to 33 are cross-sectional views of the heat dissipation sheet according to the present embodiment in the process of being manufactured.
なお、図２８〜図３３において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。 28 to 33, the same elements as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted below.
まず、第１実施形態の図６（ａ）〜図７（ａ）の工程を行うことにより、図２８に示すように、基板２１の上に複数のカーボンナノチューブ２６が成長した構造を得る。
First, by performing the steps of FIGS. 6A to 7A of the first embodiment, a structure in which a plurality of
次に、図２９に示す工程について説明する。 Next, the process shown in FIG. 29 will be described.
まず、本実施形態に係る放熱シート製造装置１３０に前述の基板２１をセットする。
その放熱シート製造装置１３０は、ベース１３１、スペーサ１３２、圧縮板１３３、押さえ板１３４、及びフレーム１３５を有する。
The heat dissipation
このうち、ベース１３１はアルミニウム板であって、その上に基板２１がカーボンナノチューブ２６を上にして載置される。
Of these, the
そして、ベース１３１の上方には、カーボンナノチューブ２６を上から押さえる押さえ板１３４が配される。この例では透明なガラス板を押さえ板１３４として用いることにより、押さえ板１３４を通じてカーボンナノチューブ２６が視認できるようにする。
A
そして、押さえ板１３４の縁部にはフレーム１３５が固着される。フレーム１３５は、例えばアルミニウム板であって、押さえ板１３４が露出する開口１３５ａを備える。
The
そのフレーム１３５とベース１３１にはネジ１３６が通されており、そのネジ１３６を締め付けることで押さえ板１３４が降下して、カーボンナノチューブ２６に押さえ板１３４が押圧される。
A
更に、基板２１の上にはスペーサ１３２が載置される。スペーサ１３２は押さえ板１３４に当接する位置に設けられており、これにより押さえ板１３４がカーボンナノチューブ２６を過度に押圧するのを防止できる。そのスペーサ１３２の材料としては、例えばアルミニウムがある。
Further, a
そして、基板２１と押さえ板１３４との間には、ステンレス板等の圧縮板１３３が基板横方向から入れられる。この例では二つの圧縮板３３を用い、その各々でカーボンナノチューブ２６をその側部から挟むようにする。
Then, a
続いて、図３０に示すように、ネジ１３６を締め付けることにより押さえ板１３４を下降させ、その押さえ板１３４でカーボンナノチューブ２６を上から押さえる。なお、スペーサ１３２に押さえ板１３４が上から当接したところで押さえ板１３４の下降は停止するため、押さえ板１３４からカーボンナノチューブ２６に過度の押圧力が加わるのを防止できる。
Subsequently, as shown in FIG. 30, the
そして、この状態で二つの圧縮板１３３の各々に互いに対向する力F1、F2を加える。これにより、カーボンナノチューブ２６がその側部から圧縮されるため、カーボンナノチューブ２６の密度が増加する。
Then, in this state, forces F1 and F2 that oppose each other are applied to each of the two
その後、図３１に示すように、ネジ１３６を緩めることにより放熱シート製造装置１３０からシート状に集合したカーボンナノチューブ２６を取り出す。
Thereafter, as shown in FIG. 31, the
なお、基板２１や押さえ板１３４にカーボンナノチューブ２６が張り付いている場合には、鋭利な刃物でこれらの部材からカーボンナノチューブ２６を剥離すればよい。
When the
続いて、図３２（ａ）に示すように、第１実施形態の図８（ｂ）の工程と同様にシリコン基板３１の上にテフロンシート３２とクッション材１３９とをこの順に載せ、更にその上にシート状に集合したカーボンナノチューブ２６を載せる。なお、クッション材１３９としては、例えばゴムシートを使用し得る。
Subsequently, as shown in FIG. 32A, the
更に、カーボンナノチューブ２６の他方の端部２６ｂの上に第１の樹脂フィルム３３と第１の離形部材３４とをこの順に載せる。
Further, the
そして、加熱プレス機により第１の樹脂フィルム３３をその融点よりも高い１４０℃程度に加熱する。この状態で、加熱プレス機の治具３６で第１の離形部材３４に上から１６０N程度の力を加え、各カーボンナノチューブ２６の他方の端部２６ｂに第１の樹脂フィルム３３を固着する。なお、加熱時間は５分程度とする。
Then, the
第１実施形態の図８（ｂ）の工程と同様に、本工程では各カーボンナノチューブ２６は第１の樹脂フィルム３３を貫通しない。
Similar to the step of FIG. 8B of the first embodiment, each
次いで、図３２（ｂ）に示すように、第１の樹脂フィルム３３を室温にまで自然冷却した後、加熱プレス機から各カーボンナノチューブ２６を取り出す。
Next, as shown in FIG. 32B, after the
この後は、第１実施形態で説明した図９（ｂ）〜図１１（ｂ）の工程を行うことにより、図３３に示すような本実施形態に係る放熱シート６０を得る。
After that, the
以上説明した本実施形態によれば、図３０の工程でカーボンナノチューブ２６をその側部から圧縮したことでカーボンナノチューブ２６の密度が高まるため、放熱シート６０の熱伝導性を高めることができる。
According to the present embodiment described above, the density of the
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 The following supplementary notes will be disclosed with respect to the respective embodiments described above.
（付記１） 相対する二枚の樹脂フィルムの一方から他方に複数のカーボンナノチューブが延びたシートを作製する工程と、
第１のプレス板と第２のプレス板により、第１の離形部材、前記シート、及び第２の離形部材を順に積層した積層体を挟む工程と、
各々の前記樹脂フィルムを加熱して軟化させながら、前記第１のプレス板と前記第２のプレス板で前記シートを加圧することにより、各々の前記樹脂フィルムの表面から前記カーボンナノチューブの端部を露出させる工程と、
を有することを特徴とする放熱シートの製造方法。
(Supplementary Note 1) A step of producing a sheet in which a plurality of carbon nanotubes extend from one of two opposing resin films to the other,
A step of sandwiching a laminated body in which the first release member, the sheet, and the second release member are sequentially laminated by the first press plate and the second press plate,
While heating and softening each of the resin films, by pressing the sheet with the first press plate and the second press plate, the ends of the carbon nanotubes from the surface of each of the resin film Exposing step,
A method of manufacturing a heat dissipation sheet, comprising:
（付記２） 前記シートを作製する工程において、複数の前記カーボンナノチューブと複数の前記樹脂フィルムとを交互に積層することを特徴とする付記１に記載の放熱シートの製造方法。
(Supplementary Note 2) The method for producing a heat dissipation sheet according to
（付記３） 前記シートを作製する工程の前に、前記複数のカーボンナノチューブの密度を高める工程を更に有することを特徴とする付記１又は付記２に記載の放熱シートの製造方法。
(Supplementary Note 3) The method for producing a heat dissipation sheet according to
（付記４） 前記複数のカーボンナノチューブの密度を高める工程は、
前記複数のカーボンナノチューブの各々の一方の端部に、自然長よりも伸展されたゴムシートの表面を押し当てることにより、前記一方の端部を前記表面に固着する工程と、
前記一方の端部を前記表面に固着した後、前記ゴムシートを弛緩する工程とを有することを特徴とする付記３に記載の放熱シートの製造方法。
(Supplementary Note 4) The step of increasing the density of the plurality of carbon nanotubes includes
A step of fixing the one end to the surface by pressing the surface of the rubber sheet extended beyond the natural length to one end of each of the plurality of carbon nanotubes,
The method of manufacturing the heat dissipation sheet according to
（付記５） 前記複数のカーボンナノチューブの密度を高める工程は、
前記複数のカーボンナノチューブの側部から前記複数のカーボンナノチューブを圧縮する工程を有することを特徴とする付記３に記載の放熱シートの製造方法。
(Supplementary Note 5) The step of increasing the density of the plurality of carbon nanotubes includes
4. The method for manufacturing a heat dissipation sheet according to
（付記６） 各々の前記樹脂フィルムの表面から前記カーボンナノチューブの端部を露出させる工程において、各々の前記樹脂フィルムの粘度が最小となる温度に各々の前記樹脂フィルムを加熱することを特徴とする付記１乃至付記５のいずれかに記載の放熱シートの製造方法。
(Supplementary Note 6) In the step of exposing the ends of the carbon nanotubes from the surface of each resin film, each resin film is heated to a temperature at which the viscosity of each resin film is minimized. 6. The method for manufacturing a heat dissipation sheet according to any one of
（付記７） 前記シートを作製する工程は、
前記カーボンナノチューブの一方の端部に、前記二枚の樹脂フィルムの一方を固着する工程と、
前記カーボンナノチューブの他方の端部に、前記二枚の樹脂フィルムの他方を固着する工程とを有することを特徴とする付記１乃至付記６のいずれかに記載の放熱シートの製造方法。
(Supplementary Note 7) The step of producing the sheet includes
A step of fixing one of the two resin films to one end of the carbon nanotube,
The method of manufacturing a heat dissipation sheet according to any one of
（付記８） 相対する二枚の樹脂フィルムと、
前記二枚の樹脂フィルムの一方から他方に延びた複数のカーボンナノチューブとを有し、
各々の前記樹脂フィルムから前記カーボンナノチューブの端部が露出したことを特徴とする放熱シート。
(Supplementary Note 8) Two opposing resin films,
With a plurality of carbon nanotubes extending from one of the two resin films to the other,
A heat dissipation sheet in which an end of the carbon nanotube is exposed from each of the resin films.
（付記９） 複数の前記カーボンナノチューブと複数の前記樹脂フィルムとを交互に積層したことを特徴とする付記８に記載の放熱シート。 (Supplementary Note 9) The heat dissipation sheet according to Supplementary Note 8, wherein a plurality of the carbon nanotubes and a plurality of the resin films are alternately laminated.
（付記１０） 放熱シートと、
前記放熱シートの一方の主面に密着した電子部品と、
前記放熱シートの他方の主面に密着した放熱部材とを有し、
前記放熱シートは、
相対する二枚の樹脂フィルムと、
前記二枚の樹脂フィルムの一方から他方に延び、かつ、一方の端部が前記電子部品に当接し、他方の端部が前記放熱部材に当接した複数のカーボンナノチューブとを備えたことを特徴とする電子装置。
(Appendix 10) A heat dissipation sheet,
An electronic component in close contact with one main surface of the heat dissipation sheet,
A heat dissipation member in close contact with the other main surface of the heat dissipation sheet,
The heat dissipation sheet is
Two resin films facing each other,
A plurality of carbon nanotubes extending from one of the two resin films to the other and having one end in contact with the electronic component and the other end in contact with the heat dissipation member. And electronic devices.
１…電子装置、２…配線基板、３…電子部品、４…放熱シート、６…はんだバンプ、１０…シリコン基板、１１…カーボンナノチューブ、１２…ローラ、１３…ゴムシート、１６…樹脂、１８…樹脂、２１…基板、２２…下地膜、２３…下地金属膜、２４…触媒金属膜、２５…金属粒、２６…カーボンナノチューブ、２６ａ、２６ｂ…端部、３０…ゴムシート、３０ａ…表面、３１…シリコン基板、３２…テフロンシート、３３…第１の樹脂フィルム、３４…第１の離形部材、３６…治具、３８…シリコン基板、３９…クッション材、４１…第２の樹脂フィルム、４２…第２の離形部材、４５…シート、４６…積層体、５１…第１のプレス板、５２…第２のプレス板、５３…シリコン基板、５４…クッション材、５５…シリコン基板、５６…銅板、６０…放熱シート、６１…ヒータ、６２…銅ブロック、７０…電子装置、７１…半導体パッケージ、７２…配線基板、７３…電子部品、７５…ヒートスプレッダ、８０…電子部品、８１…配線基板、８１ａ、８１ｂ…主面、８２…第１の半導体素子、８３…第２の半導体素子、８４…外部接続端子、８５…第１のはんだバンプ、８６…第２のはんだバンプ、８７…樹脂、８８…回路基板、８９…枠、９０…金属キャップ、９２…電子装置、１００…電子装置、１１０…第３の離形部材、１１１…第４の離形部材、１３０…放熱シート製造装置、１３１…ベース、１３２…スペーサ、１３３…圧縮板、１３４…押さえ板、１３５…フレーム、１３６…ネジ、１３９…クッション材。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
第１のプレス板と第２のプレス板により、第１の離形部材、前記シート、及び第２の離形部材を順に積層した積層体を挟む工程と、
前記第１の樹脂フィルム及び前記第２の樹脂フィルムを加熱して軟化させながら、前記第１のプレス板と前記第２のプレス板で前記シートを加圧することにより、前記第１の樹脂フィルムの表面から前記第１の端部を露出させ、前記第２の樹脂フィルムの表面から前記第２の端部を露出させる工程と、
を有し、
前記シートを作製する工程は、
基板上に、前記基板側に前記第１の端部を備え、前記基板とは反対側に前記第２の端部を備えるように前記複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
前記第２の端部を転写部材に固着する工程と、
前記基板から前記複数のカーボンナノチューブを剥離する工程と、
前記第１の端部に前記第１の樹脂フィルムを、前記第１の樹脂フィルムと第１の治具との間に前記第１の離形部材を挟んで加熱しながら加圧することで、固着する工程と、
前記転写部材から前記複数のカーボンナノチューブを剥離して、前記第１の離形部材、前記第１の樹脂フィルム及び前記複数のカーボンナノチューブの複合体を得る工程と、
を有することを特徴とする放熱シートの製造方法。 From one to the other of the first resin film and the second resin film facing each other , each has a first end on the first resin film side and a second end on the second resin film side. A step of producing a sheet in which a plurality of carbon nanotubes provided with
A step of sandwiching a laminated body in which the first release member, the sheet, and the second release member are sequentially laminated by the first press plate and the second press plate,
By pressing the sheet with the first press plate and the second press plate while heating and softening the first resin film and the second resin film, Exposing the first end from the surface and exposing the second end from the surface of the second resin film;
Have a,
The step of producing the sheet is
Growing a plurality of carbon nanotubes on a substrate so as to have the first end on the substrate side and the second end on the side opposite to the substrate;
Fixing the second end to the transfer member,
Peeling the plurality of carbon nanotubes from the substrate,
Fixing the first resin film on the first end portion by pressing while heating while sandwiching the first release member between the first resin film and the first jig. The process of
Peeling the plurality of carbon nanotubes from the transfer member to obtain a composite of the first release member, the first resin film, and the plurality of carbon nanotubes,
Method for producing a heat radiation sheet, characterized by have a.
前記シートを作製する工程は、前記複数の複合体を作製した後に、前記複数の複合体を、間に一つの第３の樹脂フィルムを加えて、前記第１の樹脂フィルム又は前記第３の樹脂フィルムと前記複数のカーボンナノチューブとが交互に並ぶように積層する工程を有し、
前記複数の積層体のうち積層方向の一端に位置する積層体の前記第１の離形部材及び前記第１の樹脂フィルムを前記第２の離形部材及び前記第２の樹脂フィルムとして用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱シートの製造方法。 In the step of producing the sheet, a plurality of the composites are produced,
In the step of producing the sheet, after producing the plurality of composites, one composite resin film is added between the composites to form the first resin film or the third resin. A step of laminating the film and the plurality of carbon nanotubes so that they are alternately arranged,
Using the first releasing member and the first resin film of the laminated body located at one end in the laminating direction of the plurality of laminated bodies as the second releasing member and the second resin film. method for producing a heat radiation sheet according to claim 1 or 2, characterized.
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