JP6844382B2 - 放熱体、放熱体の製造方法、及び電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、放熱体、放熱体の製造方法、及び電子装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車においては、モータに供給する電力を制御するためにIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の高出力の電子部品が使用される。その電子部品は動作時に高温となるため、放熱を促すための金属製の放熱板が電子部品に設けられることがある。

金属製の放熱板は熱伝導性に優れているものの、高電圧が印加される電子部品を放熱板に直接固定してしまうと、電子部品と放熱板との間にリーク電流が発生するおそれがある。

これを防ぐために、絶縁性のセラミック基板を電子部品と放熱板との間に設けることがある。これにより、電子部品と放熱板とをセラミック基板で電気的に絶縁しつつ、電子部品の熱をセラミック基板を介して放熱板に逃がすことができる。

しかしながら、セラミック基板と電子部品の各々の熱膨張率が異なるため、実使用下において電子部品が発熱すると、電子部品とセラミック基板とが異なる熱膨張量で膨張し、これらの間の接続信頼性が低下するおそれがある。

特表２０１５−５２６９０４号公報 特開２０１０−２４５４００号公報 特開２０１４−８２４４７号公報

西浦 他、「ハイブリッド車用IGBTモジュール」、富士時報 vol. 79 No.5 2006

一つの側面では、本発明は、電子部品との接続信頼性を良好に保つことができる放熱体、放熱体の製造方法、及び電子装置を提供することを目的とする。

一側面では、相対する第１の主面と第２の主面とを備えた絶縁基材と、前記第１の主面に立設された複数の第１のカーボンナノチューブと、前記第２の主面に立設された複数の第２のカーボンナノチューブとを有し、前記絶縁基材は、可撓性フォイルと、前記可撓性フォイルの両面に形成された絶縁性の可撓性セラミック膜とを有し、前記可撓性セラミック膜の材料は六方晶ボロンナイトライドである放熱体が提供される。

一側面によれば、本発明においては、電子部品と絶縁基板との熱膨張量の差が第１のカーボンナノチューブが変形することで吸収されるため、電子部品と絶縁基板との間に生じる応力が緩和され、電子部品との接続信頼性を良好に保つことができる。

図１は、検討に使用した電子装置の断面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。 図３（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。 図４（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その３）である。 図５は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その４）である。 図６は、第１実施形態で使用するバッチ式の石英炉の一例を示す断面図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。 図８（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。 図９（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その３）である。 図１０は、第２実施形態においてボロンナイトライド膜を成膜するのに使用するチャンバの一例を示す図である。 図１１（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。 図１４（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。 図１５は、第４実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その３）である。

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。

図１は、その検討に使用した電子装置の断面図である。

この電子装置１は、電気自動車や携帯電話基地局で使用される高耐圧のデバイスであり、放熱板２と電子部品３とを備える。

このうち、放熱板２は、熱伝導性に優れた銅等を材料としており、その上には第１のはんだ４を介してセラミック基板５が固着される。セラミック基板５の材料は絶縁性のセラミックであれば特に限定されない。例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の絶縁性のセラミックをセラミック基板５の材料として使用し得る。

一方、電子部品３は、例えばSiC基板を備えたIGBTである。前述のセラミック基板５の上には第２のはんだ６が塗布されており、その第２のはんだ６を介してセラミック基板５に電子部品３が固着される。

更に、セラミック基板５の表面には配線７が設けられる。そして、金線等のボンディングワイヤ８により配線７に電子部品３が電気的に接続される。

このような電子装置１によれば、高電圧で動作する電子部品３と放熱板２とを絶縁性のセラミック基板５で絶縁できるため、放熱板２と電子部品３との間にリーク電流が流れるのを防止できる。しかも、各はんだ４、６とセラミック基板５とを介して電子部品３の熱が放熱板２に伝わるため、電子部品３の冷却を促すこともできる。

しかしながら、セラミック基板５と電子部品３のSiC基板とは熱膨張率が異なるため、実使用下において電子部品３が発熱して膨張するとその動きにセラミック基板５が追従することができない。

その結果、各はんだ４、６にクラックが入ってしまい、電子部品３と放熱板２との接続信頼性が低下すると共に、電子部品３から放熱板２に熱が逃げるのがクラックによって阻害されてしまう。

以下に、このような不都合を解消し得る各実施形態について説明する。

（第１実施形態）
本実施形態に係る電子装置について、その製造工程を追いながら説明する。

図２〜図５は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、相対する第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂとを備えたリジッドな絶縁基材２０として窒化アルミニウム板を用意する。

絶縁基材２０の材料は窒化アルミニウムに限定されず、バンドギャップが高く優れた絶縁性を示す材料で絶縁基材２０を形成し得る。そのような材料としては、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ガリウム、炭化シリコン、及び窒化シリコンのいずれか、又はこれらの二種類以上の化合物がある。

そして、第１の主面２０ａに金膜２１ａとタンタル膜２１ｂとをこの順に蒸着法で形成し、中心領域Aにおけるこれらの膜２１ａ、２１ｂを第１の導体パターン２１にすると共に、周辺領域Bにおける各膜２１ａ、２１ｂを電極２２とする。なお、後述の電子部品を第１の導体パターン２１に電気的に接続する必要がない場合には第１の導体パターン２１を形成しなくてもよい。

また、このように第１の導体パターン２１や電極２２をパターニングするには、第１の導体パターン２１や電極２２の形状に対応した開口を備えたメタルマスクを上記の蒸着法で使用すればよい。

また、第１の導体パターン２１と電極２２のそれぞれの厚さは特に限定されない。この例では金膜２１ａを１０nm〜２０００nm程度の厚さに形成し、タンタル膜２１ｂを２nm〜４００nm程度の厚さに形成する。更に、金膜２１ａに代えて白金膜、クロム膜、ロジウム膜、ルテニウム膜、銅膜、アルミニウム膜、チタンシリサイド膜、窒化チタン膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、窒化タンタル膜、及びタングステン膜のいずれかを形成してもよい。

そして、第１の導体パターン２１と同じ方法により、中心領域Aにおける第２の主面２０ｂに第２の導体パターン２３を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、第１の主面２０ａの全面にスパッタ法で触媒金属膜２４をスパッタ法で形成した後、その触媒金属膜２４をフォトリソグラフィでパターニングして第１の導体パターン２１の上のみに残す。

その触媒金属膜２４として、例えば厚さが１５nmのアルミニウム膜と厚さが２．５nmの厚さの鉄膜をこの順に形成する。なお、スパッタ法に代えて電子ビーム蒸着法や分子線エピタキシ法（MBE: Molecular Beam Epitaxy）により触媒金属膜２４を形成してもよい。

触媒金属膜２４の材料も上記に限定されない。例えば、コバルト、ニッケル、鉄、金、銀、及び白金のいずれかの金属膜を触媒金属膜２４として形成し得る。また、触媒金属膜２４に代えて金属の酸化膜を形成してもよい。

更に、上記の金属膜の下に下地金属膜を形成してもよい。そのような下地金属膜の材料としては、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、窒化タンタル、チタンシリサイド、アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化チタン、窒化チタン、タンタル、酸化タンタル、窒化タンタル、タングステン、銅、金、白金、及びこれらの合金がある。

また、第１の導体パターン２１のタンタル膜２１ｂは、その下の金膜２１ａの金原子が触媒金属膜２４に拡散するのを防止する拡散防止膜として機能する。

そして、これと同様にして第２の導体パターン２３の上にも触媒金属膜２４を形成する。

次いで、図３（ａ）に示すように、ホットフィラメントCVD(Chemical Vapor Deposition)法により第１の主面２０ａにおける触媒金属膜２４の上に複数の第１のカーボンナノチューブ２５を成長させる。なお、電極２２の上には触媒金属膜２４が形成されていないため、電極２２の上には第１のカーボンナノチューブ２５は成長しない。

これと同時に、第２の主面２０ｂにおける触媒金属膜２４の上に複数の第２のカーボンナノチューブ２６を成長させる。

なお、各カーボンナノチューブ２５、２６は、触媒金属膜２４の触媒作用によってそれぞれ各主面２０ａ、２０ｂの法線方向n1、n2に沿って成長する。

これにより、絶縁基材２０の各主面２０ａ、２０ｂに各カーボンナノチューブ２５、２６を立設してなる薄板状の放熱体３０の基本構造が完成する。

そのような放熱体３０によれば、各カーボンナノチューブ２５、２６の根元が絶縁基材２０に固着しているため、搬送時に各カーボンナノチューブ２５、２６が分散するおそれがなく、取扱いが容易である。

各カーボンナノチューブ２５、２６の成長条件は特に限定されない。この例では、基板温度を３００℃〜１１００℃、例えば６２０℃にすると共に、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石英炉に供給する。

その原料ガスの石英炉内での圧力は例えば１kPaであり、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℃程度とし、成長時間は６０分程度とする。

各カーボンナノチューブ２５、２６の長さはそれらの成長時間や触媒金属膜２４の厚さで制御でき、上記の条件では各カーボンナノチューブ２５、２６が１５０μm程度の厚さに成長する。なお、触媒金属膜２４に含まれる鉄膜の厚さを１nmとすると各カーボンナノチューブ２５、２６の長さは２５０μm程度となる。

その触媒金属膜２４は、石英炉内に原料ガスが導入された際に凝縮して粒状の金属粒２４ａとなり、その金属粒２４ａから各カーボンナノチューブ２５、２６が法線方向n1、n2に沿って成長する。

このようにして成長したカーボンナノチューブ２５、２６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積み重なった多層カーボンナノチューブとなる。

カーボンナノチューブ２５、２６の成長に使用する石英炉は特に限定されない。

図６は、本実施形態で使用するバッチ式の石英炉の一例を示す断面図である。

この石英炉１００は鉛直方向に延びた円筒状であって、その内側表面には台座１０１が鉛直方向に間隔をおいて複数設けられる。

そして、台座１０１の各々に複数の絶縁基材２０を載せ、この状態で石英炉１００内に原料ガスGを導入することにより、複数の絶縁基材２０の各々の両面に上記のカーボンナノチューブ２５、２６を一括して成長させることができる。

なお、カーボンナノチューブ２５、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、プラズマCVD法、及びリモートプラズマ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ガスとしてもよい。

この例では上記のように絶縁基材２０の上に各カーボンナノチューブ２５、２６を成長させたが、放熱体３０の作製方法はこれに限定されない。例えば、絶縁基材２０とは別に各カーボンナノチューブ２５、２６の束を形成しておき、それらの束を樹脂等で絶縁基材２０に固着することにより放熱体３０を作製してもよい。その場合は、各カーボンナノチューブ２５、２６の成長時の触媒となる触媒金属膜２４は不要となる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、電極２２の上にコンデンサや抵抗等の素子２８を搭載し、はんだ２９により素子２８を電極２２に固定する。

続いて、図４（ａ）に示すように、第１の接続媒体３１と第２の接続媒体３２の各々として厚さが１μm〜５０μm程度の樹脂シートを用意し、各接続媒体３１、３２で放熱体３０を挟む。

各接続媒体３１、３２の材料は特に限定されないが、この例ではそれらの材料としてホットメルト樹脂を使用する。そのようなホットメルト樹脂としては、例えば、ポリアミド系ホットメルト樹脂、ポリウレタン系ホットメルト樹脂、及びポリオレフィン系ホットメルト樹脂がある。

また、ホットメルト樹脂に代えてアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニル系樹脂、及びワックスのいずれかを各接続媒体３１、３２の材料として採用してもよい。

更に、これらの樹脂に代えて金属ペーストを各接続媒体３１、３２として採用してもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、銅等の金属の放熱板３５の上に第２の接続媒体３２を介して放熱体３０を載せると共に、第１の接続媒体３１の上に電子部品３７を載せる。

電子部品３７は、IGBT等の高電圧で動作する半導体デバイスであって、その表面３７ｃにはSiC基板等の半導体基板の表面が露出する。

そして、各接続媒体３１、３２を１７５℃程度の温度に加熱して軟化させながら、１６０N程度の圧力で放熱板３５に向けて電子部品３７を加圧する。加圧する時間は例えば１５分程度とする。

これにより、第１のカーボンナノチューブ２５の先端２５ａが電子部品３７に接続される。また、複数の第１のカーボンナノチューブ２５の隙間に第１の接続媒体３１が含浸し、第１の接続媒体３１の粘着力で第１のカーボンナノチューブ２５が電子部品３７に固着する。

特に、この例では加圧によって先端２５ａと電子部品３７との間から第１の接続媒体３１が排除されるため、先端２５ａが電子部品３７の表面３７ｃに接触する。これにより、導電性の第１のカーボンナノチューブ２５が電子部品３７の表面３７ｃに電気的に接続されると共に、熱伝導率が低い第１の接続媒体３１によって第１のカーボンナノチューブ２５と電子部品３７との間の熱抵抗が高まるのを防止できる。

同様に、第２のカーボンナノチューブ２６の先端２６ａが放熱板３５に接触してこれらの間の熱抵抗が下がると共に、第２の接続媒体３２の粘着力で第２のカーボンナノチューブ２６が放熱板３５に固着する。

なお、第１のカーボンナノチューブ２５は、自身が変形することにより電子部品３７の表面３７ｃの凹凸を吸収し、放熱体３０と電子部品３７との密着性を高める役割を担う。電子部品３７の表面３７ｃの凹凸の高低差は数十μm程度である。よって、第１のカーボンナノチューブ２５を１００μm〜１０００μm程度の長さに形成することで、数十μm程度の凹凸を吸収できる程度の弾力性を第１のカーボンナノチューブ２５に持たせるのが好ましい。

同様に、第２のカーボンナノチューブ２６についてもその長さを１００μm〜１０００μm程度にすることで、第２のカーボンナノチューブ２６が変形して放熱板３５の表面の凹凸を十分に吸収できるようにするのが好ましい。

続いて、図５に示すように、電極２２と電子部品３７の電極３７ａとを金線等のボンディングワイヤ３９で接続する。

以上により、本実施形態に係る電子装置３８の基本構造を得る。

この電子装置３８の使用用途は特に限定されないが、例えば電気自動車や携帯電話基地局のフレーム２００に放熱板３５を固定し得る。これにより、電子部品３７で発生した熱が放熱板３５からフレーム２００に逃げ、電子部品３７を冷却することが可能となる。

なお、サーバやパーソナルコンピュータ等のフレーム２００に放熱板３５を固定してもよい。

また、この電子装置３８においては、第１の導体パターン２１を接地電位にすることにより導電性の第１のカーボンナノチューブ２５を介して電子部品３７の基板電位が接地電位とされる。

以上説明した本実施形態によれば、実使用下において発熱した電子部品３７が絶縁基材２０と異なる膨張量で膨張しても、それらの膨張量の差が柔軟な第１のカーボンナノチューブ２５が変形することにより吸収される。

そのため、絶縁基材２０と電子部品３７との間に生じる応力を緩和することができ、放熱体３０と電子部品３７との接続信頼性を良好に保つことができる。

同様に、柔軟な第２のカーボンナノチューブ２６が変形することにより絶縁基材２０と放熱板３５との熱膨張量の差が吸収されるため、放熱体３０と放熱板３５との接続信頼性を良好に保つこともできる。

しかも、絶縁基材２０によって導電性の放熱板３５と電子部品３７とを絶縁することができるため、放熱板３５と電子部品３７との間にリーク電流が発生するのを防止することもできる。

更に、各カーボンナノチューブ２５、２６の熱伝導率が１５００W／m・Kと極めて高いため、電子部品３７で発生した熱がカーボンナノチューブ２５、２６を介して放熱板３５に速やかに伝わり、電子部品３７の放熱を促すことができる。

なお、電子部品３７で発生した熱は絶縁基材２０において基板横方向にも広がるため、これによっても電子部品３７の放熱が促される。

（第２実施形態）
本実施形態では、放熱板３５や電子部品３７との間に生じる応力を以下のようにして更に緩和する。

図７〜図９は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。なお、図７〜図９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。

まず、図７（ａ）に示すように、可撓性フォイル４０として厚さが１００μm程度の銅フォイルを用意する。可撓性フォイル４０の厚さは特に限定されず、可撓性が生じる１０μm〜１０００μmの範囲で適宜選択し得る。

また、可撓性フォイル４０の材料も特に限定されない。その材料としては、例えば銅、コバルト、ニッケル、鉄、金、白金、タンタル、及びチタンのいずれかの金属がある。また、これらの金属の酸化物や窒化物で可撓性フォイル４０を形成してもよい。更に、上記した各金属同士の合金を可撓性フォイル４０の材料として採用してもよい。

そして、その可撓性フォイル４０の両面に触媒金属膜４１としてスパッタ法で鉄膜を１００nm程度の厚さに形成する。なお、スパッタ法に代えて電子ビーム蒸着法や分子線エピタキシ法により触媒金属膜４１を形成してもよい。

更に、触媒金属膜４１の材料も鉄に限定されず、銅、鉄、ニッケル、コバルト、白金、及び金のいずれか、又はこれらの合金、炭化物、酸化物、及び窒化物のいずれかの金属膜を触媒金属膜４１として形成してもよい。

次に、図７（ｂ）に示すように、触媒金属膜４１の触媒作用を利用してその上に熱CVD法により六方晶ボロンナイトライド（h-BN）膜を１nm〜５０nm程度の厚さに形成し、そのボロンナイトライド膜を絶縁性の可撓性セラミック膜４２とする。

図１０は、そのボロンナイトライド膜を成膜するのに使用するチャンバの一例を示す図である。

図１０の例では、枚葉式のチャンバ１０３の中にヒータ１０４とシャワーヘッド１０５とが相対するように設けられており、ヒータ１０４の上に可撓性フォイル４０が載置される。

そして、ヒータ１０４で可撓性フォイル４０を１０００℃程度の温度に加熱しつつ、シャワーヘッド１０５から原料ガスGとしてアンモニア、ジボラン、水素、及びアルゴンの混合ガスをチャンバ１０３内に供給し、チャンバ１０３内の圧力を５０kPa程度にする。

なお、アンモニアとジボランの流量はいずれも１０sccm程度である。また、アルゴンガスの流量を４０００sccm程度とし、水素の流量を５００sccm程度とする。

このような条件を採用することにより可撓性フォイル４０の一方の表面に前述のボロンナイトライド膜を形成した後、これと同じ条件で可撓性フォイル４０の他方の表面にもボロンナイトライド膜を形成する。

なお、このような枚葉式のチャンバ１０３に代えて、図５のようなバッチ式の石英炉１００でボロンナイトライド膜を形成してもよい。その場合には、希釈用のアルゴンガスを１０００sccm程度の流量で石英炉１００に供給しながら、固体のアンモニアボランを昇華させて石英炉１００に供給し、大気圧下においてボロンナイトライド膜を形成し得る。なお、基板温度は１０００℃程度とすればよい。

更に、熱CVD法でボロンナイトライド膜を形成するのに代えて、リモートプラズマCVD法やプラズマCVD法でボロンナイトライド膜を形成してもよい。

また、ALD(Atomic Layer Deposition)法やボロンナイトライドのターゲットを用いるスパッタ法によりボロンナイトライド膜を形成してもよい。これらの成膜方法では、可撓性フォイル４０に触媒金属膜４１を形成せずに、可撓性フォイル４０の両面にボロンナイトライド膜を直接形成する。その後、真空中又は不活性ガスの雰囲気中で基板温度を８００℃〜１２００℃とする条件でボロンナイトライド膜を加熱し、ボロンナイトライド膜を高品質化してもよい。

ここまでの工程により、可撓性フォイル４０の両面に可撓性セラミック膜４２を形成してなる絶縁基材４５（図７（ｂ）参照）が得られる。

絶縁基材４５の両面に形成された可撓性セラミック膜４２が絶縁体であるため、絶縁基材４５の相対する第１の主面４５ａと第２の主面４５ｂとを可撓性セラミック膜４２で絶縁することができる。

特に、可撓性セラミック膜４２の材料である六方晶ボロンナイトライドは、バンドギャップが５．９eVと極めて広く優れた絶縁性を示すため、各主面４５ａ、４５ｂを電気的に確実に絶縁することができる。

続いて、図８（ａ）に示すように、不図示のメタルマスクを使用した蒸着法により第１の主面４５ａに金膜２１ａとタンタル膜２１ｂとをこの順に形成し、中心領域Aと周辺領域Bの各々に第１の導体パターン２１と電極２２とを形成する。

なお、後述の電子部品３７を第１の導体パターン２１に電気的に接続する必要がない場合には第１の導体パターン２１を形成しなくてもよい。

そして、中心領域Aにおける第２の主面４５ｂに、第１の導体パターン２１と同じ方法により第２の導体パターン２３を形成する。

そして、図８（ｂ）に示すように、各主面４５ａ、４５ｂにスパッタ法で触媒金属膜２４を形成した後、それをパターニングして各導体パターン２１、２３の上のみに残す。その触媒金属膜２４として、第１実施形態と同様にアルミニウム膜と鉄膜とをこの順に積層してなる積層膜を形成する。

次に、第１実施形態の図３（ａ）の工程を行うことにより、図９（ａ）に示すように、各導体パターン２１、２３の上にそれぞれ第１のカーボンナノチューブ２５と第２のカーボンナノチューブ２６を成長させる。これらのカーボンナノチューブ２５、２６は、触媒金属膜２４の触媒作用によって各主面４５ａ、４５ｂの法線方向n1、n2に沿ってそれぞれ延びる。

以上により、絶縁基材４５の各主面４５ａ、４５ｂに各カーボンナノチューブ２５、２６を立設してなる薄板状の放熱体５５が得られたことになる。

この後は、第１実施形態で説明した図３（ｂ）〜図５の工程を行うことにより、図９（ｂ）に示すように、放熱体５５を介して放熱板３５と電子部品３７とが接続された本実施形態に係る電子装置６０の基本構造を完成させる。

以上説明した本実施形態によれば、可撓性フォイル４０と可撓性セラミック膜４２によって絶縁基材４５も可撓性を呈するようになる。

そのため、実使用下において発熱した電子部品３７が絶縁基材４５と異なる膨張量で膨張する際に、各カーボンナノチューブ２５、２６だけでなく絶縁基材４５も変形するようになる。その結果、放熱体５５と電子部品３７との間に生じる応力が緩和され易くなり、放熱体５５と電子部品３７との接続信頼性を良好に保つことができる。

同様に、絶縁基材４５と放熱板３５とが異なる熱膨張量で膨張しても、絶縁基材４５が変形することにより絶縁基材４５と放熱板３５との間の応力が緩和され、放熱体５５と放熱板３５との接続信頼性を良好に保つことができる。

（第３実施形態）
第１実施形態や第２実施形態では各接続媒体３１、３２の材料として樹脂を使用した。本実施形態では、以下のように各接続媒体３１、３２の材料としてはんだを使用する。

図１１〜図１２は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。なお、図１１〜図１２において、第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同じ要素にはこれら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。

まず、図１１（ａ）に示すように、第１実施形態の図２（ａ）〜図３（ｂ）の工程を行うことにより、素子２８が搭載された放熱体３０を作製する。なお、その放熱体３０に代えて第２実施形態の放熱体５５（図９（ａ）参照）を作製してもよい。

次に、図１１（ｂ）に示すように、放熱体３０とは別に放熱板３５と電子部品３７を用意する。

このうち、電子部品３７の表面には第１の接続媒体３１として予めはんだを形成しておく。同様に、放熱板３５の表面にも第２の接続媒体３２として予めはんだを形成しておく。

そして、図１２（ａ）に示すように、各接続媒体３１、３２のはんだを加熱して溶融させながら放熱板３５に向けて電子部品３７を加圧する。

このとき、第１のカーボンナノチューブ２５の先端２５ａと電子部品３７との間に第１の接続媒体３１が残留していると、第１のカーボンナノチューブ２５と電子部品３７との間の熱抵抗が上昇してしまう。

これを防ぐために、第１のカーボンナノチューブ２５の先端２５ａと電子部品３７との間から第１の接続媒体３１を押し出し、先端２５ａが電子部品３７に接触するようにするのが好ましい。

また、これと同様の理由により、第２のカーボンナノチューブ２６の先端２６ａと放熱板３５との間から第２の接続媒体３２を押し出し、放熱板３５に先端２６ａが接触するようにするのが好ましい。

そして、図１２（ｂ）に示すように、電極２２と電子部品３７の電極３７ａとを金線等のボンディングワイヤ３９で接続し、本実施形態に係る電子装置７０の基本構造を完成させる。

上記した本実施形態によれば、第１の接続媒体３１としてはんだを使用するため、第１の接続媒体３１として樹脂を使用する場合と比較して電子部品３７に第１のカーボンナノチューブ２５を機械的に強固に固定することができる。

そして、これと同様の理由により、第２の接続媒体３２としてはんだを使用することで放熱板３５に第２のカーボンナノチューブ２６を機械的に強固に固定することができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、以下のように金属めっき膜を各接続媒体３１、３２として利用する。

図１３〜図１５は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。なお、図１３〜図１５において、第１〜第３実施形態で説明したのと同じ要素にはこれら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。

まず、図１３（ａ）に示すように、第１実施形態の図２（ａ）〜図３（ａ）の工程を行うことにより、絶縁基材２０の両面にカーボンナノチューブ２５、２６が形成された放熱体３０を用意する。

そして、第１のカーボンナノチューブ２５の束の側面と上面に電解めっきにより第１の金膜７１を０．１μm〜２０μm程度の厚さに形成する。

第１のカーボンナノチューブ２５の表面は疎水性であるため、この電界めっきで使用するめっき液は各カーボンナノチューブ２５の隙間には入り込まない。そのため、第１の金膜７１は、第１のカーボンナノチューブ２５の束の側面と上面のみに形成され、各カーボンナノチューブ２５の隙間には形成されない。

同様に、第２のカーボンナノチューブ２６の束の側面と上面に電解めっきにより第２の金膜７２を０．１μm〜２０μm程度の厚さに形成する。

次に、図１３（ｂ）に示すように、電極２２の上にはんだ２９を介して素子２８を搭載する。素子２８は、例えばコンデンサや抵抗である。

続いて、図１４（ａ）に示すように、放熱体３０とは別に放熱板３５と電子部品３７を用意する。

このうち、電子部品３７の表面には電解めっき法や無電解めっき法により第１の接続媒体３１として金めっき膜を０．１μm〜２０μm程度の厚さに予め形成しておく。同様に、放熱板３５の表面にも第２の接続媒体３２として厚さが０．１μm〜２０μm程度の金めっき膜を電解めっき法や無電解めっき法により予め形成しておく。

続いて、図１４（ｂ）に示すように、各接続媒体３１、３２と各金膜７１、７２とを５０℃〜３００℃程度の温度に加熱しながら放熱板３５に向けて電子部品３７を加圧する。

これにより、第１の接続媒体３１が第１の金膜７１に熱圧着し、放熱体３０に電子部品３７が固定される。同様に、第２の接続媒体３２が第の金膜７２に熱圧着することにより放熱体３０に放熱板３５が固定される。

その後、図１５に示すように、電極２２と電子部品３７の電極３７ａとを金線等のボンディングワイヤ３９で接続し、本実施形態に係る電子装置８０の基本構造を完成させる。

以上説明した本実施形態によれば、図１４（ｂ）に示したように、第１の金膜７１に第１の接続媒体３１を熱圧着する。その熱圧着により第１の接続媒体３１と第１の金膜７１の各々の金原子が相互拡散するため、第１の接続媒体３１と第１の金膜７１とが良好に密着するようになり、第１のカーボンナノチューブ２５と電子部品３７との間の熱抵抗を減らすことができる。

同様に、第２の金膜７２に第２の接続媒体３２を熱圧着することにより両者が良好に密着し、第２のカーボンナノチューブ２６と放熱板３５との間の熱抵抗を減らすことができる。

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。

（付記１） 相対する第１の主面と第２の主面とを備えた絶縁基材と、
前記第１の主面に立設された複数の第１のカーボンナノチューブと、
前記第２の主面に立設された複数の第２のカーボンナノチューブと、
を有する放熱体。

（付記２） 前記絶縁基材は、
可撓性フォイルと、
前記可撓性フォイルの両面に形成された絶縁性の可撓性セラミック膜とを有することを特徴とする付記１に記載の放熱体。

（付記３） 前記可撓性セラミック膜の材料はボロンナイトライドであることを特徴とする付記２に記載の放熱体。

（付記４） 絶縁基材の第１の主面に複数の第１のカーボンナノチューブを立設する工程と、
前記第１の主面に相対する前記絶縁基材の第２の主面に複数の第２のカーボンナノチューブを立設する工程と、
を有する放熱体の製造方法。

（付記５） 前記第１の主面の上に、導体パターンと電極とを間隔をおいて形成する工程と、
前記導体パターンの上に触媒金属膜を形成する工程と、
前記電極の上に素子を固着する工程とを更に有し、
前記第１のカーボンナノチューブを立設する工程において、前記触媒金属膜の上に前記第１のカーボンナノチューブを成長させることを特徴とする付記４に記載の放熱体の製造方法。

（付記６） 電子部品と、
前記電子部品に固着した放熱体とを備え、
前記放熱体は、
相対する第１の主面と第２の主面とを備えた絶縁基材と、
前記第１の主面に立設され、先端が前記電子部品に接続された複数の第１のカーボンナノチューブと、
前記第２の主面に立設された複数の第２のカーボンナノチューブと、
を有する電子装置。

（付記７） 前記先端の周囲の前記第１のカーボンナノチューブに、前記電子部品に接続された接続媒体が設けられたことを特徴とする付記６に記載の電子装置。

（付記８） 前記接続媒体は、樹脂、はんだ、導電性ペースト、及び金属膜のいずれかであることを特徴とする付記７に記載の電子装置。

（付記９） 前記第２のカーボンナノチューブの先端に放熱板が固着されたことを特徴とする付記８に記載の電子装置。

１…電子装置、２…放熱板、３…電子部品、４…第１のはんだ、５…セラミック基板、６…第２のはんだ、７…配線、８…ボンディングワイヤ、２０…絶縁基材、２０ａ…第１の主面、２０ｂ…第２の主面、２１…第１の導体パターン、２１ａ…金膜、２１ｂ…タンタル膜、２２…電極、２３…第２の導体パターン、２４…触媒金属膜、２５…第１のカーボンナノチューブ、２５ａ…先端、２６…第２のカーボンナノチューブ、２６ａ…先端、２８…素子、２９…はんだ、３０…放熱体、３１…第１の接続媒体、３２…第２の接続媒体、３５…放熱板、３７…電子部品、３７ａ…電極、３７ｃ…表面、３８…電子装置、３９…ボンディングワイヤ、４０…可撓性フォイル、４１…触媒金属膜、４２…可撓性セラミック膜、４５…絶縁基材、４５ａ…第１の主面、４５ｂ…第２の主面、５５…放熱体、６０、７０、８０…電子装置、７１…第１の金膜、７２…第２の金膜、１００…石英炉、１０１…台座、１０３…チャンバ、１０４…ヒータ、１０５…シャワーヘッド、２００…フレーム。

Claims (9)

1. 相対する第１の主面と第２の主面とを備えた絶縁基材と、
   前記第１の主面に立設された複数の第１のカーボンナノチューブと、
   前記第２の主面に立設された複数の第２のカーボンナノチューブと、
   を有し、
   前記絶縁基材は、
   可撓性フォイルと、
   前記可撓性フォイルの両面に形成された絶縁性の可撓性セラミック膜とを有し、
   前記可撓性セラミック膜の材料は六方晶ボロンナイトライドである放熱体。
2. 前記第１の主面及び前記第２の主面に設けられた触媒金属膜を有し、
   前記第１のカーボンナノチューブ及び前記第２のカーボンナノチューブは、前記触媒金属膜から延びる請求項１に記載の放熱体。
3. 前記第１のカーボンナノチューブ及び前記第２のカーボンナノチューブの長さは１００μｍ〜１０００μｍである請求項１又は２に記載の放熱体。
4. 絶縁基材の第１の主面の上に複数の第１のカーボンナノチューブを立設する工程と、
   前記第１の主面に相対する前記絶縁基材の第２の主面の上に複数の第２のカーボンナノチューブを立設する工程と、
   を有し、
   前記絶縁基材は、
   可撓性フォイルと、
   前記可撓性フォイルの両面に形成された絶縁性の可撓性セラミック膜とを有し、
   前記可撓性セラミック膜の材料は六方晶ボロンナイトライドである放熱体の製造方法。
5. 前記第１のカーボンナノチューブを立設する工程及び前記第２のカーボンナノチューブを立設する工程の前に、前記第１の主面及び前記第２の主面に触媒金属膜を形成する工程を有し、
   前記第１のカーボンナノチューブを立設する工程において、前記第１のカーボンナノチューブを前記触媒金属膜から成長させ、
   前記第２のカーボンナノチューブを立設する工程において、前記第２のカーボンナノチューブを前記触媒金属膜から成長させる請求項４に記載の放熱体の製造方法。
6. 前記第１のカーボンナノチューブ及び前記第２のカーボンナノチューブの長さは１００μｍ〜１０００μｍである請求項４又は５に記載の放熱体の製造方法。
7. 電子部品と、
   前記電子部品に固着した放熱体とを備え、
   前記放熱体は、
   相対する第１の主面と第２の主面とを備えた絶縁基材と、
   前記第１の主面に立設され、先端が前記電子部品に接続された複数の第１のカーボンナノチューブと、
   前記第２の主面に立設された複数の第２のカーボンナノチューブと、
   を有し、
   前記絶縁基材は、
   可撓性フォイルと、
   前記可撓性フォイルの両面に形成された絶縁性の可撓性セラミック膜とを有し、
   前記可撓性セラミック膜の材料は六方晶ボロンナイトライドである電子装置。
8. 前記第１の主面及び前記第２の主面に設けられた触媒金属膜を有し、
   前記第１のカーボンナノチューブ及び前記第２のカーボンナノチューブは、前記触媒金属膜から延びる請求項７に記載の電子装置。
9. 前記第１のカーボンナノチューブ及び前記第２のカーボンナノチューブの長さは１００μｍ〜１０００μｍである請求項７又は８に記載の電子装置。

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