JP2011222746A - 電子機器の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発熱体と放熱体とを含む電子機器において、発熱体と放熱体とを熱伝導率の極めて高い放熱材料を介して容易に接合しうる電子機器の製造方法を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂層を形成した第１の基体上に、熱可塑性樹脂層を用いて炭素元素の複数の線状構造体を転写し、第２の基体上に、転写した線状構造体の端部が第２の基体に接するように第１の基体を載置し、第１の基体と第２の基体との間に荷重をかけながら熱処理を行い、熱可塑性樹脂層を融解して第１の基体と第２の基体との間に充填するとともに、線状構造体の一方の端部を第１の基体に、他方の端部を第２の基体に接触させた後、融解した熱可塑性樹脂層を固化し、第１の基体と第２の基体とを熱可塑性樹脂層により接着固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器の製造方法に係り、特に、発熱体と、放熱体と、発熱体と放熱体との間に設けられたサーマルインターフェイスマテリアルとを有する電子機器の製造方法に関する。
サーバーやパーソナルコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）などに用いられる電子部品には、半導体素子から発する熱を効率よく放熱することが求められる。このため、これら電子部品は、半導体素子の直上に設けられた銅などの高い熱伝導度を有する材料のヒートスプレッダが配置された構造を有している。
この際、発熱源及びヒートスプレッダの表面には微細な凹凸が存在するため、互いをダイレクトに接触させても十分な接触面積を稼ぐことができず、接触界面が大きな熱抵抗となり、効率的に放熱を行うことができない。このため、接触熱抵抗を低減することを目的として、発熱源とヒートスプレッダとをサーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ）を介して接続することが行われている。
この目的のもと、サーマルインターフェイスマテリアルには、それ自身が高い熱伝導率を有する材料であることに加え、発熱源及びヒートスプレッダ表面の微細な凹凸に対して広面積に接触しうる特性が求められている。
従来、サーマルインターフェイスマテリアルとしては、放熱グリースやフェイズチェンジマテリアル（ＰＣＭ）、インジウムなどが用いられている。これらの材料が放熱材料として用いられる大きな特徴の一つは、電子機器の耐熱温度以下で流動性を有しているため、微細な凹凸に対して大きな接触面積を得ることが可能な点にある。
しかしながら、放熱グリースやフェイズチェンジマテリアルは、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ〜５Ｗ／ｍ・Ｋと低い。また、インジウムはレアメタルであることに加え、ＩＴＯ関連での大幅な需要増加により価格が高騰しており、より安価な代替材料が待望されている。
このような背景から、放熱材料として、カーボンナノチューブに代表される炭素元素からなる線状構造体が注目されている。カーボンナノチューブは、その軸方向に非常に高い熱伝導度（１５００Ｗ／ｍ・Ｋ〜３０００Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するだけでなく、柔軟性や耐熱性に優れた材料であり、放熱材料として高いポテンシャルを有している。
カーボンナノチューブを用いた熱伝導シートとしては、樹脂中にカーボンナノチューブを分散した熱伝導シートや、基板上に配向成長したカーボンナノチューブ束を樹脂等によって埋め込んだ熱伝導シートが提案されている。
特開２００６−１００５７２号公報
しかしながら、カーボンナノチューブを用いた従来の熱伝導シートでは、カーボンナノチューブの有する高い熱伝導度を充分に生かすことができなかった。
本発明の目的は、発熱体と放熱体とを含む電子機器において、発熱体と放熱体とを熱伝導率の極めて高い放熱材料を介して容易に接合しうる電子機器の製造方法を提供することにある。
実施形態の一観点によれば、第１の基体上に、熱可塑性樹脂層を形成する工程と、前記第１の基体とは異なる基板上に成長した炭素元素の複数の線状構造体を、前記熱可塑性樹脂層を用いて前記第１の基体上に転写する工程と、第２の基体上に、前記第１の基体上に転写した前記複数の線状構造体の端部が前記第２の基体に接するように前記第１の基体を載置する工程と、前記第１の基体と前記第２の基体との間に荷重をかけながら熱処理を行うことにより、前記熱可塑性樹脂層を融解して前記第１の基体と前記第２の基体との間に充填するとともに、前記複数の線状構造体の一方の端部を前記第１の基体に接触させ、前記複数の線状構造体の他方の端部を前記第２の基体に接触させる工程と、融解した前記熱可塑性樹脂層を固化し、前記第１の基体と前記第２の基体とを前記熱可塑性樹脂層により接着固定する工程とを有する電子機器の製造方法が提供される。
また、実施形態の他の観点によれば、第１の基体上に、第１の熱可塑性樹脂層を形成する工程と、前記第１の基体とは異なる基板上に成長した炭素元素の複数の線状構造体を、前記熱可塑性樹脂層を用いて前記第１の基体上に転写する工程と、第２の熱可塑性樹脂層を形成した第２の基体上に、前記第１の基板から剥離した側の前記複数の線状構造体の端部が前記第２の熱可塑性樹脂層に接するように前記第１の基体を載置する工程と、前記第１の基体と前記第２の基体との間に荷重をかけながら熱処理を行うことにより、前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層を融解し、前記複数の線状構造体の一方の端部を前記前記第１の基体に接触させ、前記複数の線状構造体の他方の端部を前記第２の基体に接触させる工程と、融解した前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層を固化し、前記第１の基体と前記複数の線状構造体とを前記第１の熱可塑性樹脂層により接着固定し、前記第２の基体と前記複数の線状構造体とを前記第２の熱可塑性樹脂層により接着固定する工程とを有する電子機器の製造方法が提供される。
開示の電子機器の製造方法によれば、第１の基体と第２の基体とを、熱伝導率の極めて高い放熱材料を介して容易に接合することができる。これにより、第１の基体と第２の基体との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができ、放熱特性の優れた信頼性の高い高性能の電子機器を提供することができる。
図１は、第１実施形態による電子機器の構造を示す斜視図である。 図２は、第１実施形態による電子機器の具体的な構造の一例を示す概略断面図である。 図３は、第１実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図である。 図４は、第１実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その１）である。 図５は、第１実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その２）である。 図６は、第１実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その３）である。 図７は、第１実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その４）である。 図８は、第１実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その５）である。 図９は、第１実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その６）である。 図１０は、第１実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その７）である。 図１１は、第１実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その８）である。 図１２は、第２実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。 図１３は、第２実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その１）である。 図１４は、第２実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その２）である。 図１５は、第２実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その３）である。 図１６は、第２実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その４）である。 図１７は、第２実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図（その５）である。 図１８は、第３実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。 図１９は、第３実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図（その１）である。 図２０は、第３実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図（その２）である。 図３２は、第３実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
［第１実施形態］
第１実施形態による電子機器及びその製造方法について図１乃至図１１を用いて説明する。
図１は、本実施形態による電子機器の構造を示す斜視図である。図２は、本実施形態による電子機器の具体的な構造の一例を示す概略断面図である。図３は、本実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図である。図４乃至図１１は、本実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図である。
はじめに、本実施形態による電子機器について図１及び図２を用いて説明する。
本実施形態による電子機器は、図１に示すように、基体４０，４２と、基体４０と基体４２との間に設けられたサーマルインターフェイスマテリアル（以下、「ＴＩＭ」という）１０とを有している。基体４０，４２は、一方が発熱体であり、他方が放熱体である。ＴＩＭ１０は、基体４０と基体４２との間の熱伝導性を向上するための放熱材料である。
図１に示す電子機器の具体的な構造の一例としては、例えば図２に示す電子機器が挙げられる。
図２に示すように、多層配線基板などの回路基板５０上には、例えばＣＰＵなどの半導体素子５４が実装されている。半導体素子５４は、はんだバンプなどの突起状電極５２を介して回路基板５０に電気的に接続されている。半導体素子５４上には、半導体素子５４を覆うように、半導体素子５４からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ５８が形成されている。半導体素子５４とヒートスプレッダ５８との間には、ＴＩＭ１０が形成されている。ヒートスプレッダ５８は、例えば有機シーラント６０によって回路基板５０に接着されている。なお、図では、ＴＩＭ１０の効果を判りやすくするために、半導体素子５４とヒートスプレッダ５８との対向する面の凹凸を強調して描いている。
図２の電子機器では、半導体素子５４が発熱体としての一方の基体に該当し、ヒートスプレッダ５８が放熱体としての他方の基体に該当する。
ＴＩＭ１０は、図１に示すように、複数のカーボンナノチューブ１２と、カーボンナノチューブ１２の間隙に充填された熱可塑性樹脂の充填層１４とを有するシート状の構造体である。カーボンナノチューブ１２は、シートの膜厚方向、すなわちシートの表面と交差する方向に配向している。基体４０，４２との関係から言えば、カーボンナノチューブ１２は、基体４０，４２の表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１２の端部は、基体４０，４２に直に接触されている。なお、カーボンナノチューブ１２の少なくとも一方の端部に、必要に応じて、充填層１４の材料よりも熱伝導率の高い材料の被膜１６を更に設けるようにしてもよい。
カーボンナノチューブ１２は、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブのいずれでもよい。カーボンナノチューブ１２の面密度は、特に限定されるものではないが、放熱性及び電気伝導性の観点からは、１×１０１０本／ｃｍ２以上であることが望ましい。
カーボンナノチューブ１２の長さは、カーボンナノチューブシート１０の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは５μｍ〜５００μｍ程度の値に設定することができる。本実施形態のように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、カーボンナノチューブ１２は、少なくとも発熱源及び放熱部品の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。
上述のように、カーボンナノチューブ１２の両端部は、基体４０，４２に直に接している。これにより、基体４０と基体４２との間の熱伝導効率を大幅に高めることができる。また、カーボンナノチューブ１２は導電性を有しているため、カーボンナノチューブ１２の両端部を露出することにより、カーボンナノチューブ１２を、シートを貫く配線体として用いることもできる。すなわち、本実施形態によるＴＩＭ１０は、放熱材料としてのみならず、導電材料としても利用可能である。また、カーボンナノチューブ１２は、シートの膜厚方向に配向しているため、軸方向に非常に高い熱伝導率及び導電率を有するというカーボンナノチューブ１２の特性をいかんなく発揮し、高い熱伝導率及び導電率を得ることができる。
充填層１４は、熱可塑性樹脂によって形成されている。充填層１４を形成する熱可塑性樹脂は、温度に応じて液体と固体との間で可逆的に状態変化するものであり、室温では固体であり、加熱すると液状に変化し、冷却すると接着性を発現しつつ固体に戻るものであれば、特に限定されるものではない。なお、充填層１４の具体的な構成材料については、後述する製造方法の説明の中で述べる。
被膜１６の構成材料は、充填層１４の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。なお、被膜１６の具体的な構成材料や膜厚については、後述する製造方法の説明の中で述べる。
熱伝導性の高い被膜１６を設けることにより、被膜１６を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブ１２の基体４０，４２に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１２と基体４０，４２との間の接触熱抵抗が低減され、ＴＩＭ１０の熱伝導性を高めることができる。ＴＩＭ１０を導電性シートとしても用いる場合には、導電性を高めることができる。
なお、図１の例では、カーボンナノチューブ１２の基体４２側の端部に被膜１６を設けた場合を示したが、カーボンナノチューブ１２の基体４０側の端部にも被膜を設けるようにしてもよい。カーボンナノチューブ１２の基体４０側の端部のみに被膜を形成するようにしてもよい。
次に、本実施形態による電子機器の製造方法について図３乃至図１１を用いて説明する。
まず、カーボンナノチューブ１２を成長するための土台として用いる基板３０を用意する。基板３０としては、シリコン基板などの半導体基板、アルミナ（サファイア）基板、ＭｇＯ基板、ガラス基板などの絶縁性基板、金属基板などを用いることができる。また、これら基板上に薄膜が形成されたものでもよい。例えば、シリコン基板上に膜厚３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜が形成されたものを用いることができる。
基板３０は、カーボンナノチューブ１２の成長後に剥離されるものである。この目的のもと、基板３０としては、カーボンナノチューブ１２の成長温度において変質しないことが望ましい。また、少なくともカーボンナノチューブ１２に接する面がカーボンナノチューブ１２から容易に剥離できる材料によって形成されていることが望ましい。或いは、少なくともカーボンナノチューブ１２に接する部分が、カーボンナノチューブ１２に対して選択的にエッチングできる材料によって形成されている基板３０を用いてもよい。
次いで、基板３０上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜を形成し、Ｆｅの触媒金属膜３２を形成する（図３（ａ））。なお、触媒金属膜３２は、必ずしも基板３０上の全面に形成する必要はなく、例えばリフトオフ法を用いて基板３０の所定の領域上に選択的に形成するようにしてもよい。
触媒金属としては、Ｆｅのほか、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金を用いてもよい。また、触媒として、金属膜以外に、微分型静電分級器（ＤＭＡ：differential mobility analyzer）等を用い、予めサイズを制御して作製した金属微粒子を用いてもよい。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様でよい。
また、これら触媒金属の下地膜として、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯｘ（酸化チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）などの膜又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金からなる膜を形成してもよい。例えば、Ｆｅ（２．５ｎｍ）／Ａｌ（１０ｎｍ）の積層構造、Ｃｏ（２．６ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）の積層構造等を適用することができる。金属微粒子を用いる場合は、例えば、Ｃｏ（平均直径：３．８ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）などの積層構造を適用することができる。
次いで、基板３０上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜３２を触媒として、カーボンナノチューブ１２を成長する。カーボンナノチューブ１２の成長条件は、例えば、原料ガスとしてアセチレン・アルゴンの混合ガス（分圧比１：９）を用い、成膜室内の総ガス圧を１ｋＰａ、ホットフィラメント温度を１０００℃、成長時間を２０分とする。これにより、層数が３層〜６層（平均４層程度）、直径が４ｎｍ〜８ｎｍ（平均６ｎｍ）、長さが８０μｍ（成長レート：４μｍ／ｍｉｎ）の多層カーボンナノチューブを成長することができる。なお、カーボンナノチューブは、熱ＣＶＤ法やリモートプラズマＣＶＤ法などの他の成膜方法により形成してもよい。また、成長するカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。また、炭素原料としては、アセチレンのほか、メタン、エチレン等の炭化水素類や、エタノール、メタノール等のアルコール類などを用いてもよい。
カーボンナノチューブ１２の長さは、特に限定されるものではないが、好ましくは５μｍ〜５００μｍ程度の値に設定することができる。サーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合、少なくとも発熱源及び放熱部品の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。
こうして、基板３０上に、基板３０の法線方向に配向（垂直配向）した複数のカーボンナノチューブ１２を形成する（図３（ｂ））。なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ１２では、カーボンナノチューブ１２の面密度は、１×１０１１本／ｃｍ２程度であった。これは、基板３０表面の面積のおよそ１０％の領域上にカーボンナノチューブ１２が形成されていることに相当する。
なお、図３（ｂ）では、図面の簡略化のためにカーボンナノチューブ１２を単純な円筒形状で描いたが、成長初期における成長ばらつき等により、必ずしも完全な円筒形状にはならない。カーボンナノチューブ１２は、全体的に見ればシートの膜厚方向に配向するが、例えば、図４に示すようにカーボンナノチューブ１２の上端部が基板３０の法線方向に対して傾いて成長したり、カーボンナノチューブ１２の長さにばらつきが生じたりすることがある。
次いで、必要に応じて、カーボンナノチューブ１２上に、例えば蒸着法により、３００ｎｍ程度の膜厚のＡｕ（金）堆積し、Ａｕの被膜１６を形成する（図３（ｃ））。被膜１６は、カーボンナノチューブ１２にダメージを与えない方法であれば、他の成膜方法（例えばスパッタ法等）を用いて形成してもよい。
被膜１６を形成する材料は、充填層１４の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。ＴＩＭ１０を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。被膜１６の構成材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等を用いることができる。また、被膜１６は、単層構造である必要はなく、例えばチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層構造など、２層或いは３層以上の積層構造であってもよい。
被膜１６は、成長初期段階では、例えば図５に示すように、各カーボンナノチューブ１２の先端部分を覆うように形成される。成長膜厚が増加してくると、隣接する各カーボンナノチューブ１２の先端部分に形成された被膜１６が互いに接続されるようになる。これにより、被膜１６は、例えば図６に示すように、複数本の各カーボンナノチューブ１２の先端部分を束ねるように形成される。被膜１６の成長膜厚を更に増加すると、被膜１６がシートの表面に平行な２次元方向に完全に接続され、隙間のない完全な膜となる。
被膜１６の膜厚は、充填層１４を形成する際の充填材（熱可塑性樹脂）の浸透性等を考慮して、カーボンナノチューブ１２の直径や面密度に応じて適宜設定することが望ましい。
例えば、カーボンナノチューブ１２の直径が１０ｎｍ、面密度が１×１０１１ｃｍ−２の場合、互いに隣接するカーボンナノチューブ１２の間隙はおよそ５０ｎｍである。この場合、隣接するカーボンナノチューブ１２間が被膜１６により接続されるためには、少なくとも間隙の半分以上の膜厚、すなわち膜厚２５ｎｍ程度以上の被膜１６を形成することが望ましい。また、被膜１６を厚くしすぎると被膜１６が隙間のない完全な膜となり充填材の浸透性が低下するため、被膜１６の上限膜厚は、充填材の浸透性の面から設定することが望ましい。これらの観点から、上記条件のカーボンナノチューブ１２では、被膜１６の膜厚は、２５ｎｍ〜１０００ｎｍ程度に設定することが望ましい。
なお、被膜１６は、必ずしも隣接するカーボンナノチューブ１２が互いに接続されるに十分な膜厚を形成する必要はないが、これには被膜１６によって複数本のカーボンナノチューブ１２を束ねる効果がある（図６参照）。これにより、後工程で熱可塑性樹脂層４４をカーボンナノチューブ１２間に浸透させる際にカーボンナノチューブ１２同士がばらばらになることを抑制することができる。また、横方向への熱の伝導も可能となる。
次いで、基体４０，４２の一方の表面上に、充填層１４となる熱可塑性樹脂材料を塗布し、熱可塑性樹脂層４４を形成する。ここでは、基体４２の表面に熱可塑性樹脂層４４を形成するものとする。熱可塑性樹脂層４４の熱可塑性樹脂は、温度に応じて液体と固体との間で可逆的に状態変化するものであり、室温では固体であり、加熱すると液状に変化し、冷却すると接着性を発現しつつ固体に戻るものであれば、特に限定されるものではない。熱可塑性樹脂は、後述するリフローの際のカーボンナノチューブ１２の頭出しの容易性の観点からは、融解時の粘度が低い材料ほど好ましい。
熱可塑性樹脂としては、例えば、以下に示すホットメルト樹脂が挙げられる。ポリアミド系ホットメルト樹脂としては、例えば、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」（融解温度：１３５℃〜１４５℃、融解時粘度：５．５Ｐａ・ｓ〜８．５Ｐａ・ｓ（２２５℃））等が挙げられる。また、ポリエステル系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社の「ＤＨ５９８Ｂ」（軟化点温度：１３３℃）が挙げられる。また、ポリウレタン系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ７２２Ｂ」が挙げられる。また、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂としては、例えば、松村石油株式会社製の「ＥＰ−９０」（軟化点温度：１４８℃）が挙げられる。また、エチレン共重合体ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＡ５７４Ｂ」（軟化点温度：１０５℃）が挙げられる。また、ＳＢＲ系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６２５０」（軟化点温度：１２５℃）が挙げられる。また、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂としては、例えば、住友スリーエム株式会社製の「３７４７」（軟化点温度：１０４℃）が挙げられる。また、ブチルゴム系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６１５８」が挙げられる。また、低粘度の熱可塑性樹脂としては、日信化学工業株式会社製の「ＢＷ１００」（融解時粘度：７５ｍＰａ・ｓ（１５０℃））等が挙げられる。
充填層１４を形成する熱可塑性樹脂は、ＴＩＭ１０の用途に応じて、熱可塑性樹脂の融解温度をもとに選択することができる。熱可塑性樹脂の融解温度の下限値は、稼働時の発熱温度の上限値よりも高いことが望ましい。稼働時に熱可塑性樹脂が溶解すると、ＴＩＭ１０が変形してカーボンナノチューブ１２が配向性を損なうなど、熱伝導性を低下するなどの不具合を引き起こす虞があるからである。熱可塑性樹脂の溶解温度の上限値は、発熱体及び放熱体の耐熱温度の下限値よりも低いことが望ましい。ＴＩＭ１０は、放熱体及び発熱体に接触させた後にリフローを行うことが望ましいが、熱可塑性樹脂の溶解温度が耐熱温度より高いと、発熱体及び／又は放熱体にダメージを与えることなくリフローをすることが困難となるからである。なお、熱可塑性樹脂のリフローについては、後述する。
例えば、ＴＩＭ１０をＣＰＵなどの電子機器の放熱用途に用いる場合、ＣＰＵ稼働時の発熱温度の上限がおよそ１２５℃であり、ＣＰＵ電子部品の耐熱温度がおよそ２５０℃であることに鑑み、融解温度が１２５℃〜２５０℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。例えば、自動車エンジンのエキゾーストシステム等の用途に用いる場合、部位によるが発熱温度は５００℃〜８００℃程度であることに鑑み、融解温度が６００℃〜９００℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。
また、熱可塑性樹脂には、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層１４部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１４部分の熱伝導率を向上することができ、ＴＩＭ１０の全体としての熱伝導率を向上することができる。また、導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層１４部分に電導性の高い添加物を分散混合する。これにより、充填層１４部分の導電率を向上することができ、シート全体としての導電率を向上することができる。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。
ここでは、一例として、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」により、厚さ１００μｍの熱可塑性樹脂層４４を形成した場合について説明する。
熱可塑性樹脂層４４の膜厚は、カーボンナノチューブ１２の長さと同程度、例えば５μｍ〜５００μｍ程度が好適である。
次いで、基板３０に成長したカーボンナノチューブ１２上に、熱可塑性樹脂層４４とカーボンナノチューブ１２とが対向するように、熱可塑性樹脂層４４を形成した基体４２を載置する（図７）。
次いで、基板３０上に基体４２を載置した状態で、例えば１９５℃の温度で加熱する。これにより、熱可塑性樹脂層４４の熱可塑性樹脂が溶解し、カーボンナノチューブ１２の間隙に徐々に浸透していく。こうして、熱可塑性樹脂層４４を、基板３０の表面に達しない程度まで浸透させる（図８）。
カーボンナノチューブ１２の間隙に浸透する熱可塑性樹脂層４４の厚さは、熱処理時間によって制御することができる。例えば、上記条件で成長した長さ８０μｍのカーボンナノチューブ１２に対しては、１９５℃で１分間の熱処理を行うことにより、熱可塑性樹脂層４４が基板３０に達しない程度まで浸透させることができる。
加熱時間は、熱可塑性樹脂層４４を基板３０の表面に達しない程度に浸透させるように、カーボンナノチューブ１２の長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂層の膜厚等に応じて適宜設定することが望ましい。
なお、カーボンナノチューブ１２の間隙に熱可塑性樹脂層４４を浸透させるのは、カーボンナノチューブ１２を基板３０から剥離して基体４２に転写する際に、カーボンナノチューブ１２を熱可塑性樹脂層４４によって保持するためである。また、熱可塑性樹脂層４４が基板３０に達しない程度まで浸透させるのは、カーボンナノチューブ１２を基板３０から剥離するのを容易にするためである。熱可塑性樹脂層４４の浸透量は、これらを考慮したうえで適宜設定することが望ましい。
次いで、カーボンナノチューブ１２の所定の位置まで熱可塑性樹脂層４４を浸透させた後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂層４４を固化する。
次いで、カーボンナノチューブ１２及び熱可塑性樹脂層４４を、基体４２とともに基板３０から剥離する。この際、カーボンナノチューブ１２と基板３０との間の接合は弱いため、カーボンナノチューブ１２を基板３０から容易に剥離することができる。こうして、カーボンナノチューブ１２を、基体４２側に転写する（図９）。
次いで、必要に応じて、基板３０から剥離した側のカーボンナノチューブ１２の端面上に、被膜１６の形成方法と同様にして、被膜（図示せず）を形成する。
次いで、基体４０上に、基体４０とカーボンナノチューブ１２とが対向するように、カーボンナノチューブ１２を転写した基体４２を載置する（図１０）。
次いで、基体４０と基体４２との間に荷重をかけた状態で熱処理を行い、熱可塑性樹脂層４４をリフローする。熱可塑性樹脂層４４としてとしてヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を用いた場合には、例えば、荷重０．２５ＭＰａを加えた状態で、１９５℃、１０分間の熱処理を行う。基体４０と基体４２との間に印加する荷重は、熱可塑性樹脂層４４が、基体４０及び基体４２の表面に存在する凹凸に沿って変形して十分な接触状態を形成する荷重範囲であればよい。また、熱処理の温度及び時間は、基体４０と基体４２との界面に介在する熱可塑性樹脂層４４が融解して移動し、カーボンナノチューブ１２の端部が基体４０及び基体４２に対して直に接する表面状態になる範囲を選択すればよい。
この熱処理により熱可塑性樹脂層４４が液状融解し、基体４０及び基体４２の表面凹凸に沿って熱可塑性樹脂層４４が変形する。また、カーボンナノチューブ１２は、熱可塑性樹脂層４４による拘束がゆるみ、その端部は基体４０及び基体４２に直に接するようになる。この際、カーボンナノチューブ１２はしなやかで柔軟性に富んだ材料であるため、基体４０及び基体４２が有する凹凸形状に追従して撓むことができる。これにより、基体４０及び基体４２に直に接するカーボンナノチューブ１２が増加し、基体４０と基体４２との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができる。
カーボンナノチューブ１２を基体４０及び基体４２に直に接しやすくするためには、熱可塑性樹脂層４４の熱可塑性樹脂材料として、融解時の粘度がより低い熱可塑性樹脂材料を用いることが望ましい。低粘度の熱可塑性樹脂材料を用いることによりカーボンナノチューブ１２の頭出しが容易となり、基体４０及び基体４２に対する接触面積を増加することができる。本実施形態による電子機器の製造方法では、予め基体４２上に熱可塑性樹脂層４４を形成しておき、この熱可塑性樹脂層４４内にカーボンナノチューブ１２を埋め込むため、カーボンナノチューブシートとして予めシート化しておく必要はない。このため、低粘度の熱可塑性樹脂材料を用いることによるシート化の困難性やハンドリング性の低下を生じることはない。
次いで、室温まで冷却し、融解した熱可塑性樹脂層４４の熱可塑性樹脂材料を固化することにより、充填層１４を形成する。これにより、基体４０と基体４２との間には、カーボンナノチューブ１２と充填層１４とを有するＴＩＭ１０が形成される（図１１）。充填層１４の熱可塑性樹脂は固化する際に接着性を発現し、基体４０と基体４２とを接着固定することができる。これにより、室温に冷却した後も、ＴＩＭ１０と基体４０及び基体４２との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
こうして、基体４０と基体４２とがＴＩＭ１０を介して接合された本実施形態の電子機器を完成する。
このように、本実施形態によれば、発熱体としての基体と放熱体としての基体とを、熱伝導率の極めて高いサーマルインターフェイスマテリアルを介して容易に接合することができる。これにより、放熱体と発熱体との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができ、放熱特性の優れた信頼性の高い高性能の電子機器を提供することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態による電子機器及びその製造方法について図１２乃至図１７を用いて説明する。図１乃至図１１に示す第１実施形態による電子機器及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
図１２は、本実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。図１３乃至図１７は、本実施形態による電子機器の製造方法を示す斜視図である。
はじめに、本実施形態による電子機器について図１２を用いて説明する。
本実施形態による電子機器は、第１実施形態による電子機器と同様に、基体４０，４２と、基体４０と基体４２との間に設けられたＴＩＭ１０とを有している。基体４０，４２は、一方が発熱体であり、他方が放熱体である。
ＴＩＭ１０は、複数のカーボンナノチューブ１２と、カーボンナノチューブ１２の一方の端部側に配置された熱可塑性樹脂の充填層１４ａと、カーボンナノチューブ１２の他方の端部側に配置された熱可塑性樹脂の充填層１４ｂとを有するシート状の構造体である。
カーボンナノチューブ１２は、シートの膜厚方向、すなわちシートの表面と交差する方向に配向している。基体４０，４２との関係から言えば、カーボンナノチューブ１２は、基体４０，４２の表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１２の端部は、基体４０，４２に直に接触されている。なお、カーボンナノチューブ１２の少なくとも一方の端部に、必要に応じて、充填層１４ａ，１４ｂの材料よりも熱伝導率の高い材料の被膜１６を更に設けるようにしてもよい。
カーボンナノチューブ１２の一方の端部側に配置された充填層１４ａは、基体４２に接しており、カーボンナノチューブ１２と基体４２とを接着している。また、カーボンナノチューブ１２の他方の端部側に配置された充填層１４ｂは、基体４０に接しており、カーボンナノチューブ１２と基体４０とを接着している。これにより、基体４０と基体４２とは、ＴＩＭ１０によって接着されている。
第１実施形態による電子機器では、基体４０，４２の間の空間を充填するように充填層１４を形成したが、充填層１４は、必ずしも基体４０，４２との間の空間を完全に充填する必要はない。充填層１４は、本実施形態による電子機器のＴＩＭ１０のように、少なくとも、基体４０に接する部分と、基体４２に接する部分に形成されていればよい。
次に、本実施形態による電子機器の製造方法について図１３乃至図１７を用いて説明する。
まず、第１実施形態と同様にして、基板３０上に、カーボンナノチューブ１２及び被膜１６を形成する。
次いで、基体４０の表面上に、充填層１４ａとなる熱可塑性樹脂材料を塗布し、熱可塑性樹脂層４４ａを形成する。熱可塑性樹脂材料としては、第１実施形態の充填層１４と同様の樹脂材料を適用することができる。
熱可塑性樹脂層４４ａの膜厚は、少なくとも、カーボンナノチューブ１２を基板３０から剥離する際にカーボンナノチューブ１２を基体４２に固定するに十分な膜厚とする。カーボンナノチューブ１２を基体４２に固定する観点からは、例えば１μｍ程度以上の膜厚の熱可塑性樹脂層４４ａを形成することが望ましい。
熱可塑性樹脂層４４ａの膜厚の上限は、基体４０と基体４２とを接合した際に余分な熱可塑性樹脂材料が多量に染み出すことのないように、適宜設定することが望ましい。例えば、後工程で基体４０上に形成する熱可塑性樹脂層４４ｂの膜厚との合計の膜厚が、カーボンナノチューブ１２の長さと同程度、例えば５μｍ〜５００μｍ程度となるように設定することが好適である。
次いで、基板３０に成長したカーボンナノチューブ１２上に、熱可塑性樹脂層４４ａとカーボンナノチューブ１２とが対向するように、熱可塑性樹脂層４４ａを形成した基体４２を載置する（図１３）。
次いで、基板３０上に基体４２を載置した状態で、例えば１９５℃の温度で加熱する。これにより、熱可塑性樹脂層４４ａの熱可塑性樹脂を溶解し、カーボンナノチューブ１２の間隙に浸透させる。
次いで、カーボンナノチューブ１２間に熱可塑性樹脂層４４を浸透させた後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂層４４ａを固化する（図１４）。これにより、カーボンナノチューブ１２が熱可塑性樹脂層４４ａによって基体４２に固定される。
次いで、カーボンナノチューブ１２及び熱可塑性樹脂層４４ａを、基体４２とともに基板３０から剥離する。この際、カーボンナノチューブ１２と基板３０との間の接合は弱いため、カーボンナノチューブ１２を基板３０から容易に剥離することができる。こうして、カーボンナノチューブ１２を、基体４２側に転写する（図１５）。
次いで、必要に応じて、基板３０から剥離した側のカーボンナノチューブ１２の端面上に、被膜１６の形成方法と同様にして、被膜（図示せず）を形成する。
次いで、基体４０上に、充填層１４ｂとなる熱可塑性樹脂材料を塗布し、熱可塑性樹脂層４４ｂを形成する。なお、熱可塑性樹脂材料としては、第１実施形態の充填層１４と同様の樹脂材料を適用することができる。
熱可塑性樹脂層４４ｂの膜厚は、少なくとも、カーボンナノチューブ１２を基体４０上に固定するに十分な膜厚とする。カーボンナノチューブ１２を基体４０に固定する観点からは、例えば１μｍ程度以上の膜厚の熱可塑性樹脂層４４ｂを形成することが望ましい。
熱可塑性樹脂層４４ｂの膜厚の上限は、基体４０と基体４２とを接合した際に余分な熱可塑性樹脂材料が多量に染み出すことのないように、適宜設定することが望ましい。例えば、前述のように、熱可塑性樹脂層４４ａの膜厚との合計の膜厚が、カーボンナノチューブ１２の長さと同程度、例えば５μｍ〜５００μｍ程度となるように設定することが好適である。
次いで、基体４０上に、熱可塑性樹脂層４４ｂとカーボンナノチューブ１２とが対向するように、カーボンナノチューブ１２を転写した基体４２を載置する（図１６）。
次いで、基体４０と基体４２との間に荷重をかけた状態で熱処理を行い、熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂをリフローする。熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂとしてとしてヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を用いた場合には、例えば、荷重０．２５ＭＰａを加えた状態で、１９５℃、１０分間の熱処理を行う。このときの荷重は、熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂが、基体４０及び基体４２の表面に存在する凹凸に沿って変形して十分な接触状態を形成する荷重範囲であればよい。また、熱処理の温度及び時間は、基体４０と基体４２との界面に介在する熱可塑性樹脂層４４が融解して移動し、カーボンナノチューブ１２の端部が基体４０及び基体４２に対して直に接する表面状態になる範囲を選択すればよい。
この熱処理により熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂは、液状融解する。これに伴い、カーボンナノチューブ１２の基体４０側の端部間に熱可塑性樹脂層４４ｂが浸透し、カーボンナノチューブ１２の当該端部は基体４０に直に接するようになる。また、カーボンナノチューブ１２の基体４２側の端部では熱可塑性樹脂層４４ａによる拘束がゆるみ、当該端部は基体４２に直に接するようになる。更には、カーボンナノチューブ１２はしなやかで柔軟性に富んだ材料であるため、基体４０及び基体４２が有する凹凸形状に追従して撓むことができる。これにより、基体４０及び基体４２に直に接するカーボンナノチューブ１２が増加し、基体４０と基体４２との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができる。融解時の粘度がより低い熱可塑性樹脂を用いると更に効果が大きい。
次いで、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂４４ａ，４４ｂを固化することにより、充填層１４ａ，１４ｂを形成する。これにより、基体４０と基体４２との間には、カーボンナノチューブ１２と充填層１４ａ，１４ｂとを有するＴＩＭ１０が形成される（図１７）。充填層１４ａの熱可塑性樹脂は、固化する際に接着性を発現し、基体４２に接着固定される。また、充填層１４ｂの熱可塑性樹脂は、固化する際に接着性を発現し、基体４０に接着固定される。これにより、室温に冷却した後も、ＴＩＭ１０と基体４０及び基体４２との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
こうして、基体４０と基体４２とがＴＩＭ１０を介して接合された本実施形態の電子機器を完成する。
なお、熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂの合計膜厚がカーボンナノチューブ１２の長さよりも厚い場合には、基体４０と基体４２とを接合する際、熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂが一体となり、図１に示す第１実施形態による電子機器となる。
このように、本実施形態によれば、発熱体としての基体と放熱体としての基体とを、熱伝導率の極めて高いサーマルインターフェイスマテリアルを介して容易に接合することができる。これにより、放熱体と発熱体との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができ、放熱特性の優れた信頼性の高い高性能の電子機器を提供することができる。
［第３実施形態］
第３実施形態による電子機器及びその製造方法について図１８乃至図２１を用いて説明する。図１乃至図１７に示す第１及び第２実施形態による電子機器及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
図１８は、本実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。図１９乃至図２１は、本実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図である。
はじめに、本実施形態による電子機器について図１８を用いて説明する。
本実施形態による電子機器は、第１実施形態による電子機器と同様、基体４０，４２と、基体４０と基体４２との間に設けられたＴＩＭ１０とを有している。基体４０，４２は、一方が発熱体であり、他方が放熱体である。
ＴＩＭ１０は、基体４２側の端部に被膜１６ａが形成された複数のカーボンナノチューブ１２ａと、基体４０側の端部に被膜１６ｂが形成された複数のカーボンナノチューブ１２ｂと、カーボンナノチューブ１２ａ，１２ｂの間隙に充填された熱可塑性樹脂の充填層１４とを有するシート状の構造体である。カーボンナノチューブ１２ａ，１２ｂは、シートの膜厚方向、すなわちシートの表面と交差する方向に配向している。カーボンナノチューブ１２ａ，１２ｂの端部は、基体４０，４２に直に接触されている。
なお、図１８に示す電子機器では、第１実施形態による電子機器と同様、基体４０，４２の間の空間を充填するように充填層１４を形成しているが、充填層１４は、必ずしも基体４０，４２との間の空間を完全に充填する必要はない。充填層１４は、第２実施形態による電子機器のＴＩＭ１０のように、少なくとも、基体４０に接する部分と、基体４２に接する部分に形成されていればよい。
また、カーボンナノチューブ１２ａの基体４０側の端部及びカーボンナノチューブ１２ｂの基体４２側の端部には被膜を形成していないが、被膜１６ａ，１６ｂと同様の被膜を形成するようにしてもよい。
次に、本実施形態による電子機器の製造方法について図１９乃至図２１を用いて説明する。
まず、第１実施形態による電子機器の製造方法と同様にして、基板３０上に、カーボンナノチューブ１２ａ及び被膜１６ａを形成する。
次いで、基体４２の表面上に、充填層１４となる熱可塑性樹脂材料を塗布し、熱可塑性樹脂層４４ａを形成する。熱可塑性樹脂材料としては、第１実施形態の充填層１４と同様の樹脂材料を適用することができる。
熱可塑性樹脂層４４ａの膜厚は、少なくとも、カーボンナノチューブ１２ａを基板３０から剥離する際にカーボンナノチューブ１２ａを基体４２に固定するに十分な膜厚とする。熱可塑性樹脂層４４ａの膜厚の上限は、基体４０と基体４２とを接合した際に余分な熱可塑性樹脂材料の染み出し生じない膜厚とすることが望ましい。例えば、後工程で基体４０上に形成する熱可塑性樹脂層４４ｂの膜厚との合計が、カーボンナノチューブ１２ａの長さと同程度、例えば５μｍ〜５００μｍ程度となるように設定することが好適である。
次いで、基板３０に成長したカーボンナノチューブ１２ａ上に、熱可塑性樹脂層４４ａとカーボンナノチューブ１２ａとが対向するように、熱可塑性樹脂層４４ａを形成した基体４２を載置する（図１９（ａ））。
次いで、基板３０上に基体４２を載置した状態で、例えば１９５℃の温度で加熱する。これにより、熱可塑性樹脂層４４ａの熱可塑性樹脂を溶解し、カーボンナノチューブ１２ａの間隙に浸透させる。
次いで、カーボンナノチューブ１２ａ間に熱可塑性樹脂層４４ａを浸透させた後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂層４４ａを固化する（図１９（ｂ））。これにより、カーボンナノチューブ１２ａが熱可塑性樹脂層４４ａによって基体４２に固定される。
次いで、カーボンナノチューブ１２ａ及び熱可塑性樹脂層４４ａを、基体４２とともに基板３０から剥離する。この際、カーボンナノチューブ１２ａと基板３０との間の接合は弱いため、カーボンナノチューブ１２ａを基板３０から容易に剥離することができる。こうして、カーボンナノチューブ１２ａを、基体４２側に転写する（図２０（ａ））。
次いで、必要に応じて、基板３０から剥離した側のカーボンナノチューブ１２ａの端面上に、被膜１６ａの形成方法と同様にして、被膜（図示せず）を形成する。
次いで、同様の手順により、熱可塑性樹脂層４４ｂを形成した基体４０に、被膜１６ｂが形成されたカーボンナノチューブ１２ｂを転写する（図２０（ｂ））。
次いで、カーボンナノチューブ１２ａが転写された基体４２とカーボンナノチューブ１２ｂが形成された基体４２とを、カーボンナノチューブ１２ａとカーボンナノチューブ１２ｂとが向き合うように重ね合わせる（図２１（ａ））。
次いで、基体４０と基体４２との間に荷重をかけた状態で熱処理を行い、熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂをリフローする。熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂとしてとしてヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を用いた場合には、例えば、荷重０．２５ＭＰａを加えた状態で、１９５℃、１０分間の熱処理を行う。このときの荷重は、熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂが、基体４０及び基体４２の表面に存在する凹凸に沿って変形して十分な接触状態を形成する荷重範囲であればよい。また、熱処理の温度及び時間は、基体４０と基体４２との界面に介在する熱可塑性樹脂層４４が融解して移動し、カーボンナノチューブ１２ａ，１２ｂの端部が基体４０及び基体４２に対して直に接する表面状態になる範囲を選択すればよい。
この熱処理により熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂが液状融解する。これに伴い、カーボンナノチューブ１２ａ，１２ｂは、熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂによる拘束がゆるみ、カーボンナノチューブ１２ａはカーボンナノチューブ１２ｂの間隙に、カーボンナノチューブ１２ｂはカーボンナノチューブ１２ａの間隙に、互いに挿入される。また、カーボンナノチューブ１２ａ，１２ｂの端部は、基体４０及び基体４２に直に接するようになる。この際、カーボンナノチューブ１２はしなやかで柔軟性に富んだ材料であるため、基体４０及び基体４２が有する凹凸形状に追従して撓むことができる。これにより、基体４０及び基体４２に直に接するカーボンナノチューブ１２が増加し、基体４０と基体４２との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができる。融解時の粘度がより低い熱可塑性樹脂を用いると更に効果が大きい。
次いで、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂを固化することにより、充填層１４を形成する。これにより、基体４０と基体４２との間には、カーボンナノチューブ１２ａ，１２ｂと充填層１４とを有するＴＩＭ１０が形成される（図２１（ｂ））。充填層１４の熱可塑性樹脂は固化する際に接着性を発現し、基体４０と基体４２とを接着固定することができる。これにより、室温に冷却した後も、ＴＩＭ１０と基体４０及び基体４２との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
熱可塑性樹脂層４４ａ，４４ｂの合計膜厚がカーボンナノチューブ１２ａ，１２ｂの長さよりも薄い場合には、第２実施形態の場合のように、基体４２側に充填層１４ａが形成され、基体４０側に充填層１４ｂが形成される。
こうして、基体４０と基体４２とがＴＩＭ１０を介して接合された本実施形態の電子機器を完成する。
ＴＩＭ１０の熱伝導性は、カーボンナノチューブの面密度によって大きく変化する。カーボンナノチューブの面密度は、主に成長条件によって律速されるが、本実施形態による電子機器の製造方法を用いることにより、成長条件を変化することなく、カーボンナノチューブの面密度を２倍にすることができる。これにより、ＴＩＭの熱伝導率、放熱性を大幅に向上することができる。
このように、本実施形態によれば、発熱体としての基体と放熱体としての基体とを、熱伝導率の極めて高いサーマルインターフェイスマテリアルを介して容易に接合することができる。また、第１実施形態及び第２実施形態と比較して、カーボンナノチューブの面密度を２倍にすることができ、熱伝導率及び導電率を更に高めることができる。これにより、放熱体と発熱体との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができ、放熱特性の優れた信頼性の高い高性能の電子機器を提供することができる。
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、カーボンナノチューブを用いたサーマルインターフェイスマテリアルを示したが、カーボンナノチューブに代えて他の炭素元素の線状構造体を用いるようにしてもよい。炭素元素の線状構造体としては、カーボンナノチューブのほか、カーボンナノワイヤ、カーボンロッド、カーボンファイバが挙げられる。これら線状構造体は、サイズが異なるほかは、カーボンナノチューブと同様である。これら線状構造体を用いた放熱材料においても適用することができる。
また、上記実施形態に記載の構成材料や製造条件は、当該記載に限定されるものではなく、目的等に応じて適宜変更が可能である。
また、サーマルインターフェイスマテリアルの使用目的も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではない。開示のサーマルインターフェイスマテリアルは、導電材料としてとしては、例えば、ＣＰＵの放熱シート、無線通信基地局用高出力増幅器、無線通信端末用高出力増幅器、電気自動車用高出力スイッチ、サーバー、パーソナルコンピュータなどへの適用が考えられる。また、カーボンナノチューブの高い許容電流密度特性を利用して、縦型配線シートやこれを用いた種々のアプリケーションにも適用可能である。
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 第１の基体上に、熱可塑性樹脂層を形成する工程と、
前記第１の基体とは異なる基板上に成長した炭素元素の複数の線状構造体を、前記熱可塑性樹脂層を用いて前記第１の基体上に転写する工程と、
第２の基体上に、前記第１の基体上に転写した前記複数の線状構造体の端部が前記第２の基体に接するように前記第１の基体を載置する工程と、
前記第１の基体と前記第２の基体との間に荷重をかけながら熱処理を行うことにより、前記熱可塑性樹脂層を融解して前記第１の基体と前記第２の基体との間に充填するとともに、前記複数の線状構造体の一方の端部を前記第１の基体に接触させ、前記複数の線状構造体の他方の端部を前記第２の基体に接触させる工程と、
融解した前記熱可塑性樹脂層を固化し、前記第１の基体と前記第２の基体とを前記熱可塑性樹脂層により接着固定する工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記２） 第１の基体上に、第１の熱可塑性樹脂層を形成する工程と、
前記第１の基体とは異なる基板上に成長した炭素元素の複数の線状構造体を、前記熱可塑性樹脂層を用いて前記第１の基体上に転写する工程と、
第２の熱可塑性樹脂層を形成した第２の基体上に、前記第１の基板から剥離した側の前記複数の線状構造体の端部が前記第２の熱可塑性樹脂層に接するように前記第１の基体を載置する工程と、
前記第１の基体と前記第２の基体との間に荷重をかけながら熱処理を行うことにより、前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層を融解し、前記複数の線状構造体の一方の端部を前記前記第１の基体に接触させ、前記複数の線状構造体の他方の端部を前記第２の基体に接触させる工程と、
融解した前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層を固化し、前記第１の基体と前記複数の線状構造体とを前記第１の熱可塑性樹脂層により接着固定し、前記第２の基体と前記複数の線状構造体とを前記第２の熱可塑性樹脂層により接着固定する工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記３） 付記２記載の電子機器の製造方法において、
前記第２の基体上に前記第１の基体を載置する工程の前に、
前記第２の基体とは異なる基板上に成長した炭素元素の他の複数の線状構造体を、前記第２の熱可塑性樹脂層を用いて前記第２の基体上に転写する工程と、
前記荷重をかけながら熱処理を行う工程では、前記他の複数の線状構造体の一方の端部を前記前記第２の基体に接触させ、前記他の複数の線状構造体の他方の端部を前記第１の基体に接触させ、
前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層を固化する工程では、前記第１の基体と前記他の複数の線状構造体とを前記第１の熱可塑性樹脂層により接着固定し、前記第２の基体と前記他の複数の線状構造体とを前記第２の熱可塑性樹脂層により接着固定する
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記４） 付記２又は３記載の電子機器の製造方法において、
前記荷重をかけながら熱処理を行う工程では、融解した前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層により、前記第１の基体と前記第２の基体との間を充填する
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記５） 付記１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器の製造方法において、
前記複数の線状構造体を転写する工程は、
前記基板上に、前記複数の線状構造体を成長する工程と、
前記熱可塑性樹脂層を形成した前記第１の基体を、前記熱可塑性樹脂層が前記複数の線状構造体に接するように前記基板上に載置する工程と、
前記熱可塑性樹脂層を融解し、融解した前記熱可塑性樹脂層を前記複数の線状構造体の間隙に浸透させる工程と、
前記熱可塑性樹脂層を固化し、前記複数の線状構造体を前記熱可塑性樹脂層により前記第１の基体に固定する工程と、
前記基板を、前記第１の基体に固定した前記複数の線状構造体から剥離する工程とを有する
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記６） 付記１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器の製造方法において、
前記熱可塑性樹脂層を形成する熱可塑性樹脂材料は、温度に応じて液体と固体との間で状態変化し、液体から固体に状態変化する際に接着性を発現する
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記７） 付記１乃至６のいずれか１項に記載の電子機器の製造方法において、
前記複数の線状構造体を成長する工程では、前記基板の表面と交差する方向に配向した前記複数の線状構造体を成長する
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記８） 付記１乃至７のいずれか１項に記載の電子機器の製造方法において、
前記複数の線状構造体の端部上に、前記熱可塑性樹脂層よりも熱伝導率の高い被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記９） 付記１乃至８のいずれか１項に記載の電子機器の製造方法において、
前記第１の基体及び前記第２の基体は、一方が発熱体であり、他方が放熱体である
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
１０…ＴＩＭ
１２，１２ａ，１２ｂ…カーボンナノチューブ
１４，１４ａ，１４ｂ…充填層
１６，１６ａ，１６ｂ…被膜
３０…基板
３２…触媒金属膜
４０，４２…基体
４４，４４ａ，４４ｂ…熱可塑性樹脂層
５０…回路基板
５２…突起状電極
５４…半導体素子
５８…ヒートスプレッダ
６０…有機シーラント

Claims (6)

  1. 第１の基体上に、熱可塑性樹脂層を形成する工程と、
    前記第１の基体とは異なる基板上に成長した炭素元素の複数の線状構造体を、前記熱可塑性樹脂層を用いて前記第１の基体上に転写する工程と、
    第２の基体上に、前記第１の基体上に転写した前記複数の線状構造体の端部が前記第２の基体に接するように前記第１の基体を載置する工程と、
    前記第１の基体と前記第２の基体との間に荷重をかけながら熱処理を行うことにより、前記熱可塑性樹脂層を融解して前記第１の基体と前記第２の基体との間に充填するとともに、前記複数の線状構造体の一方の端部を前記第１の基体に接触させ、前記複数の線状構造体の他方の端部を前記第２の基体に接触させる工程と、
    融解した前記熱可塑性樹脂層を固化し、前記第１の基体と前記第２の基体とを前記熱可塑性樹脂層により接着固定する工程と
    を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
  2. 第１の基体上に、第１の熱可塑性樹脂層を形成する工程と、
    前記第１の基体とは異なる基板上に成長した炭素元素の複数の線状構造体を、前記熱可塑性樹脂層を用いて前記第１の基体上に転写する工程と、
    第２の熱可塑性樹脂層を形成した第２の基体上に、前記第１の基板から剥離した側の前記複数の線状構造体の端部が前記第２の熱可塑性樹脂層に接するように前記第１の基体を載置する工程と、
    前記第１の基体と前記第２の基体との間に荷重をかけながら熱処理を行うことにより、前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層を融解し、前記複数の線状構造体の一方の端部を前記前記第１の基体に接触させ、前記複数の線状構造体の他方の端部を前記第２の基体に接触させる工程と、
    融解した前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層を固化し、前記第１の基体と前記複数の線状構造体とを前記第１の熱可塑性樹脂層により接着固定し、前記第２の基体と前記複数の線状構造体とを前記第２の熱可塑性樹脂層により接着固定する工程と
    を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
  3. 請求項２記載の電子機器の製造方法において、
    前記第２の基体上に前記第１の基体を載置する工程の前に、
    前記第２の基体とは異なる基板上に成長した炭素元素の他の複数の線状構造体を、前記第２の熱可塑性樹脂層を用いて前記第２の基体上に転写する工程と、
    前記荷重をかけながら熱処理を行う工程では、前記他の複数の線状構造体の一方の端部を前記前記第２の基体に接触させ、前記他の複数の線状構造体の他方の端部を前記第１の基体に接触させ、
    前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層を固化する工程では、前記第１の基体と前記他の複数の線状構造体とを前記第１の熱可塑性樹脂層により接着固定し、前記第２の基体と前記他の複数の線状構造体とを前記第２の熱可塑性樹脂層により接着固定する
    ことを特徴とする電子機器の製造方法。
  4. 請求項２又は３記載の電子機器の製造方法において、
    前記荷重をかけながら熱処理を行う工程では、融解した前記第１の熱可塑性樹脂層及び前記第２の熱可塑性樹脂層により、前記第１の基体と前記第２の基体との間を充填する
    ことを特徴とする電子機器の製造方法。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器の製造方法において、
    前記複数の線状構造体を転写する工程は、
    前記基板上に、前記複数の線状構造体を成長する工程と、
    前記熱可塑性樹脂層を形成した前記第１の基体を、前記熱可塑性樹脂層が前記複数の線状構造体に接するように前記基板上に載置する工程と、
    前記熱可塑性樹脂層を融解し、融解した前記熱可塑性樹脂層を前記複数の線状構造体の間隙に浸透させる工程と、
    前記熱可塑性樹脂層を固化し、前記複数の線状構造体を前記熱可塑性樹脂層により前記第１の基体に固定する工程と、
    前記基板を、前記第１の基体に固定した前記複数の線状構造体から剥離する工程とを有する
    ことを特徴とする電子機器の製造方法。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器の製造方法において、
    前記第１の基体及び前記第２の基体は、一方が発熱体であり、他方が放熱体である
    ことを特徴とする電子機器の製造方法。
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