JP4720807B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品と回路基板とを導電性接着剤を介して電気的・機械的に接続してなる電子装置に関し、特に、導電性接着剤の導電フィラーがカーボンナノチューブであるものに関する。

一般に、この種の電子装置としては、電極を有する電子部品を回路基板に搭載し、電子部品の電極と回路基板の電極とを、導電性接着剤により電気的・機械的に接続してなる電子装置が、よく用いられている。

ここで、導電性接着剤は、導電フィラーを樹脂に含んでなるものであって、電子部品と回路基板との電気的な導通を取りながら、これらを固着するものである。一般には、導電フィラーとしては、導電性にすぐれた金属微粒子あるいは金や銀などの貴金属が導電性充填材（フィラー）として多く用いられている。これらの金属微粒子は、エポキシ、ポリイミド、シリコーン系などを代表とするバインダ用の樹脂と混合して導電性接着剤を構成している。

そして、導電性接着剤は、樹脂の硬化により、樹脂中の導電フィラー同士の接触、および、導電フィラーと部品電極や基板電極との接触がなされており、これら接触により導電経路が形成され、当該電極間の導通さらには放熱が得られている。また、当該電極間の機械的な接続は樹脂の接着によりなされている。

しかしながら、将来、電子装置の性能が上がることにより、電子部品の動作電圧が上昇すると考えられ、また、電子部品動作時の消費電力の上昇により、部品接続部の温度が上昇すると考えられる。したがって、導電性接着剤の更なる高導電性、高放熱性が必要となってくる。

一方で、導電性および接着保持強度を向上させるために、導電性接着剤として、従来の一般的な導電フィラーに代えてカーボンナノチューブを用いたものが提案されている（たとえば、特許文献１〜４等参照）。

カーボンナノチューブは、一般的には直径０．数〜数十ｎｍで長さが数百μｍ〜数ｍｍ程度の円筒の形をした炭素の結晶であり、炭素原子が六角形に配置されたグラファイトシートを筒状に巻いた形をしているものである。カーボンナノチューブの代表的な作り方（合成方法）としては、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学的気相成長法（ＣＶＤ法)などが挙げられる。
特開２００４−２７１３４号公報 特開２００６−４９３６９号公報 特開２００２−１０９４８９号公報 特開２００３−２０３４５０号公報

しかしながら、カーボンナノチューブを樹脂に含有させてなる導電性接着剤の場合、従来の金属微粒子などの導電フィラーに比べて、導電性に優れるものの、導電性接着剤の更なる高導電性、高放熱性が要望されている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、カーボンナノチューブを含有してなる導電性接着剤を介して、電子部品と回路基板とを電気的・機械的に接続してなる電子装置において、電子部品と回路基板との間のさらなる高導電性、高放熱性を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、導電性接着剤（３０）における導電フィラー（３２）を、カーボンナノチューブ（３３）と、このカーボンナノチューブ（３３）に設けられ導電性接着剤（３０）の硬化時に電子部品（２０）の電極（２１）および回路基板（１０）の電極（１１）に融着する融着部（３４、３５）とにより構成したことを特徴とする。

それによれば、融着部（３４、３５）が電子部品（２０）の電極（２１）および回路基板（１０）の電極（１１）に融着して、導電フィラーとしてのカーボンナノチューブ（３３）が電極（１１、２１）と導電性接着剤（３０）との界面近傍に多く存在することが可能となるため、電子部品（２０）と回路基板（１０）との間のさらなる高導電性、高放熱性を実現することができる。

ここで、融着部としては、カーボンナノチューブ（３３）に含有された金属微粒子（３４）であるものにできる。カーボンナノチューブ（３３）に含有された金属微粒子（３４）は直径がナノオーダーであり、このような金属微粒子（３４）は表面エネルギーが高く、金属本来の融点よりも遥かに低温で容易に他の物質と結合しやすい特性がある。

そのため、この金属微粒子（３４）は、融着部として機能し、導電性接着剤（３０）を硬化させる際、電子部品（２０）の電極（２１）あるいは回路基板（１０）の電極（１１）に接触して融着する。それにより、電気および熱が、金属微粒子（３４）とカーボンナノチューブ（３３）を介して対向する電極（１１、２１）間を効率的に伝わる。

また、融着部は、上記カーボンナノチューブ（３３）に含有された金属微粒子（３４）以外にも、さらに、カーボンナノチューブ（３３）の表面にコーティングされカーボンナノチューブ（３３）の直径よりも粒径の小さな金属粒子（３５）であってもよい。なお、上記金属微粒子（３４）を含有するカーボンナノチューブ（３３）の表面が、さらに、この金属粒子（３５）で被覆されていてもよく、この場合、金属微粒子（３４）および金属粒子（３５）の両方が融着部として構成される。

このコーティングされた金属粒子（３５）を有するカーボンナノチューブ（３３）の場合、導電性接着剤（３０）を硬化させる際に、上記電極（１１、２１）への融着だけでなく、カーボンナノチューブ（３３）同士の融着も可能となり、電気的・熱的な経路がさらに強固になることが期待される。

また、カーボンナノチューブ（３３）を、多孔質結晶から成長したものにすれば、カーボンナノチューブ（３３）同士の接触面積を大きくするうえで好ましい。

また、カーボンナノチューブ（３３）を、コイルバネ形状をなすカーボンナノコイルとしてもよい。この場合、コイルバネ形状であることから、弾性力が大きく、接触面積も棒状のカーボンナノチューブ（３３）よりも大きくなるため、好ましい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子装置１００の概略断面構成を示す図であり、図２は、この電子装置１００における導電性接着剤３０の詳細構成を示す概略断面図である。

回路基板１０の上に電子部品２０が搭載され、回路基板１０の電極１１と電子部品２０の電極２１とが導電性接着剤３０を介して電気的に接続されている。なお、以下、回路基板１０の電極１１を基板電極１１、電子部品２０の電極２１を部品電極２１ということにする。

回路基板１０は、セラミック基板やプリント基板などを採用することができ、特に限定されるものではない。基板電極１１は、回路基板１０の一面に形成されており、たとえばＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕなどおよびこれらの合金などの材料を用いた厚膜やめっきから構成されたものである。

電子部品２０としては、コンデンサ、抵抗などの受動部品やダイオードなどの能動部品、ＩＣチップなどの表面実装部品を採用することができる。図１に示される例では、電子部品２０はチップコンデンサとして示してある。部品電極２１は、たとえばＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕなどおよびこれらの合金などの材料より構成されたものである。

また、導電性接着剤３０は、樹脂３１に導電フィラー３２を含有してなる。ここで、樹脂３１はエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂など、一般的なバインダ用樹脂材料よりなり、一液性のものでも、２種類の樹脂の混合で効果する二液性のものでもよい。さらに、カップリング剤、有機溶剤、希釈剤、硬化遅延剤などが混合されていてもよい。

ここで、本実施形態では、導電フィラー３２は、カーボンナノチューブ３３よりなる。カーボンナノチューブは、炭素によって作られる厚さ０．３７ｎｍの六員環ネットワーク（グラフェンシート）が単層あるいは多層の同軸管状になった物質である。

単層のものをシングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）、複層のものをマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）という。特に二層のものはダブルウォールナノチューブ（ＤＷＮＴ）とも呼ばれる。直径はＳＷＮＴで数ｎｍ、ＭＷＮＴで数十ｎｍである。また長さは数百ｕｍ〜数ｍｍである。

カーボンナノチューブの特性としては、カーボンナノチューブは優れた電気伝導率を持っており、理論的にはＣｕ（１．６７×１０^-6［Ω・ｃｍ］）を越えるといわれている。また、熱伝導率では３０００〜５５００［Ｗ／ｍＫ］（理論値）と言われており、Ｃｕ（３９８［Ｗ／ｍＫ］）を１桁上回る。また、化学的に安定で不活性であり腐食などに強い。そして、機械的に強靭であり、アルミニウムの半分という軽さ、鋼鉄の２０倍の強度（特に繊維方向の引っ張り強度ではダイヤモンドすら凌駕する）と非常にしなやかな弾性力を持つ。

さらに、本実施形態では、このカーボンナノチューブ３３には、金属微粒子３４が含有されている。この金属微粒子３４は、棒状のカーボンナノチューブ３３の両端の開口部にそれぞれはめ込まれ、当該開口部から露出した形となっている。金属微粒子３４は、カーボンナノチューブ３３の直径と略同等であり、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷移金属よりなるものである。

この金属微粒子３４は、導電性接着剤３０の硬化時に部品電極２１および基板電極１１に融着する融着部として構成されている。つまり、本実施形態では、導電フィラー３２は、カーボンナノチューブ３３と、このカーボンナノチューブ３３に設けられた融着部としての金属微粒子３４とにより構成されたものである。

そして、図２に示されるように、導電フィラー３２は両電極１１、２１の間に介在し、金属微粒子３４と各電極１１、２１との融着により、カーボンナノチューブ３３の一端または両端が各電極１１、２１に接している。また、樹脂３１中にてカーボンナノチューブ３３同士も接触している。

これらの接触により、導電性接着剤３０の内部には、カーボンナノチューブ３３によって基板電極１１と部品電極２１との間を結ぶ電気経路、熱経路が形成され、当該電極１１、２１間の導通および放熱が確保されている。また、当該電極１１、２１間の機械的な接続は、樹脂３１の接着によりなされている。

次に、導電フィラー３２である金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３の製造方法について述べる。上述したように、カーボンナノチューブを生成する一般的な方法として、アーク放電法、レーザ蒸発法、化学気相成長（ＣＶＤ）法などがある。

ここでは、一具体例として、ＣＶＤ法、特にプラズマＣＶＤ法によって金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３を生成させる例について説明する。ＣＶＤ法は、原料ガスを反応炉内に流入し、基板表面あるいは気相での化学反応により原料ガスを分解して薄膜を形成する手法である。

図３は、本例のＣＶＤ法を行う装置の概略構成を示す図である。また、図４は、本例のＣＶＤ法による基板２０１表面でのカーボンナノチューブ３３の成長の様子を模式的に示す図である。

本例では、原料ガスにはメタン（ＣＨ₄）を用い、キャリアガスとして水素（Ｈ₂）を用い、これらガスをマスフローコントローラによってＣＨ₄：Ｈ₂＝８０：２０ｓｃｃｍとなるように、反応炉２００に流入させる。なお、この反応炉２００は、一般的なＣＶＤ用のものである。

基板２０１にはＳｉを用いる。そして、スパッタ法、真空蒸着法などの薄膜形成法によって、基板２０１の表面に、図４（ａ）に示されるように、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷移金属を触媒金属２０２として数ｎｍ成膜する。ここでは、場合により、基板２０１と触媒金属２０２との間にバッファ層として、Ｔｉなどの遷移金属を数ｎｍ〜数十ｎｍ成膜してもよい。

そして、この触媒金属２０２が形成された基板２０１を反応炉２００内に設置し、反応炉２００内を１０^-3［Ｐａ］となるように真空排気する。その後、基板２０１を７００℃に加熱し、３０分間アニールを行う。

次に、反応炉２００内で、ＲＦ電源２１０を介して電極２１１、２１２間にプラズマを発生させる。このときのＲＦ電源２１０のパワーは３００Ｗ、時間は１０分、基板温度は７００℃、真空度は６７Ｐａである。それにより、基板２０１上に垂直に成長したカーボンナノチューブ３３が生成される。

ＣＶＤ法により成長するカーボンナノチューブ３３は、触媒金属２０２から成長することが知られている。詳しくは、上記した基板２０１のアニール処理によって触媒金属２０２は均一な薄膜から、たとえば粒径が２ｎｍ〜１０ｎｍ程度の微粒子に変化する。このように微粒子化することで、触媒金属２０２は活性化する。

そして、ここに、炭化水素ガスを分解してできた炭素を、微粒子化した触媒金属２０２に取り込ませることで、図４（ｂ）に示されるように、この微粒子化した触媒金属２０２を成長サイトとしてカーボンナノチューブ３３が成長することが知られている。

その成長メカニズムは、先端成長と末端成長とのどちらにもあると言われている。実際に、本発明者が電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察したところ、成長したカーボンナノチューブ３３は触媒金属２０２を先端と末端に含んでいる。

通常、このカーボンナノチューブ３３に内包された触媒金属２０２は、カーボンナノチューブの純度の観点から、溶剤などにより排除される。しかしながら、この微粒子化された触媒金属２０２は、その粒子径がカーボンナノチューブ３３の直径以下のナノオーダーであり、それ自体活性になりうる。そのために、本実施形態では、この微粒子化された触媒金属２０２を排除せず、カーボンナノチューブ３３に含有させたまま、上記金属微粒子３４として用いる。

このようにして、図４（ｃ）に示されるように、両端に微粒子化された触媒金属２０２としての金属微粒子３４を含有するカーボンナノチューブ３３が、基板２０１上にて基板２０１と垂直方向に成長し、形成される。

なお、上記ＳＷＮＴ、上記ＭＷＮＴのように層の数を異ならせた金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３を作製する場合は、公知の方法ではあるが、上記図４（ａ）に示される基板２０１上の触媒金属２０２の膜厚を変えることで、層の数を制御すればよい。

次に、基板２０１からカーボンナノチューブ３３を剥離させる。図５は、この剥離工程を示す図である。容器３００中にエタノール３１０を入れ、その中に、カーボンナノチューブ３３が成長した基板２０１を浸漬させる。

そして、エタノール３１０中で数分間、超音波分散させることにより、金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３を基板２０１から剥離させる。その後、この溶液を乾燥させることにより、金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３を得る。

次に、この金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３の精製を行う。図６はこの精製工程を示す工程図であり、（ａ）はカーボンナノチューブ３３の概略断面図、（ｂ）、（ｃ）は概略外観図である。

まず、上記剥離工程後に得られたカーボンナノチューブ３３は、図６（ａ）に示されるように、金属微粒子３４を両端に含有してはいるものの、金属微粒子３４はアモルファスカーボンなどのキャップ３４ａにより被覆されており、このキャップ３４ａを除去して金属微粒子３４を露出させる必要がある。ここで、本例にて形成されるカーボンナノチューブ３３は、直径Ｄ：５〜２０ｎｍ、長さＬ：数十μｍ程度である。

そこで、この精製工程では、金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３に、３０％に希釈した過酸化水素水を加え、一晩攪拌した後、１２５℃で１２時間還流を行う。これにより、上記キャップ３４ａおよびそれ以外にカーボンナノチューブ３３に付着しているアモルファスカーボンを除去し、図６（ｂ）に示されるように、金属微粒子３４をチューブ外へ露出させる。

露出させた金属微粒子３４は、そのまま導電フィラーとして用いてもよいが、シリサイド化していたり、望まない金属化合物を形成している場合があるので、最表面をエッチングすることが望ましい。

このエッチングには塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸など酸性の溶液を用いる。場合により、希釈し、カーボンナノチューブ３３を数秒〜数十秒浸すことで、金属微粒子３４の最表面の化合物を除去し、図６（ｃ）に示されるように、純粋な金属微粒子３４を最表面に露出させる。こうして、本実施形態の導電フィラー３２としての金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３ができあがる。

このように、導電フィラー３２としての金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３は、触媒金属を用いてカーボンナノチューブを成長させるＣＶＤ法による成長工程、剥離工程、精製工程を経て作製される。

次に、この導電フィラー３２を数十ｗｔ％、樹脂３１に混合すれば、本実施形態の導電性接着剤３０が作製される。次に、図１に示される本実施形態の電子装置１００の組み付け方法について述べておく。

まず、導電性接着剤３０を、マスク印刷またはディスペンスにより基板１０の基板電極１１上に供給する。次に、基板電極１１と部品電極２１とを位置あわせした状態で基板１０の上に電子部品２０を搭載する。そして、導電性接着剤３０を加熱し、硬化させる。それにより、電子部品２０と基板１０との接続が完了し、上記図１に示される電子装置１００ができあがる。

この導電性接着剤３０の硬化反応時、カーボンナノチューブ３３に含有させた金属微粒子３４は部品電極２１あるいは基板電極１１と接触して融着し、樹脂３１が完全に硬化することで固着する。

ここで、導電性接着剤３０の硬化反応時に両電極１１、２１間に電場、あるいは磁場を与えるなどの方法を採用してもよい。それによれば、金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３を配向性よく電極１１、２１に対して垂直に配列させ、金属微粒子３４を電極１１、２１に接触しやすくすることが可能となる。

ところで、一般に導電性接着剤における導電性、放熱性は、母材と接着剤との界面におけるフィラー状態に因る部分が大きく、界面のフィラーの分布度が大きいほうがよい。その点、本実施形態の電子装置１００では、導電性接着剤３０の導電フィラー３２を、カーボンナノチューブ３３と、カーボンナノチューブ３３に設けられた融着部としての金属微粒子３４とにより構成している。

それによれば、融着部としての金属微粒子３４が部品電極２１および基板電極１１に融着して、導電フィラーとしてのカーボンナノチューブ３３が電極１１、２１と導電性接着剤３０との界面近傍に多く存在することが可能となるため、電子部品２０と回路基板１０との間のさらなる高導電性、高放熱性を実現することができる。

特に、本実施形態では、融着部を、カーボンナノチューブ３３に含有された金属微粒子３４としているが、この金属微粒子３４は直径がナノオーダーであり、このような金属微粒子３４は表面エネルギーが高く、金属本来の融点よりも遥かに低温で容易に他の物質と結合しやすい特性がある。

そのため、本実施形態では、金属微粒子３４は、融着部として効果的に機能し、導電性接着剤３０を硬化させる際、各電極１１、２１に接触して融着する。それにより、電気および熱が、金属微粒子３４とカーボンナノチューブ３３を介して対向する電極１１、２１間を効率的に伝わる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る電子装置の要部を示す概略断面図であり、同電子装置における導電性接着剤３０の詳細構成を示す概略断面図である。

本実施形態では、上記第１実施形態の導電性接着剤３０において、導電フィラー３２としての金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３以外に、別の導電フィラー３６を樹脂３１に含ませたものである。

この別の導電フィラー３６は、従来の一般的な導電フィラーとして用いていたＣｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃなどの導電粒子であり、その樹脂３１への含有量は数ｗｔ％〜数十ｗｔ％程度である。この場合、上記第１実施形態における効果と同様の効果とともに、金属微粒子３４が別の導電フィラー３６にも融着して、より効率的な電気経路・熱経路の形成が期待される。

（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係る電子装置の要部を示す概略断面図であり、同電子装置における導電性接着剤３０の詳細構成を示す概略断面図である。

本実施形態では、上記第１実施形態の導電性接着剤３０において、導電フィラー３２としての金属微粒子含有カーボンナノチューブ３３に対して、さらに、当該カーボンナノチューブ３４の表面にＡｇメッキ３５を施したものである。

この場合、このＡｇメッキ３５は、カーボンナノチューブ３３の直径よりも粒径の小さなＡｇ粒子がカーボンナノチューブ３３の表面にコーティングされたものとして構成されている。そして、このＡｇメッキ３５は、上記融着部として機能する。

このＡｇメッキ３５は、上記金属微粒子３４の表面までも被覆しているが、本実施形態では、導電性接着剤３０の硬化反応時に、金属微粒子３４とともにＡｇメッキ３５も、電極１１、２１やカーボンナノチューブ３３に融着する。つまり、この場合、金属微粒子３４および金属粒子としてのＡｇメッキ３５の両方が融着部として構成される。

そして、本実施形態においても上記第１実施形態と同様の効果を奏するが、このコーティングされたＡｇメッキ３５を有するカーボンナノチューブ３３の場合、硬化時に、上記電極１１、２１への融着だけでなく、カーボンナノチューブ３３同士の融着も可能となる。それゆえ、電気的・熱的な経路がさらに強固になるというメリットがある。

このＡｇメッキ３５は、置換型メッキ法により形成されるもので、具体的には、ホルムアルデヒドや次亜リン酸塩を還元剤とするメッキ浴に、カーボンナノチューブ３３を浸すことにより形成される。そのＡｇメッキ３５の膜厚は、たとえば０．１〜０、５μｍ程度である。

ここで、カーボンナノチューブ３３の表面をＡｇメッキ３５でコーティングする場合、カーボンナノチューブ３３は金属微粒子３４を含有していないものであってもよい。つまり、一般のカーボンナノチューブ３３に対してＡｇメッキ３５を施したものであっても、このＡｇメッキ３５が融着部として機能するため、融着部を有するカーボンナノチューブ３３として構成される。

この場合も、融着部としてのＡｇメッキ３５の作用により、カーボンナノチューブ３３が、上記電極１１、２１に融着して、カーボンナノチューブ３３が電極１１、２１と導電性接着剤３０との界面近傍に多く存在することが可能となるため、電子部品２０と回路基板１０との間のさらなる高導電性、高放熱性を実現することができる。

なお、カーボンナノチューブ３３の表面にコーティングされカーボンナノチューブ３３の直径よりも粒径の小さな金属粒子としては、Ａｇメッキ３５以外にも、Ａｇ系（Ａｇ、ＡｇＳｎ、ＡｇＰｄ等）、Ｃｕ系（Ｃｕ、ＣｕＮｉ等）、Ａｕ、Ｓｎの金属でもよい。そのようなＡｇ粒子の粒径は、たとえば※１〜２０ ｎｍであり、カーボンナノチューブ３３の直径よりも小さい。

その場合、カーボンナノチューブ３３へのコーティングは、カーボンナノチューブ３３と金属粒子との混合物を溶液または気体中で加熱することにより、金属粒子のカーボンナノチューブ３３の表面への焼結による融着または付着等を行うことにより形成される。

ここで、図９は、本第３実施形態の他の例としての電子装置の要部を示す概略断面図である。図９に示されるように、本実施形態においても、上記第２実施形態に示した別の導電フィラー３６を含有させてもよい。この場合、上記した本実施形態における効果に加えて、金属微粒子３４およびＡｇメッキ３５が別の導電フィラー３６にも融着して、より効率的な電気経路・熱経路の形成が期待される。

（第４実施形態）
ところで、上記各実施形態では、カーボンナノチューブ３３は、一般的な棒状のものであったが、上記各実施形態におけるカーボンナノチューブ３３としては、多孔質結晶から成長したもの、いわゆる多孔質結晶担持カーボンナノチューブであってもよい。

図１０は本実施形態のカーボンナノチューブ３３を模式的に示す図であり、（ａ）に示される多孔質結晶３３ａからカーボンナノチューブ３３が成長すると（ｂ）に示されるような毬栗（いがぐり）状のカーボンナノチューブ３３となる。

これは、複数のカーボンナノチューブ３３が、多孔質結晶３３ａの細孔３３ｂから延びるように形成されたものである。ここで、多孔質結晶３３ａとしては、ゼオライト、シリカ多孔体、アルミナ、酸化マグネシウムなどが挙げられ、サイズの一例を示すと、直径Ｄ１は３００ｎｍ、細孔３３ｂの径Ｄ２は０．２〜２ｎｍ程度である。

このような本実施形態のカーボンナノチューブ３３によれば、多孔質結晶３３ａを基にして複数のカーボンナノチューブ３３が接触した集合体の構成となっているので、カーボンナノチューブ３３同士の接触面積が大きくなり、導電性接着剤３０における導電性、熱伝導性の向上が期待される。

この多孔質結晶から成長させたカーボンナノチューブ３３の製造方法は、たとえば、特開２００２−２５５５１９号公報、特開２００６−１１１４５８号公報などに記載されているが、簡単に製造方法を述べておく。

〔単層カーボンナノチューブ合成用触媒の調製〕
酢酸第一鉄０．０８ｇと酢酸コバルト４水和物０．１１ｇとをエタノール７ｍｌに加え、超音波洗浄機で１０分間懸濁。この懸濁液に、多孔質結晶としてのＵＳＹ型ゼオライトを１．０ｇ加え、超音波洗浄機で１０分間処理し、１２０℃の恒温下でエタノールを除去することにより、金属担持触媒を得る。

〔単層カーボンナノチューブの合成〕
内径１００ｍｍの石英管の中央部の石英プレート上に、先に調製した金属塩を担持したＵＳＹ型ゼオライトを０．０９ｇとる。ロータリーポンプで系内の圧力を約１０７Ｐａまで減圧した時点で、ロータリーポンプで減圧しながら、アルゴンガスを５０ｍｌ／ｍｉｎ．で供給し、石英管を管状電気炉で３００℃まで昇温する。石英管中央付近の温度が３００℃に達してから３０分間、アルゴンガスの供給を続けた後に、アルゴンガスを停止し、炉内温度を８００℃へ昇温する。

次いで、石英管に対し、ロータリーポンプ側を下流とし、ロータリーポンプの上流側の室温領域にデシケーターを設置し、その中にエタノール（ナカライテスク社製）約１００ｍｌが入ったビーカーを設置する。デシケーターと石英管の接合バルブを開き、エタノール蒸気圧（約８０００Ｐａ）で石英管内を満たす。３０分間エタノール蒸気で満たした後に、エタノール入りビーカーと石英管の接合バルブを閉じる。その後、石英管内をロータリーポンプで減圧したまま、電気炉を室温まで冷やし、ゼオライト触媒を回収する。こうして、単層カーボンナノチューブができあがる。

〔２層カーボンナノチューブの合成〕
上記生成物を、再度石英ボートの上に乗せ、石英反応管の中央部分に設置する。石英反応管の両端は大気開放とし、石英管を管状電気炉で６００℃まで約１０分で昇温し、６００℃で３０分保持する。その後、電気炉を室温まで冷やし、ゼオライト触媒を回収する。こうして、２層カーボンナノチューブができあがる。

このように、本実施形態の多孔質結晶担持カーボンナノチューブは、熱ＣＶＤ法により作製されるが、上記実施形態同様のプラズマＣＶＤ法によっても多孔質結晶からの成長を行うことで作製できる。

ここで、たとえば多孔質結晶の細孔内に溶剤などを用いて上記触媒金属を配置すれば、上記熱ＣＶＤ法あついはプラズマＣＶＤ法により、上記第１実施形態と同様に、先端成長および末端成長が行われ、当該触媒金属が金属微粒子として両端に含有されたカーボンナノチューブができあがる。なお、この場合、多孔質結晶とは反対側の端部に含有される金属微粒子を、精製することで融着部とする。

このように、本実施形態のカーボンナノチューブ３３に対しても、触媒金属を用いて上記金属微粒子を含有させたものとすることが可能である。また、本実施形態のカーボンナノチューブ３３に対して、上記同様にして、融着部としてのＡｇメッキ３５をコーティングしてもよい。

図１１は、本実施形態の多孔質結晶担持カーボンナノチューブ３３を導電フィラー３２として用いた電子装置の要部を示す概略断面図である。ここでは、カーボンナノチューブ３３には、上記融着部としての金属微粒子あるいはＡｇメッキなどが設けられているが、図１１では省略してある。

そして、この場合も、融着部の作用により、電子部品２０と回路基板１０との間のさらなる高導電性、高放熱性を実現することができる。また、図示しないが、ここに、上記した別の導電フィラー３６を、さらに混合してもよい。

（第５実施形態）
図１２は、本発明の第５実施形態に係る電子装置の要部を示す概略断面図であり、同電子装置における導電性接着剤３０の詳細構成を示す概略断面図である。図１２において、（ａ）はカーボンナノチューブ３３が無配向である場合を示し、（ｂ）はカーボンナノチューブ３３を上記電場または磁場印加の方法により配向させた状態を示す。

本実施形態では、上記各実施形態における一般的な棒状のカーボンナノチューブ３３に代えて、カーボンナノチューブ３３をコイルバネ形状をなすカーボンナノコイルとしたものである。その製造方法は、特開２００１−１９２２０４号公報、特開２００５−３５８００号公報、特開２００３−２６４１０号公報などに記載されている。

カーボンナノコイルの特性は、一般のカーボンナノチューブと同様であり、さらにコイル状であることから、弾性力が大きく、接触面積も棒状のものよりも大きくなる。この場合も、上記触媒金属を用いたＣＶＤ法によって上記金属微粒子を含有させたり、Ａｇメッキを施すことによって融着部を設け、これを導電フィラーとして用いることで、導電性、放熱性を高めることができる。

なお、図１２では、導電フィラーとしてのコイルバネ形状のカーボンナノチューブ３３が示されており、上記融着部としての金属微粒子やＡｇメッキなどは、省略してあるが、これら融着部による作用効果は、上記第１実施形態と同様に発揮されている。

ここで、図１２（ａ）に示される無配向状態では、コイル形状のカーボンナノチューブ３３を用いることにより、接触面積が増加するとともに、コイル同士が絡み合うことで、導電性、放熱性のさらなる向上が期待される。

また、図１２（ｂ）に示される配向状態では、導電性接着剤３０の硬化時に電場あるいは磁場をかけることで配向性を持たせるが、このとき、カーボンナノチューブ３３がコイルバネ状であるため弾性力が大きく、導電性接着剤３０の硬化時の収縮に対してスペーサーとしての機能を果たす。そのため、基板電極１１と部品電極２１との間にて導電性接着剤３０の厚さの均一化が期待される。また、本実施形態においても上記した別の導電フィラー３６を混合してもよい。

（他の実施形態）
なお、本実施形態のカーボンナノチューブ３３および上記各実施形態のカーボンナノチューブ３３は、それぞれ単独に用いるだけでなく、各実施形態のカーボンナノチューブ３３を適宜選択して組み合わせて用いてもよい。以下、その一具体例を挙げておく。

例１：導電フィラーとして、上記第１実施形態の金属微粒子含有カーボンナノチューブと、上記第４実施形態の金属微粒子含有の多孔質結晶担持カーボンナノチューブとを混合したものを用いる。

例２：導電フィラーとして、上記第１実施形態の金属微粒子含有カーボンナノチューブと、上記第５実施形態の金属微粒子含有のコイルバネ形状カーボンナノチューブとを混合したものを用いる。

例３：導電フィラーとして、上記第１実施形態の金属微粒子含有カーボンナノチューブと、上記第４実施形態の金属微粒子含有の多孔質結晶担持カーボンナノチューブと、上記第５実施形態の金属微粒子含有のコイルバネ形状カーボンナノチューブとを混合したものを用いる。

例４：導電フィラーとして、上記第４実施形態の金属微粒子含有の多孔質結晶担持カーボンナノチューブと、上記第５実施形態の金属微粒子含有のコイルバネ形状カーボンナノチューブとを混合したものを用いる。

また、上記した例１〜例４においては、各カーボンナノチューブのすべてあるいは一部に対して上記したＡｇメッキやＡｇ粒子をコーティングしてもよい。また、上記の例１〜例４においても、上記第２実施形態に示したような別の導電フィラー３６を含有させてもよいし、電場や磁場の印加の有無により、カーボンナノチューブの配向または無配向を行ってもよい。

また、電子装置としては、電子部品を回路基板に搭載し、部品電極と基板電極とを導電性接着剤により電気的・機械的に接続してなるものであればよく、上記図１に示される電子装置１００は、あくまでも一実施形態である。

たとえば、電子部品は、コンデンサやＩＣチップなど異なる種類のものが複数搭載されていてもよいし、その異なる電子部品のすべてに、上記実施形態のなかの１つの導電性接着剤３０を用いてもよいし、異なる電子部品毎に、上記実施形態から異なる導電性接着剤３０を選択して用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略断面図である。 図１中の導電性接着剤の詳細構成を示す概略断面図である。 ＣＶＤ法を行う装置の概略構成を示す図である。 ＣＶＤ法による基板表面でのカーボンナノチューブの成長の様子を模式的に示す図である。 基板からカーボンナノチューブを剥離させる工程を示す図である。 金属微粒子含有カーボンナノチューブの精製工程を示す工程図であり、（ａ）はカーボンナノチューブの概略断面図、（ｂ）、（ｃ）は概略外観図である。 本発明の第２実施形態に係る電子装置の要部を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電子装置の要部を示す概略断面図である。 第３実施形態の他の例としての電子装置の要部を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態のカーボンナノチューブを模式的に示す図である。 第４実施形態に係る電子装置の要部を示す概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係る電子装置の要部を示す概略断面図である。

符号の説明

１０…回路基板、１１…回路基板の電極、２０…電子部品、２１…電子部品の電極、
３０…導電性接着剤、３１…樹脂、３２…導電フィラー、
３３…カーボンナノチューブ、３４…融着部としての金属微粒子、
３５…融着部としてのＡｇメッキ。

Claims (5)

1. 電極（２１）を有する電子部品（２０）を回路基板（１０）に搭載し、前記電子部品（２０）の前記電極（２１）と前記回路基板（１０）の電極（１１）とを、導電フィラー（３２）を樹脂（３１）に含んでなる導電性接着剤（３０）により電気的・機械的に接続してなる電子装置において、
   前記導電フィラー（３２）は、カーボンナノチューブ（３３）と、
   このカーボンナノチューブ（３３）に設けられ前記導電性接着剤（３０）の硬化時に前記電子部品（２０）の前記電極（２１）および前記回路基板（１０）の前記電極（１１）に融着する融着部（３４、３５）とにより構成されたものであることを特徴とする電子装置。
2. 前記融着部は、前記カーボンナノチューブ（３３）に含有された金属微粒子（３４）であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記融着部は、前記カーボンナノチューブ（３３）の表面にコーティングされ、前記カーボンナノチューブ（３３）の直径よりも粒径の小さな金属粒子（３５）であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
4. 前記カーボンナノチューブ（３３）は、多孔質結晶から成長したものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子装置。
5. 前記カーボンナノチューブ（３３）は、コイルバネ形状をなすカーボンナノコイルであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子装置。

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