JP5636654B2 - Carbon nanotube sheet structure, manufacturing method thereof, and semiconductor device - Google Patents
Carbon nanotube sheet structure, manufacturing method thereof, and semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5636654B2 JP5636654B2 JP2009205652A JP2009205652A JP5636654B2 JP 5636654 B2 JP5636654 B2 JP 5636654B2 JP 2009205652 A JP2009205652 A JP 2009205652A JP 2009205652 A JP2009205652 A JP 2009205652A JP 5636654 B2 JP5636654 B2 JP 5636654B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- carbon nanotubes
- main surface
- carbon nanotube
- medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73253—Bump and layer connectors
Description
本発明は一般に半導体装置に係り、特にカーボンナノチューブシート構造体およびその製造方法、ならびに半導体装置に関する。 The present invention generally relates to semiconductor devices, and more particularly to a carbon nanotube sheet structure, a method for manufacturing the same, and a semiconductor device.
従来、サーバやパーソナルコンピュータなどの電子装置において、CPUなどの発熱を生じる半導体装置の放熱にヒートスプレッダが用いられている。かかるヒートスプレッダとしては、高い熱伝導を有する銅が材料として用いられており、例えばこのようなヒートスプレッダの直下には半導体チップが、典型的にはインジウム層を介して実装される。 2. Description of the Related Art Conventionally, in electronic devices such as servers and personal computers, heat spreaders are used for heat dissipation of semiconductor devices that generate heat such as CPUs. As such a heat spreader, copper having a high thermal conductivity is used as a material. For example, a semiconductor chip is typically mounted directly under such a heat spreader via an indium layer.
しかし、インジウムはITO等の透明電極に使用されるため、近年大幅な需要増が生じており、その価格が大きく高騰している。このため、インジウムよりも安価な代替材料の登場が待たれている。また、材料としてもインジウムは熱伝導度が50W/m・K程度で高いとは言えず、半導体素子の放熱をより効率的に放熱させるためさらに高い熱伝導を有する放熱材料(Thermal Interface Material:TIM)が望まれている。 However, since indium is used for transparent electrodes such as ITO, there has been a significant increase in demand in recent years, and the price has greatly increased. For this reason, the advent of alternative materials cheaper than indium is awaited. In addition, indium is not high in thermal conductivity of about 50 W / m · K, and a heat dissipation material having higher thermal conductivity (Thermal Interface Material: TIM) in order to more efficiently dissipate heat from the semiconductor element. ) Is desired.
最近では、特許文献1において、インジウム代替材料として、黒鉛を用いた放熱シートが提案されている。このような放熱シートは黒鉛粉末中に樹脂を添加した樹脂シートであり、熱伝導率が1〜10W/m・K程度の樹脂が黒鉛粉末間に介在しており、黒鉛本来の優れた熱伝導性を有効に利用することができない。また黒鉛は炭素原子の六員環よりなるグラフェンシートを積層した構造を有しており、グラフェンシートの面内方向には優れた熱伝導を示しても、面に垂直な方向への熱伝導は低く、半導体チップからの熱を放熱部材に効果的に伝達することができない。
Recently,
カーボンナノチューブは、1500W/m・K程度の非常に高い熱伝導度を示し、かつ、柔軟性や耐熱性に優れており、放熱材料としては高い能力を有している。そこで、例えば配向したカーボンナノチューブ束によりカーボンナノチューブのシート構造体を構成し、かかるカーボンナノチューブのシート構造体を半導体チップ上において放熱材料との間の伝熱部として用いることができれば、このようなカーボンナノチューブのシート構造体は、基板垂直方向、すなわち放熱すべき方向に高い熱伝導を示すため、理想的なインジウム代替材料が得ることが予想される。 Carbon nanotubes have a very high thermal conductivity of about 1500 W / m · K, are excellent in flexibility and heat resistance, and have a high ability as a heat dissipation material. Therefore, for example, if a carbon nanotube sheet structure is constituted by oriented carbon nanotube bundles, and such a carbon nanotube sheet structure can be used as a heat transfer portion between a heat dissipation material on a semiconductor chip, such carbon The nanotube sheet structure exhibits high heat conduction in the direction perpendicular to the substrate, that is, in the direction to dissipate heat, so that an ideal indium substitute material is expected to be obtained.
しかし、通常のカーボンナノチューブシート構造体は、カーボンナノチューブ間の弱いファン・デア・ワールス力によって束形状を保持しているだけであるため、インジウム代替材料として用いる場合、設置やハンドリングの際に容易に束がほどけ、カーボンナノチューブが分散してしまう可能性が高く、そのままの状態で半導体素子に導入するには適していない。 However, the ordinary carbon nanotube sheet structure only holds the bundle shape due to the weak van der Waals force between the carbon nanotubes, so when used as an indium substitute material, it is easy to install and handle. The bundle is likely to unwind and the carbon nanotubes are dispersed, and is not suitable for introduction into a semiconductor element as it is.
そこで、樹脂等をカーボンナノチューブ束における各カーボンナノチューブ間に埋め込むことにより、形状を安定させたカーボンナノチューブシート構造体を作製することが考えられる。例えば特許文献2では、単純にナノチューブを樹脂中に分散した構造体が提案されている。しかし、前記特許文献2の構造では、分散されたナノチューブ同士の接点で熱抵抗が発生し、さらには分散したナノチューブが配向性を持たないため、望まれるような放熱特性が得られず、これを放熱材料として用いることは難しい。
Therefore, it is conceivable to produce a carbon nanotube sheet structure with a stable shape by embedding a resin or the like between the carbon nanotubes in the carbon nanotube bundle. For example,
特許文献3には、基板全面に配向成長したカーボンナノチューブ束に直接樹脂等を埋め込む技術が開示されている。この従来技術の場合には、カーボンナノチューブを樹脂内に分散した場合よりは配向性は改善するが、熱伝導体であるカーボンナノチューブと放熱体やヒートスプレッダの間に樹脂が介在するため、このような樹脂介在部分の熱抵抗によりカーボンナノチューブの高い熱伝導が損なわれてしまう。前述の通り、樹脂自体の熱伝導率は1〜10W/m・K程度であり、カーボンナノチューブの熱伝導率と比較すると3桁も異なることから、その影響は非常に大きい。
また、例えばプリント基板上へ集積回路を実装するような場合、放熱シートには、放熱機能に加えて、電気的な接続機能が要求される場合がある。このような場合に、従来のカーボンナノチューブと樹脂の組み合わせを使った場合、導電性のない樹脂がカーボンナノチューブと実装する回路側との界面に存在し、界面抵抗が大きくなり、電気配線としての機能を果たすことは困難である。また、樹脂を十分に取り除いたとしても、カーボンナノチューブ単体では数ナノから数十ナノメートル程度の直径しか有しておらず、上部電極とは点接触で接続することになり、ナノチューブ本来の優れた電気伝導性を利用することができない。 For example, when an integrated circuit is mounted on a printed board, the heat dissipation sheet may require an electrical connection function in addition to the heat dissipation function. In such a case, when a conventional combination of carbon nanotubes and resin is used, non-conductive resin exists at the interface between the carbon nanotubes and the circuit side to be mounted, the interface resistance increases, and the function as electrical wiring It is difficult to fulfill. In addition, even if the resin is removed sufficiently, the carbon nanotube alone has a diameter of only a few nanometers to several tens of nanometers, and it will be connected to the upper electrode in a point contact, which is the original excellent nanotube. Electric conductivity cannot be used.
放熱シートではないが、カーボンナノチューブを用いた電極構造に関する公知例(特許文献4)では、カーボンナノチューブ束に金属をメッキすることにより上部電極と接触面積を拡大する構造を提案している。しかし、この技術では、金属電極に対する接触面積の確保という意味では改善が見られるものの、カーボンナノチューブ自体は中空であり、このためカーボンナノチューブと金属電極間の接触抵抗については上記と同様の問題を有している。 Although it is not a heat dissipation sheet, a known example (Patent Document 4) relating to an electrode structure using carbon nanotubes proposes a structure that enlarges the contact area with the upper electrode by plating the carbon nanotube bundle with metal. However, although this technique has improved in terms of securing the contact area with the metal electrode, the carbon nanotube itself is hollow, and thus the contact resistance between the carbon nanotube and the metal electrode has the same problem as described above. doing.
このように、実用に耐えうるカーボンナノチューブを使った放熱シート構造は、従来知られていない。 Thus, a heat-dissipating sheet structure using carbon nanotubes that can withstand practical use has not been known.
一の側面によれば、カーボンナノチューブシート構造体は、相対向する第1および第2の主面で画成された媒体と、各々前記媒体の前記第1の主面から前記第2の主面まで延在する、複数のカーボンナノチューブと、を含み、前記複数のカーボンナノチューブの各々は、前記第1の主面に露出した第1の末端部と、前記第2の主面に露出した第2の末端部とを有し、前記複数のカーボンナノチューブの前記第1の末端部は、前記第1の主面において、開端し、前記第2の末端部は、前記第2の主面において、開端しており、前記複数のカーボンナノチューブの各々の内部は、前記第1の末端部から前記第2の末端部まで、金属により充填されており、前記金属は、Au,Ag,Cu,Ni,Al,Mo,Ta,PtおよびCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含む金属ないし合金よりなり、前記媒体には、前記第1の主面に金属膜が形成されており、前記複数のカーボンナノチューブの前記第1の末端部は、前記金属膜から露出している。 According to one aspect, the carbon nanotube sheet structure includes a medium defined by opposing first and second main surfaces, and each of the medium from the first main surface to the second main surface. A plurality of carbon nanotubes extending to a first end portion exposed on the first main surface and a second end exposed on the second main surface. The first end of the plurality of carbon nanotubes is open at the first main surface, and the second end is open at the second main surface. Each of the plurality of carbon nanotubes is filled with metal from the first end portion to the second end portion, and the metal includes Au, Ag, Cu, Ni, Al From the group consisting of Mo, Ta, Pt and Co Ri Na from the metal or alloy containing at least one barrel in the said medium, said has a first major surface is a metal film is formed, said first end of said plurality of carbon nanotubes from the metallic film Exposed .
他の側面によればカーボンナノチューブシート構造体の製造方法は、基板上に複数のカーボンナノチューブを、前記基板の第1の末端から、前記第1の末端に対向する第2の末端まで成長させる工程と、前記複数のカーボンナノチューブを、前記第2の末端において開端する工程と、前記複数のカーボンナノチューブ内に金属を充填する工程と、
前記基板上において、前記複数のカーボンナノチューブの間に媒体を埋め込む工程と、
前記基板を除去する工程と、を含み、前記金属は、Au,Ag,Cu,Ni,Al,Mo,Ta,PtおよびCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含む金属ないし合金よりなり、前記媒体を埋め込む工程は、前記金属を充填する工程より後に実行される。
The method of manufacturing the carbon nanotube sheet structure according to another aspect, a plurality of carbon nanotubes on a substrate, from a first end of the base plate, grown to a second end opposite the first end A step of opening the plurality of carbon nanotubes at the second end, and filling a metal into the plurality of carbon nanotubes;
Embedding a medium between the plurality of carbon nanotubes on the substrate;
See containing and a step of removing the substrate, wherein the metal, Au, Ag, Cu, made of metal or an alloy containing Ni, Al, Mo, Ta, at least one selected from the group consisting of Pt and Co, the The step of embedding the medium is performed after the step of filling the metal .
他の側面によれば半導体装置は、相対向する第1および第2の主面で画成された媒体と、各々前記媒体の前記第1の主面から前記第2の主面まで延在する、複数のカーボンナノチューブと、を含み、前記複数のカーボンナノチューブの各々は、前記第1の主面に露出した第1の末端部と、前記第2の主面に露出した第2の末端部とを有し、前記複数のカーボンナノチューブの前記第1の末端部は、前記第1の主面において、開端し、前記第2の末端部は、前記第2の主面において、開端しており、前記複数のカーボンナノチューブの各々の内部は、前記第1の末端部から前記第2の末端部まで、金属により充填されており、前記金属は、Au,Ag,Cu,Ni,Al,Mo,Ta,PtおよびCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含む金属ないし合金よりなるカーボンナノチューブシート構造体と、前記媒体の第1の主面に密着して形成された半導体チップと、前記媒体の第2の主面に密着して形成されたヒートスプレッダと、を含む。 According to another aspect, a semiconductor device includes a medium defined by opposing first and second main surfaces, and each extending from the first main surface to the second main surface of the medium. A plurality of carbon nanotubes, each of the plurality of carbon nanotubes including a first end portion exposed on the first main surface and a second end portion exposed on the second main surface. The first end portions of the plurality of carbon nanotubes are open at the first main surface, and the second end portions are open at the second main surface, Each of the plurality of carbon nanotubes is filled with a metal from the first end portion to the second end portion, and the metal includes Au, Ag, Cu, Ni, Al, Mo, Ta , Pt and Co, at least one selected from the group consisting of The carbon nanotube sheet structure consisting of metal-free or alloy, a semiconductor chip formed in close contact with the first major surface of the medium, and the heat spreader formed in close contact with the second main surface of the medium, including.
他の側面によれば半導体装置は、実装基板と、前記実装基板上にフリップチップ実装された半導体チップと、前記半導体チップを前記実装基板に接続する接続電極部と、を備え、前記接続電極部は、相対向する第1および第2の主面で画成された媒体と、各々前記媒体の前記第1の主面から前記第2の主面まで延在する、複数のカーボンナノチューブと、を含み、前記複数のカーボンナノチューブの各々は、前記第1の主面に露出した第1の末端部と、前記第2の主面に露出した第2の末端部とを有し、前記複数のカーボンナノチューブの前記第1の末端部は、前記第1の主面において、開端し、前記第2の末端部は、前記第2の主面において、開端しており、前記複数のカーボンナノチューブの各々の内部は、前記第1の末端部から前記第2の末端部まで、金属により充填されており、前記金属は、Au,Ag,Cu,Ni,Al,Mo,Ta,PtおよびCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含む金属ないし合金よりなるカーボンナノチューブシート構造体よりなる。 According to another aspect, a semiconductor device includes a mounting substrate, a semiconductor chip flip-chip mounted on the mounting substrate, and a connection electrode portion that connects the semiconductor chip to the mounting substrate. Comprises a medium defined by opposing first and second principal surfaces, and a plurality of carbon nanotubes each extending from the first principal surface to the second principal surface of the medium. Each of the plurality of carbon nanotubes has a first end portion exposed on the first main surface and a second end portion exposed on the second main surface, and the plurality of carbon nanotubes The first terminal portion of the nanotube is open at the first main surface, and the second terminal portion is open at the second main surface, and each of the plurality of carbon nanotubes The interior extends from the first end to the first Until the distal end, is filled by the metal, the metal, Au, Ag, Cu, Ni , Al, Mo, Ta, carbon nanotubes made from metal or an alloy containing at least one selected from the group consisting of Pt and Co It consists of a sheet structure.
本発明によれば、カーボンナノチューブシート構造体において、カーボンナノチューブをその第1の末端部と第2の末端部において開端させることにより、前記カーボンナノチューブ内に金属など、熱伝導性および電気伝導度の大きい材料を充填することが可能となり、前記カーボンナノチューブシート構造体を優れた放熱シートおよび電極材料として使うことが可能となる。 According to the present invention, in the carbon nanotube sheet structure, the carbon nanotubes are opened at the first end portion and the second end portion thereof, so that the carbon nanotube has a thermal conductivity and electrical conductivity such as metal. A large material can be filled, and the carbon nanotube sheet structure can be used as an excellent heat dissipation sheet and electrode material.
[第1の実施形態]
図1A〜1Fは、第1の実施形態によるカーボンナノチューブシート構造体の製造工程を説明する図である。
[First Embodiment]
1A to 1F are views for explaining a manufacturing process of a carbon nanotube sheet structure according to the first embodiment.
図1Aを参照するに、例えば鉄触媒をアルミナあるいは石英、あるいは熱酸化膜を担持したシリコン基板よりなる基板11の全面に、典型的にはRFプラズマスパッタ法により、平均の膜厚が例えば2.5nmとなるように堆積し、触媒金属層12を形成する。このようにして形成された触媒金属層12は前記基板11上において凝集し、島状構造を形成する。なお、カーボンナノチューブシート構造体を電極などに使う場合で、カーボンナノチューブシート構造体を電極形状に形成する必要がある場合には、後の実施形態で説明するように、図1Aの段階において、前記触媒金属層12をリソグラフィにより、所望形状にパターニングする。ここで前記触媒金属層12の堆積はRFプラズマスパッタ法に限定されるものではなく、所望の厚みの触媒薄膜が得られる手法であれば特に制限はない。例えばDCプラズマスパッタ法や、インパクター法、ALD(atomic layer deposition)法、電子ビーム蒸着(electron beam;EB)法、ないしは分子線エピタキシー(MBE)法を用いることも可能である。なお、以下に説明するように、カーボンナノチューブが前記触媒金属層12から成長するわけであるが、最近の知見によれば、前記触媒金属層12は図1Aのような島状構造である必要はなく、連続膜でも所望のカーボンナノチューブの成長が生じることが確認されている。
Referring to FIG. 1A, for example, an average film thickness of, for example, 2. RF is formed on the entire surface of a
次に図1Bの工程において、例えばホットフィラメント化学気相成長(chemical vapor deposition;CVD)法により、1kPaの圧力下、620℃〜650℃、例えば650℃の基板温度において、アセチレンとアルゴンの混合ガスを原料ガスとして流すことにより、前記触媒金属層12から多数のカーボンナノチューブ13が成長する。なお図1Bにおいて前記触媒金属層12の図示は省略する。
Next, in the process of FIG. 1B, a mixed gas of acetylene and argon at a substrate temperature of 620 ° C. to 650 ° C., for example, 650 ° C. under a pressure of 1 kPa, for example, by a hot filament chemical vapor deposition (CVD) method. As a raw material gas, a large number of
例えば前記混合ガスとしてアセチレンガスとアルゴンガスを体積比で1:9の割合で混合したものを使い、これを200sccmの流量でCVD装置の処理容器に、流量が100sccmのキャリアガスとともに供給することにより、径が5nm〜20nmの多数のカーボンナノチューブ13よりなる束を、1010〜1012本/cm2程度の面密度で得ることができる。
For example, a mixture of acetylene gas and argon gas in a volume ratio of 1: 9 is used as the mixed gas, and this is supplied to a processing vessel of a CVD apparatus at a flow rate of 200 sccm together with a carrier gas having a flow rate of 100 sccm. A bundle composed of a large number of
前記図1Bの工程において前記カーボンナノチューブ13の長さは、前記CVD装置中の成長条件や成長時間により任意に調整することができる。例えば前記金属触媒層12の膜厚が2.5nmの場合、成長時間を60分とすることにより、前記カーボンナノチューブ13として、長さが150μm程度の長さの多層カーボンナノチューブを成長させることができる。
In the step of FIG. 1B, the length of the
前記カーボンナノチューブ13の成長方法としては、他にリモートプラズマCVD法、プラズマCVD法、熱CVD法を用いることも可能である。また前記カーボンナノチューブ13の原料ガスはアセチレンに限定されるものではなく、他にはメタン、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を用いることも可能である。また前記金属触媒層12を構成する触媒についても鉄に限定されるものではなく、コバルト、ニッケル、鉄、金、銀、白金、あるいはその合金であれば良い。
As a method for growing the
また前記触媒金属層12に加え、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、タンタルナイトライド、チタンナイトライド、ハフニウムナイトライド、ジルコニウムナイトライド、ニオブナイトライド、バナジウムナイトライド、チタンシリサイド、タンタルシリサイド、タングステンナイトライド、アルミニウム、アルミニウムナイトライド、酸化アルミニウム、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化バナジウム、酸化タングステン、タンタル、タングステン、銅、金、白金などのうち少なくとも一種含む金属ないしは合金を下地金属、上部金属、ないしは上部および下部金属として用いることも可能である。
In addition to the
図2Aは、このようにして形成された単一のカーボンナノチューブ13の一例を示す透視図である。
FIG. 2A is a perspective view showing an example of a
図2Aを参照するに、カーボンナノチューブ13は多層カーボンナノチューブ構造を有しており、炭素原子の六員環により構成されたグラフェンシート13a〜13cが同軸状に、あるいはスパイラル状に巻かれて中空の本体部13Aが形成されている。さらに前記本体部13Aの先端部には、炭素原子の五員環を有するキャップ構造13Cが形成されている。図1Bの概略図では、前記カーボンナノチューブ13の先端部は平坦な形状に示してあるが、実際には図2Bに示すように略半球状のキャップ構造13Cが形成されている。先端部にこのような半球状のキャップ構造13Cが存在すると、カーボンナノチューブは半導体チップやヒートスプレッダと点接触することになり、熱抵抗の原因となる。
Referring to FIG. 2A, the
本実施形態においては、図1Cの工程において、前記図1Bのカーボンナノチューブ13の成長後に、酸素雰囲気中、あるいは大気中において450℃から650℃の温度で加熱処理を行い、前記カーボンナノチューブ13先端部において前記キャップ構造13Cの除去を行う。カーボンナノチューブ13では、酸素含有雰囲気化での加熱処理によりその先端部のキャップ構造13Cが選択的に燃焼し、これにより本体部13Aを容易に開端させられることが知られている。これは、前記キャップ構造13Cには化学的に活性な二重結合を有する5員環が主に存在しているためで、このような二重結合を構成する炭素原子が酸素原子と優先的に反応(酸化)し、一酸化炭素ないしは二酸化炭素等などとして除去されるためである。また、このようにして炭素原子が抜けると、残された欠陥部分はより活性になり、連続して酸化反応を起こし、結果的に前記キャップ構造13Cが全て除去され、カーボンナノチューブ13の先端部が開端することになる。この場合、カーボンナノチューブ13は、前記本体部13Aのみより構成される。カーボンナノチューブ本体部13Aの表面を構成するグラフェンシートは安定であり、このような酸素熱処理を行っても、先端部以外において炭素原子が脱離することはない。中空構造を有するカーボンナノチューブ13の開端により、内部空間がカーボンナノチューブ外部の空間と連通する。
In the present embodiment, in the step of FIG. 1C, after the growth of the
図1Cの熱処理条件は、例えば基板温度を550℃に設定し、酸素圧力を1kPaに設定して実行することができる。あるいは酸素プラズマ処理等により、室温での処理によっても同様の効果を得ることが可能である。例えばこのような酸素プラズマ処理を、200Wのパワーで、10分間実行することにより、前記先端部のキャップ構造13Cを除去することが可能である。また、別のプロセスとして、先に樹脂を埋め込んだ後、化学機械研磨(chemical mechanical polishing;CMP)法により先端部分を、樹脂ごと除去することも可能である。研磨後、前記カーボンナノチューブ13の先端部は開端している。
The heat treatment conditions in FIG. 1C can be executed, for example, by setting the substrate temperature to 550 ° C. and the oxygen pressure to 1 kPa. Alternatively, the same effect can be obtained by treatment at room temperature, such as oxygen plasma treatment. For example, it is possible to remove the
次に図1Dの工程において前記図1Cの構造を金属膜の成膜装置中に導入し、例えばMBE法により、前記図1Cの構造上に金属膜、例えばNi膜の蒸着を行う。この場合、前記カーボンナノチューブ13の内部空間には外壁部分よりも優先的に金属原子が蒸着し、このため、前記開端したカーボンナノチューブ13の内部に、前記金属原子により金属細線14が形成される。
Next, in the step of FIG. 1D, the structure of FIG. 1C is introduced into a metal film forming apparatus, and a metal film, for example, a Ni film is deposited on the structure of FIG. 1C by, for example, MBE. In this case, metal atoms are preferentially deposited in the internal space of the
このような金属細線14をカーボンナノチューブ13中に内包させるためには、スパッタ法等よりもエネルギーの低い電子ビーム蒸着法やMBE(分子線エピタキシー)法を用いる方が良く、クラスターよりも小さいサイズで蒸着可能なMBE法が最も好ましい。またALD(原子層成長)法を用いることも可能である。また、超臨界流体を用いて前記金属細線14を形成することも可能である。超臨界流体を用いた場合には、超臨界流体の性質上、前記開端したカーボンナノチューブ13の内部及び外部をほぼ同時に所望の金属薄膜により覆うことが可能となる。金属薄膜は、Au以外に好ましくはAg、Cu、Ni、Al、Mo、Ta、Pt、Coを少なくとも1種含む金属ないしは合金を用いれば良いが、特に制限はない。
In order to enclose such
例えば前記金属細線14の形成を金の電子ビーム蒸着法により行う場合には、蒸着を、好ましくは1×10-4Torr(1.33×10-2Pa)以下、例えば1×10-6Torr(1.33×10-4Pa)の高真空環境下、室温で、0.2nm/秒程度の蒸着レートで行うことができる。
For example, when the
また例えば前記金属細線14の形成をニッケルのMBE法により行う場合には、堆積を、好ましくは1×10-6Torr(1.33×10-4Pa)以下、例えば1×10-7Torr(1.33×10-5Pa)の高真空環境下、室温で、坩堝温度を例えば1500℃に設定し、0.2nm/秒程度の蒸着レートで行うことができる。
For example, when the metal
さらに前記金属細線14の形成をアルミニウムのALD法で行う場合には、堆積を、好ましくは1×10-4Torr(1.33×10-2Pa)以下、例えば1×10-6Torr(1.33×10-4Pa)の高真空環境下、200℃程度の基板温度で、0.2nm/秒程度の蒸着レートで行うことができる。
Further, when the metal
なお、図1Dの工程において引き続き、前記金属膜の蒸着を継続することにより、図3Aや図3Bに示すように、前記金属膜14Aや14Bを、前記基板11の表面や前記カーボンナノチューブ13の外壁面にも堆積させることが可能となる。カーボンナノチューブ13の表面には金属膜の堆積が生じにくいため、金属膜の蒸着をこのように継続して行った場合、まず基板11上に金属膜14Aが生じ、さらに金属膜の蒸着を継続することにより、前記カーボンナノチューブ13の外壁面に金属膜14Bを形成することができる。
1D, by continuing the deposition of the metal film, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
次に図1Eの工程において、前記図1Dの構造に対して上方から、熱硬化樹脂(ホットメルト樹脂)等による媒体15の埋め込みを行う。 Next, in the step of FIG. 1E, the medium 15 is embedded with a thermosetting resin (hot melt resin) or the like from above in the structure of FIG. 1D.
例えば図1Eの工程では、厚さが50〜100μmの熱硬化性樹脂の未硬化シートを前記媒体として使い、かかる媒体15を、前記図1Dの構造の上方、すなわち前記カーボンナノチューブ13の延在方向から前記基板11の方向へと、前記カーボンナノチューブ13の上端部が前記媒体15の上主面において露出するまで押し込む。なお図1Eの工程において、前記樹脂シート15の上主面に前記カーボンナノチューブ13の上端部を確実に露出させるために、前記媒体15の上主面に酸素プラズマによるアッシング処理を行ってもよい。一例として、かかるアッシング処理を、200Wのプラズマパワーにおいて10分間程度行うことも可能である。
For example, in the process of FIG. 1E, an uncured sheet of thermosetting resin having a thickness of 50 to 100 μm is used as the medium, and the medium 15 is used above the structure of FIG. 1D, that is, in the extending direction of the
さらに前記媒体15となる樹脂シートを硬化させ、さらに前記基板11を除去することにより、図1Fに示す、中空の開端したカーボンナノチューブ13が金属細線14で充填された構造のカーボンナノチューブシート構造体が得られる。
Further, by curing the resin sheet serving as the medium 15 and further removing the
本実施形態では、図1Fの工程において、前記媒体15となる樹脂シートの固化温度と固化時間を適宜制御することにより、図1Fに示すように固化直後には前記媒体15が前記基板11に接触しないよう調整するのが好ましい。この場合、前記媒体15が前記基板11に貼り付くことがないため、基板11は容易に機械的に除去することが可能で、図1Fに示すカーボンナノチューブシート構造体を容易に得ることが可能である。この場合、前記媒体15の厚さを前記カーボンナノチューブ13の長さよりも小さく、例えば20〜30μm程度小さく設定しておくのが好ましい。
In this embodiment, in the step of FIG. 1F, by appropriately controlling the solidification temperature and the solidification time of the resin sheet to be the medium 15, the medium 15 contacts the
前記樹脂シート15としては、ホットメルト樹脂以外にも、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂などを用いることができる。また、前記カーボンナノチューブ13の間やカーボンナノチューブ13内部の空洞を埋め込むことが可能であれば、材料に制限はない。
As the
さらに、前記樹脂シート15において樹脂中に金属やグラファイト、カーボンナノチューブのような導電性の物質を分散させることにより、放熱性及び導電性を向上したシートの作製も可能となる。さらに、前記基板11の剥離は、前記樹脂シート15の固化後に行う物理的剥離工程以外にも、前記図1Eの構造に対してフッ酸などの溶解処理を行い、前記基板11を溶解除去することにより実行することもできる。これは、前記基板11として、ガラス基板や酸化膜を担持したシリコン基板を使っている場合に有効である。この場合には、前記媒体の下主面からカーボンナノチューブ13が図1Fの場合のように突出する必要はなく、カーボンナノチューブシート構造体は、図4に示すように、前記カーボンナノチューブ13の下端部が前記媒体15の下主面と一致した構造を有していてもよい。
Furthermore, by dispersing a conductive substance such as metal, graphite, or carbon nanotube in the resin in the
また、前記媒体15として樹脂シート以外にも、金属や、半田、金属ペーストなどを用いることも可能である。 In addition to the resin sheet, the medium 15 may be made of metal, solder, metal paste, or the like.
図5Aは、このようにして形成されたカーボンナノチューブシート構造体の一部を拡大して示す図である。 FIG. 5A is an enlarged view showing a part of the carbon nanotube sheet structure thus formed.
図5Aを参照するに、このようなカーボンナノチューブシート構造体では、熱がカーボンナノチューブ中の経路(1)と、埋込金属細線14中の経路(2)に沿って輸送され、図5Dに示す従来の中空カーボンナノチューブシート構造体に比較して、熱伝導率を大幅に向上させることができるのがわかる。特に本実施形態では、カーボンナノチューブ13が、前記先端部13Cの除去の結果(図2B参照)、平坦な開端部を有しており、次の実施形態で説明するようにヒートスプレッダや半導体チップとの接触面積が、従来の半球状の先端部13Cを有するカーボンナノチューブよりも増大しており、熱抵抗が低減する好ましい効果が得られる。経路(2)により熱輸送は金属中の熱伝導によるもので、カーボンナノチューブを介する経路(1)に沿った熱輸送ほど効率的ではないが、それでも金属の熱伝導率は樹脂の熱伝導率に比べれば二桁以上大きいため、かかる構造により、前記媒体15として樹脂を使った場合、樹脂の使用に起因する電気抵抗および熱抵抗の増大を効果的に補償することができる。
Referring to FIG. 5A, in such a carbon nanotube sheet structure, heat is transported along the path (1) in the carbon nanotube and the path (2) in the buried metal
また図5Bは前記図3Aの変形例に対応しており、前記図5Aの構造と比較すると、新たにカーボンナノチューブシート構造体の面内方向への熱輸送路(3)が、金属層14Aにより生じているのがわかる。これは、カーボンナノチューブのみで構成した構造体では得られない熱輸送経路であり、カーボンナノチューブシート構造体の面内方向への熱拡散を行いつつ、面に垂直方向への熱輸送を効率的に行うことが可能となる。
5B corresponds to the modification of FIG. 3A. Compared with the structure of FIG. 5A, the heat transport path (3) in the in-plane direction of the carbon nanotube sheet structure is newly formed by the
さらに図5Cは前記図3Bの変形例に対応しており、前記図5Bの構造と比較すると、カーボンナノチューブ13の外側に、カーボンナノチューブシート構造体の面に垂直方向への熱輸送路(4)が新たに生じているのがわかる。これにより、カーボンナノチューブシート構造体の面に垂直方向の熱輸送がさらに促進される。
5C corresponds to the modification of FIG. 3B. Compared with the structure of FIG. 5B, the heat transport path (4) in the direction perpendicular to the surface of the carbon nanotube sheet structure is formed outside the
[第2の実施形態]
次に、前記第1の実施形態によるカーボンナノチューブシート構造体を使った半導体装置を説明する。
[Second Embodiment]
Next, a semiconductor device using the carbon nanotube sheet structure according to the first embodiment will be described.
図6は、第2の実施形態による半導体装置20の構成を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the
図6を参照するに、半導体チップ21が、銅などの熱伝導性金属よりなり、多くの場合ニッケルメッキを施されたヒートスプレッダ23上に、第1の実施形態で説明したカーボンナノチューブシート構造体22を介して接合されている。
Referring to FIG. 6, the
前記半導体チップ21はその下側主面上において多数の半田バンプ21Aがボールグリッドアレイを形成しており、典型的にはビルドアップ基板よりなる実装基板24上にフリップチップ実装されることで、前記半導体装置20が形成される。その際、前記ヒートスプレッダ23の外周部23Aが前記実装基板24の上側主面に、シーラントなどの接着層23Bにより接合される。
A large number of
前記実装基板24はその下側主面に半田バンプ24Aを有しており、電子装置のプリント基板25上の配線パタ―ンに前記半田バンプ24Aを接合した状態で実装される。
The mounting
このような構成の半導体装置では、半導体チップ21で生じた熱が前記カーボンナノチューブシート構造体22を介して前記ヒートスプレッダ23へと非常に効率的に輸送され、半導体チップ21の温度上昇が抑制される。
In the semiconductor device having such a configuration, the heat generated in the
次に図6の半導体装置の組み立て工程を、図7A〜7Fを参照しながら説明する。以下では、カーボンナノチューブ構造体22において前記媒体15としてホットメルト樹脂を使った場合を説明する。
Next, the assembly process of the semiconductor device of FIG. 6 will be described with reference to FIGS. Hereinafter, a case where a hot melt resin is used as the medium 15 in the
図7Aを参照するに、前記ヒートスプレッダ23の上面(図6の状態では下面)に、前記カーボンナノチューブシート構造体22が接合される。
Referring to FIG. 7A, the carbon
図7Bは、前記図7Aの一部を拡大して示す図であるが、前記図1Fの状態のカーボンナノチューブシート構造体が、前記カーボンナノチューブ13の突出端部を前記ヒートスプレッダ23上に当接させた状態で軽く、例えば0.5MPa程度の圧力で押圧され、前記カーボンナノチューブ13およびその内側の金属細線24の各々に、350℃程度の温度で加熱することにより、前記金属細線24を前記ヒートスプレッダ23に接合する。加熱する以外にも、前記カーボンナノチューブ13およびその内側の金属細線24の各々に、数ミリアンペア程度の電流を流すことにより、前記金属細線24を前記ヒートスプレッダ23に電気圧着し、接合することも可能である。電気圧着を使うことにより、前記カーボンナノチューブ14および金属細線14とヒートスプレッダ23との間に、単に押圧しただけの場合に比べてより大きな接触面積、従って熱伝導性、および大きな密着性を実現することができる。
FIG. 7B is an enlarged view of a part of FIG. 7A. The carbon nanotube sheet structure in the state of FIG. 1F causes the protruding end of the
また本実施形態では、先にも説明したように前記カーボンナノチューブ13の先端部13Cが除去されて平坦な開端構造となっており、このためヒートスプレッダ23との接触面積が増大し、熱抵抗が低減している。これは、後で説明する半導体チップ21との接合についても同じである。
In the present embodiment, as described above, the
電気圧着の際には、前記ヒートスプレッダ23の表面には、前記金属細線24と同じ金属の膜が形成されているのが好ましい。例えば前記金属細線24がニッケルよりなり前記ヒートスプレッダ23が銅よりなる場合、前記ヒートスプレッダ23の表面にはニッケル被膜がメッキなどにより形成されているのが好ましい。同様に、前記金属細線24が金よりなり前記ヒートスプレッダ23が銅よりなる場合、前記ヒートスプレッダ23の表面には金被覆がメッキなどにより形成されているのが好ましい。ただし本発明はこのような特定の金属の組み合わせに限定されるものではない。また電気圧着は必須ではなく、前記カーボンナノチューブシート構造体22をヒートスプレッダ23に、50〜300℃、例えば150℃程度の温度で加熱しながら押圧することによっても、前記カーボンナノチューブシート構造体22をヒートスプレッダ23に接合することが可能である。
At the time of electro-compression bonding, it is preferable that a film of the same metal as the
次に、図7Cの工程において、前記図7Bの構造を、樹脂11の種類にもよるが50℃〜300℃、例えば150℃程度の温度に加熱し、これにより前記媒体15が溶融して下方へと降下し、前記ヒートスプレッダ23に密着する。前記媒体15が降下する結果、図7Cの状態では前記媒体15の上面においてカーボンナノチューブ13の上端部が露出し、突出する。
Next, in the step of FIG. 7C, the structure of FIG. 7B is heated to a temperature of about 50 ° C. to 300 ° C., for example, about 150 ° C., depending on the type of the
さらに図7Dの工程において、前記図7Cの構造上に半導体チップ21を、半田バンプ21Aを形成した面が上を向いた状態で、好ましくは、先の場合と同様に電気圧着を行って接合する。電気圧着を行う場合には、ヒートスプレッダ23の場合と同様に、半導体チップの接合面に、前記金属細線14と同一の金属に被膜を形成しておくのが好ましい。ただし、前記カーボンナノチューブ13と半導体チップ21とは、50℃〜300℃、例えば150℃程度の温度において0.5Pa程度の圧力を印加しながら押圧することでも、接合が可能である。
Further, in the step of FIG. 7D, the
さらに図7Eの工程において、前記図7Dの構造を上下反転させて、前記実装基板24上にフリップチップ実装する。
Further, in the process of FIG. 7E, the structure of FIG. 7D is turned upside down and flip-chip mounted on the mounting
その際、前記ヒートスプレッダ23を、前記外周部23Aにおいて実装基板24にシーラント23Bを介して密着させる必要があり、このため前記ヒートスプレッダ23を前記実装基板24に対して押しつけることになるが、これにより前記カーボンナノチューブ13の突出端部は変形ないし屈曲し、最終的に図7Fに示す構造の半導体装置が得られる。なお図7Fではこのようなカーボンナノチューブ13の変形は図示していないが、このような変形が生じても、例えば変形の結果、カーボンナノチューブ13が互いに接触したとしても、カーボンナノチューブシート構造体22の熱伝導特性に実質的な悪影響は生じない。
At that time, the
なお上記の説明では前記媒体15はホットメルト樹脂であるとしたが、本発明において媒体15がホットメルト樹脂である必要はなく、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコン樹脂などを使うことも可能であり、さらの樹脂以外に、金属や半田、金属ペーストなどを使うことも可能である。さらに前記カーボンナノチューブシート構造体22は、図1Fの構造のものに限定されるものではなく、例えば図3Aおよび3B、あるいは図4で説明したものを使うことも可能である。
In the above description, the medium 15 is a hot melt resin. However, in the present invention, the medium 15 is not necessarily a hot melt resin, and an acrylic resin, an epoxy resin, a silicon resin, or the like can be used. In addition to the resin, metal, solder, metal paste, etc. can be used. Furthermore, the carbon
なお、図4のカーボンナノチューブシートを使って図6の半導体装置を製造する場合、前記媒体15と同一面に露出しているカーボンナノチューブ13の端部について、ヒートスプレッダ23や半導体チップ21との接合を確実にするため、特に前記媒体15が樹脂で形成されている場合には、酸素プラズマを使ったアッシング処理を行い、先端部を多少前記媒体15から突出するように処理を行うことも可能である。一例として、このようなアッシング処理は、200Wのパワーで10分間程度行うことが可能である。
When the semiconductor device of FIG. 6 is manufactured using the carbon nanotube sheet of FIG. 4, the end of the
なお、本実施形態において、先に説明した電気圧着の代わりに、高速原子衝撃(Fast Atom Bombardment:FAB)技術を使うことも可能である。高速原子衝撃技術では、数キロボルト、例えば5キロボルトに加速したアルゴンやキセノンなどの希ガスイオンを真空中で過前記カーボンナノチューブシート構造体22の片側に打ち込み、表面処理を施すことにより、カーボンナノチューブ13や内包金属細線14の酸化部分を除去し、現れた端面に、結合種で汚染される前に、ヒートスプレッダ23や半導体チップ21を押圧し、金属細線14とヒートスプレッダ23や半導体チップ21を接合させる技術である。高速原子衝撃技術を使うことにより、前記金属細線14とヒートスプレッダ23や半導体チップ21が同一金属より形成されていない場合でも、接合が可能となる。
In this embodiment, it is also possible to use a fast atom bombardment (FAB) technique instead of the electrocrimping described above. In the high-speed atom bombardment technique, a rare gas ion such as argon or xenon accelerated to several kilovolts, for example, 5 kilovolts, is implanted into one side of the carbon
[第3の実施形態]
図8は、本発明の第3の実施形態による半導体装置40の構成を示す断面図である。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a
図8を参照するに、本実施形態では接続電極部41Aとして、前記半田バンプ21Aの代わりに、先に第1の実施形態で説明したカーボンナノチューブシート構造体を使っている。
Referring to FIG. 8, in this embodiment, the carbon nanotube sheet structure described in the first embodiment is used as the
図9Aは、前記接続電極部41Aを構成する前記カーボンナノチューブシート構造体の拡大図を、また図9Bは前記図9Aの拡大図のさらに拡大図を示す。
9A is an enlarged view of the carbon nanotube sheet structure constituting the
図9を参照するに、前記接続電極部41Aを構成するカーボンナノチューブシート構造体は、樹脂などの絶縁性媒体15と、前記絶縁性媒体15中に、前記図6における半田バンプ21Aに対応して形成された複数のカーボンナノチューブ束領域41aとよりなり、各々の前記カーボンナノチューブ束領域41aには、先に図1Fあるいは図4で説明した開端され金属細線14を内包したカーボンナノチューブ13が多数、形成されている。
Referring to FIG. 9, the carbon nanotube sheet structure constituting the connection electrode portion 41 </ b> A corresponds to the insulating
カーボンナノチューブ13は、延在方向に高い熱伝導率のみならず高い電気伝導度を有し、前記カーボンナノチューブ13中に内包された金属細線14と相まって、前記カーボンナノチューブシート構造体14の面に対して垂直方向に低抵抗電極として作用するのみならず、先端部13Cが開端されて平坦な形状を有していることから、接触抵抗をも低減させることが可能である。
The
図8の半導体装置40は、先の半導体装置20と同様に、プリント基板25上に実装されて電子装置を構成する。
The
図10A〜図10Gは、前記図8の半導体装置40の製造工程を示す図である。
10A to 10G are diagrams showing manufacturing steps of the
図10Aは、前記図1Aに対応する図であるが、基板11をより広い範囲にわたり示している。
FIG. 10A corresponds to FIG. 1A, but shows the
図10Aを参照するに、前記基板11上には触媒金属層12が形成される。前記触媒金属層12は、図10Aでは連続層として示しているが、実際には、図1Aに示すように島状構造を有している。ただし、先にも述べたように、最近の知見では、前記触媒金属層12は、連続膜であってもよいことが知られている。
Referring to FIG. 10A, a
次に本実施形態では図10Bに示すように前記触媒金属層12をパターニングし、前記複数のカーボンナノチューブ束領域41aに対応して触媒金属パタ―ン12Aを形成する。
Next, in this embodiment, as shown in FIG. 10B, the
さらに図10Cの工程において、前記図1B〜1Dで説明した工程を行い、前記複数のカーボンナノチューブ束領域41aの各々に、前記触媒金属パタ―ン12Aからカーボンナノチューブ13よりなるカーボンナノチューブ束を成長させ、さらにこれを先端部で開端した後、金属細線14を埋め込む。なお図10B移行では、触媒金属層12の図示は省略する。
Further, in the step of FIG. 10C, the steps described in FIGS. 1B to 1D are performed to grow a carbon nanotube bundle made of the
さらに図10Dの工程において、このようにして得られたカーボンナノチューブ13と金属細線14を有する構造上に、先に説明したホットメルト樹脂やアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂シート15を押し込み、図10Eの工程において前記基板11を除去することにより、前記接続電極部41Aを得る。
Further, in the process of FIG. 10D, the
次に図10Fの工程において前記接続電極部41Aを前記半導体チップの回路面、すなわち半導体素子が形成されている側の主面に配置し、電気圧着や高速原子衝撃技術を使うことにより、あるいは単に加熱しながら押圧することにより、前記金属再生14を、前記回路面上の対応する電極バッド(図示せず)に接合する。
Next, in the step of FIG. 10F, the
さらに図10Gの工程において、このように接続電極部41Aを形成された半導体チップ21が、実装基板24にフリップチップ実装され、前記半導体装置40が得られる。
Further, in the step of FIG. 10G, the
さらにこのようにして実装基板24上に形成された半導体装置40が、電子装置のプリント基板上に実装され、所望の電子装置が組み立てられる。
Further, the
なお、同様な接続電極部は、図11の一変形例による半導体装置60に示すように、前記実装基板24とプリント基板25とを接続する接続電極部64Aについても、半田バンプ24Aに代えて、前記接続電極部41Aのカーボンナノチューブ束領域41aと同様に、カーボンナノチューブ13と金属細線14を有するカーボンナノチューブ束領域64aを使うことができる。
In addition, as shown in the
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
(付記1)
相対向する第1および第2の主面で画成された媒体と、
各々前記媒体の前記第1の主面から前記第2の主面まで延在する、複数のカーボンナノチューブと、を含み、
前記複数のカーボンナノチューブの各々は、前記第1の主面に露出した第1の末端部と、前記第2の主面に露出した第2の末端部とを有し、
前記複数のカーボンナノチューブの前記第1の末端部は、前記第1の主面において、開端し、前記第2の末端部は、前記第2の主面において、開端しており、
前記複数のカーボンナノチューブの各々の内部は、前記第1の末端部から前記第2の末端部まで、金属により充填されていることを特徴とするカーボンナノチューブシート。
(付記2)
前記第1の末端部は前記第1の主面と同一平面をなし、前記第2の末端部は前記第2の主面から突出していることを特徴とする付記1記載のカーボンナノチューブシート構造体。
(付記3)
前記媒体には、前記第1の主面に金属膜が形成されており、前記複数のカーボンナノチューブの前記第1の末端部は、前記金属面から露出していることを特徴とする付記1または2記載のカーボンナノチューブシート構造体。
(付記4)
前記複数のカーボンナノチューブの各々は、外側が前記金属膜から延在する金属スリーブにより覆われており、前記金属スリーブは前記媒体の第2の主面において露出していることを特徴とする付記3記載のカーボンナノチューブシート構造体。
(付記5)
基板上に複数のカーボンナノチューブを、前記基板側の第1の末端から、前記第1の末端に対向する第2の末端まで成長させる工程と、
前記複数のカーボンナノチューブを、前記第2の末端において開端する工程と、
前記複数のカーボンナノチューブ内に金属を充填する工程と、
前記基板上において、前記複数のカーボンナノチューブの間に媒体を埋め込む工程と、
前記基板を除去する工程と、
を含むことを特徴とするカーボンナノチューブシート構造体の製造方法。
(付記6)
前記複数のカーボンナノチューブを、前記第2の末端において開端する工程は、前記複数のカーボンナノチューブを、酸素を含む雰囲気中で加熱処理することにより実行されることを特徴とする付記5記載のカーボンナノチューブシート構造体の製造方法。
(付記7)
前記媒体を埋め込む工程は、前記樹脂膜が、前記複数のカーボンナノチューブの間に埋め込まれた状態で前記基板に接触しないように実行されることを特徴とする付記5または6記載のカーボンナノチューブシート構造体の製造方法。
(付記8)
付記1〜4のうち、いずれか一項記載のカーボンナノチューブシート構造体と、
前記媒体の第1の主面に密着して形成された半導体チップと、
前記媒体の第2の主面に密着して形成されたヒートスプレッダと、を含むことを特徴とする半導体装置。
(付記9)
付記1〜4のうち、いずれか一項記載のカーボンナノチューブシート構造体をヒートスプレッダ部材の上に、前記媒体の第2の主面を下方に向けた状態で配設し、前記第2の末端部を前記ヒートスプレッダ部材に当接させる工程と、
前記第2の末端部を前記ヒートスプレッダ部材に固定する工程と、
前記カーボンナノチューブシートシート構造体を加熱して前記媒体を軟化させ、前記媒体を前記ヒートスプレッダ部材に接するように前記複数のカーボンナノチューブに対して相対的に移動させ、前記第1の末端部を前記媒体の第1の主面から突出させる工程と、
前記媒体の第1の主面上に半導体チップを配設し、前記第1の末端部に当接させる工程と、
前記第1の末端部を前記半導体チップに固定する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10)
実装基板と、
前記実装基板上にフリップチップ実装された半導体チップと、
前記半導体チップを前記実装基板に接続する接続電極部と、を備え、
前記接続電極部は、請求項1〜4のいずれか一項記載のカーボンナノチューブシート構造体よりなることを特徴とする半導体装置。
(付記11)
前記実装基板は電子装置のプリント基板上に、第2の接続電極部により接続されており、前記第2の接続電極部は付記1〜4のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブシート構造体よりなることを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
As mentioned above, although this invention was described about preferable embodiment, this invention is not limited to this specific embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the summary described in the claim.
(Appendix 1)
A medium defined by opposing first and second major surfaces;
A plurality of carbon nanotubes each extending from the first major surface of the medium to the second major surface,
Each of the plurality of carbon nanotubes has a first end portion exposed on the first main surface and a second end portion exposed on the second main surface;
The first end portions of the plurality of carbon nanotubes are open at the first main surface, and the second end portions are open at the second main surface,
Each of the plurality of carbon nanotubes is filled with metal from the first end portion to the second end portion.
(Appendix 2)
The carbon nanotube sheet structure according to
(Appendix 3)
The medium according to
(Appendix 4)
Each of the plurality of carbon nanotubes is covered with a metal sleeve extending from the metal film, and the metal sleeve is exposed on the second main surface of the medium. The carbon nanotube sheet structure described.
(Appendix 5)
Growing a plurality of carbon nanotubes on a substrate from a first end on the substrate side to a second end opposite to the first end;
Opening the plurality of carbon nanotubes at the second end;
Filling the plurality of carbon nanotubes with metal;
Embedding a medium between the plurality of carbon nanotubes on the substrate;
Removing the substrate;
The manufacturing method of the carbon nanotube sheet structure characterized by including this.
(Appendix 6)
The carbon nanotube according to claim 5, wherein the step of opening the plurality of carbon nanotubes at the second end is performed by heat-treating the plurality of carbon nanotubes in an atmosphere containing oxygen. A manufacturing method of a sheet structure.
(Appendix 7)
The carbon nanotube sheet structure according to appendix 5 or 6, wherein the step of embedding the medium is performed so that the resin film is not in contact with the substrate in a state of being embedded between the plurality of carbon nanotubes. Body manufacturing method.
(Appendix 8)
The carbon nanotube sheet structure according to any one of
A semiconductor chip formed in close contact with the first main surface of the medium;
And a heat spreader formed in close contact with the second main surface of the medium.
(Appendix 9)
The carbon nanotube sheet structure according to any one of
Fixing the second end to the heat spreader member;
The carbon nanotube sheet sheet structure is heated to soften the medium, the medium is moved relative to the plurality of carbon nanotubes so as to contact the heat spreader member, and the first end portion is moved to the medium Projecting from the first main surface of
Disposing a semiconductor chip on the first main surface of the medium and contacting the first end;
Fixing the first end to the semiconductor chip;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Appendix 10)
A mounting board;
A semiconductor chip flip-chip mounted on the mounting substrate;
A connection electrode portion for connecting the semiconductor chip to the mounting substrate,
The said connection electrode part consists of a carbon nanotube sheet structure as described in any one of Claims 1-4, The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
(Appendix 11)
The mounting substrate is connected to a printed circuit board of an electronic device by a second connection electrode portion, and the second connection electrode portion is based on the carbon nanotube sheet structure according to any one of
11 基板
12 触媒金属層
13 カーボンナノチューブ
13A カーボンナノチューブ本体部
13C カーボンナノチューブ先端部
13a〜13c グラフェンシート
14 金属細線
15 媒体
14A,14B 金属層
20,40,60 半導体装置
21 半導体チップ
21A 半田バンプ
22 カーボンナノチューブシート構造体
23 ヒートスプレッダ
23A ヒートスプレッダ周辺部
23B 接着剤層
24 実装基板
24A 半田バンプ
25 プリント基板
41A,64A 接続電極部
41a,64a カーボンナノチューブ束領域
DESCRIPTION OF
Claims (5)
各々前記媒体の前記第1の主面から前記第2の主面まで延在する、複数のカーボンナノチューブと、を含み、
前記複数のカーボンナノチューブの各々は、前記第1の主面に露出した第1の末端部と、前記第2の主面に露出した第2の末端部とを有し、
前記複数のカーボンナノチューブの前記第1の末端部は、前記第1の主面において、開端し、前記第2の末端部は、前記第2の主面において、開端しており、
前記複数のカーボンナノチューブの各々の内部は、前記第1の末端部から前記第2の末端部まで、金属により充填されており、
前記金属は、Au,Ag,Cu,Ni,Al,Mo,Ta,PtおよびCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含む金属ないし合金よりなり、
前記媒体には、前記第1の主面に金属膜が形成されており、前記複数のカーボンナノチューブの前記第1の末端部は、前記金属膜から露出していることを特徴とするカーボンナノチューブシート構造体。 A medium defined by opposing first and second major surfaces;
A plurality of carbon nanotubes each extending from the first major surface of the medium to the second major surface,
Each of the plurality of carbon nanotubes has a first end portion exposed on the first main surface and a second end portion exposed on the second main surface;
The first end portions of the plurality of carbon nanotubes are open at the first main surface, and the second end portions are open at the second main surface,
The inside of each of the plurality of carbon nanotubes is filled with metal from the first end portion to the second end portion,
Said metals, Ri Na from the metal or alloy containing at least one selected Au, Ag, Cu, Ni, Al, Mo, Ta, from the group consisting of Pt and Co,
The carbon nanotube sheet , wherein the medium has a metal film formed on the first main surface, and the first end portions of the plurality of carbon nanotubes are exposed from the metal film. Structure.
前記複数のカーボンナノチューブを、前記第2の末端において開端する工程と、
前記複数のカーボンナノチューブ内に金属を充填する工程と、
前記基板上において、前記複数のカーボンナノチューブの間に媒体を埋め込む工程と、
前記基板を除去する工程と、
を含み、
前記金属は、Au,Ag,Cu,Ni,Al,Mo,Ta,PtおよびCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含む金属ないし合金よりなり、
前記媒体を埋め込む工程は、前記金属を充填する工程より後に実行されることを特徴とするカーボンナノチューブシート構造体の製造方法。 Growing a plurality of carbon nanotubes on a substrate from a first end of the substrate to a second end opposite the first end;
Opening the plurality of carbon nanotubes at the second end;
Filling the plurality of carbon nanotubes with metal;
Embedding a medium between the plurality of carbon nanotubes on the substrate;
Removing the substrate;
Including
The metal is made of a metal or alloy containing at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, Al, Mo, Ta, Pt and Co,
The method of manufacturing a carbon nanotube sheet structure, wherein the step of embedding the medium is performed after the step of filling the metal.
前記媒体の第1の主面に密着して形成された半導体チップと、
前記媒体の第2の主面に密着して形成されたヒートスプレッダと、を含むことを特徴とする半導体装置。 A medium defined by opposing first and second main surfaces, and a plurality of carbon nanotubes each extending from the first main surface to the second main surface of the medium, Each of the plurality of carbon nanotubes has a first end portion exposed on the first main surface and a second end portion exposed on the second main surface. The first end portion is open at the first main surface, the second end portion is open at the second main surface, and the interior of each of the plurality of carbon nanotubes is The first end portion to the second end portion are filled with a metal, and the metal is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, Al, Mo, Ta, Pt, and Co. car made of a metal or an alloy containing at least one And nanotube sheet structure,
A semiconductor chip formed in close contact with the first main surface of the medium;
And a heat spreader formed in close contact with the second main surface of the medium.
前記実装基板上にフリップチップ実装された半導体チップと、
前記半導体チップを前記実装基板に接続する接続電極部と、を備え、
前記接続電極部は、
相対向する第1および第2の主面で画成された媒体と、各々前記媒体の前記第1の主面から前記第2の主面まで延在する、複数のカーボンナノチューブと、を含み、前記複数のカーボンナノチューブの各々は、前記第1の主面に露出した第1の末端部と、前記第2の主面に露出した第2の末端部とを有し、前記複数のカーボンナノチューブの前記第1の末端部は、前記第1の主面において、開端し、前記第2の末端部は、前記第2の主面において、開端しており、前記複数のカーボンナノチューブの各々の内部は、前記第1の末端部から前記第2の末端部まで、金属により充填されており、前記金属は、Au,Ag,Cu,Ni,Al,Mo,Ta,PtおよびCoよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含む金属ないし合金よりなるカーボンナノチューブシート構造体よりなることを特徴とする半導体装置。 A mounting board;
A semiconductor chip flip-chip mounted on the mounting substrate;
A connection electrode portion for connecting the semiconductor chip to the mounting substrate,
The connection electrode part is
A medium defined by opposing first and second main surfaces, and a plurality of carbon nanotubes each extending from the first main surface to the second main surface of the medium, Each of the plurality of carbon nanotubes has a first end portion exposed on the first main surface and a second end portion exposed on the second main surface. The first end portion is open at the first main surface, the second end portion is open at the second main surface, and the interior of each of the plurality of carbon nanotubes is The first end portion to the second end portion are filled with a metal, and the metal is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, Al, Mo, Ta, Pt, and Co. car made of a metal or an alloy containing at least one Wherein a formed of nanotubes sheet structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009205652A JP5636654B2 (en) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | Carbon nanotube sheet structure, manufacturing method thereof, and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009205652A JP5636654B2 (en) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | Carbon nanotube sheet structure, manufacturing method thereof, and semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011057466A JP2011057466A (en) | 2011-03-24 |
JP5636654B2 true JP5636654B2 (en) | 2014-12-10 |
Family
ID=43945564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009205652A Active JP5636654B2 (en) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | Carbon nanotube sheet structure, manufacturing method thereof, and semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5636654B2 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101996890B (en) * | 2009-08-25 | 2012-06-20 | 清华大学 | Preparation device and method of carbon nanotube radiators |
EP2763167B1 (en) | 2011-09-26 | 2016-06-29 | Fujitsu Limited | Heat-dissipating material and method for producing same, and electronic device and method for producing same |
JP2013115094A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Fujitsu Ltd | Heat radiating material and method for manufacturing the same |
JP2013170101A (en) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Nanowire and method for producing the same |
JP5974591B2 (en) * | 2012-03-30 | 2016-08-23 | 富士通株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
JP6515838B2 (en) * | 2016-02-26 | 2019-05-22 | 株式会社デンソー | Member with carbon nanotube, method for manufacturing the same, and apparatus for manufacturing the same |
JP6746540B2 (en) | 2017-07-24 | 2020-08-26 | 積水化学工業株式会社 | Heat conduction sheet |
JP7278998B2 (en) * | 2020-08-04 | 2023-05-22 | 積水化学工業株式会社 | thermal conductive sheet |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3826280B2 (en) * | 2001-06-20 | 2006-09-27 | 大阪瓦斯株式会社 | Nickel compound-containing carbon composite and method for producing the same |
JP2003142755A (en) * | 2001-11-05 | 2003-05-16 | Fujitsu Ltd | Magnetic resistance sensor and manufacturing method thereof |
JP4288561B2 (en) * | 2002-12-17 | 2009-07-01 | トヨタ自動車株式会社 | Solid polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, and solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2004335259A (en) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electrical wiring, electronic device, magnetoresistance effect element, magnetic head, magnetic medium, recording devices, and manufacturing method of the above |
JP4860913B2 (en) * | 2004-05-14 | 2012-01-25 | 富士通株式会社 | Carbon nanotube composite material and manufacturing method thereof, and magnetic material and manufacturing method thereof |
JP2006261108A (en) * | 2005-02-17 | 2006-09-28 | Sonac Kk | Cold-cathode electron source, its manufacturing method and display device |
JP2007059647A (en) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Denso Corp | Thermoelectric transducer and its manufacturing method |
JP2007188841A (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Osaka Prefecture Univ | Anisotropic conductive sheet and its manufacturing method |
CN101372614B (en) * | 2007-08-24 | 2011-06-08 | 清华大学 | Carbon nano-tube array composite heat-conducting fin and manufacturing method thereof |
WO2009107229A1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | 富士通株式会社 | Sheet structure, semiconductor device and method of growing carbon structure |
-
2009
- 2009-09-07 JP JP2009205652A patent/JP5636654B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011057466A (en) | 2011-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5636654B2 (en) | Carbon nanotube sheet structure, manufacturing method thereof, and semiconductor device | |
TWI477593B (en) | Heat radiation material, electronic device and method of manufacturing electronic device | |
JP6132768B2 (en) | Heat dissipation material and manufacturing method thereof | |
JP5104688B2 (en) | Sheet-like structure, method for producing the same, and electronic device | |
JP5146256B2 (en) | Sheet-like structure and manufacturing method thereof, and electronic device and manufacturing method thereof | |
JP6127417B2 (en) | Manufacturing method of heat dissipation material | |
WO2006098026A1 (en) | Connecting mechanism, semiconductor package and method for manufacturing such semiconductor package | |
JP5212253B2 (en) | Manufacturing method of sheet-like structure | |
JP5746808B2 (en) | Package and electronic device using carbon nanotube | |
WO2014196006A1 (en) | Heat dissipation structure, production method therefor and electronic device | |
JP2011204749A (en) | Sheet-like structure, electronic apparatus, and method for manufacturing electronic apparatus | |
JP2008210954A (en) | Carbon nanotube bump structure, its manufacturing method and semiconductor device using the same | |
JP2013115094A (en) | Heat radiating material and method for manufacturing the same | |
JP5447117B2 (en) | Manufacturing method of electronic equipment | |
JP5293561B2 (en) | Thermally conductive sheet and electronic device | |
JP5343620B2 (en) | Heat dissipation material and method for manufacturing the same, electronic device and method for manufacturing the same | |
JP2011035046A (en) | Sheet-like structure, and method of manufacturing the same | |
JP6202104B2 (en) | Sheet-like structure, electronic device using the same, method for producing sheet-like structure, and method for producing electronic device | |
JP5760668B2 (en) | Sheet-like structure, manufacturing method thereof, electronic device, and manufacturing method thereof | |
US20240047299A1 (en) | Conductive heat radiation film, method of manufacturing the same, and method of manufacturing electronic device | |
JP6223903B2 (en) | Carbon nanotube sheet, electronic device, method of manufacturing carbon nanotube sheet, and method of manufacturing electronic device | |
JP6354235B2 (en) | Electronic device and assembly method thereof, and sheet-like structure and manufacturing method thereof | |
JP2009076568A (en) | Electronic device | |
JP2012238916A (en) | Sheet like structure, manufacturing method of sheet like structure, electronic apparatus, and manufacturing method of electronic apparatus | |
JP5864486B2 (en) | Sheet-like structure and method for producing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120510 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130626 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130702 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130822 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140520 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140709 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140924 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141007 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5636654 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |