JP5768786B2 - Sheet-like structure and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、シート状構造体及びその製造方法に係り、特に、炭素元素の線状構造体を有するシート状構造体及びこのようなシート状構造体を用いた電子機器に関する。 The present invention relates to a sheet-like structure and a manufacturing method thereof, particularly, relates to an electronic equipment using a sheet-like structure such as a sheet-like structures及Biko having a linear structure of carbon atoms.
サーバーやパーソナルコンピュータの中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)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、半導体素子の直上に設けられたインジウムシートなどの熱伝導性シートを介して、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。 Electronic components used in a central processing unit (CPU) of a server or a personal computer are required to efficiently dissipate heat generated from a semiconductor element. For this reason, it has a structure in which a heat spreader made of a material having a high thermal conductivity such as copper is arranged through a heat conductive sheet such as an indium sheet provided immediately above the semiconductor element.
しかしながら、近年におけるレアメタルの大幅な需要増加によりインジウム価格は高騰しており、インジウムよりも安価な代替材料が待望されている。また、物性的に見てもインジウムの熱伝導度(50W/m・K)は高いとはいえず、半導体素子から生じた熱をより効率的に放熱させるために更に高い熱伝導度を有する材料が望まれている。 However, the price of indium has soared due to a significant increase in demand for rare metals in recent years, and an alternative material that is cheaper than indium is expected. In addition, in terms of physical properties, the thermal conductivity (50 W / m · K) of indium is not high, and a material having a higher thermal conductivity in order to dissipate the heat generated from the semiconductor element more efficiently. Is desired.
このような背景から、インジウムよりも高い熱伝導度を有する材料として、カーボンナノチューブに代表される炭素元素の線状構造体が注目されている。カーボンナノチューブは、非常に高い熱伝導度(1500W/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。 Against this background, a carbon element linear structure typified by carbon nanotubes has attracted attention as a material having higher thermal conductivity than indium. Carbon nanotubes not only have a very high thermal conductivity (1500 W / m · K), but also have excellent flexibility and heat resistance, and have a high potential as a heat dissipation material.
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。
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。 However, the conventional thermal conductive sheet using carbon nanotubes cannot fully utilize the high thermal conductivity of carbon nanotubes.
本発明の目的は、炭素元素の線状構造体を用いた熱伝導度及び電気伝導度が極めて高いシート状構造体及びこのようなシート状構造体を用いた高性能の電子機器を提供することにある。 An object of the present invention, provides thermal conductivity using linear structures of carbon atoms and electrical conductivity high-performance electronic equipment using a sheet-like structure, such as a very high sheet-like structures及Biko There is to do.
実施形態の一観点によれば、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体の間隙に充填され、複数の前記線状構造体を保持する充填層と、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、インジウムよりなる第1の被膜と、前記第1の被膜と前記線状構造体との間に形成されたグラファイト層とを有し、前記第1の被膜が前記グラファイト層の上面を覆っているシート状構造体が提供される。 According to one aspect of the embodiment, a plurality of linear structures of carbon elements, a filling layer that fills gaps between the plurality of linear structures, and holds the plurality of linear structures, formed on at least one of the ends of the linear structure, it has a first coating consisting of indium, and a graphite layer formed between the first coating and the linear structure, the first There is provided a sheet-like structure in which one coating covers the upper surface of the graphite layer .
また、実施形態の他の観点によれば、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に、隣接する前記線状構造体を互いに結合するグラファイト層とを有し、第1の被膜が前記グラファイト層の上面を覆っているシート状構造体が提供される。 Further, according to another aspect of the embodiment, the graphite that bonds the linear structures of a plurality of carbon elements and the linear structures adjacent to each other to at least one end of the plurality of linear structures. And a sheet-like structure having a first coating covering the upper surface of the graphite layer .
また、実施形態の更に他の観点によれば、発熱部と、前記発熱部により生じた熱を放熱する放熱部と、前記発熱部と前記放熱部との間に配置され、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成されたインジウムよりなる被膜と、前記被膜と前記線状構造体との間に形成されたグラファイト層とを有し、前記第1の被膜が前記グラファイト層の上面を覆っているシート状構造体とを有する電子機器が提供される。 Further, according to still another aspect of the embodiment, the heat generating unit, the heat dissipating unit that dissipates heat generated by the heat generating unit, the heat generating unit and the heat dissipating unit are disposed, and a plurality of carbon elements are disposed. A linear structure; a coating made of indium formed on at least one end of the plurality of linear structures; and a graphite layer formed between the coating and the linear structure. There is provided an electronic apparatus having a sheet-like structure in which the first film covers the upper surface of the graphite layer .
開示のシート状構造体によれば、端部に熱伝導率の高い材料の被膜が形成された炭素元素の線状構造体を用い、当該線状構造体がシートの膜厚方向に配向したシート構造体を形成するので、線状構造体とシート状構造への被着体との間の接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。これにより、シート状構造体の熱伝導性及び電気伝導性を向上することができる。 According to the disclosed sheet-like structure , a carbon element linear structure in which a coating of a material having a high thermal conductivity is formed at an end, and the linear structure is oriented in the film thickness direction of the sheet Since the structure is formed, the contact thermal resistance and contact resistance between the linear structure and the adherend to the sheet-like structure can be greatly reduced. Thereby, the thermal conductivity and electrical conductivity of the sheet-like structure can be improved.
[第1実施形態]
第1実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図1乃至図7を用いて説明する。
[First Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す斜視図である。図2は、接触熱抵抗と被膜14のコーティング長との関係をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。図3は、カーボンナノチューブシートを介して発熱体と放熱体とが接続された状態を示す模式図である。図4乃至図7は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. FIG. 2 is a graph showing the results of the simulation of the relationship between the contact thermal resistance and the coating length of the
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図1を用いて説明する。 First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、図1に示すように、両端部が熱伝導性及び/又は導電性を有する材料の被膜14により被覆された複数のカーボンナノチューブ12が、樹脂材料や金属材料等よりなる充填層16内に埋め込まれた構造を有している。
As shown in FIG. 1, the
カーボンナノチューブ12は、シートの面に垂直な方向に配向している。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の密度は、放熱性及び電気伝導性の観点から、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。
The
カーボンナノチューブ12の端部に設けられた被膜14は、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。カーボンナノチューブシート10の全体としての熱伝導率を向上する観点からは、充填層16の構成材料よりも熱伝導率の高い材料により形成することが望ましい。一般的な樹脂材料の熱伝導率が1(W/m・K)程度であることに鑑みれば、カーボンナノチューブシート10の両表面に形成された被膜14は、熱伝導率の高い材料、例えば熱伝導率が0.1(W/m・K)以上の材料により形成することが効果的である。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、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14の構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。また、被膜14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。
The
カーボンナノチューブ12の端部に熱伝導性の高い被膜14を設けることにより、被膜14を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート10の被着体(放熱体、発熱体)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と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート10の熱伝導性を高めることができる。
By providing the
また、被膜14として、融点の低い材料、例えばインジウム(融点:157℃程度)や低融点はんだなどを用いれば、カーボンナノチューブシート10を被着体と接触した後に被膜14をリフローすることも可能である。これにより、カーボンナノチューブシート10と被着体との間の接触部の凹凸を被膜14の構成材料で埋めることができ、これらの間の熱伝導性や導電性を更に向上することができる。
Further, if a material having a low melting point, such as indium (melting point: about 157 ° C.) or low melting point solder, is used as the
図2は、接触熱抵抗と被膜14のコーティング長との関係をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。横軸が被膜14のコーティング長Lcであり、縦軸が接触熱抵抗Rthである。
FIG. 2 is a graph showing the results of the simulation of the relationship between the contact thermal resistance and the coating length of the
図3は、カーボンナノチューブシート10を介して発熱体50と放熱体60とが接続された状態を示す模式図である。図3では、カーボンナノチューブシート10として、1本のカーボンナノチューブ12だけを示している。被膜14は、カーボンナノチューブ12の端部領域を囲うように形成されている。被膜14のコーティング長Lcとは、図3に示すように、被膜14により覆われた部分のカーボンナノチューブ12の長さである。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the
図2のシミュレーションでは、直径100μmの領域に、1×1011本/cm2の密度で、熱伝導率が1000W/m・K、長さが100μmのカーボンナノチューブ12が形成されていると仮定した。また、金よりなる被膜14とカーボンナノチューブ12との間の接触面積のうちの30%が熱伝導に寄与するものとの仮定した。
In the simulation of FIG. 2, it is assumed that
図2に示すように、カーボンナノチューブ12の接触熱抵抗は、被膜14のコーティング長Lcが大きいほどに低くなっている。特に、被膜14のコーティング長Lcが約100nm以下では、コーティング長Lcに対する接触熱抵抗の変化は極めて大きく、数十nm以上の被覆によって接触熱抵抗は1桁以上低減する。
As shown in FIG. 2, the contact thermal resistance of the
カーボンナノチューブ12を1×1011本/cm2程度の密度で成長した場合、コーティング長Lcは、カーボンナノチューブ12の端面上に堆積される膜厚のおよそ3倍程度となる。
When the
また、1×1011本/cm2程度の密度でカーボンナノチューブ12を成長した場合、カーボンナノチューブ12間の間隔は、およそ30〜50nmとなる。この場合、カーボンナノチューブ12の端面上に堆積される被膜14の膜厚を100nm程度以上に設定すると、隣接するカーボンナノチューブ12上に形成された被膜14は互いに接続され、被膜14はカーボンナノチューブシート10の表面に連続して形成されることになる。
When the
被膜14の膜厚は、カーボンナノチューブシート10に要求される特性に応じて適宜設定することができる。
The film thickness of the
被膜14の最小膜厚は、上述の接触熱抵抗の観点から規定することができる。例えば、1×1011本/cm2程度の密度でカーボンナノチューブ12を成長した場合、被膜14の膜厚を30nm程度以上(コーティング長Lcがおよそ100nm以上)とすることが望ましい。これにより、被膜14を形成しない場合と比較して、接触熱抵抗を1桁以上改善することができる。
The minimum film thickness of the
被膜14の最大膜厚は、カーボンナノチューブシート10に要求される熱伝導性の観点から規定することができる。被膜14として金を用いた場合、金の熱伝導率は300[W/m・K]程度であり、カーボンナノチューブ12のおよそ1/10である。このため、被膜14を厚く付けすぎると、カーボンナノチューブシート10全体としての熱伝導性を低下する虞があるからである。
The maximum film thickness of the
また、隣接するカーボンナノチューブ12が被膜14によって接続されているか接続されていないかは、カーボンナノチューブシート10の用途に応じて選択することができる。
Whether the
隣接するカーボンナノチューブ12が被膜14によって接続されていない場合、カーボンナノチューブ12の1本1本が独立しているため、高いたわみ性を有している。このため、被着体に接触したときの弾力性を向上することができる。
When the
他方、隣接するカーボンナノチューブ12が被膜14によって接続されている場合、カーボンナノチューブ12の長さにばらつきが生じ、一部のカーボンナノチューブ12が被着体に直に接しないような場合にも、被膜14を介した横方向の熱伝導・電気伝導によって総てのカーボンナノチューブ12を熱伝導体として用いることができ、熱伝導性を向上することができる。
On the other hand, when
また、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、被膜14の表面が充填層16によって覆われていない。これにより、カーボンナノチューブシート10を放熱体又は発熱体と接触したとき、カーボンナノチューブ12が放熱体又は発熱体に対して直に接するため、熱伝導効率を大幅に高めることができる。
In the
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、被膜14を導電性材料によって形成することにより、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、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、熱伝導シートとしてのみならず、縦型配線シートとしても利用可能である。カーボンナノチューブシートを配線シートとして用いる場合には、カーボンナノチューブ12と被着体との間の接触抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート10の導電性を高めることができる。
Moreover, since the
充填層16の構成材料としては、カーボンナノチューブの埋め込みの際に液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、有機系充填材としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などを適用することができる。また、無機系充填材としては、SOG(Spin On Glass)などの塗布型絶縁膜形成用組成物などを適用することができる。また、インジウム、はんだ、金属ペースト(例えば、銀ペースト)などの金属材料を適用することもできる。また、例えばポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマを適用することもできる。また、カーボンナノチューブシート10自体に撓み性や柔軟性が必要な場合には、硬化後にゴム状やゲル状になる充填材を用いてもよい。
The constituent material of the
また、充填層16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16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16部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての熱伝導率を向上することができる。カーボンナノチューブシートを導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層16部分に電導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層16部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての導電率を向上することができる。充填層16として例えば有機系充填材などの熱伝導性の低い絶縁材料を用いる場合には、特に有効である。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。
Moreover, you may disperse and mix an additive with the filled
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図4乃至図7を用いて説明する。 Next, the method for manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、カーボンナノチューブシート10を形成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。
First, a
基板30は、カーボンナノチューブ12の形成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、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、カーボンナノチューブシート10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ことが望ましい。
The
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4(a))。
Next, an Fe (iron) film of, eg, a 2.5 nm-thickness is formed on the
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。 As the catalyst metal, in addition to Fe, Co (cobalt), Ni (nickel), Au (gold), Ag (silver), Pt (platinum), or an alloy containing at least one of these materials may be used. In addition to the metal film, metal fine particles prepared by controlling the size in advance using a differential mobility analyzer (DMA) or the like may be used as the catalyst. In this case, the metal species may be the same as in the case of the thin film.
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。 In addition, as a base film of these catalyst metals, Mo (molybdenum), Ti (titanium), Hf (hafnium), Zr (zirconium), Nb (niobium), V (vanadium), TaN (tantalum nitride), TiSi x (titanium) Silicide), Al (aluminum), Al 2 O 3 (aluminum oxide), TiO x (titanium oxide), Ta (tantalum), W (tungsten), Cu (copper), Au (gold), Pt (platinum), Pd A film made of (palladium), TiN (titanium nitride), or an alloy containing at least one of these materials may be formed. For example, a stacked structure of Fe (2.5 nm) / Al (10 nm), a stacked structure of Co (2.6 nm) / TiN (5 nm), and the like can be applied. When metal fine particles are used, for example, a laminated structure such as Co (average diameter: 3.8 nm) / TiN (5 nm) can be applied.
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を成長する。カーボンナノチューブの成長条件は、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3〜6層(平均4層程度)、直径が4〜8nm(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。
Next, carbon nanotubes are grown on the
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4(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の面密度は、1×1011本/cm2程度であった。
Thus, a plurality of
次いで、カーボンナノチューブ12上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)膜と、例えば膜厚300nmの金(Au)膜とを堆積する。これにより、カーボンナノチューブ12上に、Au/Tiの積層構造の被膜14aを形成する(図5(a))。この際、カーボンナノチューブ12端部のコーティング長Lcは、堆積膜厚のおよそ3倍程度となる。
Next, a 10 nm thick titanium (Ti) film and a 300 nm thick gold (Au) film, for example, are deposited on the
被膜14aの構成材料は、充填層16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。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、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14aの構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。被膜14aは、これら金属の単層構造でもよいし、上述のようなチタンと金との積層構造など、2層或いは3層以上の積層構造であってもよい。
The constituent material of the
なお、上記の例でAu/Tiの積層構造を用いているのは、チタンがカーボンナノチューブ12に対する密着性に優れているからである。金膜とカーボンナノチューブ12との間にチタン膜を形成することにより、カーボンナノチューブ12と被膜14aとの間の接触熱抵抗並びに接触抵抗を低減することができる。密着性を向上する観点からは、10nm程度以上のチタン膜を形成することが望ましい。
The reason why the Au / Ti laminated structure is used in the above example is that titanium has excellent adhesion to the
次いで、基板30上に形成されたカーボンナノチューブ12を転写するための基板として、基板30とは別の基板(又はシート)40を用意する。基板40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。
Next, a substrate (or sheet) 40 different from the
次いで、基板40上に、接着材層42を形成する。接着材層の構成材料としては、後に形成する充填層16の構成材料に対して選択エッチング性を有する材料を適用する。例えば、充填層16を水溶性のないシリコーン系樹脂により形成する場合には、接着材層42としては水溶性のあるポリビニルアルコール(PVA)を用いることができる。
Next, an
次いで、接着材層42が形成された基板40上に、基板30上に形成されたカーボンナノチューブ12を転写する(図5(b))。まず、被膜14aの形成面と接着材層42とが向き合うように基板30と基板40とを貼り合わせる。次いで、基板30とカーボンナノチューブ12との界面から、基板30を剥離する。被膜14aの接着材層42に対する接着力は、カーボンナノチューブ12の基板30に対する接着力よりも強いため、基板30をカーボンナノチューブ12との界面から容易に剥離することができる。これにより、基板40上にカーボンナノチューブ12を転写することができる。
Next, the
次いで、基板40に転写したカーボンナノチューブ12上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)膜と、例えば膜厚50nmの金(Au)膜とを堆積する。これにより、カーボンナノチューブ12上に、Au/Tiの積層構造よりなる被膜14bを形成する(図6(a))。この際、カーボンナノチューブ12端部のコーティング長Lcは、堆積膜厚のおよそ3倍程度となる。
Next, a titanium (Ti) film having a thickness of 10 nm and a gold (Au) film having a thickness of 50 nm, for example, are deposited on the
被膜14bの構成材料は、充填層16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。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、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14bの構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。被膜14bは、これら金属の単層構造でもよいし、上述のようなチタンと金との積層構造など、2層或いは3層以上の積層構造であってもよい。
The constituent material of the
次いで、例えばディップ法により、充填層16となる充填材を、カーボンナノチューブ12の間隙に充填する。例えば、粘度が800mPa・sのシリコーン系樹脂を、例えば1000rpm、20秒の条件でスピンコーとした基板に対して、カーボンナノチューブ12が転写された基板40を例えば1分間押し付ける。これにより、充填材としてのシリコーン系樹脂が、毛細管現象により、カーボンナノチューブ12の間に、カーボンナノチューブ12とほぼ同じ高さまで充填される。
Next, the gap between the
充填材は、液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、有機系充填材としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などを適用することができる。また、無機系充填材としては、SOGなどの塗布型絶縁膜形成用組成物などを適用することができる。また、インジウム、はんだ、金属ペースト(例えば、銀ペースト)などの金属材料を適用することもできる。また、例えばポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマを適用することもできる。 The filler is not particularly limited as long as it shows liquid properties and can be cured thereafter. For example, an acrylic resin, an epoxy resin, a silicone resin, a polyimide resin, or the like can be applied as the organic filler. Further, as the inorganic filler, a coating type insulating film forming composition such as SOG can be applied. A metal material such as indium, solder, or a metal paste (eg, silver paste) can also be used. In addition, conductive polymers such as polyaniline and polythiophene can also be applied.
なお、カーボンナノチューブ12が基板40上の全面に形成されている場合、カーボンナノチューブ12間に充填材を浸透する際、1本1本のカーボンナノチューブ12同士の凝集が起こり、カーボンナノチューブ12が元々保持していた配向性を失い、例えば横に倒れるなどの形状変化を起こすことがある。しかしながら、本実施形態では、カーボンナノチューブ12の両端部に被膜14が形成されているため、カーボンナノチューブ12の形状変化を抑制して凝集を防止することができる。
When the
次いで、カーボンナノチューブ12間に充填した充填材を硬化し、充填層16を形成する(図6(b))。例えば、充填材としてアクリル樹脂等の光硬化性の材料を用いる場合には、光照射によって充填材を硬化させることができる。また、充填材としてエポキシ樹脂やシリコーン系樹脂などの熱硬化性の材料を用いる場合には、熱処理によって充填材を硬化させることができる。エポキシ樹脂の場合、例えば150℃、1時間の熱処理により、熱硬化することができる。また、シリコーン系樹脂の場合、例えば200℃、1時間の熱処理により、熱硬化することができる。
Next, the filler filled between the
なお、充填層16の硬化後に、カーボンナノチューブ12上の被膜14bが充分に露出していない又は充填層16によって覆われている場合には、化学的機械的研磨や酸素プラズマアッシングによって、被膜14bの上の充填層16を除去するようにしてもよい。被膜14b上に接着材層42の残渣が残っている場合には、これを除去する効果もある。
If the
次いで、両端が被膜14により覆われたカーボンナノチューブ12及び充填層16を基板40から剥離し、カーボンナノチューブシート10を得る(図7)。
Next, the
例えば、接着材層42を充填層16に対して選択的にエッチングすることにより、カーボンナノチューブシート10を容易に剥離することができる。例えば、充填層16がシリコーン系樹脂により形成され、接着材層42がポリビニルアルコールにより形成されている場合には、水又は温水中に浸漬することにより、接着材層42を溶解してカーボンナノチューブシート10を剥離することができる。
For example, the
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導率の高い材料よりなる被膜を形成するので、カーボンナノチューブとシートの被着体との間の接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び電気伝導性を向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, a coating made of a material having a high thermal conductivity is formed at the end of the carbon nanotube, so that the contact thermal resistance and the contact resistance between the carbon nanotube and the adherend of the sheet are reduced. It can be greatly reduced. Thereby, the thermal conductivity and electrical conductivity of the carbon nanotube sheet can be improved.
[第2実施形態]
第2実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図8及び図9を用いて説明する。図1乃至図7に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシート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。
[Second Embodiment]
A method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Components similar to those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
図8及び図9は本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図である。 8 and 9 are perspective views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment.
本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法は、カーボンナノチューブ12を基板40上に転写する方法が異なる他は、第1実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様である。各構成部分の構成材料や詳細な製造方法は、第1実施形態の場合と同様である。
The method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment is the same as the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the first embodiment, except that the method of transferring the
まず、図4(a)乃至図5(a)に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシート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12と、カーボンナノチューブ12の端部に形成された被膜14aとを形成する。
First, in the same manner as the carbon nanotube sheet manufacturing method according to the first embodiment shown in FIGS. 4A to 5A, the
次いで、基板30上に形成されたカーボンナノチューブ12を転写するための基板として、基板30とは別の基板(又はシート)40を用意する。
Next, a substrate (or sheet) 40 different from the
次いで、基板40上に、犠牲層44と、被膜14aに対して熱圧着できる材料の層46(以下、「熱圧着層46」と呼ぶ)とを形成する。熱圧着層46の構成材料としては、例えば被膜14aの表面が金により形成される場合には、金を適用することができる。犠牲層44の構成材料としては、熱圧着層46に対して選択エッチング性のある材料を適用する。熱圧着層46が例えば金の場合には、例えばチタンを適用することができる。
Next, a
次いで、接着材層42が形成された基板40上に、基板30上に形成されたカーボンナノチューブ12を転写する(図8(a))。まず、被膜14aの形成面と熱圧着層46とが向き合うように、基板30と基板40とを重ね合わせる。次いで、加熱しながら基板30と基板40との間に圧力を加え、被膜14aと熱圧着層46とを熱圧着する。次いで、基板30とカーボンナノチューブ12との界面から、基板30を剥離する。被膜14aの熱圧着層46に対する接着力は、カーボンナノチューブ12の基板30に対する接着力よりも強いため、基板30をカーボンナノチューブ12との界面から容易に剥離することができる。これにより、基板40上にカーボンナノチューブ12を転写することができる。
Next, the
次いで、第1実施形態の場合と同様にして、基板40に転写したカーボンナノチューブ12上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)膜と、例えば膜厚50nmの金(Au)膜とを堆積する。これにより、カーボンナノチューブ12上に、Au/Tiの積層構造の被膜14bを形成する(図8(b))。
Next, in the same manner as in the first embodiment, on the
次いで、第1実施形態の場合と同様にして、カーボンナノチューブ12の間隙を埋め込む充填層16を形成する(図9(a))。
Next, in the same manner as in the first embodiment, the filling
次いで、両端が被膜14により覆われたカーボンナノチューブ12及び充填層16を基板40から剥離し、カーボンナノチューブシート10を得る(図9(b))。
Next, the
例えば、犠牲層44を熱圧着層46に対して選択的にエッチングすることにより、カーボンナノチューブシート10を容易に剥離することができる。例えば、熱圧着層46が金により構成され、犠牲層44がチタンにより構成されている場合には、弗酸水溶液中に浸漬することにより、犠牲層44を溶解してカーボンナノチューブシート10を剥離することができる。
For example, the
[第3実施形態]
第3実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図10及び図11を用いて説明する。図1乃至図9に示す第1及び第2実施形態によるカーボンナノチューブシート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。
[Third Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. Components similar to those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first and second embodiments shown in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
図10は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す斜視図である。図11は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図である。 FIG. 10 is a perspective view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. FIG. 11 is a perspective view illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図10を用いて説明する。 First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、図10に示すように、カーボンナノチューブ12と被膜14との間に、グラファイト層20を有している。グラファイト層20は、シートの面に平行な層状構造のグラファイトにより形成され、カーボンナノチューブ12の一端側に直に接続して形成されている。グラファイト層14の厚さは、数nm〜数百nm程度である。
The
グラファイトは、樹脂材料(熱伝導率:1(W/m・K)程度)と比較して500倍以上の熱伝導率を有している。したがって、グラファイト層20を設けることにより、グラファイト層14を形成しない場合と比較して、シートの面に平行な方向への放熱性を500倍以上と大幅に改善することができる。
Graphite has a thermal conductivity of 500 times or more compared to a resin material (thermal conductivity: about 1 (W / m · K)). Therefore, by providing the
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、発熱体と放熱体との間に形成する場合、カーボンナノチューブ12のグラファイト層20側の端部が発熱体側に位置するように配置することが望ましい。このようにすることで、発熱体からの熱をグラファイト層20によってシートの面に平行な方向へ迅速に伝搬することができる。これにより、カーボンナノチューブ12を介した放熱体方向への放熱効率を高めることができる。
When the
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図11を用いて説明する。なお、各構成部分の構成材料や詳細な製造方法は、第1実施形態の場合と同様である。 Next, the manufacturing method of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. In addition, the constituent material of each component part and the detailed manufacturing method are the same as that of the case of 1st Embodiment.
まず、カーボンナノチューブシート10を形成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、第1実施形態に記載の種々の基板を用いることができる。
First, a
次いで、基板30上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚5nmのTiN膜と、例えば膜厚2.6nmのCo膜とを順次堆積し、Co/TiNの積層構造の触媒金属膜32を形成する。なお、触媒金属膜38の下地膜としては、TiNのほか、Tiを含有する他の材料、例えばTi(チタン)やTiO2(酸化チタン)等を用いることができる。
Next, a TiN film having a thickness of, for example, 5 nm and a Co film having a thickness of, for example, 2.6 nm are sequentially deposited on the
次いで、基板30上に、例えば熱CVD法により、触媒金属膜32を触媒として、上面がグラファイト層20により覆われたカーボンナノチューブ12を成長する(図11(a))。
Next, the
上面がグラファイト層20により覆われたカーボンナノチューブ12は、アセチレン、メタン、エチレン等の炭化水素類の原料ガスを用い、450℃〜510℃程度の比較的低温で成長することにより、形成することができる。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、温度を450℃〜510℃、成長時間を30分とする。これにより、層数が3〜6層(平均4層程度)、直径が4〜8nm(平均6nm)、長さが20μmの多層カーボンナノチューブを成長することができる。また、カーボンナノチューブ12上には、厚さ18nmのグラファイト層20が形成される。
The
上面がグラファイト層20により覆われたカーボンナノチューブ12は、触媒金属膜38の膜厚(Co膜の膜厚)と、成膜温度とを適宜制御することにより、形成することができる。本願発明者等が検討を行ったところでは、Co膜の膜厚を2.0nm〜7.0nmとし、350℃〜560℃の成膜温度で成長を行うことにより、上面がグラファイト層20により覆われたカーボンナノチューブ12を形成できることが判った。
The
また、形成されるグラファイト層の厚さも、Co膜の膜厚及び成膜温度により制御することができる。例えば、成膜温度が510℃の温度の場合、Co膜の膜厚が2.1nmのときに、膜厚4nmのグラファイト層を形成することができた。また、Co膜の膜厚が2.6nmのときに、膜厚18nmのグラファイト層を形成することができた。また、Co膜の膜厚が3.6nmのときに、膜厚30nmのグラファイト層を形成することができた。また、成膜温度が450℃、Co膜の膜厚が3.6nmのときに、膜厚が20nmのグラファイト層を形成することができた。 Further, the thickness of the formed graphite layer can also be controlled by the thickness of the Co film and the film formation temperature. For example, when the film formation temperature is 510 ° C., a 4 nm-thick graphite layer could be formed when the Co film thickness was 2.1 nm. Further, when the thickness of the Co film was 2.6 nm, a graphite layer having a thickness of 18 nm could be formed. Further, when the thickness of the Co film was 3.6 nm, a graphite layer having a thickness of 30 nm could be formed. Further, when the film formation temperature was 450 ° C. and the Co film thickness was 3.6 nm, a graphite layer having a thickness of 20 nm could be formed.
上面がグラファイト層20により覆われたカーボンナノチューブ12が形成されるメカニズムは明らかではないが、本願発明者等は以下のように推察している。
The mechanism by which the
本実施形態において、カーボンナノチューブ12の成長は、比較的低温で行っている。このため、成長初期過程では、触媒金属膜32のCo膜が十分に凝集しておらず、触媒金属膜32上に均一にグラファイトが成長されるものと考えられる。この後、Co膜の凝集とともにカーボンナノチューブの成長が開始され、結果、上面がグラファイト層20により覆われたカーボンナノチューブ12が形成されるものと考えられる。
In this embodiment, the
上面がグラファイト層20により覆われたカーボンナノチューブ12を形成する際、グラファイト層20は、成長初期の1秒程度の間に形成される。カーボンナノチューブ12の長さは、成長時間によって任意に制御することができる。
When forming the
次いで、第1実施形態の場合と同様にして、例えばスパッタ法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)膜と、例えば膜厚50nmの金(Au)膜とを堆積する。これにより、グラファイト層20上に、Au/Tiの積層構造の被膜14aを形成する(図11(b))。
Next, in the same manner as in the first embodiment, for example, a titanium (Ti) film with a thickness of 10 nm and a gold (Au) film with a thickness of 50 nm, for example, are deposited by sputtering, for example. As a result, a
次いで、第1又は第2実施形態の場合と同様にして、基板40上にカーボンナノチューブ12を転写した後、カーボンナノチューブ12の他端側に被膜14bを形成する。
Next, in the same manner as in the first or second embodiment, after the
次いで、第1実施形態の場合と同様にして、カーボンナノチューブ12間に充填層16を形成した後、基板40を剥離し、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10を完成する。
Next, in the same manner as in the first embodiment, after forming the
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導率の高い材料よりなる被膜を形成するので、カーボンナノチューブとシートの被着体との間の接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。また、カーボンナノチューブの一端に直に接続してグラファイト層を形成するので、シートの面に平行な方向への熱伝導性及び導電性をも高めることができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び電気伝導性を向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, a coating made of a material having a high thermal conductivity is formed at the end of the carbon nanotube, so that the contact thermal resistance and the contact resistance between the carbon nanotube and the adherend of the sheet are reduced. It can be greatly reduced. In addition, since the graphite layer is formed by directly connecting to one end of the carbon nanotube, the thermal conductivity and conductivity in the direction parallel to the surface of the sheet can be improved. Thereby, the thermal conductivity and electrical conductivity of the carbon nanotube sheet can be improved.
[第4実施形態]
第4実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図12を用いて説明する。図1乃至図11に示す第1乃至第3実施形態によるカーボンナノチューブシート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。
[Fourth Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. Components similar to those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
図12は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す平面図及び概略断面図である。図12(a)は本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す平面図であり、図12(b)は図12(a)のA−A′断面図である。 FIG. 12 is a plan view and a schematic sectional view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. FIG. 12A is a plan view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
上記第1乃至第3実施形態では、カーボンナノチューブ12を、シートの全面に均一に形成した。しかしながら、カーボンナノチューブ12は必ずしもシートの全面に均一に形成する必要はなく、例えば図12に示すように、両端が被膜(図示せず)に覆われた複数のカーボンナノチューブ12を含むカーボンナノチューブ束22を、互いに間隔を開けて配置するようにしてもよい。こうすることにより、カーボンナノチューブ間に充填層16を形成する際に、充填材の浸透性を高め、カーボンナノチューブ12が横に倒れるなどの形状変化を効果的に抑制し、カーボンナノチューブが元々保持していた配向性を容易に保持することができる。
In the first to third embodiments, the
カーボンナノチューブ束22間に必要な間隙は、充填層16となる充填材の粘度等によっても変化するため一概に決定することはできないが、各カーボンナノチューブ束22を構成するカーボンナノチューブ12間の間隙よりも充分に広い幅、好ましくは0.1μm〜200μm程度の値に設定することができる。ただし、カーボンナノチューブ束22の間隔が広くなるほどに、シート面内におけるカーボンナノチューブの面密度が減少、すなわちシートとしての熱伝導度が減少する。また、シート面内におけるカーボンナノチューブの面密度は、カーボンナノチューブ束22のサイズによっても変化する。したがって、カーボンナノチューブ束22の間隔は、シートに要求される熱伝導度に応じて、カーボンナノチューブ束22のサイズをも考慮して、適宜設定する必要がある。
The necessary gap between the carbon nanotube bundles 22 varies depending on the viscosity of the filler used as the
各カーボンナノチューブ束22の平面形状は、図12(a)に示す円形に限定されるものではない。カーボンナノチューブ束22の平面形状としては、円形のほか、例えば、三角形、四角形、六角形等の多角形等を用いてもよい。また、複数のカーボンナノチューブ束12の配置も、図12(a)に示すような円形の最細密充填型配列に限定されるものではない。
The planar shape of each
本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法は、基板30上の所定領域(カーボンナノチューブ束22の形成予定領域)上にカーボンナノチューブ12を選択的に成長する他は、上記第1乃至第3実施形態の場合と同様である。
The carbon nanotube sheet manufacturing method according to the present embodiment is the same as that in the first to third embodiments except that the
カーボンナノチューブ12の選択成長を行うためには、触媒金属膜32を、カーボンナノチューブ束22の形成予定領域に選択的に形成すればよい。触媒金属膜32の選択形成には、例えば、フォトレジスト膜を用いたリフトオフ法や、基板30の表面をメタルマスクで覆った状態で触媒金属をスパッタする方法などを適用することができる。
In order to perform selective growth of the
図12に示すようなカーボンナノチューブ束22が形成されている場合、充填層16の形成過程において、充填材はまずカーボンナノチューブ束22の間隙に沿って基板40の全面に広がる。そしてその後に、充填材は、カーボンナノチューブ束22内に浸透していく。このため、カーボンナノチューブ束22間に先んじて充填された充填材が、カーボンナノチューブ束22内に充填材が浸透する際にカーボンナノチューブ12の形状を保持するためのサポータとしての役割を果たし、カーボンナノチューブ束22の形状変化を抑制する。したがって、上述の被膜14による効果と相俟って、カーボンナノチューブ12の凝集を更に効果的に防止することできる。
When the carbon nanotube bundles 22 as shown in FIG. 12 are formed, in the formation process of the
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導率の高い材料よりなる被膜を形成するので、カーボンナノチューブとシートの被着体との間の接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。また、互いに離間した複数のカーボンナノチューブ束を形成するので、充填層の形成の際にカーボンナノチューブ束の形状変化を防止することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び電気伝導性を向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, a coating made of a material having a high thermal conductivity is formed at the end of the carbon nanotube, so that the contact thermal resistance and the contact resistance between the carbon nanotube and the adherend of the sheet are reduced. It can be greatly reduced. In addition, since a plurality of carbon nanotube bundles spaced apart from each other are formed, it is possible to prevent a change in the shape of the carbon nanotube bundles when forming the packed layer. Thereby, the thermal conductivity and electrical conductivity of the carbon nanotube sheet can be improved.
[第5実施形態]
第5実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図13乃至図15を用いて説明する。図1乃至図12に示す第1乃至第4実施形態によるカーボンナノチューブシート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。
[Fifth Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. Components similar to those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first to fourth embodiments shown in FIGS. 1 to 12 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
図13は本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す斜視図である。図14及び図15は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す斜視図である。 FIG. 13 is a perspective view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. 14 and 15 are perspective views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図13を用いて説明する。 First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、図13に示すように、両端部が熱伝導性及び/又は導電性を有する材料の被膜14により被覆された複数のカーボンナノチューブ12を有している。隣接するカーボンナノチューブ12の端部に形成された被膜14は、互いに接続されている。すなわち、被膜14は、カーボンナノチューブシート10の両表面に全面に渡って連続して形成されている。
As shown in FIG. 13, the
カーボンナノチューブ12は、シートの面に垂直な方向に配向している。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の密度は、放熱性及び電気伝導性の観点から、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。
The
カーボンナノチューブシート10の両表面に形成された被膜14は、熱伝導率の高い材料、例えば熱伝導率が0.1(W/m・K)以上の材料であれば、特に限定されるものではない。0.1(W/m・K)以上の熱伝導率の材料としているのは、一般的な樹脂材料の熱伝導率(1(W/m・K)程度)よりも十分に高い熱伝導率の材料とする趣旨に基づくものである。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、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14の構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。また、被膜14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。
The
カーボンナノチューブ12の端部に熱伝導性の高い被膜14を設けることにより、被膜14を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート10の被着体(放熱体、発熱体)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と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート10の熱伝導性を高めることができる。
By providing the
1×1011本/cm2程度の密度でカーボンナノチューブ12を成長した場合、カーボンナノチューブ12間の間隔は、およそ30〜50nmとなる。この場合、カーボンナノチューブ12の端面上に堆積される被膜14の膜厚を100nm程度以上に設定すると、隣接するカーボンナノチューブ12上に形成された被膜14は互いに接続され、被膜14はカーボンナノチューブシート10の表面に連続して形成されることになる。
When the
隣接するカーボンナノチューブ12を被膜14によって接続することにより、カーボンナノチューブ12の長さにばらつきが生じ、一部のカーボンナノチューブ12が被着体に直に接しないような場合にも、被膜14を介した横方向の熱伝導・電気伝導によって総てのカーボンナノチューブ12を熱伝導体として用いることができ、熱伝導性を向上することができる。
Even when
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、被膜14を導電性材料によって形成することにより、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、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、熱伝導シートとしてのみならず、縦型配線シートとしても利用可能である。カーボンナノチューブシートを配線シートとして用いる場合には、カーボンナノチューブ12と被着体との間の接触抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート10の導電性を高めることができる。
Moreover, since the
また、被膜14として、融点の低い材料、例えばインジウムや低融点はんだなどを用いれば、カーボンナノチューブシート10を被着体と接触した後に被膜14をリフローすることも可能である。これにより、カーボンナノチューブシート10と被着体との間の接触部の凹凸を被膜14で埋めることができ、これらの間の熱伝導性や導電性を更に向上することができる。
Further, if a material having a low melting point, such as indium or low melting point solder, is used as the
なお、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10では、第1乃至第4実施形態によるカーボンナノチューブシートとは異なり、充填層16を形成していない。これは、被膜14をシートの全面に渡って形成することにより、被膜14によってカーボンナノチューブ12を支持できるからである。充填層16の主たる役割は、配向性を維持しつつカーボンナノチューブ12を支持することである。したがって、被膜14によってカーボンナノチューブ12を支持する本実施形態によるカーボンナノチューブシート10では、充填層16は必ずしも必要はない。ただし、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10においても、充填層16を形成するようにしてもよい。
In the
被膜14の膜厚は、カーボンナノチューブシート10に要求される特性等に応じて適宜設定することができる。カーボンナノチューブ12を支持する観点からは、数μm程度以上の膜厚を有することが望ましい。
The film thickness of the
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図14及び図15を用いて説明する。なお、各構成部分の構成材料や詳細な製造方法は、第1実施形態の場合と同様である。 Next, the method for manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. In addition, the constituent material of each component part and the detailed manufacturing method are the same as that of the case of 1st Embodiment.
まず、例えば図4(a)乃至図4(b)に示す第1実施形態によるカーボンナノチューブシート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12を形成する(図14(a))。なお、第3実施形態の場合と同様にして、上端にグラファイト層が形成されたカーボンナノチューブ12を形成してもよい。
First, for example, the
次いで、カーボンナノチューブ12上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数μmのインジウム(In)膜を堆積する。これにより、カーボンナノチューブ12上にIn膜が堆積されるとともに、隣接するカーボンナノチューブ12上に形成されたIn膜が互いに接続され、全面に渡って連続したInの被膜14aが形成される(図14(b))。
Next, an indium (In) film having a thickness of, for example, several μm is deposited on the
被膜14aの構成材料は、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。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、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14aの構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。被膜14aは、これら金属の単層構造でもよいし、上述のようなチタンと金との積層構造など、2層或いは3層以上の積層構造であってもよい。
The constituent material of the
次いで、カーボンナノチューブ12及び被膜14aを、基板30から剥離する(図15(a))。
Next, the
次いで、カーボンナノチューブ12の、基板30の剥離面側に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数μmのインジウム(In)膜を堆積する。これにより、カーボンナノチューブ12上にIn膜が堆積されるとともに、隣接するカーボンナノチューブ12上に形成されたIn膜が互いに接続され、全面に渡って連続したInの被膜14bが形成される。
Next, an indium (In) film having a thickness of, for example, several μm is deposited on the
被膜14bの構成材料は、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。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、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14aの構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。被膜14aは、これら金属の単層構造でもよいし、上述のようなチタンと金との積層構造など、2層或いは3層以上の積層構造であってもよい。
The constituent material of the
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10を完成する(図15(b))。
Thus, the
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導率の高い材料よりなる被膜を形成するので、カーボンナノチューブとシートの被着体との間の接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び電気伝導性を向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, a coating made of a material having a high thermal conductivity is formed at the end of the carbon nanotube, so that the contact thermal resistance and the contact resistance between the carbon nanotube and the adherend of the sheet are reduced. It can be greatly reduced. Thereby, the thermal conductivity and electrical conductivity of the carbon nanotube sheet can be improved.
[第6実施形態]
第6実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図16乃至図19を用いて説明する。図1乃至図15に示す第1乃至第5実施形態によるカーボンナノチューブシート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。
[Sixth Embodiment]
The carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. Components similar to those of the carbon nanotube sheet and the manufacturing method thereof according to the first to fifth embodiments shown in FIGS. 1 to 15 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
図16は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す斜視図である。図17及び図18は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。図19は、カーボンナノチューブ束を傾ける方法を示す概略図である。 FIG. 16 is a perspective view showing the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. 17 and 18 are process cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment. FIG. 19 is a schematic view showing a method of tilting the carbon nanotube bundle.
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図16を用いて説明する。 First, the structure of the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、図16に示すように、複数のカーボンナノチューブ束22と、その両端に形成された被膜14とを有している。隣接するカーボンナノチューブ束22の端部に形成された被膜14は、互いに接続されている。すなわち、被膜14は、カーボンナノチューブシート10の両表面に全面に渡って連続して形成されている。
As shown in FIG. 16, the
複数のカーボンナノチューブ束22は、カーボンナノチューブシート10の一方の面側(図面において下側)から他方の面側(図面において上側)に向けて、シートの面に垂直な方向と交わる同一の方向に傾くように配向している。傾斜した方向に隣接するカーボンナノチューブ束18同士は、少なくとも一方の端部(図面において上側)近傍において互いに接触している。
The plurality of carbon nanotube bundles 22 extend from one surface side (lower side in the drawing) of the
各カーボンナノチューブ束22は、カーボンナノチューブ束22の配向方向に沿って配向した複数のカーボンナノチューブ(図示せず)を有している。各カーボンナノチューブ束22に含まれるカーボンナノチューブは、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束18に含まれるカーボンナノチューブ12の密度は、放熱性及び電気伝導性の観点から、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。
Each
カーボンナノチューブシート10の両表面に形成された被膜14は、熱伝導率の高い材料、例えば熱伝導率が0.1(W/m・K)以上の材料であれば特に限定されるものではない。0.1(W/m・K)以上の熱伝導率の材料としているのは、一般的な樹脂材料の熱伝導率(1(W/m・K)程度)よりも十分に高い熱伝導率の材料とする趣旨に基づくものである。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、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14の構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。また、被膜14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。
The
このように、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10では、カーボンナノチューブ束22がシートの一方の面側から他方の面側に向かうように配向している。したがって、配向方向に沿った熱伝導度及び電気伝導度が高いというカーボンナノチューブの特性を十二分に発揮し、シートの膜厚方向の熱伝導性・電気伝導性に優れたカーボンナノチューブシートを実現することができる。また、カーボンナノチューブは導電性をも有しているため、カーボンナノチューブ束22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、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10は、熱伝導シートとしてのみならず、縦型配線シートとしても利用可能である。
Thus, in the
また、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10では更に、カーボンナノチューブ束22がシートの面に垂直な方向と交わる方向に傾斜して配向しており、傾斜した方向に隣接するカーボンナノチューブ束22同士は、少なくとも一方の端部近傍において互いに接触している。これにより、シートの面に垂直な方向の熱伝導性及び電気伝導性を更に高めるとともに、シートの面に平行な方向の熱伝導性及び電気伝導性をも向上することができる。
Further, in the
複数のカーボンナノチューブ束22を成長する場合、必ずしも総てのカーボンナノチューブ束22の長さが等しいとは限らない。カーボンナノチューブ束22の長さにばらつきが生じると、長いカーボンナノチューブ束22だけが被着体に接触することとなり、他のカーボンナノチューブ束18を熱伝導体・電気伝導体として利用できない虞がある。
When growing a plurality of carbon nanotube bundles 22, the lengths of all the carbon nanotube bundles 22 are not necessarily equal. When the length of the
隣接するカーボンナノチューブ束22同士を互いに接触させることにより、被着体に直接接触しないカーボンナノチューブ束22を、他のカーボンナノチューブ束22を介して間接的に熱伝導体・電気伝導体として機能させることができる。また、後述の製造方法を用いることにより、傾斜したカーボンナノチューブ束22の高さの均一性を高めることができ、被着体に対する接触面積を増加することができる。また、カーボンナノチューブ束22を傾斜させることには、カーボンナノチューブ束22の密度を向上する効果もある。このような種々の効果により、シートの面に垂直な方向の熱伝導性及び電気伝導性を更に高めることができる。
By bringing adjacent carbon nanotube bundles 22 into contact with each other, the carbon nanotube bundles 22 that are not in direct contact with the adherend are caused to function indirectly as thermal conductors / electric conductors via the other carbon nanotube bundles 22. Can do. Moreover, by using the manufacturing method described later, the uniformity of the height of the inclined
また、隣接するカーボンナノチューブ束22同士が接触することで、シートの面に平行な方向にもカーボンナノチューブ束22を介した熱伝導及び電気伝導のパスが形成され、シートの面に平行な方向の熱伝導性及び電気伝導性をも向上することができる。 Further, when the adjacent carbon nanotube bundles 22 are in contact with each other, a path of heat conduction and electric conduction through the carbon nanotube bundles 22 is also formed in a direction parallel to the surface of the sheet, and in a direction parallel to the surface of the sheet. Thermal conductivity and electrical conductivity can also be improved.
また、カーボンナノチューブシート10の両面に熱伝導性の高い被膜14を設けることにより、被膜14を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート10の被着体(放熱体、発熱体)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束22と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート10の熱伝導性を高めることができる。
Moreover, by providing the
被膜14には、カーボンナノチューブ束22と被着体との接触面積を増加する効果や、隣接するカーボンナノチューブ束22同士の接続をより確実にする効果がある。したがって、被膜14を設けることにより、カーボンナノチューブシート10と被着体との間の接触熱抵抗・接触抵抗を低減することができる。
The
また、被膜14として、融点の低い材料、例えばインジウムや低融点はんだなどを用いれば、カーボンナノチューブシート10を被着体と接触した後に被膜14をリフローすることも可能である。これにより、カーボンナノチューブシート10と被着体との間の接触部の凹凸を被膜14で埋めることができ、これらの間の熱伝導性や導電性を更に向上することができる。
Further, if a material having a low melting point, such as indium or low melting point solder, is used as the
なお、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10では、第5実施形態の場合と同様、充填層16を形成していない。これは、被膜14をシートの全面に渡って形成することにより、被膜14によってカーボンナノチューブ束22(カーボンナノチューブ)を支持できるからである。充填層16の主たる役割は、配向性を維持しつつカーボンナノチューブ束を支持することである。したがって、被膜14によってカーボンナノチューブ束22を支持する本実施形態によるカーボンナノチューブシート10では、充填層16は必ずしも必要はない。ただし、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10においても、充填層16を形成するようにしてもよい。
In the
被膜14の膜厚は、カーボンナノチューブシート10に要求される特性等に応じて適宜設定することができる。カーボンナノチューブ束22を支持する観点からは、数μm程度以上の膜厚を有することが望ましい。
The film thickness of the
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図17乃至19を用いて説明する。なお、各構成部分の構成材料や詳細な製造方法は、第1実施形態の場合と同様である。 Next, the method for manufacturing the carbon nanotube sheet according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. In addition, the constituent material of each component part and the detailed manufacturing method are the same as that of the case of 1st Embodiment.
まず、カーボンナノチューブシート10を形成するための土台として用いる基板30を用意する。
First, a
次いで、基板30上に、例えばフォトレジスト膜を用いたリフトオフ法により、触媒金属膜32を選択的に形成する。触媒金属膜32を形成する領域は、カーボンナノチューブ束22の形成予定領域である(図17(a))。なお、触媒金属膜32を形成する方法は、リフトオフ法に限定されるものではない。例えば、カーボンナノチューブ束22の形成予定領域に開口部を有するメタルマスクを用いてもよい。このメタルマスクにより基板30の表面を覆った状態で触媒金属をスパッタすることにより、カーボンナノチューブ束22の形成予定領域に選択的に触媒金属膜32を形成することができる。
Next, a
触媒金属32の平面的なレイアウトは、特に限定されるものではない。例えば、図12(a)に示すように、円形のカーボンナノチューブ束22の形成領域を最密充填配列したレイアウトを適用することができる。
The planar layout of the
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を成長する。こうして、基板30の触媒金属膜32が形成された領域上に、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を有するカーボンナノチューブ束22を選択的に形成する(図17(b))。
Next, carbon nanotubes are grown on the
次いで、このように成長したカーボンナノチューブ束22を、シートの面に垂直な方向と交わる方向に傾ける(図17(c))。
Next, the
本実施形態では、カーボンナノチューブ束22を傾ける際に、基板30の表面に対して均一な圧力を印加できるとともに、圧力を印加した状態で基板30を水平方向に移動させることができる装置を用いる。このような装置としては、特に限定されるものではないが、例えばフリップチップボンダ装置を利用することができる。ここでは、フリップチップボンダ装置を用いた場合を例にして、カーボンナノチューブ束22を傾ける方法について説明するものとする。
In the present embodiment, when tilting the
まず、カーボンナノチューブ束22を成長した基板30を、フリップチップボンダ装置のステージ50上に載置する(図19参照)。
First, the
次いで、フリップチップボンダ装置の加圧ヘッド52により、カーボンナノチューブ束22上から基板30の表面に対して垂直な方向(図において下方向)に、〜数N/cm2程度の第1の圧力を印加する(図19参照)。加圧ヘッド52は、例えば図19に示すように、基板30に対して平行な表面を有している。
Next, a first pressure of about several N / cm 2 is applied in a direction perpendicular to the surface of the substrate 30 (downward in the figure) from the
次いで、カーボンナノチューブ束22に第1の圧力を印加した状態で、基板30の表面に平行な第1の方向(図において右方向)に数十ミクロン程度、例えば30μm、加圧ヘッド52を移動する(図19参照)。
Next, with the first pressure applied to the
次いで、加圧ヘッド52により印加する圧力を、第1の圧力から、第1の圧力よりも高い10〜50N/cm2程度の第2の圧力に増加する。この際、第1の圧力から第2の圧力へ断続的に変化してもよいし、第1の圧力から第2の圧力に連続的に徐々に変化してもよいし、第1の圧力から第2の圧力に段階的に徐々に変化してもよい。
Next, the pressure applied by the
次いで、カーボンナノチューブ束18に第2の圧力を印加した状態で、基板30の表面に平行な第1の方向に更に数ミリ程度、例えば2mm、加圧ヘッド52を移動する。
Next, in a state where the second pressure is applied to the carbon nanotube bundle 18, the
このようにして、カーボンナノチューブ束22への圧力の印加と加圧ヘッド52の移動とを行うにより、カーボンナノチューブ束22を第1の方向に傾け、隣接するカーボンナノチューブ束22同士を接続することができる。
In this way, by applying a pressure to the
上述の方法では、カーボンナノチューブ束22に印加する圧力と加圧ヘッドの移動とを2段階で行っている。これは、カーボンナノチューブ束22が破壊されるのを防止しつつ、カーボンナノチューブ束22を所望の形状まで傾けるためである。
In the above-described method, the pressure applied to the
カーボンナノチューブ束22が垂直配向した初期の状態で垂直方向に圧力を印加する場合、印加する圧力が強すぎるとカーボンナノチューブ束22が潰れたり折れたりして破壊されることがある。そこで、まず第1段階として、カーボンナノチューブ束22が破壊されない圧力でカーボンナノチューブ束22の上端に加圧ヘッド52を押し付け、カーボンナノチューブ束22に加圧ヘッド52を密着させる。そして、この状態で加圧ヘッド52を水平方向に移動させることにより、カーボンナノチューブ束22を僅かに傾ける。なお、カーボンナノチューブ束22上には加圧ヘッド52が接しているため、カーボンナノチューブ束22を傾けることには、カーボンナノチューブ束22の高さばらつきを均一化する効果もある。
When a pressure is applied in the vertical direction in the initial state in which the carbon nanotube bundles 22 are vertically aligned, if the applied pressure is too strong, the carbon nanotube bundles 22 may be crushed or broken and broken. Therefore, as a first step, the
カーボンナノチューブ束22が傾くと、カーボンナノチューブ束22に加わる圧力が分散されるため、カーボンナノチューブ束22が破壊されることなくより高い圧力を印加することができるようになる。そこで第2段階として、第1の圧力よりも高い第2の圧力でカーボンナノチューブ束22の上端に加圧ヘッド52を押し付け、この状態で加圧ヘッド52を水平方向に移動させることにより、カーボンナノチューブ束22を所望の形状まで傾ける。
When the
カーボンナノチューブ束22に印加する圧力、加圧ヘッド52の移動方向や移動量は、フリップチップボンダ装置でモニタしながら制御することができる。
The pressure applied to the
長さ100μm、面密度1×1011/cm2のカーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブ束22を2×3cm2の大きさの基板30上に63%の面積割合で形成した試料について本願発明者等が検討したところでは、第1の圧力として、数N/cm2程度、例えば3N/cm2の圧力が好適であった。また、第2の圧力として、数十N/cm2程度、例えば40N/cm2の圧力が好適であった。
The inventors of the present application and others have made a sample in which a
なお、カーボンナノチューブ束22に印加する第1及び第2の圧力は、カーボンナノチューブ束22が破壊されないように、カーボンナノチューブ束22の長さ、カーボンナノチューブ束22内のカーボンナノチューブの面密度やカーボンナノチューブ束22の面密度等に応じて適宜設定することが望ましい。また、加圧ヘッド52の水平移動距離も、カーボンナノチューブ束22の長さ、カーボンナノチューブ束22に必要な傾斜度合い等に応じて適宜設定することが望ましい。
Note that the first and second pressures applied to the
上記説明では、カーボンナノチューブ束22を傾ける際に加圧ヘッド52を移動するとしたが、加圧ヘッド52は、基板30に対する相対的な位置を移動すればよい。すなわち、ステージ50を固定して加圧ヘッド52を移動してもよいし、加圧ヘッド52を固定してステージ50を移動してもよいし、ステージ50と加圧ヘッド52とを互いに反対方向に移動してもよい。
In the above description, the
次いで、このようにしてカーボンナノチューブ束22を傾けた後、カーボンナノチューブ束22上に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数μmのインジウム(In)膜を堆積する。これにより、カーボンナノチューブ束22上にIn膜が堆積されるとともに、隣接するカーボンナノチューブ12上に形成されたIn膜が互いに接続され、全面に渡って連続したInの被膜14aが形成される(図18(a))。
Next, after the
被膜14aの構成材料は、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。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、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14aの構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。被膜14aは、これら金属の単層構造でもよいし、上述のようなチタンと金との積層構造など、2層或いは3層以上の積層構造であってもよい。
The constituent material of the
次いで、カーボンナノチューブ束22及び被膜14aを、基板30から剥離する(図18(b))。
Next, the
次いで、カーボンナノチューブ束22の、基板30の剥離面側に、例えば蒸着法により、例えば膜厚数μmのインジウム(In)膜を堆積する。これにより、カーボンナノチューブ束22上にIn膜が堆積されるとともに、隣接するカーボンナノチューブ束22上に形成されたIn膜が互いに接続され、全面に渡って連続したInの被膜14bが形成される。
Next, an indium (In) film having a thickness of, for example, several μm is deposited on the
被膜14bの構成材料は、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。カーボンナノチューブシート10を電気伝導用途に用いる場合には、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14aの構成材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、インジウム(In)、低融点はんだ等を用いることができる。被膜14aは、これら金属の単層構造でもよいし、上述のようなチタンと金との積層構造など、2層或いは3層以上の積層構造であってもよい。
The constituent material of the
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシート10を完成する(図18(c))。
Thus, the
なお、本実施形態の図面では、カーボンナノチューブ束22の下端に、成長の際に用いた触媒金属膜32が形成されている状態を示している。触媒金属膜32は、カーボンナノチューブの成長の際に凝集化してカーボンナノチューブ内に取り込まれるため、実際には図示するような状態で残存してはおらず、シートの下面にはカーボンナノチューブ束18が露出する。また、触媒金属膜32は、基板30を剥離する際に同時に除去されることもある。
In the drawing of the present embodiment, a state in which a
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブ束の端部に熱伝導率の高い材料よりなる被膜を形成するので、カーボンナノチューブ束とシートの被着体との間の接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び電気伝導性を向上することができる。また、カーボンナノチューブ束がシートの一方の面から他方の面に向けて配向しているとともに、隣接するカーボンナノチューブ束同士が接続されているので、シートの面に垂直な方向及びシートの面に水平な方向への熱伝導度及び電気伝導度の高いシートを形成することができる。 As described above, according to the present embodiment, a coating made of a material having high thermal conductivity is formed at the end of the carbon nanotube bundle, so that the contact thermal resistance and contact between the carbon nanotube bundle and the adherend of the sheet are formed. Resistance can be greatly reduced. Thereby, the thermal conductivity and electrical conductivity of the carbon nanotube sheet can be improved. In addition, the carbon nanotube bundles are oriented from one surface of the sheet to the other surface, and adjacent carbon nanotube bundles are connected to each other, so that the direction perpendicular to the sheet surface and the sheet surface are horizontal. A sheet having high thermal conductivity and high electrical conductivity in any direction can be formed.
[第7実施形態]
本発明の第7実施形態による電子機器について図20を用いて説明する。
[Seventh Embodiment]
An electronic apparatus according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図20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。 FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the electronic apparatus according to the present embodiment.
本実施形態では、第1乃至第6実施形態によるカーボンナノチューブシートを熱伝導シートとして適用した電子機器について説明する。 In the present embodiment, an electronic apparatus to which the carbon nanotube sheet according to the first to sixth embodiments is applied as a heat conductive sheet will be described.
多層配線基板などの回路基板100上には、例えばCPUなどの半導体素子106が実装されている。半導体素子106は、はんだバンプ102を介して回路基板100に電気的に接続されており、回路基板100と半導体素子106との間にはアンダーフィル104が充填されている。
A
半導体素子106上には、半導体素子106を覆うように、半導体素子106からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ110が形成されている。半導体素子106とヒートスプレッダ110との間には、第1又は第2実施形態によるカーボンナノチューブシート108が形成されている。
A
ヒートスプレッダ110上には、ヒートスプレッダ110に伝わった熱を放熱するためのヒートシンク114が形成されている。ヒートスプレッダ110とヒートシンク114との間には、カーボンナノチューブシート112が形成されている。
On the
このように、本実施形態による電子機器では、半導体素子106とヒートスプレッダ110との間及びヒートスプレッダ110とヒートシンク114との間、すなわち発熱部と放熱部との間に、第1乃至第6実施形態のいずれかによるカーボンナノチューブシート108,112がそれぞれ設けられている。
As described above, in the electronic apparatus according to the present embodiment, between the
上述のように、第1乃至第6実施形態によるカーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブがシートの膜面に対して垂直に配向しており、面直方向の熱伝導度が極めて高いものである。また、第5及び第6実施形態によるカーボンナノチューブシートは、その両面に被膜14が形成されており、接触熱抵抗を大幅に低減することができる。
As described above, in the carbon nanotube sheets according to the first to sixth embodiments, the carbon nanotubes are oriented perpendicular to the film surface of the sheet, and the thermal conductivity in the perpendicular direction is extremely high. In addition, the carbon nanotube sheets according to the fifth and sixth embodiments have the
したがって、開示のカーボンナノチューブシートを、半導体素子106とヒートスプレッダ110との間及びヒートスプレッダ110とヒートシンク114との間に形成する熱伝導シートとして用いることにより、半導体素子106から発せられた熱を効率よく水平方向に広げつつヒートスプレッダ110及びヒートシンク114に垂直方向に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
Therefore, by using the disclosed carbon nanotube sheet as a heat conductive sheet formed between the
このように、本実施形態によれば、半導体素子とヒートスプレッダとの間及びヒートスプレッダとヒートシンクとの間に、第1乃至第6実施形態によるカーボンナノチューブシートを配置するので、これらの間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、半導体素子から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。 As described above, according to this embodiment, the carbon nanotube sheets according to the first to sixth embodiments are disposed between the semiconductor element and the heat spreader and between the heat spreader and the heat sink. Can be greatly improved. Thereby, the thermal radiation efficiency of the heat | fever emitted from a semiconductor element can be improved, and the reliability of an electronic device can be improved.
[第8実施形態]
本発明の第8実施形態による電子機器について図21を用いて説明する。
[Eighth Embodiment]
An electronic apparatus according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図21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。 FIG. 21 is a schematic sectional view showing the structure of the electronic apparatus according to the present embodiment.
本実施形態では、第5又は第6実施形態によるカーボンナノチューブシートを熱伝導シートとして適用した電子機器について説明する。 In the present embodiment, an electronic apparatus in which the carbon nanotube sheet according to the fifth or sixth embodiment is applied as a heat conductive sheet will be described.
プリント配線基板130上には、多層配線基板などの回路基板100が実装されている。回路基板100は、はんだバンプ132を介してプリント配線基板130に電気的に接続されている。
A
回路基板100上には、例えばCPUなどの半導体素子106が実装されている。半導体素子106は、はんだバンプ102を介して回路基板100に電気的に接続されている。
A
半導体素子106上には、半導体素子106を覆うように、半導体素子106からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ110が形成されている。半導体素子106とヒートスプレッダ110との間には、第1又は第2実施形態によるカーボンナノチューブシート108が形成されている。ヒートスプレッダ110は、例えば有機シーラント116によって回路基板100に接着されている。
A
このように、本実施形態による電子機器では、半導体素子106とヒートスプレッダ110との間、すなわち発熱部と放熱部との間に、第1乃至第6実施形態によるカーボンナノチューブシート108が設けられている。
As described above, in the electronic apparatus according to the present embodiment, the
上述のように、第1乃至第6実施形態によるカーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブがシートの膜面に対して垂直方向に配向しており、その両端部には接触熱抵抗を低減するための被膜14が形成されており、面直方向の熱伝導度が極めて高いものである。 As described above, in the carbon nanotube sheets according to the first to sixth embodiments, the carbon nanotubes are oriented in the direction perpendicular to the film surface of the sheet, and the coating for reducing the contact thermal resistance is provided at both ends thereof. 14 is formed, and the thermal conductivity in the direction perpendicular to the surface is extremely high.
したがって、開示のカーボンナノチューブシートを、半導体素子106とヒートスプレッダ110との間に形成する熱伝導シートとして用いることにより、半導体素子106から発せられた熱を効率よく水平方向に広げつつヒートスプレッダ110及びヒートシンク114に垂直方向に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
Therefore, by using the disclosed carbon nanotube sheet as a heat conductive sheet formed between the
また、シートの両面に形成された被覆14として、電子機器の他の構成部分、例えばはんだバンプ102,132や有機シーラント116の材料よりも融点の低い材料、例えばインジウムや低融点はんだを用いれば、放熱効率を更に高めることができる。
Further, as the
すなわち、被膜14を、電子機器の他の構成部分よりも融点の低い材料、例えばインジウムや低融点はんだなどの低融点の材料で形成すれば、他の構成部分にダメージを与えることなく被膜をリフローすることができる。これにより、半導体素子106とカーボンナノチューブシート108との界面、カーボンナノチューブシート108とヒートスプレッダ110との界面の凹凸を被膜14の構成材料で埋めることができ、これらの間の接触熱抵抗を更に低減することができる。
That is, if the
被膜14をリフローするための熱処理工程は、例えば、回路基板100上にヒートスプレッダ110を接着した後、或いは、回路基板100をプリント配線基板130上に実装した後に行うことができる。
The heat treatment step for reflowing the
このように、本実施形態によれば、半導体素子とヒートスプレッダとの間に、第1乃至第6実施形態によるカーボンナノチューブシートを配置するので、これらの間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、半導体素子から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。 Thus, according to this embodiment, since the carbon nanotube sheets according to the first to sixth embodiments are disposed between the semiconductor element and the heat spreader, the thermal conductivity between them can be greatly improved. it can. Thereby, the thermal radiation efficiency of the heat | fever emitted from a semiconductor element can be improved, and the reliability of an electronic device can be improved.
[第9実施形態]
本発明の第9実施形態による電子機器について図22を用いて説明する。
[Ninth Embodiment]
An electronic apparatus according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図22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。 FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the electronic apparatus according to the present embodiment.
本実施形態では、第1乃至第6実施形態によるカーボンナノチューブシートを、導電性シートを兼ねる熱伝導性シートとして適用した電子機器について説明する。 In the present embodiment, an electronic apparatus in which the carbon nanotube sheet according to the first to sixth embodiments is applied as a heat conductive sheet that also serves as a conductive sheet will be described.
図22に示すように、無線通信基地局などに用いられる高出力増幅器(HPA:High Power Amplifier)120は、パッケージ122に組み込まれ、パッケージ122の裏面においてヒートシンク124に接合される。高出力増幅器120から発せられた熱は、パッケージ122の裏面を通してヒートシンク124に放熱される。同時に、パッケージ122は、電気的なグラウンド(接地面)としても用いられるものであり、ヒートシンク124に対しても電気的に接続する必要がある。このため、パッケージ122とヒートシンク124との接合には、電気及び熱に対する良導体を用いることが望ましい。
As shown in FIG. 22, a high power amplifier (HPA) 120 used in a radio communication base station or the like is incorporated in a
したがって、図22に示すように、パッケージ122とヒートシンク124との接合部に、第1乃至第6実施形態のいずれかによるカーボンナノチューブシート126を用いることにより、パッケージ122とヒートシンク124とを電気的に接続することができる。また、高出力増幅器120から発せられた熱を効率よくヒートシンク124に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
Therefore, as shown in FIG. 22, by using the
このように、本実施形態によれば、高出力増幅器のパッケージとヒートシンクとの間に、カーボンナノチューブがシートの膜厚方向に配向したカーボンナノチューブシートを配置するので、これらの間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、高出力増幅器から発せられる熱の放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。また、高出力増幅器とグラウンドとしてのヒートシンクとを電気的に接続することもできる。 As described above, according to the present embodiment, the carbon nanotube sheet in which the carbon nanotubes are oriented in the film thickness direction of the sheet is disposed between the package of the high-power amplifier and the heat sink. It can be greatly improved. Thereby, the heat radiation efficiency of the heat | fever emitted from a high output amplifier can be improved. Thereby, the reliability of an electronic device can be improved. Further, the high-power amplifier and a heat sink as a ground can be electrically connected.
[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。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
例えば、上記実施形態では、炭素元素の線状構造体を用いたシート状構造体の例としてカーボンナノチューブを用いたカーボンナノチューブを示したが、炭素元素の線状構造体を用いたシート状構造体は、これに限定されるものではない。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シート状構造体においても適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the carbon nanotube using the carbon nanotube is shown as an example of the sheet-like structure using the linear structure of the carbon element, but the sheet-like structure using the linear structure of the carbon element is shown. However, the present invention is not limited to this. Examples of the carbon element linear structure include carbon nanowires, carbon rods, and carbon fibers in addition to carbon nanotubes. These linear structures are the same as the carbon nanotubes except that their sizes are different. The present invention can also be applied to a sheet-like structure using these linear structures.
また、上記第1乃至第6実施形態では、カーボンナノチューブシート10の両面に被膜14を設けたが、被膜14はカーボンナノチューブシート10の一方の面側のみに設けるようにしてもよい。カーボンナノチューブシート10の一方の面側のみに被膜14を形成する場合、カーボンナノチューブシート10を熱伝導シートとして用いる場合にあっては、カーボンナノチューブシート10の被膜14側の面が発熱体側に配置されるようにカーボンナノチューブシート10を配置することが望ましい。カーボンナノチューブシート10の一方の面のみに被膜14を形成するには、図5(a)に示す工程の後、充填層16を形成し、基板30から剥離すればよい。
In the first to sixth embodiments, the
また、上記第1乃至第4実施形態では、カーボンナノチューブ12間又はカーボンナノチューブ束22間に充填層16を形成したが、充填層16は必ずしも形成する必要はない。充填層16は、主として複数のカーボンナノチューブ12又はカーボンナノチューブ束22を支えてシートの状態を維持するためのものである。したがって、被膜14をシートの表面に連続して形成する場合など、被膜14によって十分にカーボンナノチューブ12を支持できる場合には、必ずしも充填層16を形成する必要はない。
In the first to fourth embodiments, the filling
また、上記第6実施形態では、カーボンナノチューブ束22を傾けたが、例えば第1〜第3及び第5実施形態のようにカーボンナノチューブ12を全面に形成したカーボンナノチューブシート10において、カーボンナノチューブ12を傾けるようにしてもよい。カーボンナノチューブ12は、例えば第6実施形態に記載の方法により傾けることができる。
In the sixth embodiment, the
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。 In addition, the constituent materials and manufacturing conditions described in the above embodiment are not limited to the descriptions, and can be appropriately changed according to the purpose and the like.
また、カーボンナノチューブシートの使用目的も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではない。開示のカーボンナノチューブシートは、熱伝導シートとしては、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。 Further, the purpose of using the carbon nanotube sheet is not limited to that described in the above embodiment. The disclosed carbon nanotube sheet is, for example, a CPU heat dissipation sheet, a radio communication base station high output amplifier, a radio communication terminal high output amplifier, an electric vehicle high output switch, a server, a personal computer, etc. Can be applied. Moreover, it is applicable to a vertical wiring sheet and various applications using the high allowable current density characteristic of carbon nanotubes.
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(付記1) 複数の炭素元素の線状構造体と、
複数の前記線状構造体の間隙に充填され、複数の前記線状構造体を保持する充填層と、
複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記充填層の構成材料よりも熱伝導率の高い材料よりなる第1の被膜と
を有することを特徴とするシート状構造体。
(Appendix 1) Linear structures of a plurality of carbon elements;
A filling layer filled in a gap between the plurality of linear structures and holding the plurality of linear structures;
And a first film made of a material having a higher thermal conductivity than that of the constituent material of the filling layer, the sheet-like structure being formed at at least one end of the plurality of linear structures.
(付記2) 付記1記載のシート状構造体において、
前記第1の被膜は、隣接する前記線状構造体を互いに結合する
ことを特徴とするシート状構造体。
(Supplementary note 2) In the sheet-like structure according to supplementary note 1,
The sheet-like structure characterized in that the first coating couples the linear structures adjacent to each other.
(付記3) 複数の炭素元素の線状構造体と、
複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、0.1W/m・K以上の熱伝導率を有し、隣接する前記線状構造体を互いに結合する第1の被膜と
を有することを特徴とするシート状構造体。
(Appendix 3) Linear structures of a plurality of carbon elements;
A first film formed on at least one end of the plurality of linear structures, having a thermal conductivity of 0.1 W / m · K or more and bonding adjacent linear structures to each other; A sheet-like structure comprising:
(付記4) 付記1乃至3のいずれか1項に記載のシート状構造体において、
前記第1の被膜と前記線状構造体との間に形成されたグラファイト層を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
(Appendix 4) In the sheet-like structure according to any one of appendices 1 to 3,
The sheet-like structure further comprising a graphite layer formed between the first film and the linear structure.
(付記5) 付記1乃至4のいずれか1項に記載のシート状構造体において、
複数の前記線状構造体の他方の端部に形成された第2の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
(Supplementary note 5) In the sheet-like structure according to any one of supplementary notes 1 to 4,
A sheet-like structure further comprising a second film formed on the other end of the plurality of linear structures.
(付記6) 付記1乃至5のいずれか1項に記載のシート状構造体において、
複数の前記線状構造体は、互いに第1の間隔をもって配置され、互いに前記第1の間隔よりも大きな第2の間隔をもって配置された複数の線状構造体束を形成している
ことを特徴とするシート状構造体。
(Appendix 6) In the sheet-like structure according to any one of appendices 1 to 5,
The plurality of linear structures are arranged at a first interval, and form a plurality of linear structure bundles arranged at a second interval greater than the first interval. A sheet-like structure.
(付記7) 付記1乃至6のいずれか1項に記載のシート状構造体において、
複数の前記線状構造体は、シートの膜厚方向に配向している
ことを特徴とするシート状構造体。
(Supplementary note 7) In the sheet-like structure according to any one of supplementary notes 1 to 6,
The plurality of linear structures are oriented in the film thickness direction of the sheet.
(付記8) 付記1乃至7のいずれか1項に記載のシート状構造体において、
複数の前記線状構造体のそれぞれは、シートの膜厚方向に対して傾いており、隣接する前記線状構造体が互いに接触している
ことを特徴とするシート状構造体。
(Appendix 8) In the sheet-like structure according to any one of appendices 1 to 7,
Each of the plurality of linear structures is inclined with respect to the film thickness direction of the sheet, and the adjacent linear structures are in contact with each other.
ことを特徴とするシート状構造体。 A sheet-like structure characterized by that.
(付記9) 付記5記載のシート状構造体において、
前記第2の被膜は、0.1W/m・K以上の熱伝導率を有する
ことを特徴とするシート状構造体。
(Supplementary note 9) In the sheet-like structure according to supplementary note 5,
The second coating film has a thermal conductivity of 0.1 W / m · K or more.
(付記10) 発熱部と、
前記発熱部により生じた熱を放熱する放熱部と、
前記発熱部と前記放熱部との間に配置され、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成された被膜とを有するシート状構造体と
を有することを特徴とする電子機器。
(Supplementary Note 10)
A heat dissipating part for dissipating heat generated by the heat generating part;
A sheet-like structure disposed between the heat generating part and the heat radiating part and having a plurality of carbon element linear structures and a coating formed on at least one end of the plurality of linear structures. And an electronic device.
(付記11) 付記10記載の電子機器において、
前記シート状構造体は、複数の前記線状構造体の間隙に充填され、複数の前記線状構造体を保持する充填層を更に有する
ことを特徴とする電子機器。
(Additional remark 11) In the electronic device of
The electronic apparatus according to claim 1, wherein the sheet-like structure further includes a filling layer that fills a gap between the plurality of linear structures and holds the plurality of linear structures.
(付記12) 付記10記載の電子機器において、
前記被膜は、隣接する前記線状構造体を互いに結合するように形成されており、
複数の前記線状構造体は、前記被膜により保持されている
ことを特徴とする電子機器。
(Additional remark 12) In the electronic device of
The coating is formed to bond adjacent linear structures to each other,
A plurality of the linear structures are held by the coating film.
(付記13) 第1の基板上に、触媒金属膜を形成する工程と、
前記触媒金属膜を触媒として、前記第1の基板上に、複数の炭素元素の線状構造体を成長する工程と、
複数の前記線状構造体の端部上に、第1の被膜を形成する工程と、
前記第1の被膜上に第2の基板を貼り合わせた後、複数の前記線状構造体と前記第1の基板との界面から前記第1の基板を剥離する工程と、
前記線状構造体間に充填材を充填し、充填層を形成する工程と、
前記第2の基板を除去する工程と
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。
(Supplementary Note 13) A step of forming a catalytic metal film on the first substrate;
Growing a plurality of carbon element linear structures on the first substrate using the catalytic metal film as a catalyst;
Forming a first coating on the ends of the plurality of linear structures;
Peeling the first substrate from the interface between the plurality of linear structures and the first substrate after bonding the second substrate on the first film;
Filling a filler between the linear structures and forming a filling layer;
And a step of removing the second substrate.
(付記14) 付記13記載のシート状構造体の製造方法において、
前記第1の基板を剥離した後、
前記第1の基板を剥離することにより露出した複数の前記線状構造体の端部上に、第2の被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
(Additional remark 14) In the manufacturing method of the sheet-like structure of Additional remark 13,
After peeling off the first substrate,
A method for producing a sheet-like structure, further comprising a step of forming a second film on end portions of the plurality of linear structures exposed by peeling off the first substrate.
(付記15) 基板上に、触媒金属膜を形成する工程と、
前記触媒金属膜を触媒として、前記基板上に、複数の炭素元素の線状構造体を成長する工程と、
複数の前記線状構造体の端部上に、隣接する前記線状構造体を互いに結合するように、第1の被膜を形成する工程と、
複数の前記線状構造体と前記基板との界面から前記基板を剥離する工程と、
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。
(Appendix 15) Forming a catalytic metal film on a substrate;
Growing a linear structure of a plurality of carbon elements on the substrate using the catalytic metal film as a catalyst;
Forming a first film on the ends of the plurality of linear structures so as to bond adjacent linear structures to each other;
Peeling the substrate from the interface between the plurality of linear structures and the substrate;
The manufacturing method of the sheet-like structure characterized by having.
(付記16) 付記15記載のシート状構造体の製造方法において、
前記基板を剥離した後、
前記基板を剥離することにより露出した複数の前記線状構造体の端部上に、第2の被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
(Additional remark 16) In the manufacturing method of the sheet-like structure of Additional remark 15,
After peeling off the substrate,
The manufacturing method of the sheet-like structure characterized by further including the process of forming a 2nd film on the edge part of the said some linear structure exposed by peeling the said board | substrate.
(付記17) 付記13乃至付記16のいずれか1項に記載のシート状構造体の製造方法において、
複数の前記線状構造体を成長する工程では、端部がグラファイト層により覆われた前記線状構造体を成長する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
(Supplementary note 17) In the method for manufacturing a sheet-like structure according to any one of supplementary notes 13 to 16,
In the step of growing the plurality of linear structures, the linear structure whose ends are covered with a graphite layer is grown. A method for producing a sheet-like structure.
(付記18) 発熱部と、前記発熱部により生じた熱を放熱する放熱部とを、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成された被膜とを有するシート状構造体を介して接合する工程と、
前記被膜の融点よりも高い温度で熱処理を行い、前記被膜をリフローする工程と
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
(Supplementary Note 18) A heat generating portion and a heat radiating portion that dissipates heat generated by the heat generating portion are formed at a plurality of carbon element linear structures and at least one end of the plurality of linear structures. Bonding through a sheet-like structure having a coated film;
And a step of performing a heat treatment at a temperature higher than the melting point of the coating film and reflowing the coating film.
(付記19) 付記18記載の電子機器の製造方法において、
前記シート状構造体は、複数の前記線状構造体の間隙に充填され、複数の前記線状構造体を保持する充填層を更に有する
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
(Supplementary note 19) In the method for manufacturing an electronic device according to supplementary note 18,
The method of manufacturing an electronic device, wherein the sheet-like structure further includes a filling layer that is filled in a gap between the plurality of linear structures and holds the plurality of linear structures.
(付記20) 付記18記載の電子機器の製造方法において、
前記被膜は、隣接する前記線状構造体を互いに結合するように形成されており、
複数の前記線状構造体は、前記被膜により保持されている
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
(Additional remark 20) In the manufacturing method of the electronic device of Additional remark 18,
The coating is formed to bond adjacent linear structures to each other,
A plurality of the linear structures are held by the coating film. A method for manufacturing an electronic device, wherein:
10…カーボンナノチューブシート
12…カーボンナノチューブ
14…被膜
16…充填層
20…グラファイト層
22…カーボンナノチューブ束
30,40…基板
42…接着材層
44…犠牲層
46…熱圧着層
50…ステージ
52…加圧ヘッド
100…回路基板
102,132…はんだバンプ
104…アンダーフィル
106…半導体素子
108,112,126…カーボンナノチューブシート
110…ヒートスプレッダ
114,124…ヒートシンク
120…高出力増幅器
122…パッケージ
130…プリント配線基板
DESCRIPTION OF
Claims (2)
複数の前記線状構造体の間隙に充填され、複数の前記線状構造体を保持する充填層と、
複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記充填層の構成材料よりも熱伝導率の高い材料よりなる第1の被膜と、
前記第1の被膜と前記線状構造体との間に形成されたグラファイト層とを有し、
前記第1の被膜が前記グラファイト層の上面を覆っている
ことを特徴とするシート状構造体。 A linear structure of a plurality of carbon elements;
A filling layer filled in a gap between the plurality of linear structures and holding the plurality of linear structures;
A first film made of a material having a higher thermal conductivity than a constituent material of the filling layer , formed on at least one end of the plurality of linear structures;
A graphite layer formed between the first coating and the linear structure;
The sheet-like structure, wherein the first film covers an upper surface of the graphite layer.
前記発熱部により生じた熱を放熱する放熱部と、
前記発熱部と前記放熱部との間に配置され、複数の炭素元素の線状構造体と、複数の前記線状構造体の間隙に充填され、複数の前記線状構造体を保持する充填層と、複数の前記線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記充填層の構成材料よりも熱伝導率の高い材料よりなる第1の被膜と、前記第1の被膜と前記線状構造体との間に形成されたグラファイト層とを有し、前記第1の被膜が前記グラファイト層の上面を覆っているシート状構造体と
を有することを特徴とする電子機器。 A heating part;
A heat dissipating part for dissipating heat generated by the heat generating part;
A plurality of carbon element linear structures disposed between the heat generating section and the heat radiating section, and a filling layer filled in gaps between the plurality of linear structures and holding the plurality of linear structures. A first film made of a material having a thermal conductivity higher than that of the constituent material of the filling layer, formed on at least one end of the plurality of linear structures, the first film, and the linear An electronic apparatus comprising: a sheet-like structure including a graphite layer formed between the structure and the first film covering an upper surface of the graphite layer.
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