JP6123154B2 - 放熱材料の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、炭素元素の線状構造体を有する放熱材料の製造方法に関する。
サーバーやパーソナルコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）などに用いられる電子部品には、半導体素子から発する熱を効率よく放熱することが求められる。このため、これら電子部品は、半導体素子の直上に設けられた銅などの高い熱伝導度を有する材料のヒートスプレッダが配置された構造を有している。
この際、発熱源及びヒートスプレッダの表面には微細な凹凸が存在するため、互いをダイレクトに接触させても十分な接触面積を稼ぐことができず、接触界面が大きな熱抵抗となり、効率的に放熱を行うことができない。このため、接触熱抵抗を低減することを目的として、発熱源とヒートスプレッダとをサーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ）を介して接続することが行われている。
この目的のもと、サーマルインターフェイスマテリアルには、それ自身が高い熱伝導率を有する材料であることに加え、発熱源及びヒートスプレッダ表面の微細な凹凸に対して広面積に接触しうる特性が求められている。
従来、サーマルインターフェイスマテリアルとしては、放熱グリースやフェイズチェンジマテリアル（ＰＣＭ）、インジウムなどが用いられている。これらの材料が放熱材料として用いられる大きな特徴の一つは、電子機器の耐熱温度以下で流動性を有しているため、微細な凹凸に対して大きな接触面積を得ることが可能な点にある。
しかしながら、放熱グリースやフェイズチェンジマテリアルは、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ〜５Ｗ／ｍ・Ｋと低い。また、インジウムはレアメタルであることに加え、ＩＴＯ関連での大幅な需要増加により価格が高騰しており、より安価な代替材料が待望されている。
このような背景から、放熱材料として、カーボンナノチューブに代表される炭素元素からなる線状構造体が注目されている。カーボンナノチューブは、その軸方向に非常に高い熱伝導度（１５００Ｗ／ｍ・Ｋ〜３０００Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するだけでなく、柔軟性や耐熱性に優れた材料であり、放熱材料として高いポテンシャルを有している。
カーボンナノチューブを用いた熱伝導シートとしては、樹脂中にカーボンナノチューブを分散した熱伝導シートや、基板上に配向成長したカーボンナノチューブ束を樹脂等によって埋め込んだ熱伝導シートが提案されている。
特開２００３−０８１６２２号公報 特開２００５−１５０３６２号公報 特開２００６−１４７８０１号公報 特開２００６−３０３２４０号公報 特開２００７−１８８６６２号公報
所望の大きさの放熱材料を得るための手法としては、樹脂中にカーボンナノチューブが埋め込まれたシートをカッターなどで所望の大きさに切断する方法が挙げられる。しかしながら、この方法は機械的切断を行うため、切断面においてカーボンナノチューブの配向乱れが生じ、放熱特性が低下することがあった。
また、触媒金属を用いてカーボンナノチューブを配向成長させる方法では、所定の領域だけに触媒金属を堆積しておき、この領域上に選択的にカーボンナノチューブを成長する方法を適用することも考えられる。切断部に触媒金属膜を設けないようにすれば、切断の際にカーボンナノチューブの配向乱れが生じることはない。しかしながら、この方法では、触媒金属のリフトオフやパターニングの際の薬液処理によって触媒金属が汚染される虞がある。触媒金属の汚染は微粒子化に影響し、カーボンナノチューブの面密度の低下や成長レートの低下など、カーボンナノチューブの成長に悪影響を及ぼすことがあった。
本発明の目的は、放熱特性や製造プロセスに与える悪影響を抑制しつつ所望の大きさの放熱材料を容易に形成しうる放熱材料の製造方法を提供することにある。
実施形態の一観点によれば、炭素元素よりなる第１の線状構造体の束を基板の第１の面上に成長し、炭素元素よりなる第２の線状構造体の束を前記基板の前記第１の面よりも低い第２の面上に成長する工程と、前記基板の前記第１の面上に第１の熱可塑性樹脂フィルムを載置し、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを形成する熱可塑性樹脂の融解温度以上の温度に加熱することにより、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを所定の位置まで前記第１の線状構造体の束内に浸透させた後、冷却して前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを固化する工程と、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第１の線状構造体の束とともに前記基板から剥離する工程と、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第１の線状構造体の束内に更に浸透させる工程とを有することを特徴とする放熱材料の製造方法が提供される。
開示の放熱材料の製造方法によれば、線状構造体の配向性を損なうことなく、所望の形状の放熱材料を得ることができる。また、触媒金属膜のパターニングは不要のため、触媒金属が汚染されることもなく、線状構造体の密度の低下や成長レートの低下を防止し、信頼性の高い放熱材料を製造することができる。
図１は、第１実施形態による放熱材料の構造を示す概略断面図である。 図２は、第１実施形態による放熱材料の製造方法を示す平面図である。 図３は、第１実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その１）である。 図４は、第１実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その２）である。 図５は、第１実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その３）である。 図６は、第１実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その４）である。 図７は、第１実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その５）である。 図８は、第２実施形態による放熱材料の製造方法を示す平面図である。 図９は、第２実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その１）である。 図１０は、第２実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その２）である。 図１１は、第２実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その３）である。 図１２は、第２実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その４）である。 図１３は、第２実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その５）である。 図１４は、第２実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図（その６）である。 図１５は、第３実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。 図１６は、第３実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図である。
［第１実施形態］
第１実施形態による放熱材料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。
図１は、本実施形態による放熱材料の構造を示す概略断面図である。図２は、本実施形態による放熱材料の製造方法を示す平面図である。図３乃至図７は、本実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図である。
はじめに、本実施形態による放熱材料の構造について図１を用いて説明する。
本実施形態による放熱材料３６は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、複数のカーボンナノチューブ３０と、複数のカーボンナノチューブ３０の間隙に形成され複数のカーボンナノチューブ３０を支持する充填層３４とを有するシート状の構造体である。複数のカーボンナノチューブ３０は、一端部から他端部に渡って、シートの膜厚方向、すなわちシートの面と交差する方向に配向し、互いに間隔を空けて配置されている。
カーボンナノチューブ３０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３０の面密度は、特に限定されるものではないが、放熱性及び電気伝導性の観点からは、１×１０１０本／ｃｍ２以上であることが望ましい。
カーボンナノチューブ３０の長さは、特に限定されるものではないが、好ましくは数十μｍ〜数百μｍ程度の値に設定することができる。本実施形態による放熱材料３６を発熱源（例えばＩＣチップ）と放熱部品（例えばヒートスプレッダ）との間に形成するサーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合、少なくとも発熱源及び放熱部品の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。
なお、図１には示していないが、カーボンナノチューブ３０の一端部又は両端部に、金属、合金、ダイヤモンドライクカーボン等の被膜を形成するようにしてもよい。金属材料としては、例えば、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｉｎ（インジウム）等が挙げられる。また、被膜は、単層構造である必要はなく、例えばＴｉ（チタン）と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。カーボンナノチューブ３０の端部を覆う被膜を形成することにより、放熱材料３６の被着体（発熱体や放熱体）に対する接触熱抵抗を低減することができる。
また、カーボンナノチューブ３０の表面に一様に、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition：原子層堆積）法により形成された膜厚が１ｎｍ〜２０ｎｍ程度の酸化物材料や金属材料の被膜を形成するようにしてもよい。このような被膜を形成することにより、カーボンナノチューブ３０の縦方向の機械的強度を向上することができる。これにより、アセンブリ時の圧縮耐性を向上することができる。このような被膜の材料としては、例えば、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ハフニウム酸化物、鉄酸化物、インジウム酸化物、ランタン酸化物、モリブデン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物、ルテニウム酸化物、シリコン酸化物、バナジウム酸化物、タングステン酸化物、イットリウム酸化物、ジルコニウム酸化物、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、ランタン等が挙げられる。
充填層３４は、シートの膜厚方向に配向した複数のカーボンナノチューブ３０を支持するためのものであり、カーボンナノチューブ３０の間隙を充填するように形成される。カーボンナノチューブ３０の端部は、充填層３４内に位置してもよいし、充填層３４から露出してもよい。図１（ａ）に示す例では、カーボンナノチューブ３０の一方の端部が充填層３４から露出している。図１（ｂ）に示す例では、カーボンナノチューブ３０の両方の端部が充填層３４から露出している。放熱材料３６と被着体との間の接触熱抵抗を低減する観点からは、アッセンブリ時に放熱材料３６と被着体との間に充填材が介在するのを防止できる点で、カーボンナノチューブ３０の端部が充填層３４から露出していることが望ましい。
充填層３４の構成材料は、温度に応じて液体と固体との間で可逆的に状態変化し、室温では固体であり、加熱すると液状に変化し、冷却すると接着性を発現しつつ固体に戻るものが望ましい。このような材料としては、例えば、熱可塑性樹脂が挙げられる。
充填層３４を形成する熱可塑性樹脂は、本実施形態による放熱材料３６が用いられる電子機器の発熱温度等に応じて、熱可塑性樹脂の融解温度をもとに選択することができる。熱可塑性樹脂の融解温度の下限値は、稼働時の発熱温度の上限値よりも高いことが望ましい。稼働時に熱可塑性樹脂が融解すると、放熱材料３６が変形してカーボンナノチューブ３０が配向性を損なうなど、熱伝導性を低下するなどの不具合を引き起こす虞があるからである。熱可塑性樹脂の融解温度の上限値は、発熱体及び放熱体の耐熱温度の下限値よりも低いことが望ましい。放熱材料３６の充填層３４は、発熱体に接触させた後にリフローを行うことが望ましいが、熱可塑性樹脂の融解温度が耐熱温度より高いと、発熱体及び／又は放熱体にダメージを与えることなくリフローをすることが困難となるからである。
例えば、本実施形態の電子部品をＣＰＵなどの電子機器の放熱用途に用いる場合、ＣＰＵ稼働時の発熱温度の上限がおよそ１２５℃であり、ＣＰＵ電子部品の耐熱温度がおよそ２５０℃であることに鑑み、融解温度が１２５℃〜２５０℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。
また、充填層３４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が考えられる。充填層３４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３４部分の熱伝導率を向上することができ、放熱材料３６の全体としての熱伝導率を向上することができる。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。
次に、本実施形態による放熱材料の製造方法について図２乃至図７を用いて説明する。
まず、カーボンナノチューブ３０を成長するための土台として、シリコン基板１０を用意する。シリコン基板１０の厚さは例えば２００μｍ〜が想定される。シリコン基板は、不純物をドープすることにより導電性を付与したものでもよい。不純物としては、Ｂ（ホウ素）などのＰ型不純物や、Ｐ（リン）、Ａｓ（砒素）、Ｓｂ（アンチモン）などのＮ型不純物を採用することができる。
なお、ここでは基板としてシリコン基板１０を用いる例を示すが、カーボンナノチューブ３０を成長する際の土台となるものであれば、これに限定されるものではない。カーボンナノチューブ３０を成長するための土台となる基板としては、例えば、シリコン基板などの半導体基板、アルミナ（サファイア）基板、ＭｇＯ基板、ガラス基板などの絶縁性基板、金属基板などを用いることができる。また、これら基板上に薄膜が形成されたものでもよい。
基板は、カーボンナノチューブ３０の成長後に剥離されるものである。この目的のもと、基板としては、カーボンナノチュー３０の成長温度において変質しないことが望ましい。また、少なくともカーボンナノチューブ３０に接する面がカーボンナノチューブ３０から容易に剥離できる材料によって形成されていることが望ましい。或いは、少なくともカーボンナノチューブ３０に接する部分が、カーボンナノチューブ３０に対して選択的にエッチングできる材料によって形成されている基板を用いてもよい。
次いで、シリコン基板１０上に、フォトレジスト膜１４を形成する。フォトレジスト膜１４を形成するフォトレジスト材料としては、例えば、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製のＡＺＰ４６２０を用いることができる。このフォトレジスト材料を、例えば２０００ｒｐｍの回転速度でスピンコートし、例えば１２０℃の温度でプリベークを行い、フォトレジスト膜１４を形成する。
次いで、フォトリソグラフィにより、フォトレジスト膜１４をパターニングする（図３（ａ））。フォトレジスト膜１４は、フォトレジスト膜１４により覆われた領域及びフォトレジスト膜１４により覆われていない領域のそれぞれが、形成しようとする放熱材料の平面形状に対応する形状となるように、パターニングする。
フォトレジスト膜１４のパターンは、特に限定されるものではないが、ここでは例えば図２に示すようなパターンを形成するものとする。図２の例は、四角形形状又は三角形形状の平面形状を有する１３個の放熱材料を形成する場合を想定した例である。図中、「Ａ」又は「Ｂ」と付した各領域が、それぞれ放熱材料の形成領域である。ここでは、図に「Ａ」と付した領域がフォトレジスト膜１４の被覆領域であり、図に「Ｂ」と付した領域がフォトレジスト膜１４の露出領域であるものとする。
次いで、フォトレジスト膜１４をマスクとしてシリコン基板１０を異方性エッチングし、フォトレジスト膜１４で覆われていない領域のシリコン基板１０に、深さが数十μｍ〜数百μｍ程度の溝１６を形成する（図３（ｂ））。溝１６は、図２の「Ｂ」と付した領域に形成される。
溝１６の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えばＤＲＩＥ（深掘りＲＩＥ：Deep Reactive Ion Etching）法を適用することができる。ＤＲＩＥ法は、側壁保護のためのパッシベーション膜を形成するステップと、エッチングするステップとを繰り返し行うことにより、アスペクト比の大きい溝を形成する手法である。
パッシベーション膜を形成するステップでは、例えば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒとした状態下にて、Ｃ４Ｆ８ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で導入して７秒間、処理を行う。シリコンをエッチングするステップでは、例えば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒ、基板へのＲＦパワーを１３．５６ＭＨｚで２０Ｗとした状態下にて、ＳＦ６ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で導入して８秒間、処理を行う。
或いは、パッシベーション膜を形成するステップでは、例えば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒとした状態下にて、Ｃ４Ｆ８ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で導入して６．３秒間、処理を行う。シリコンをエッチングするステップでは、例えば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒ、基板へのＲＦパワーを３８０ｋＨｚで２３Ｗとした状態下にて、ＳＦ６ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で導入して７．５秒間、処理を行う。
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜１４を除去する。
こうして、シリコン基板１０に、シリコン基板１０の最上面で規定される第１の面２２と、溝１６の底面で規定される第２の面２４とを有する段差形状を形成する（図３（ｃ））。第１の面２２及び第２の面２４は、それぞれ、図２の領域「Ａ」及び領域「Ｂ」に形成される。
次いで、シリコン基板１０上に、例えば熱酸化法により、シリコン酸化膜（図示せず）を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は、例えば１０ｎｍ〜が想定される。このシリコン酸化膜は、カーボンナノチューブ３０を合成する際に触媒金属とシリコン基板１０との反応を抑制するためのものである。カーボンナノチューブ合成の際の触媒として例えばＦｅ（鉄）を用いた場合、シリコン基板１０上に直に配置するとシリサイド化されて触媒能が失われてしまう。ただし、後述するようにカーボンナノチューブ３０の合成に用いることができる触媒金属は多数存在するため、シリサイド化しても触媒能が失われない又はシリサイド化しにくい若しくはしない触媒金属及び化合物であれば、必ずしもシリコン酸化膜を形成する必要はない。
次いで、溝１６が形成されたシリコン酸化膜付きのシリコン基板１０上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍ相当のＦｅを堆積する。これにより、シリコン基板１０の第１の面２２上に膜厚２．５ｎｍのＦｅの触媒金属膜２８Ａを形成し、シリコン基板１０の第２の面２４上に膜厚２．５ｎｍのＦｅの触媒金属膜２８Ｂを形成する（図４（ａ））。
触媒金属としては、Ｆｅのほか、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金を用いてもよい。また、触媒として、金属膜以外に、微分型静電分級器（ＤＭＡ：differential mobility analyzer）等を用い、予めサイズを制御して作製した金属微粒子を用いてもよい。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様でよい。
また、これら触媒金属の下地膜として、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯｘ（酸化チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）などの膜又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金からなる膜を形成してもよい。例えば、Ｆｅ（２．５ｎｍ）／Ａｌ（１０ｎｍ）の積層構造、Ｃｏ（２．６ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）の積層構造等を適用することができる。金属微粒子を用いる場合は、例えば、Ｃｏ（平均直径：３．８ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）などの積層構造を適用することができる。
次いで、触媒金属膜２８Ａ，２８Ｂを触媒として、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、第１の面２２上及び第２の面２４上にカーボンナノチューブ３０を成長する。
カーボンナノチューブ３０の成長条件は、例えば、原料ガスとしてアセチレン・アルゴンの混合ガス（分圧比１：９）を用い、成膜室内の総ガス圧を１ｋＰａ、ホットフィラメント温度を１０００℃、成長時間を２０分とする。これにより、層数が３層〜６層（平均４層程度）、直径が４ｎｍ〜８ｎｍ（平均６ｎｍ）、長さが８０μｍ（成長レート：４μｍ／ｍｉｎ）の多層カーボンナノチューブを成長することができる。なお、カーボンナノチューブ３０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３０は、単層カーボンナノチューブでもよい。また、炭素原料としては、アセチレンのほか、メタン、エチレン等の炭化水素類や、エタノール、メタノール等のアルコール類などを用いてもよい。
カーボンナノチューブ３０の長さは、溝１６の深さよりも少なくとも数十μｍ程度以上長ければ特に限定されるものではないが、好ましくは数十μｍ〜数百μｍ程度の値に設定することができる。サーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合、少なくとも発熱源及び放熱部品の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。
こうして、シリコン基板１０の第１の面２２上に、シリコン基板１０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３０を有するカーボンナノチューブ束３０Ａを形成する。また、シリコン基板の第２の面２４上に、基板１０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３０を有するカーボンナノチューブ束３０Ｂを形成する（図４（ｂ））。カーボンナノチューブ束３０Ａとカーボンナノチューブ束３０Ｂとの間には、溝１６の深さに相当する高さの違いが存在する。
なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ３０の面密度は、１×１０１１本／ｃｍ２程度であった。これは、基板１０表面の面積のおよそ１０％の領域上にカーボンナノチューブ３０が形成されていることに相当する。なお、放熱性や導電性の観点から、カーボンナノチューブ３０の面密度は１×１０１０本／ｃｍ２程度以上であることが望ましい。
次いで、カーボンナノチューブ束３０Ａ，３０Ｂを成長したシリコン基板１０上に、フィルム状に加工した熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂フィルム３２Ａ）を載置する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ａとカーボンナノチューブ束３０Ｂとの間には溝１６の深さに相当する高さの違いが存在するため、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａはカーボンナノチューブ束３０Ａには接するが、カーボンナノチューブ束３０Ｂには接しない（図４（ｃ））。
熱可塑性樹脂フィルム３２Ａの熱可塑性樹脂としては、例えば、以下に示すホットメルト樹脂を適用することができる。ポリアミド系ホットメルト樹脂としては、例えば、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」が挙げられる。また、ポリエステル系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ５９８Ｂ」が挙げられる。また、ポリウレタン系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ７２２Ｂ」が挙げられる。また、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂としては、例えば、松村石油株式会社製の「ＥＰ−９０」が挙げられる。また、エチレン共重合体ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＡ５７４Ｂ」が挙げられる。また、ＳＢＲ系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６２５０」が挙げられる。また、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂としては、例えば、住友スリーエム株式会社製の「３７４７」が挙げられる。また、ブチルゴム系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６１５８」が挙げられる。
ここでは、一例として、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を厚さ１００μｍのフィルム状に加工した熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを用いた場合について説明する。なお、「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」は、融解温度が１３５℃〜１４５℃、融解時粘度が５．５Ｐａ．ｓ〜８．５Ｐａ．ｓ（２２５℃）のホットメルト樹脂である。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを載置したシリコン基板１０を、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを形成する熱可塑性樹脂の融解温度以上の温度に加熱する。上記の熱可塑性樹脂材料を用いた場合、例えば１９５℃の温度で加熱する。必要に応じて、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａ上から押圧してもよい。これにより、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａの熱可塑性樹脂が融解し、カーボンナノチューブ束３０Ａ内に徐々に浸透していく。
熱可塑性樹脂フィルム３２Ａは、少なくとも、カーボンナノチューブ束３０Ａを熱可塑性樹脂フィルム３２Ａによって支持するに十分な深さまで浸透させる。熱可塑性樹脂フィルム３２Ａは、少なくとも数μｍ〜数十μｍ程度の深さまで浸透させることにより、カーボンナノチューブ束３０Ａを支持することができる。熱可塑性樹脂フィルム３２Ａの浸透は、カーボンナノチューブ束３０Ｂに達しない程度のところで停止する。
熱可塑性樹脂フィルム３２Ａをカーボンナノチューブ束３０Ａ内に浸透させる深さは、熱処理時間によって制御することができる。例えば、上記条件で成長した長さ８０μｍのカーボンナノチューブ束３０Ａに対しては、１９５℃で１分間程度の熱処理を行うことにより、カーボンナノチューブ束３０Ｂに達しない程度まで熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを浸透させることができる。熱可塑性樹脂フィルム３２Ａの熱処理時間は、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを所望の深さまで浸透させるように、カーボンナノチューブ束３０Ａの長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａの膜厚等に応じて適宜設定することが望ましい。
カーボンナノチューブ３０間に最終的に充填する充填材の量は、圧着時において圧力と温度によってコントロールすることができる。軟化点以上の温度において、圧力をコントロールすることによって除去する樹脂の量をコントロールすることによって、充填量を制御する。熱可塑性樹脂の形状は、予めフィルム状に加工しておくことが好適であるが、ペレット状や棒状でも構わない。後工程においてカーボンナノチューブ束３０Ａを支持した状態で熱可塑性樹脂フィルム３２Ａをハンドリングする観点からは、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａのシート膜厚は、少なくとも数十μｍ〜数百μｍ程度あることが望ましい。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを所定の位置まで浸透させた後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを固化する（図５（ａ））。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを、カーボンナノチューブ束３０Ａとともにシリコン基板１０から剥離する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ｂ内には熱可塑性樹脂フィルム３２Ａは浸透していないため、カーボンナノチューブ束３０Ｂはシリコン基板１０上に残存する。これにより、形成しようとする放熱材料の平面形状に対応する形状の領域ごとに分離したカーボンナノチューブ束３０Ａが、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａとともにシリコン基板１０から剥離される（図５（ｂ））。
次いで、カーボンナノチューブ束３０Ａ及び熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを剥離したシリコン基板１０上に、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａと同様の材料よりなる熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを載置する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ｂは溝１６の深さよりも長いため、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂはカーボンナノチューブ束３０Ｂには接するが、シリコン基板１０には接しない（図６（ａ））。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを載置したシリコン基板１０を、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを形成する熱可塑性樹脂の融解温度以上の温度に加熱する。上記の熱可塑性樹脂材料を用いた場合、例えば１９５℃の温度で加熱する。必要に応じて、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂ上から押圧してもよい。これにより、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂの熱可塑性樹脂が融解し、カーボンナノチューブ束３０Ｂ内に徐々に浸透していく。
熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂをカーボンナノチューブ束３０Ｂ内に浸透させる深さは、カーボンナノチューブ束３０Ｂを支持しうる範囲内において適宜選択することができる。熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂは、少なくとも数μｍ〜数十μｍ程度の深さまで浸透させることにより、カーボンナノチューブ束３０Ｂを支持することができる。シリコン基板１０に達しない程度のところで熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂの浸透を停止すれば、シリコン基板１０と熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂとが接着されるのを防止でき、カーボンナノチューブ束３０Ｂ及び熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂをシリコン基板１０から容易に剥離できるというメリットがある。シリコン基板１０に対する熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂの粘着性が低い場合などは、シリコン基板１０に達するまで熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを浸透させるようにしてもよい。
熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂをカーボンナノチューブ束３０Ｂ内に浸透させる深さは、熱処理時間によって制御することができる。例えば、上記条件で成長した長さ８０μｍのカーボンナノチューブ束３０Ｂに対しては、１９５℃で１分間程度の熱処理を行うことにより、シリコン基板１０に達しない程度まで熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを浸透させることができる。熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂの熱処理時間は、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを所望の深さまで浸透させるように、カーボンナノチューブ束３０Ｂの長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂの膜厚等に応じて適宜設定することが望ましい。
カーボンナノチューブ３０間に最終的に充填する充填材の量は、圧着時における圧力と温度によってコントロールすることができる。樹脂の軟化点以上の温度において、圧力をコントロールすることによって除去する樹脂の量をコントロールして、充填量を制御する。熱可塑性樹脂の形状は、予めフィルム状に加工しておくことが好適であるが、ペレット状や棒状でも構わない。後工程においてカーボンナノチューブ束３０Ｂを支持した状態で熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂをハンドリングする観点からは、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂのシート膜厚は、少なくとも数十μｍ〜数百μｍ程度あることが望ましい。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを所定の位置まで浸透させた後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを固化する（図６（ｂ））。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを、カーボンナノチューブ束３０Ｂとともにシリコン基板１０から剥離する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ａはすでにシリコン基板１０上から剥離されているため、形成しようとする放熱材料の平面形状に対応する形状の領域ごとに分離したカーボンナノチューブ束３０Ｂが、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂとともにシリコン基板１０から剥離される（図６（ｃ））。
次いで、シリコン基板１０から剥離した熱可塑性樹脂フィルム３２Ａ，３２Ｂを、カッターなどを用いて切断する。この際、カーボンナノチューブ束３０Ａ，３０Ｂは、形成しようとする放熱材料の平面形状に対応する形状の領域ごとに分離しているため、カーボンナノチューブ束３０Ａ，３０Ｂを傷つけることなく、容易に熱可塑性樹脂フィルム３２Ａ，３２Ｂを切断することができる。
このようにして、カーボンナノチューブ３０の間隙に熱可塑性樹脂フィルム３２の熱可塑性樹脂よりなる充填層３４が充填されてなる複数の放熱材料３６を形成する（図７（ａ））。
次いで、必要に応じて、熱可塑性樹脂の融解温度よりも若干高い温度で再度加熱し、熱可塑性樹脂フィルム３２の充填層３４をカーボンナノチューブ３０の間隙の所望の位置まで更に浸透させる。樹脂の量が多い場合は樹脂の軟化点以上の温度において、加圧することで樹脂を除去し、充填量を制御する。浸透させる深さは、例えば図７（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ３０の上端部が露出されない状態で、充填層３４をより深くまで浸透させる。或いは、例えば図７（ｃ）に示すように、充填層３４を更に浸透させ、カーボンナノチューブ３０の両端部を充填層３４から露出させる。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２を所定の位置まで浸透させた後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂フィルム３２を固化する。
この熱行程は、熱可塑性樹脂フィルム３２を切断する前に行ってもよい。
こうして、図１に示す本実施形態による放熱材料を完成する。
このように本実施形態では、基板の表面に所定の形状を有し高さの異なる複数の面を形成しておき、この基板上に成長したカーボンナノチューブ束を熱可塑性樹脂フィルムを用いて上のものから順次剥離することにより、放熱材料を得る。したがって、基板から剥離した放熱材料は、所望の形状の領域に形成されたカーボンナノチューブ束を有しており、切断に伴うカーボンナノチューブの配向性の低下を防止することができる。また、触媒金属膜のパターニングは不要のため、触媒金属が汚染されることもなく、カーボンナノチューブの密度の低下や成長レートの低下を防止し、信頼性の高い放熱材料を製造することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態による放熱材料の製造方法について図８乃至図１４を用いて説明する。図１乃至図７に示す第１実施形態による放熱材料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又は簡潔にする。
図８は、本実施形態による放熱材料の製造方法を示す平面図である。図９乃至図１４は、本実施形態による放熱材料の製造方法を示す工程断面図である。
本実施形態では、図１に示す第１実施形態による放熱材料の他の製造方法を示す。
まず、図３（ａ）に示す第１実施形態による放熱材料の製造方法と同様にして、シリコン基板１０上にフォトレジスト膜１４を形成する。
次いで、フォトリソグラフィにより、フォトレジスト膜１４をパターニングする（図９（ａ））。フォトレジスト膜１４のパターンは、特に限定されるものではないが、ここでは例えば図８に示すパターンにおいて、「Ａ」及び「Ｂ」と付した領域がフォトレジスト膜１４の被覆領域であり、「Ｃ」と付した領域がフォトレジスト膜１４の露出領域であるものとする。図中、「Ａ」、「Ｂ」又は「Ｃ］と付した各領域が、それぞれ放熱材料の形成領域である。
次いで、フォトレジスト膜１４をマスクとしてシリコン基板１０を異方性エッチングし、フォトレジスト膜１４で覆われていない領域のシリコン基板１０に、深さが数十μｍ〜数百μｍ程度の溝１６を形成する（図９（ｂ））。溝１６は、図８の「Ｃ」と付した領域に形成される。
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜１４を除去する。
次いで、溝１６を形成したシリコン基板１０上に、フォトレジスト膜１８を形成する。
次いで、フォトリソグラフィにより、フォトレジスト膜１８をパターニングする（図１０（ａ））。
フォトレジスト膜１８のパターンは、特に限定されるものではないが、ここでは例えば図８に示すパターンにおいて、「Ａ」と付した領域がフォトレジスト膜１８の被覆領域であり、「Ｂ」及び「Ｃ」と付した領域がフォトレジスト膜１８の露出領域であるものとする。
次いで、フォトレジスト膜１８をマスクとして、シリコン基板１０を数十μｍ〜数百μｍ程度、異方性エッチングする。これにより、溝１６を数十μｍ〜数百μｍ程度更に深くするとともに、図８の「Ｂ」と付した領域に、深さが数十μｍ〜数百μｍ程度の溝２０を形成する（図９（ｂ））。溝２０は、図８の「Ｂ」と付した領域に形成される。
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜１８を除去する。
こうして、シリコン基板１０に、シリコン基板１０の最上面で規定される第１の面２２と、溝２０の底面で規定される第２の面２４と、溝１６の底面で規定される第３の面２６とを有する段差形状を形成する（図１１（ａ））。第１の面２２、第２の面２４及び第３の面２６は、それぞれ、図８の領域「Ａ」、領域「Ｂ」及び領域「Ｃ」に形成される。
次いで、シリコン基板１０上に、例えば熱酸化法により、シリコン酸化膜（図示せず）を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は、例えば１０ｎｍ〜が想定される。シリサイド化しても触媒能が失われない又はシリサイド化しにくい若しくはしない触媒金属及び化合物であれば、必ずしもシリコン酸化膜を形成する必要はない。
次いで、溝１６，２０が形成されたシリコン酸化膜付きのシリコン基板１０上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍ相当のＦｅ（鉄）を堆積する。これにより、シリコン基板１０の第１の面２２上に膜厚２．５ｎｍのＦｅの触媒金属膜２８Ａを形成し、シリコン基板１０の第２の面２４上に膜厚２．５ｎｍのＦｅの触媒金属膜２８Ｂを形成し、シリコン基板１０の第３の面２６上に膜厚２．５ｎｍのＦｅの触媒金属膜２８Ｃを形成する（図１１（ｂ））。
次いで、触媒金属膜２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃを触媒として、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、第１の面２２上、第２の面２４上及び第３の面２６上にカーボンナノチューブ３０を成長する。これにより、シリコン基板１０の第１の面２２上に、シリコン基板１０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３０を有するカーボンナノチューブ束３０Ａを形成する。また、シリコン基板の第２の面２４上に、基板１０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３０を有するカーボンナノチューブ束３０Ｂを形成する。また、シリコン基板の第３の面２６上に、基板１０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３０を有するカーボンナノチューブ束３０Ｃを形成する。カーボンナノチューブ束３０Ａとカーボンナノチューブ束３０Ｂとの間には、溝２０の深さに相当する高さの違いが存在する。また、カーボンナノチューブ束３０Ｂとカーボンナノチューブ束３０Ｃとの間には、溝１６と溝２０との深さの違いに相当する高さの違いが存在する。
次いで、カーボンナノチューブ束３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｂを成長したシリコン基板１０上に、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを載置する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ａとカーボンナノチューブ束３０Ｂ，３０Ｃとの間には溝１６，２０の深さに相当する高さの違いが存在するため、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａはカーボンナノチューブ束３０Ａには接するが、カーボンナノチューブ束３０Ｂ，３０Ｃには接しない。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを載置したシリコン基板１０を、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを形成する熱可塑性樹脂の融解温度以上の温度に加熱し、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａをカーボンナノチューブ束３０Ａ内に徐々に浸透させる。
熱可塑性樹脂フィルム３２Ａがカーボンナノチューブ束３０Ａを支持するに十分な深さまで且つカーボンナノチューブ束３０Ｂ，３０Ｃに達しない程度まで浸透した後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを固化する（図１２（ａ））。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを、カーボンナノチューブ束３０Ａとともにシリコン基板１０から剥離する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ｂ，３０Ｃ内には熱可塑性樹脂フィルム３２Ａは浸透していないため、カーボンナノチューブ束３０Ｂ，３０Ｃはシリコン基板１０上に残存する。これにより、形成しようとする放熱材料の平面形状に対応する形状の領域ごとに分離したカーボンナノチューブ束３０Ａが、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａとともにシリコン基板１０から剥離される（図１２（ｂ））。
次いで、カーボンナノチューブ束３０Ａ及び熱可塑性樹脂フィルム３２Ａを剥離したシリコン基板１０上に、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａと同様の材料よりなる熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを載置する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ｂは溝２０の深さよりも長いため、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂはカーボンナノチューブ束３０Ｂには接するが、カーボンナノチューブ束３２Ｃには接しない。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを載置したシリコン基板１０を、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを形成する熱可塑性樹脂の融解温度以上の温度に加熱し、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂをカーボンナノチューブ束３０Ｂ内に徐々に浸透させる。
熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂがカーボンナノチューブ束３０Ｂを支持するに十分な深さまで且つカーボンナノチューブ束３０Ｃに達しない程度まで浸透した後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを固化する（図１３（ａ））。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを、カーボンナノチューブ束３０Ｂとともにシリコン基板１０から剥離する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ｃ内には熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂは浸透していないため、カーボンナノチューブ束３０Ｃはシリコン基板１０上に残存する。これにより、形成しようとする放熱材料の平面形状に対応する形状の領域ごとに分離したカーボンナノチューブ束３０Ｂが、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂとともにシリコン基板１０から剥離される（図１３（ｂ））。
次いで、カーボンナノチューブ束３０Ｂ及び熱可塑性樹脂フィルム３２Ｂを剥離したシリコン基板１０上に、熱可塑性樹脂フィルム３２Ａと同様の材料よりなる熱可塑性樹脂フィルム３２Ｃを載置する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ｃは溝２０の深さよりも長いため、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｃはカーボンナノチューブ束３０Ｃには接するが、シリコン基板１０には接しない。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｃを載置したシリコン基板１０を、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｃを形成する熱可塑性樹脂の融解温度以上の温度に加熱し、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｃをカーボンナノチューブ束３０Ｃに徐々に浸透させる。
熱可塑性樹脂フィルム３２Ｃがカーボンナノチューブ束３０Ｃを支持するに十分な深さまで且つシリコン基板１０に達しない程度まで浸透した後、室温まで冷却し、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｃを固化する（図１４（ａ））。
次いで、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｃを、カーボンナノチューブ束３０Ｃとともにシリコン基板１０から剥離する。このとき、カーボンナノチューブ束３０Ａ，３０Ｂはすでにシリコン基板１０上から剥離されているため、形成しようとする放熱材料の平面形状に対応する形状の領域ごとに分離したカーボンナノチューブ束３０Ｃが、熱可塑性樹脂フィルム３２Ｃとともにシリコン基板１０から剥離される（図１４（ｂ））。
この後、図７（ａ）乃至図７（ｃ）に示す第１実施形態による放熱材料の製造方法と同様にして、熱可塑性樹脂フィルム３２を切断して放熱材料３６を得る。また、必要に応じて熱処理を行い、充填層３４を所望の深さまで更に浸透させる。
こうして、図１に示す第１実施形態による放熱材料を完成する。
このように本実施形態では、基板の表面に所定の形状を有し高さの異なる複数の面を形成しておき、この基板上に成長したカーボンナノチューブ束を熱可塑性樹脂フィルムを用いて上のものから順次剥離することにより、放熱材料を得る。したがって、基板から剥離した放熱材料は、所望の形状の領域に形成されたカーボンナノチューブ束を有しており、切断に伴うカーボンナノチューブの配向性の低下を防止することができる。また、触媒金属膜のパターニングは不要のため、触媒金属が汚染されることもなく、カーボンナノチューブの密度の低下や成長レートの低下を防止し、信頼性の高い放熱材料を製造することができる。
［第３実施形態］
第３実施形態による電子機器及びその製造方法について図１５及び図１６を用いて説明する。
図１５は、本実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。図１６は、本実施形態による電子機器の製造方法を示す工程断面図である。
本実施形態では、第１実施形態による放熱材料を用いた電子機器及びその製造方法について説明する。
はじめに、本実施形態による電子機器の構造について図１５を用いて説明する。
多層配線基板などの回路基板５０上には、例えばＣＰＵなどの半導体素子５４が実装されている。半導体素子５４は、はんだバンプなどの突起状電極５２を介して回路基板５０に電気的に接続されている。
半導体素子５４上には、半導体素子５４を覆うように、半導体素子５４からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ５６が形成されている。半導体素子５４とヒートスプレッダ５６との間には、第１実施形態に記載の放熱材料３６が形成されている。ヒートスプレッダ５６は、例えば有機シーラント５８によって回路基板５０に接着されている。
このように、本実施形態による電子機器では、半導体素子５４とヒートスプレッダ５６との間、すなわち発熱部と放熱部との間に、第１実施形態による放熱材料３６が設けられている。
上述のように、第１実施形態による放熱材料３６は、カーボンナノチューブ３０がシートの膜厚方向に配向しており、面直方向の熱伝導度が極めて高いものである。したがって、上記実施形態の放熱材料３６を半導体素子５４とヒートスプレッダ５６との間に配置することにより、半導体素子５４から発せられた熱を効率よくヒートスプレッダ５６に伝えることができ、半導体素子５４を効果的に冷却することができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
次に、本実施形態による電子機器の製造方法について、図１６を用いて説明する。
まず、回路基板５０上に、突起状電極５２を介して半導体素子５４を実装する（図１６（ａ））。
次いで、半導体素子５４を実装した回路基板５０上に、カーボンナノチューブ３０の露出面側が半導体素子５４側に位置するように放熱材料３６を載置し、その上からヒートスプレッダ５６を被せる（図１６（ｂ））。この際、回路基板５０上には、ヒートスプレッダ５６を固定するための有機シーラント５８を塗布しておく。放熱材料４０は、ヒートスプレッダ５６に予め接着しておいてもよい。
次いで、ヒートスプレッダ５８に荷重をかけた状態で熱処理を行い、放熱材料３６の充填層３４をリフローする。充填層３４として例えばヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を用いた放熱材料３６では、例えば荷重０．２５ＭＰａを加えた状態で、例えば１９５℃、１０分間の熱処理を行う。
この熱処理により、放熱材料３６の充填層３４を形成する熱可塑性樹脂が液状融解し、半導体素子５４及びヒートスプレッダ５６の表面凹凸に沿って放熱材料３６が変形する。また、放熱材料３６内のカーボンナノチューブ３０は、充填層３４による拘束がゆるみ、その端部は半導体素子５４及びヒートスプレッダ５６に直に接するようになる。この際、カーボンナノチューブ３０はしなやかで柔軟性に富んだ材料であるため、半導体素子５４及びヒートスプレッダ５６が有する凹凸形状に追従して撓むことができる。これにより、半導体素子５４及びヒートスプレッダ５６に直に接するカーボンナノチューブ３０が増加し、放熱材料３６と半導体素子５４及びヒートスプレッダ５６との間の接触熱抵抗を大幅に低減することができる。
次いで、室温まで冷却し、充填層３４の熱可塑性樹脂を固化するとともに、ヒートスプレッダ５６を有機シーラント５８によって回路基板５０上に固定する（図１５（ｃ））。この際、熱可塑性樹脂は接着性を発現し、半導体素子５４とヒートスプレッダ５６との間を放熱材料３６によって接着固定することができる。これにより、室温に冷却した後も、放熱材料３６と半導体素子５４及びヒートスプレッダ５６との間の低い接触熱抵抗を維持することができる。
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実施形態による放熱材料を配置するので、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。
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、炭素元素の線状構造体を用いた放熱材料の例としてカーボンナノチューブを用いたシート状構造体を示したが、炭素元素の線状構造体を用いた放熱材料は、これに限定されるものではない。炭素元素の線状構造体は、炭素の六員環構造を有するグラフェンシートが筒状なったものであり、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、カーボンファイバをも含むものである。これら線状構造体は、サイズが異なるほかは、カーボンナノチューブと同様である。これら線状構造体を用いた放熱材料においても適用することができる。
また、上記実施形態では、同じ高さの表面に設けられる複数の領域間が辺で接しないように配置しているが、必ずしも総ての辺が接しないように配置する必要はない。辺で接している部分では熱可塑性樹脂フィルムの切断の際にカーボンナノチューブの配向に乱れが生じる虞もあるが、辺で接していない他の部分においては上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記第１実施形態では高さの異なる２つの表面上にカーボンナノチューブを成長し、上記第２実施形態では高さの異なる３つの表面上にカーボンナノチューブを成長したが、高さの異なる表面の数は、これらに限定されるものではなく、４つ以上でもよい。
また、上記実施形態に記載の構成材料や製造条件は、当該記載に限定されるものではなく、目的等に応じて適宜変更が可能である。
また、放熱材料の使用目的も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではない。開示の放熱材料は、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。
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 炭素元素よりなる第１の線状構造体の束を基板の第１の面上に成長し、炭素元素よりなる第２の線状構造体の束を前記基板の前記第１の面よりも低い第２の面上に成長する工程と、
第１の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第１の線状構造体の束内に浸透させる工程と、
前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第１の線状構造体の束とともに前記基板から剥離する工程と
を有することを特徴とする放熱材料の製造方法。
（付記２） 付記１記載の放熱材料の製造方法において、
前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを浸透させる工程では、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムが前記第２の線状構造体束に達する前に前記第１の熱可塑性樹脂フィルムの浸透を停止する
ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
（付記３） 付記１又は２記載の放熱材料の製造方法において、
前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを剥離する工程の後、
第２の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第２の線状構造体の束内に浸透させる工程と、
前記第２の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第２の線状構造体の束とともに前記基板から剥離する工程と
を更に有することを特徴とする放熱材料の製造方法。
（付記４） 付記３記載の放熱材料の製造方法において、
前記第２の熱可塑性樹脂フィルムを浸透させる工程では、前記第２の熱可塑性樹脂フィルムが前記基板の前記第１の面に達する前に前記第２の熱可塑性樹脂フィルムの浸透を停止する
ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
（付記５） 付記１乃至４のいずれか１項に記載の放熱材料の製造方法において、
前記第１の面及び前記第２の面は、製造しようとする放熱材料の形状に対応する平面形状を有する
ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
（付記６） 付記１乃至５のいずれか１項に記載の放熱材料の製造方法において、
前記第１の面は、互いに分離された複数の領域に配置されており、前記複数の領域のそれぞれに、前記第１の線状構造体の束を形成する
ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
（付記７） 付記６記載の放熱材料の製造方法において、
前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを前記基板から剥離する工程の後、前記複数の領域のそれぞれに形成された前記第１の線状構造体の束ごとに分かれるように、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを切断する工程を更に有する
ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
（付記８） 付記１乃至７のいずれか１項に記載の放熱材料の製造方法において、
前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを前記基板から剥離した後、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを前記第１の線状構造体の束内に更に浸透させる工程を更に有する
ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
（付記９） 付記１乃至８のいずれか１項に記載の放熱材料の製造方法において、
前記第１の線状構造体の束及び前記第２の線状構造体の束を成長する工程の前に、前記基板に溝を形成する工程を更に有し、
前記基板の最上面により規定される前記第１の面と、前記溝の底面により規定される前記第２の面とを有する前記基板を形成する
ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
（付記１０） 基板の異なる高さの複数の面上に、炭素元素よりなる線状構造体の束をそれぞれ成長する工程と、
前記線状構造体の束が形成された前記基板上に熱可塑性樹脂フィルムを載置し、前記熱可塑性樹脂フィルムを前記線状構造体の束内に浸透させる工程と、
前記熱可塑性樹脂フィルムを前記線状構造体の束とともに前記基板から剥離する工程とを有し、
前記熱可塑性樹脂フィルムを浸透させる工程と前記熱可塑性樹脂フィルムを剥離する工程とを繰り返し行い、前記基板の最も高い面上に形成された前記線状構造体の束から順に、前記基板から剥離する
ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
１０…シリコン基板
１４，１８…フォトレジスト膜
１６，２０…溝
２２…第１の面
２４…第２の面
２６…第３の面
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ…触媒金属膜
３０…カーボンナノチューブ
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…カーボンナノチューブ束
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…熱可塑性樹脂フィルム
３４…充填層
３６…放熱材料
５０…回路基板
５２…突起状電極
５４…半導体素子
５６…ヒートスプレッダ
５８…有機シーラント

Claims (5)

  1. 炭素元素よりなる第１の線状構造体の束を基板の第１の面上に成長し、炭素元素よりなる第２の線状構造体の束を前記基板の前記第１の面よりも低い第２の面上に成長する工程と、
    前記基板の前記第１の面上に第１の熱可塑性樹脂フィルムを載置し、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを形成する熱可塑性樹脂の融解温度以上の温度に加熱することにより、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを所定の位置まで前記第１の線状構造体の束内に浸透させた後、冷却して前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを固化する工程と、
    前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第１の線状構造体の束とともに前記基板から剥離する工程と、
    前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第１の線状構造体の束内に更に浸透させる工程と
    を有することを特徴とする放熱材料の製造方法。
  2. 請求項１記載の放熱材料の製造方法において、
    前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを浸透させる工程では、前記第１の熱可塑性樹脂フィルムが前記第２の線状構造体の束に達する前に前記第１の熱可塑性樹脂フィルムの浸透を停止する
    ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
  3. 請求項１又は２記載の放熱材料の製造方法において、
    前記第１の熱可塑性樹脂フィルムを剥離する工程の後、
    第２の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第２の線状構造体の束内に浸透させる工程と、
    前記第２の熱可塑性樹脂フィルムを、前記第２の線状構造体の束とともに前記基板から剥離する工程と
    を更に有することを特徴とする放熱材料の製造方法。
  4. 請求項３記載の放熱材料の製造方法において、
    前記第２の熱可塑性樹脂フィルムを浸透させる工程では、前記第２の熱可塑性樹脂フィルムが前記基板の前記第１の面に達する前に前記第２の熱可塑性樹脂フィルムの浸透を停止する
    ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放熱材料の製造方法において、
    前記第１の面及び前記第２の面は、製造しようとする放熱材料の形状に対応する平面形状を有する
    ことを特徴とする放熱材料の製造方法。
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