JP6244651B2 - シート状構造体及びその製造方法、並びに電子装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、放熱グリース及びPCM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、いわゆるITOの関連における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。
更には、上記のCNTを用いた放熱シートの界面の接合性を向上させる目的で、CNTの端部を変形させたり、CNTに被覆処理を行う構造が提案されている(特許文献5〜7を参照)。
図1〜図3は、本実施形態による電子装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
基板1としては、シリコン基板等の半導体基板、アルミナ基板、サファイア基板、MgO基板、ガラス基板等の絶縁性基板、金属基板等を用いることができる。また、これらの基板上に薄膜が形成されたものでも良い。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。
垂直配向したCNT3aは、基板1側を他端側とした一端側部分では長さのバラツキが存在するため、この長さのバラツキを吸収してCNT3aを被着体に接合させることは、放熱特性を向上させるうえで重要である。この観点から、CNT3aの一部をマスク処理する場合には、CNT3aの一端側部分を覆う方が他端側部分を覆うよりも効果が高いため、本実施形態では、CNT3aの一端側部分を第1の充填材料で覆う充填層4を形成する場合を例示する。CNT3aの他端側部分を覆うように第1の充填材料を形成しても良い。
本実施形態では、フィルム状に加工した上記の熱可塑性樹脂を用いており、この熱可塑性樹脂は165℃程度で167125Pa・s程度の粘度となる。これにより、充填層4は、CNT3aの先端から15μm程度の一端側部分を被覆するように形成される。
充填材料4は、上記の(1)〜(3)の要件を満たすものであれば、その他、特に制限を受けるものではない。熱可塑性樹脂の他にも、感圧フィルム、UVフィルム、Bステージ樹脂、水溶性樹脂等が適用可能である。
基板1から剥離された束状構造体3は、各CNT3aの一端側が充填層4で覆われており、他端側が露出している。
詳細には、例えば原子層蒸着法(Atomic Layer Deposition:ALD法)により、束状構造体3のCNT3aの露出部分に例えばAl2O3(酸化アルミニウム)を堆積する。成膜時の温度は100℃程度とする。これにより、被覆層5が形成される。被覆層5は、各CNT3aの露出部分を長手方向に沿って覆うように形成される。絡まり合った複数のCNT3aにおいては、被覆層5は隣接するCNT3a同士を結束させ、隣接するCNT3aを連続する膜として覆うことができる。これにより、CNT3aの見かけ上のアスペクト比が大きくなり、CNT3aの機械強度が高くなって挫屈応力が向上する。ここで、被覆層5の厚みに分布が生じると、被覆層5のいわゆる節が形成され、CNT3aの一様な変形が得られなくなるため、被覆層5により隣接するCNT3a間を例えば5nm程度の一定膜厚で一様に結束させることが好ましい。
被覆層5の材料は、特に限定されるものではないが、後述するアセンブリ工程における加熱温度において固体状を保持するものであることを要する。更に、被覆層5の材料は、CNT3aの束状構造体3の単位面積当たりの熱伝導率よりも熱伝導率が大きい材料が望ましい。当該材料として、具体的には、ZnO(酸化亜鉛)のような酸化金属、Cu(銅)、Ru(ルテニウム)、Pt(白金)等の金属を用いることができる。
詳細には、束状構造体3に形成された充填層4をヒートスプレッダ6上に250℃程度、1MPa程度でプレアタッチする。ヒートスプレッダ6は、500℃程度までプレアタッチの温度許容性がある。充填層4の熱可塑性樹脂は、250℃程度で粘度が2Pa・s程度に低下して液状化する。充填層4が液状化した状態で加圧されることにより、CNT3aのヒートスプレッダ6の表面との界面における充填材料が除去される。このとき、CNT3aの被覆層5の形成部分(第2の部分)は加圧により弾性変形する。第2の部分は、被覆層5により結束されて高い挫屈応力を有しており、その変形量は小さい。一方、CNT3aの充填層4で覆われていた部分、即ち被覆層5の非形成部分(第1の部分)は、充填層4の液状化により変形自由度を獲得して大きく変形し、ヒートスプレッダ6の表面の凹凸に追従して接触する。
詳細には、束状構造体3に形成された充填層7と半導体チップ8とを、温度160℃程度、荷重1.5MPa程度、2時間程度の条件でアセンブリを行う。アセンブリの初期段階では、充填層7が液状化しており、アセンブリにおける荷重は実質的にCNT3aのみに掛かっており、CNT3aは50μm程度の高さに弾性変形する。アセンブリの後に、充填層7が硬化接着し、厚みが50μm程度の放熱シート10が形成される。
前記各線状構造体の一端側の第1の部分を非被覆状態として他端側の第2の部分を被覆する被覆材料と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第1の部分における変形量が前記第2の部分における変形量よりも大きいことを特徴とするシート状構造体。
放熱体と、
前記発熱体と前記放熱体との間に配置されたシート状構造体と
を備え、
前記シート状構造体は、
複数の炭素元素の線状構造体と、
前記各線状構造体の前記放熱体側の第1の部分を非被覆状態として前記発熱体側の第2の部分を被覆する被覆材料と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第1の部分における変形量が前記第2の部分における変形量よりも大きいことを特徴とする電子装置。
前記各線状構造体の一端側の第1の部分を非被覆状態として他端側の第2の部分を被覆材料で被覆する工程と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第1の部分における変形量が前記第2の部分における変形量よりも大きいことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
複数の前記線状構造体を形成した後、前記第1の部分間の空隙を前記第1の充填材料で充填し、
前記第1の充填材料から露出する前記第2の部分を前記被覆材料で覆い、
前記第1の充填材料から露出する前記第2の部分の前記被覆材料間の空隙を前記第2の充填材料で充填することを特徴とする付記7に記載のシート状構造体の製造方法。
前記各線状構造体の一端側の第1の部分を非被覆状態として他端側の第2の部分を被覆材料で被覆する工程と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程と
を含み、
前記充填材料を挟んで発熱体と放熱体とが接続され、前記各線状構造体の前記第1の部分が前記放熱体と、前記第2の部分が前記発熱体とそれぞれ接触しており、前記第1の部分における変形量が前記第2の部分における変形量よりも大きいことを特徴とする電子装置の製造方法。
複数の前記線状構造体を形成した後、前記第1の部分間の空隙を前記第1の充填材料で充填し、
前記第1の充填材料から露出する前記第2の部分を前記被覆材料で覆い、
前記第1の充填材料から露出する前記第2の部分の前記被覆材料間の空隙を前記第2の充填材料で充填することを特徴とする付記10に記載の電子装置の製造方法。
2 触媒金属膜
3 束状構造体
3a CNT
4,7 充填層
5 被覆層
6 ヒートスプレッダ
6a 凹部
8 半導体チップ
10 放熱シート
Claims (10)
- 複数の炭素元素の線状構造体と、
前記各線状構造体の一端側の第1の部分を非被覆状態として他端側の第2の部分を微粒子の集合体で被覆する被覆材料と、
前記第1の部分及び前記第2の部分を共に内包し、複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料と
を含み、
前記各線状構造体は、前記充填材料内において、前記第1の部分における変形量が前記第2の部分における変形量よりも大きいことを特徴とするシート状構造体。 - 前記充填材料は、複数の前記線状構造体の少なくとも前記第1の部分間の空隙を充填する第1の充填材料と、複数の前記線状構造体の前記第2の部分を覆う前記被覆材料間の空隙を充填する第2の充填材料とを有することを特徴とする請求項1に記載のシート状構造体。
- 前記充填材料は、前記第2の充填材料が液状化する温度範囲内で前記第1の充填材料が固体状であることを特徴とする請求項2に記載のシート状構造体。
- 発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と前記放熱体との間に配置されたシート状構造体と
を備え、
前記シート状構造体は、
複数の炭素元素の線状構造体と、
前記各線状構造体の前記放熱体側の第1の部分を非被覆状態として前記発熱体側の第2の部分を微粒子の集合体で被覆する被覆材料と、
前記第1の部分及び前記第2の部分を共に内包し、複数の前記線状構造体間の空隙を充填する充填材料と
を含み、
前記各線状構造体は、前記充填材料内において、前記第1の部分における変形量が前記第2の部分における変形量よりも大きいことを特徴とする電子装置。 - 前記充填材料は、複数の前記線状構造体の少なくとも前記第1の部分間の空隙を充填する第1の充填材料と、複数の前記線状構造体の前記第2の部分を覆う前記被覆材料間の空隙を充填する第2の充填材料とを有することを特徴とする請求項4に記載の電子装置。
- 前記充填材料は、前記第2の充填材料が液状化する温度範囲内で前記第1の充填材料が固体状であることを特徴とする請求項5に記載の電子装置。
- 複数の炭素元素の線状構造体を形成する工程と、
前記各線状構造体の一端側の第1の部分を非被覆状態として他端側の第2の部分を微粒子の集合体で被覆する工程と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第1の部分及び前記第2の部分が共に前記充填材料に内包されており、前記充填材料内において、前記第1の部分における変形量が前記第2の部分における変形量よりも大きいことを特徴とするシート状構造体の製造方法。 - 前記充填材料は、第1の充填材料と第2の充填材料とを有しており、
複数の前記線状構造体を形成した後、前記第1の部分間の空隙を前記第1の充填材料で充填し、
前記第1の充填材料から露出する前記第2の部分を前記被覆材料で覆い、
前記第1の充填材料から露出する前記第2の部分の前記被覆材料間の空隙を前記第2の充填材料で充填することを特徴とする請求項7に記載のシート状構造体の製造方法。 - 前記被覆材料は、前記第2の充填材料が液状化する温度範囲内で固体状であることを特徴とする請求項8に記載のシート状構造体の製造方法。
- 複数の炭素元素の線状構造体を形成する工程と、
前記各線状構造体の一端側の第1の部分を非被覆状態として他端側の第2の部分を微粒子の集合体で被覆する工程と、
複数の前記線状構造体間の空隙を充填材料で充填する工程と
を含み、
前記各線状構造体は、前記第1の部分及び前記第2の部分が共に前記充填材料に内包されており、
前記充填材料を挟んで発熱体と放熱体とが接続され、前記各線状構造体の前記第1の部分が前記放熱体と、前記第2の部分が前記発熱体とそれぞれ接触しており、前記充填材料内において、前記第1の部分における変形量が前記第2の部分における変形量よりも大きいことを特徴とする電子装置の製造方法。
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