JP6344076B2 - 接続部材の製造方法及び電子機器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、接続部材の製造方法及び電子機器の製造方法に関する。

カーボンナノチューブは、その特性の一つに高熱伝導性がある。このような特性を利用した技術として、束状のカーボンナノチューブ（カーボンナノチューブ群）を備えた熱伝導シートを、回路基板上の半導体素子とヒートスプレッダ等の放熱体との間に介在させる技術が知られている。

さらに、熱伝導シート内の、中央部よりも外側のカーボンナノチューブ群を、中央部のカーボンナノチューブ群よりも厚く、薄膜（被覆層）で被覆する技術が知られている。

特開２０１３−２３９６２３号公報

上記のようにカーボンナノチューブを薄膜で被覆する際には、例えば、カーボンナノチューブ群の中央部の上方に遮蔽板を配置し、薄膜の原料ガスの、中央部への供給量が制御される。しかし、このような遮蔽板を用いる方法では、原料ガスが遮蔽板の下方に回り込み、中央部のカーボンナノチューブにも原料ガスが供給され、外側に、中央部に対して一定の膜厚差以上で薄膜を形成することができない場合がある。

例えば、外側のカーボンナノチューブを、一定の強度が得られる程度の厚みの薄膜で被覆しようとすると、中央部のカーボンナノチューブも一定の厚みの薄膜で被覆されてしまい、十分な熱伝導性が得られなくなるおそれがある。中央部のカーボンナノチューブを被覆する薄膜を薄くするために、外側のカーボンナノチューブを被覆する薄膜を薄くしてしまうと、熱伝導シートに一定の強度を持たせることができなくなるおそれがある。

本発明の一観点によれば、基板の第１領域及び前記第１領域とは異なる第２領域にカーボンナノチューブ群を成長する工程と、前記第１領域のカーボンナノチューブ群を第１樹脂層で被覆する工程と、前記第１樹脂層をマスクとして、前記第２領域のカーボンナノチューブ群に第１材料を堆積し、前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、前記第１樹脂層を除去する工程と、前記第１領域及び前記第２領域のカーボンナノチューブ群を第２樹脂層内に埋設する工程と、前記基板を剥離する工程と、を含む接続部材の製造方法が提供される。

また、本発明の一観点によれば、上記のようにして製造される接続部材を含む電子機器の製造方法が提供される。

開示の技術によれば、第１領域のカーボンナノチューブ群に対し、第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する薄膜の膜厚を厚くしやすくする。所望の熱伝導性と強度を得ることのできる接続部材、そのような接続部材を用いた電子機器を実現することが可能になる。

第１の実施の形態の電子機器の一例を示す図である。 カーボンナノチューブの変形率と接続部材の熱抵抗とを示すグラフである。 第１の実施の形態の電子機器が備える接続部材とその比較例とを説明するための図である。 第１の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その１）を示す図である。 第１の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その２）を示す図である。 第１の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その３）を示す図である。 第１の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その４）を示す図である。 第１の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その５）を示す図である。 第１の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その６）を示す図である。 第１の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その７）を示す図である。 第１の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その８）を示す図である。 第１の実施の形態の別の電子機器の一例を示す図である。 第２の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その１）を示す図である。 第２の実施の形態の電子機器の製造方法の一例（その２）を示す図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
まず、接続部材を含む電子機器について図１を用いて説明する。

図１は、第１の実施の形態の電子機器の一例を示す図である。なお、図１は、電子機器１０の断面を模式的に示している。
電子機器１０は、回路基板２０と、回路基板２０上に配置されたＣＰＵ（Central Processing Unit）等の半導体素子３０と、半導体素子３０を覆い、有機シーラント６０により回路基板２０に接着された箱型のヒートスプレッダ５０とを含む。さらに、電子機器１０は、半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との間に接続部材４０が挟まれて配置されている。

接続部材４０は、半導体素子３０から発生した熱をヒートスプレッダ５０に効果的に伝導させるものである。このような接続部材４０は、中央部の領域Ａの複数のカーボンナノチューブ４１と、領域Ａの外側の領域Ｂの複数のカーボンナノチューブ４３と、カーボンナノチューブ４１，４３の間を埋設する樹脂４４とを有している。領域Ｂのカーボンナノチューブ４３は、カーボンナノチューブを所定材料の薄膜で被覆したものである。領域Ａのカーボンナノチューブ４１は、カーボンナノチューブを所定材料の薄膜で被覆していない又は薄膜による被覆を抑えたものである。カーボンナノチューブ４３の径は、薄膜で被覆されていない又は薄膜による被覆が抑えられたカーボンナノチューブ４１の径よりも太く（厚く）なっている。

次に、カーボンナノチューブ４１を被膜する薄膜について、図２を用いて説明する。
図２は、カーボンナノチューブの変形率と接続部材の熱抵抗とを示すグラフである。
図２では、単原子蒸着（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）法により、カーボンナノチューブを酸化アルミニウムの薄膜で被覆した場合について示している。

まず、図２（Ａ）を用いて、薄膜の膜厚に対するカーボンナノチューブの変形率について説明する。
図２（Ａ）は、横軸は薄膜の膜厚（［ｎｍ］）を、縦軸は薄膜で被覆されたカーボンナノチューブをその長さ方向に０．９ＭＰａで荷重をかける前後のカーボンナノチューブの長さの変形率（［％］）をそれぞれ示している。

このグラフによれば、カーボンナノチューブを被覆する薄膜の膜厚が厚くなるほど、カーボンナノチューブの変形率が減少していることが分かる。薄膜の膜厚が１０ｎｍ位まで厚くなると、カーボンナノチューブの変形率は１０％を下回り、殆ど変形しないようになる。すなわち、カーボンナノチューブは、それを被覆する薄膜の膜厚が厚くなるほど、曲がりにくくなると言うことができる。

次に、図２（Ｂ）を用いて、カーボンナノチューブを含む接続部材に荷重をかけた際の接続部材の熱抵抗について説明する。図２（Ｂ）の測定対象の接続部材は、複数のカーボンナノチューブが熱可塑性樹脂により埋設され、カーボンナノチューブを被覆する薄膜の厚さは均一としている。

図２（Ｂ）は、横軸は接続部材に対する荷重（［ＭＰａ］）を、縦軸は接続部材の熱抵抗（［℃／Ｗ］）をそれぞれ示している。カーボンナノチューブを被覆する薄膜の膜厚が、０ｎｍ（なし）、２．５ｎｍ、５．０ｎｍ、７．５ｎｍ、１０．０ｎｍの場合の接続部材を測定対象としている。

このグラフによれば、接続部材に対する荷重が増加するにつれて、接続部材の熱抵抗が低下していることが分かる。荷重が０．５ＭＰａを超えると、薄膜の膜厚が薄い程、熱抵抗が低くなっていることが分かる。例えば、接続部材に対する荷重が０．９ＭＰａであって、薄膜の膜厚が１０．０ｎｍの場合の熱抵抗は、２．５ｎｍの場合の熱抵抗の約１．６倍となる。このことから、図２（Ａ）で示したように、薄膜の膜厚を厚くするとカーボンナノチューブの変形率は減少するものの、薄膜の膜厚を厚くし過ぎると、カーボンナノチューブの熱抵抗が増加してしまうと言うことができる。

また、接続部材に対する荷重を大きくし過ぎると、接続部材内のカーボンナノチューブが屈曲してしまい、接続部材の熱抵抗は増加してしまう。
次に、接続部材４０（図１）について図３を用いて説明する。

図３は、第１の実施の形態の電子機器が備える接続部材とその比較例とを説明するための図である。
図３（Ａ）は、接続部材４０と比較するための接続部材１４０を、図３（Ｂ）は、接続部材４０を、それぞれ半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との間に配置した場合の要部を示している。

接続部材１４０は、薄膜で被覆されていない複数のカーボンナノチューブ４１と、当該カーボンナノチューブ４１を接続部材４０と同様に埋設する樹脂４４と備える。
半導体素子３０の表面とヒートスプレッダ５０の表面には数十μｍ程度の凹凸が存在している。半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との間に配置される接続部材１４０は、半導体素子３０から発生された熱をヒートスプレッダ５０に効率的に伝導させるためには、半導体素子３０とヒートスプレッダ５０とに密着して、それぞれの表面の凹凸を埋めることが好ましい。このため、接続部材１４０は、ある程度の弾性力を備えることが好ましい。

半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との間に配置された接続部材１４０は、これらから挟持されて受ける押圧力が大きくなると、半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との密着性が向上する。しかし、接続部材１４０の樹脂４４内では、図３（Ａ）に示されるように、カーボンナノチューブ４１が屈曲して、両端が半導体素子３０とヒートスプレッダ５０とに接触しないカーボンナノチューブ４１が生じる。これは接続部材１４０の熱伝導を妨げるために接続部材１４０の熱抵抗の増加を引き起こす一因となり得る。また、押圧力が小さい場合、または、接続部材１４０の厚さが薄い場合には、接続部材１４０が半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との表面の凹凸を十分に埋めることができずに、接続部材１４０と半導体素子３０並びにヒートスプレッダ５０との間に空気層が生じる。このような空気層により、カーボンナノチューブ４１の先端部が半導体素子３０（またはヒートスプレッダ５０）に十分に接触されないために、接続部材１４０の熱抵抗が増加し得る。

一方、接続部材４０は、中央部の領域Ａの複数のカーボンナノチューブ４１と、領域Ａの外側の領域Ｂの複数のカーボンナノチューブ４３と、カーボンナノチューブ４１，４３の間を埋設する樹脂４４とを含む。

カーボンナノチューブ４３は、カーボンナノチューブ４１よりも厚い薄膜で被覆されているために、図２（Ａ）で説明したように、長さ（接続部材４０の厚さ）方向の荷重に対する変化率がカーボンナノチューブ４１よりも小さく、曲がりにくい。

接続部材４０は、このようなカーボンナノチューブ４３を領域Ａの外側の領域Ｂに備えるため、半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との間に配置されて押圧されても、図３（Ｂ）に示されるように、カーボンナノチューブ４３が支えとなる。したがって、接続部材４０は、その厚さが維持され、半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との密着性の低下が抑制され、カーボンナノチューブ４１の屈曲が抑制される。このため、樹脂４４内でカーボンナノチューブ４１のばらつき、偏りが起こらず、樹脂４４内でカーボンナノチューブ４１が半導体素子３０とヒートスプレッダ５０とを熱的に接続するため、接続部材４０の熱抵抗の増加が抑制される。さらに、接続部材４０は、薄膜で被覆されたカーボンナノチューブ４３を含むために、図２（Ｂ）で説明したように、押圧力を受けても熱抵抗の増加が抑制される。

したがって、上記接続部材４０は、半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との間に設けられると、熱抵抗の増加が抑制されて、半導体素子３０から発生した熱をヒートスプレッダ５０に効率的に伝導させることができる。このような接続部材４０を用いることで、冷却性能、信頼性に優れた電子機器１０を実現することが可能になる。

次に、接続部材４０を含む電子機器１０の製造方法について、図４〜図１１並びに図１を用いて説明する。
図４〜図１１は、第１の実施の形態の電子機器の製造方法の一例を示す図である。なお、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ、図４（Ａ）、図５（Ａ）、図６（Ａ）、図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）の上面図である。

まず、シリコン基板１１１を用意し、このシリコン基板１１１上に、３００ｎｍ程度の厚さの熱酸化膜１１２を形成する。
熱酸化膜１１２を形成する基板として、ここではシリコン基板１１１を用いるが、一定の耐熱性を有するものであれば、酸化アルミニウム基板、サファイア基板、酸化マグネシウム基板、ガラス基板等、他の基板を用いてもよい。

次いで、熱酸化膜１１２上の所定の領域に、スパッタ法で下地膜１１３として窒化チタン膜を約５ｎｍの厚さに形成し、さらにその上に触媒金属膜１１４としてコバルト膜をスパッタ法で２．６ｎｍ程度の厚さに形成する（図４）。

なお、下地膜１１３は、上記の窒化チタン膜に限定されない。下地膜１１３には、モリブデン、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブ、バナジウム、チタンシリサイド、アルミニウム、タンタル、タングステン、銅、金、白金、パラジウムのいずれかの膜、またはこれらのうちの１種又は２種以上を含む膜を適用することができる。酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化チタン及び窒化タンタル等の酸化金属膜や窒化金属膜を下地膜１１３として用いることもできる。

また、触媒金属膜１１４は、上記のコバルト膜に限定されない。触媒金属膜１１４には、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、白金のいずれかの膜、またはこれらのうちの１種又は２種以上を含む膜を適用することができる。

さらに、触媒金属膜１１４に代えて、カーボンナノチューブ成長の触媒金属となる金属微粒子を下地膜１１３の上に付着させてもよい。この場合、金属微粒子は、微分型静電分級器等によって予め所定の直径のもののみが収集されて下地膜１１３の上に供給される。

次に、触媒金属膜１１４の触媒作用を利用して、ホットフィラメントＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により触媒金属膜１１４の上に複数のカーボンナノチューブ４１を選択的に成長させる（図５）。

このとき、下地膜１１３が触媒金属膜１１４の触媒作用を活性化させるように機能するため、下地膜１１３がない場合と比較して多くの本数のカーボンナノチューブ４１を形成できる。

そのカーボンナノチューブ４１は、触媒金属膜１１４の表面に対して垂直な方向に成長し易く、各カーボンナノチューブ４１の延在方向がシリコン基板１１１の法線方向に平行となり易い。

カーボンナノチューブ４１の成長条件は特に限定されない。例えば、第１の実施の形態では、原料ガスとしてアセチレンとアルゴンとをそれぞれ１：９の分圧比で混合した原料ガスを使用し、成膜室内の圧力を１ｋＰａ、ホットフィラメントの温度を２５０℃〜１０００℃とすることによりカーボンナノチューブ４１を成長させる。

この成長条件によれば、カーボンナノチューブ４１の面密度は約１×１０¹¹本／ｃｍ²となり、各カーボンナノチューブ４１の直径は４ｎｍ〜８ｎｍで平均直径は約６ｎｍとなり、成長レートは４μｍ／ｍｉｎとなる。

各カーボンナノチューブ４１は、例えば、その中心軸から外側に向かって単層のグラフェンシートが３層〜６層程度積み重なり、その層数の平均値は４層程度となる。このように多層のグラフェンシートを積層してなるカーボンナノチューブは多層カーボンナノチューブとも呼ばれる。

このような多層カーボンナノチューブに代えて単層のグラフェンシートを形成してもよい。
カーボンナノチューブ４１の面密度やサイズは上記に限定されないが、カーボンナノチューブ４１による放熱効果の実効を図るには、なるべく高い面密度、例えば１×１０¹⁰本／ｃｍ²以上の面密度でカーボンナノチューブ４１を形成するのが好ましい。また、カーボンナノチューブ４１の長さは、最終的な電子機器の用途によっても異なるが、第１の実施の形態では、例えば、２００μｍ〜３００μｍ程度とする。

次に、各カーボンナノチューブ４１の先端部を樹脂１１５によってコーティングする（図６）。
樹脂１１５には、カーボンナノチューブ４１を被膜する薄膜工程の加熱に耐え、レーザー等で剥離できる一定の耐熱性を有する材料を用いる。また、コーティングの方法は、樹脂１１５をカーボンナノチューブ４１の先端部に塗布することができればよく、例えば、スピンコート法等を用いることができる。または、樹脂１１５は、フォトリソグラフィ技術で用いられるレジスト材を適用することも可能である。

次に、樹脂１１５の中央部を残して、その外側をレーザー照射により除去して、樹脂１１５をパターニングした樹脂１１５ａを形成する（図７）。
レーザー照射で用いられるレーザー光は、特に限定されず、例えば、ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー等のガスレーザーを用いることができる。また、レーザー種、レーザー照射時間、レーザー出力は、樹脂１１５の材質が持つ吸収波長帯域、成膜する膜厚等に応じて、適宜選択することができる。例えば、連続照射型レーザーを使用する場合、照射時の走査の移動速度を変更することで、照射時間を変更することができる。また、パルス型レーザーの場合、発光時間を変更することで、照射時間を調整することができる。また、樹脂１１５にレジスト材を用いた場合には、フォトリソグラフィ技術で行われるように、樹脂１１５を加熱した後に、露光及び現像を行ってパターニングして、樹脂１１５ａを形成することも可能である。

次に、パターニングされた樹脂１１５ａをマスクとして、シリコン基板１１１の上側全面に、ＡＬＤ法により、薄膜４２として酸化アルミニウムの層を堆積する（図８）。
そのＡＬＤ法においては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウムと水との混合ガスを使用すると共に、成膜温度を２００℃とすることにより、薄膜４２の膜厚を１０数ｎｍの厚さに形成する。また、図２で説明したように、薄膜４２の膜厚が１０ｎｍ程度を超えると、カーボンナノチューブ４３の変形率が１０％未満まで低下するので、薄膜４２の膜厚は１０ｎｍ以上が好ましい。

この薄膜４２は、樹脂１１５ａの外側の各カーボンナノチューブ４１の側面及び先端部を覆ってカーボンナノチューブ４３を構成し、カーボンナノチューブ４３を補強する機能の他に、後述の埋設用の樹脂に対する各カーボンナノチューブ４３の濡れ性を向上させる機能を有する。

このような機能を有する膜には酸化アルミニウムの他に酸化亜鉛もあり、酸化亜鉛を薄膜４２として形成してもよい。その場合は、原料ガスとしてジエチル亜鉛と水との混合ガスを使用すればよい。

さらに、銅、ルテニウム、プラチナ等の金属で薄膜４２を形成してもよい。
次に、パターニングされた樹脂１１５ａを加熱により溶解させて、樹脂１１５ａ上の薄膜４２と共に除去する（図９（Ａ））。

これにより、中央部の領域Ａにカーボンナノチューブ４１が、領域Ａの外側の領域Ｂに薄膜４２で被覆されたカーボンナノチューブ４３が、それぞれ配置されるようになる（図９（Ａ），（Ｂ））。

次に、カーボンナノチューブ４１，４３の先端部に、熱可塑性の樹脂４４を配置する（図１０（Ａ））。
この際、樹脂４４を少し溶融させておくことで、配置された樹脂４４にカーボンナノチューブ４１，４３の先端部が入り込む。

樹脂４４は、例えば、フィルム状であって、その厚さは、カーボンナノチューブ４１，４３の長さに応じて適宜設置する。例えば、カーボンナノチューブ４１，４３の長さと同程度、例えば２００μｍ〜３００μｍ程度が好適である。

フィルム状の樹脂４４の熱可塑性樹脂としては、例えば、ホットメルト樹脂を適用することができる。ホットメルト樹脂としては、ポリアミド系ホットメルト樹脂、ポリエステル系ホットメルト樹脂、ポリウレタン系ホットメルト樹脂、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂、エチレン共重合体ホットメルト樹脂、ＳＢＲ系ホットメルト樹脂、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂、ブチルゴム系ホットメルト樹脂が挙げられる。

次に、樹脂４４を配置したシリコン基板１１１を、例えば１９５℃の温度で加熱しながら、樹脂４４の押圧面４４ａをシリコン基板１１１側に押圧する。これにより、樹脂４４の熱可塑性樹脂が溶解し、カーボンナノチューブ４１，４３の間隙に徐々に浸透していく。この際、樹脂４４を、シリコン基板１１１（触媒金属膜１１４）の表面に達しない程度まで浸透させることが好ましい。

樹脂４４を予めシート状に加工しておくことにより、そのシート膜厚でカーボンナノチューブ４１，４３に含浸させる量を制御することができる。これにより、加熱温度や加熱時間を制御して、樹脂４４がシリコン基板１１１まで達しないようにすることができる。

シリコン基板１１１に達しないところで樹脂４４の浸透を停止するのは、後述するように、シリコン基板１１１と、熱酸化膜１１２と、下地膜１１３と、触媒金属膜１１４とをカーボンナノチューブ４１，４３から剥離するのを容易にするためである。カーボンナノチューブ４１，４３から容易に剥離できるような場合等は、シリコン基板１１１に達するまで樹脂４４を浸透させるようにしてもよい。

カーボンナノチューブ４１，４３の間隙に浸透させる樹脂４４の量は、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２００μｍのカーボンナノチューブ４１，４３に対しては、１９５℃で数分間の熱処理を行うことにより、樹脂４４を所定の位置まで浸透させることができる。

樹脂４４の加熱時間は、カーボンナノチューブ４１，４３の長さ、樹脂４４の融解時の粘度、樹脂４４の膜厚等に応じて適宜設定することができる。
なお、樹脂４４の形状は、フィルム状のほか、ペレット状や棒状でも構わない。

次に、樹脂４４を所定の位置まで浸透させた後、室温まで冷却し、樹脂４４を固化する。これにより、カーボンナノチューブ４１，４３の間隙が樹脂４４で埋設される（図１０（Ｂ））。

次に、樹脂４４が含浸されたカーボンナノチューブ４１，４３から、シリコン基板１１１と、熱酸化膜１１２と、下地膜１１３と、触媒金属膜１１４とを剥離する。
剥離されたカーボンナノチューブ４１，４３に含浸させた樹脂４４の押圧面４４ａをヒートスプレッダ５０に接触させる。加熱しながら、シリコン基板１１１等が剥離された側のカーボンナノチューブ４１，４３を治具１１６によりヒートスプレッダ５０側に押圧して、樹脂４４の押圧面４４ａをヒートスプレッダ５０に付着させる（図１１）。

その後、治具１１６を取り外し、樹脂４４の押圧面４４ａの反対側のカーボンナノチューブ４１，４３の端部を、回路基板２０上に実装された半導体素子３０の上に積層する。加熱しながら、ヒートスプレッダ５０を半導体素子３０側に押圧すると、カーボンナノチューブ４１，４３が樹脂４４内に入り込み、カーボンナノチューブ４１，４３の先端部がヒートスプレッダ５０に接触する。さらに押圧してカーボンナノチューブ４１，４３が圧縮することで、接続部材４０が圧縮する。そして、押圧したヒートスプレッダ５０を、接続部材４０の樹脂４４で半導体素子３０に接着すると共に、有機シーラント６０で回路基板２０に接着する。

半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との間で押圧力を受けて、カーボンナノチューブ４１，４３及び樹脂４４が圧縮されると、薄膜４２で被覆されたカーボンナノチューブ４３が支えとなり、カーボンナノチューブ４１の屈折が抑制される。このため、カーボンナノチューブ４１，４３の弾性力により接続部材４０はヒートスプレッダ５０と半導体素子３０との各表面に密着し、樹脂４４内でカーボンナノチューブ４１，４３のばらつき、偏りが起こらずに、カーボンナノチューブ４１，４３はヒートスプレッダ５０と半導体素子３０とにそれぞれ熱的に接続する。したがって、接続部材４０の熱抵抗の増加が抑制される。

このような接続部材４０を備えることで、冷却性能、信頼性に優れる電子機器１０が製造される（図１）。
上記接続部材４０の製造方法では、シリコン基板１１１の中央部の領域Ａと領域Ａの外側の領域Ｂとにカーボンナノチューブ４１を成長させる。そして、カーボンナノチューブ４１に薄膜４２となる材料を堆積する。次に、領域Ａのカーボンナノチューブ４１の先端部を樹脂１１５ａで被覆し、樹脂１１５ａをマスクとして、薄膜４２となる材料を堆積し、堆積後に樹脂１１５ａを除去する。これにより、領域Ａの外側の領域Ｂのカーボンナノチューブ４３との膜厚を、領域Ａのカーボンナノチューブ４１の膜厚よりも厚くすることができるようになる。

上記接続部材４０の製造方法では、薄膜４２を形成する際のマスクとなる樹脂１１５ａが、カーボンナノチューブ４１の先端部を覆うように形成される。このようにマスクを、カーボンナノチューブ４１から離間させずに配置することで、マスク上方から薄膜４２の材料を堆積する際、その材料が、マスク下、すなわち中央部の領域Ａに存在するカーボンナノチューブ４１に回り込むのを抑制することができる。そのため、マスク外、すなわち領域Ａの外側の領域Ｂに存在するカーボンナノチューブ４１に、薄膜４２となる材料を、所望の膜厚で堆積し、所望の膜厚の薄膜４２で被覆したカーボンナノチューブ４３を得ることができる。上記製造方法によれば、中央部のカーボンナノチューブ４１に対し、その外側のカーボンナノチューブ４１（４３）に所望の膜厚で薄膜４２を形成することができ、中央部とその外側で薄膜４２の膜厚の差が大きい接続部材４０を得ることができる。

中央部とその外側で薄膜４２の膜厚の差が大きい接続部材４０では、外側のカーボンナノチューブ４３で効果的に補強を行い、中央部のカーボンナノチューブ４１で効果的に熱伝導を行うことができる。このような接続部材４０をヒートスプレッダ５０と半導体素子３０の間に設けることで、外側のカーボンナノチューブ４３で接続部材４０の過度な圧縮を効果的に抑制する。そして、中央部のカーボンナノチューブ４１を、ヒートスプレッダ５０と半導体素子３０の双方に効果的に接触させる。これにより、半導体素子３０で発生する熱を、接続部材４０を介して効率的にヒートスプレッダ５０に伝達し、半導体素子３０の過熱を抑制することができる。

なお、接続部材４０は、箱型のヒートスプレッダ５０に対して適用されるだけではなく、以下の図１２に示す板状のヒートスプレッダを備える電子機器にも適用することができる。

図１２は、第１の実施の形態の別の電子機器の一例を示す図である。
電子機器１００は、電子機器１０の箱型のヒートスプレッダ５０に代わり、板状のヒートスプレッダ５１が適用されている。

電子機器１００の厚さは、ヒートスプレッダ５１が板状であるために、箱型のヒートスプレッダ５０の場合よりも薄くすることも可能となる。
但し、ヒートスプレッダ５１と半導体素子３０との間隙は、接続部材４０が圧縮されてカーボンナノチューブ４３が屈折しない程度までとする。

電子機器１００では、カーボンナノチューブ４３が支えとなり、カーボンナノチューブ４１の屈折が抑制され、樹脂４４内でカーボンナノチューブ４１は半導体素子３０とヒートスプレッダ５１とを熱的に接続する。電子機器１００では、接続部材４０の熱抵抗の増加を抑制して冷却性能を高めることができ、また、薄型化を図ることができる。

［第２の実施の形態］
上記第１の実施の形態では、基板上のカーボンナノチューブ群のうち、中央部の外側のカーボンナノチューブを選択的に薄膜で被覆する場合を例示した。このほか、基板上のカーボンナノチューブ群を薄膜で被覆し、そのカーボンナノチューブ群に対し、さらにその中央部の外側のカーボンナノチューブを選択的に薄膜で被覆するようにしてもよい。ここでは、このような手法を、第２の実施の形態として、図１３及び図１４を用いて説明する。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の製造工程が適用される場合には、それらの説明を簡略化する。

図１３及び図１４は、第２の実施の形態の電子機器の製造方法の一例を示す図である。
まず、シリコン基板１１１上に熱酸化膜１１２と、下地膜１１３と、触媒金属膜１１４とを順に形成し、パターニングして所望の領域のみを残す（図４）。次いで、ホットフィラメントＣＶＤ法により触媒金属膜１１４の上に複数のカーボンナノチューブ４１を選択的に成長させる（図５）。

次に、シリコン基板１１１の上側の全てのカーボンナノチューブ４１にＡＬＤ法により、膜厚が２．５ｎｍ程度の酸化アルミニウムの薄膜４５を堆積する（図１３）。
この薄膜４５により、シリコン基板１１１上の各カーボンナノチューブ４１の側面及び先端部を覆う。これにより、カーボンナノチューブ４１を薄膜４５で被覆したカーボンナノチューブ４６を得る。カーボンナノチューブ４６の薄膜４５は、補強する機能の他に、樹脂４４に対する濡れ性を向上させる機能を有する。

次に、第１の実施の形態と同様に、カーボンナノチューブ４６の先端部を樹脂１１５によりコーティングする。このようにコーティングされた樹脂１１５の中央部を残して、その外側をレーザー照射により除去して、樹脂１１５をパターニングして、樹脂１１５ａを形成する（図６及び図７の工程に対応）。パターニングされた樹脂１１５ａをマスクとして、シリコン基板１１１上の樹脂１１５ａの外側の各カーボンナノチューブ４６の側面及び先端部に、ＡＬＤ法により、薄膜４５にさらに酸化アルミニウムの層を堆積して、膜厚が１０数ｎｍの薄膜４２を形成する（図８の工程に対応）。

次に、パターニングされた樹脂１１５ａを加熱により溶解して、樹脂１１５ａ上の薄膜４２と共に除去する（図１４（Ａ））。
これにより、中央部の領域Ａに薄膜４５で被覆されたカーボンナノチューブ４６が、領域Ａの外側の領域Ｂに薄膜４２（薄膜４５にさらに堆積を行ったもの）で被覆されたカーボンナノチューブ４３が、それぞれ配置される（図１４（Ｂ））。

以降の工程は、第１の実施の形態の図１０、図１１及び図１に対応する工程と同様である。
すなわち、カーボンナノチューブ４６，４３の先端部に熱可塑性の樹脂４４を配置し（図１０（Ａ）の工程に対応）、加熱しながら樹脂４４の押圧面４４ａをシリコン基板１１１側に押圧して、カーボンナノチューブ４６，４３の間隙に樹脂４４が徐々に浸透する。カーボンナノチューブ４６，４３は、それぞれ薄膜４５，４２で被覆されているために樹脂４４との濡れ性が向上し、樹脂４４はカーボンナノチューブ４６，４３の間に広がりやすくなる。

次に、樹脂４４を所定の位置まで浸透させた後、室温まで冷却し、樹脂４４を固化することで、カーボンナノチューブ４６，４３の間隙が樹脂４４で埋設される（図１０（Ｂ）の工程に対応）。

樹脂４４が含浸されたカーボンナノチューブ４６，４３から、シリコン基板１１１と、熱酸化膜１１２と、下地膜１１３と、触媒金属膜１１４とを剥離し、カーボンナノチューブ４６，４３に含浸させた樹脂４４の押圧面４４ａをヒートスプレッダ５０に接触させる。加熱しながら、シリコン基板１１１等が剥離された側のカーボンナノチューブ４６，４３を治具１１６によりヒートスプレッダ５０側に押圧して、樹脂４４の押圧面４４ａをヒートスプレッダ５０に付着させる（図１１の工程に対応）。

その後、治具１１６を取り外し、樹脂４４の押圧面４４ａの反対側のカーボンナノチューブ４６，４３の端部を、回路基板２０上に実装された半導体素子３０の上に積層する。加熱しながらヒートスプレッダ５０を半導体素子３０側に押圧し、ヒートスプレッダ５０を、接続部材４０で半導体素子３０に接着し、有機シーラント６０を介して回路基板２０と接着する。

第１の実施の形態と同様に、半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との間で押圧力を受けて、カーボンナノチューブ４６，４３及び樹脂４４が圧縮されると、薄膜４２で被覆されたカーボンナノチューブ４３が支えとなり、カーボンナノチューブ４６の屈折が抑制される。このため、カーボンナノチューブ４６，４３の弾性力により接続部材４０はヒートスプレッダ５０と半導体素子３０との各表面に密着して、樹脂４４内でカーボンナノチューブ４６，４３のばらつき、偏りが起こらずに、カーボンナノチューブ４６，４３はヒートスプレッダ５０と半導体素子３０とにそれぞれ熱的に接続する。したがって、接続部材４０の熱抵抗の増加が抑制される。

これにより、カーボンナノチューブ４６，４３を含む接続部材４０が半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との間に配置されて、冷却性能、信頼性に優れる電子機器１０が製造される（図１の工程に対応）。

なお、第２の実施の形態の接続部材４０は、第１の実施の形態の電子機器１００に対しても適用することが可能である。
また、第１，第２の実施の形態で製造される接続部材４０は、半導体素子３０とヒートスプレッダ５０との熱的接続に限らず、例えば、素子と回路との電気的接続にも適用することができる。

また、図１４に示した構造は、先に、領域Ｂのカーボンナノチューブ４１に薄膜の材料を堆積させた後、領域Ａ，Ｂのカーボンナノチューブ４１に薄膜の材料を堆積させても得ることができる。すなわち、第１の実施の形態と同様に、パターニングした樹脂層１１５ａをマスクとして、領域Ｂのカーボンナノチューブ４１を所定の膜厚の薄膜で被覆する。当該樹脂層１１５ａの除去後、領域Ａのカーボンナノチューブ４１と、領域Ｂの薄膜で被覆されたカーボンナノチューブ４１とにそれぞれ薄膜の材料を堆積させる。この際、領域Ａのカーボンナノチューブ４１を被覆する薄膜の膜厚が２．５ｎｍとなり、領域Ｂのカーボンナノチューブ４１にさらに材料が堆積されて、領域Ｂのカーボンナノチューブ４１を被覆する薄膜の膜厚が１０ｎｍとなるようにすることで、図１４の構造を得るこことができる。なお、この後の処理は、第１の実施の形態の図１０及び図１１を用いて説明した工程を経て半導体装置を製造することができる。

また、第１，第２の実施の形態のように、シリコン基板１１１上のカーボンナノチューブ４１の先端部にコーティングした樹脂１１５のパターンに応じて、カーボンナノチューブ４１の領域Ｂ（外側）に限らず、所望の領域のカーボンナノチューブ４１を薄膜で被覆することができる。例えば、図５（Ｂ）において、左側半分のカーボンナノチューブ４１を薄膜で被覆したい場合には、カーボンナノチューブ４１の先端部に配置した樹脂１１５（図６）から左側半分のカーボンナノチューブ４１の先端部の樹脂１１５をレーザー照射で除去する。そして、ＡＬＤ法を行うことで、左側半分のカーボンナノチューブ４１を薄膜４２で被覆する。

以上説明した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 基板の第１領域と前記第１領域の外側の第２領域とにカーボンナノチューブ群を成長する工程と、
前記第１領域のカーボンナノチューブ群の先端部を第１樹脂層で被覆する工程と、
前記第１樹脂層をマスクとして、前記第２領域のカーボンナノチューブ群に第１材料を堆積し、前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、
を含むことを特徴とする接続部材の製造方法。

（付記２） 前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程後、
前記第１樹脂層を除去する工程と、
前記基板上のカーボンナノチューブ群を第２樹脂層内に埋設する工程と、
前記基板を剥離する工程と、
をさらに含むことを特徴とする付記１に記載の接続部材の製造方法。

（付記３） 前記基板上にカーボンナノチューブ群を成長する工程後、
前記基板上のカーボンナノチューブ群に第２材料を堆積し、前記基板上のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、
を含むことを特徴とする付記１又は２に記載の接続部材の製造方法。

（付記４） 前記第１領域のカーボンナノチューブ群の先端部を前記第１樹脂層で被覆する工程では、
前記基板上の前記第１領域及び前記第２領域のカーボンナノチューブ群の先端部に第３樹脂層を配置し、前記第２領域に対応する前記第３樹脂層の部分を除去して前記第１樹脂層を形成する、
ことを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の接続部材の製造方法。

（付記５） 前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する薄膜の膜厚の厚さは、１０ｎｍ以上である、
ことを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の接続部材の製造方法。

（付記６） 前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程後、
前記第１樹脂層を除去する工程と、
前記基板上のカーボンナノチューブ群に第２材料を堆積し、前記基板上のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、
を含むことを特徴とする付記１に記載の接続部材の製造方法。

（付記７） 前記基板上のカーボンナノチューブ群を被覆する工程後、
前記基板上のカーボンナノチューブ群を第２樹脂層内に埋設する工程と、
前記基板を剥離する工程と、
をさらに含むことを特徴とする付記６に記載の接続部材の製造方法。

（付記８） 基板の第１領域と前記第１領域の外側の第２領域とにカーボンナノチューブ群を成長する工程と、
前記第１領域のカーボンナノチューブ群の先端部を第１樹脂層で被覆する工程と、
前記第１樹脂層をマスクとして、前記第２領域のカーボンナノチューブ群に第１材料を堆積し、前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、
前記第１樹脂層を除去する工程と、
前記基板上のカーボンナノチューブ群を第２樹脂層内に埋設する工程と、
前記基板を剥離して、接続部材を形成する工程と、
前記接続部材を半導体素子と放熱部材との間に配置する工程と、
を含むことを特徴とする電子機器の製造方法。

（付記９） 前記放熱部材は板状であることを特徴とする付記８記載の電子機器の製造方法。
（付記１０） 基板の第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域とにカーボンナノチューブ群を成長する工程と、
前記第１領域のカーボンナノチューブ群の先端部を第１樹脂層で被覆する工程と、
前記第１樹脂層をマスクとして、前記第２領域のカーボンナノチューブ群に第１材料を堆積し、前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、
を含むことを特徴とする接続部材の製造方法。

１０，１００ 電子機器
２０ 回路基板
３０ 半導体素子
４０，１４０ 接続部材
４１，４３，４６ カーボンナノチューブ
４２，４５ 薄膜
４４ 樹脂
４４ａ 押圧面
５０，５１ ヒートスプレッダ
６０ 有機シーラント
１１１ シリコン基板
１１２ 熱酸化膜
１１３ 下地膜
１１４ 触媒金属膜
１１５，１１５ａ 樹脂
１１６ 治具

Claims (5)

1. 基板の第１領域及び前記第１領域とは異なる第２領域にカーボンナノチューブ群を成長する工程と、
   前記第１領域のカーボンナノチューブ群を第１樹脂層で被覆する工程と、
   前記第１樹脂層をマスクとして、前記第２領域のカーボンナノチューブ群に第１材料を堆積し、前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、
   前記第１樹脂層を除去する工程と、
   前記第１領域及び前記第２領域のカーボンナノチューブ群を第２樹脂層内に埋設する工程と、
   前記基板を剥離する工程と、
   を含むことを特徴とする接続部材の製造方法。
2. 前記第１領域及び前記第２領域にカーボンナノチューブ群を成長する工程後、
   前記第１領域及び前記第２領域のカーボンナノチューブ群に第２材料を堆積し、前記第２材料で前記第１領域及び前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の接続部材の製造方法。
3. 前記第１領域のカーボンナノチューブ群を前記第１樹脂層で被覆する工程では、
   前記第１領域及び前記第２領域のカーボンナノチューブを第３樹脂層で被覆し、前記第２領域に対応する前記第３樹脂層の部分を除去して前記第１樹脂層を形成する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の接続部材の製造方法。
4. 前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程後、
   前記第１樹脂層を除去する工程と、
   前記第１領域及び前記第２領域のカーボンナノチューブ群に第２材料を堆積し、前記第２材料で前記第１領域及び前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の接続部材の製造方法。
5. 基板の第１領域及び前記第１領域とは異なる第２領域にカーボンナノチューブ群を成長する工程と、
   前記第１領域のカーボンナノチューブ群を第１樹脂層で被覆する工程と、
   前記第１樹脂層をマスクとして、前記第２領域のカーボンナノチューブ群に第１材料を堆積し、前記第１材料で前記第２領域のカーボンナノチューブ群を被覆する工程と、
   前記第１樹脂層を除去する工程と、
   前記第１領域及び前記第２領域のカーボンナノチューブ群を第２樹脂層内に埋設する工程と、
   前記基板を剥離して、接続部材を形成する工程と、
   前記接続部材を半導体素子と放熱部材との間に配置する工程と、
   を含むことを特徴とする電子機器の製造方法。

Images