KR101111127B1 - 시트 형상 구조체와 그 제조 방법 및 전자기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 사용한 열 전도도 및 전기 전도도가 매우 높은 시트 형상 구조체와 그 제조 방법, 및 이러한 시트 형상 구조체를 사용한 고성능의 전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다.
상호간에 제 1 간극을 두고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발(12)과, 제 1 간극 및 제 2 간극에 충전되고, 복수의 선 형상 구조체 다발(12)을 유지하는 충전층(14)을 갖는다.
선 형상 구조체 다발, 충전층, 피막, 카본 나노 튜브 시트

Description

시트 형상 구조체와 그 제조 방법 및 전자기기{SHEET STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND ELECTRONIC INSTRUMENT}
본 발명은 시트 형상 구조체와 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 시트의 면에 대하여 수직 방향으로 배향한 탄소 원소로 이루어지는 선형상 구조체를 갖는 시트 형상 구조체와 그 제조 방법, 및 이러한 시트 형상 구조체를 사용한 전자기기에 관한 것이다.
서버나 퍼스널 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit) 등에 사용되는 전자 부품에는, 반도체 소자로부터 발하는 열을 효율적으로 방열하는 것이 요구된다. 따라서, 반도체 소자의 바로 위에 설치된 인듐 시트 등의 열 전도성 시트를 통하여, 구리 등의 높은 열 전도도를 갖는 재료의 히트 스프레더(heat spreader)가 배치된 구조를 갖고 있다.
그러나, 최근의 레어 메탈의 대폭적인 수요 증가에 의해 인듐 가격은 고등(高騰)하고 있어, 인듐보다 저렴한 대체 재료가 대망(待望)되고 있다. 또한, 물리적으로 봐도 인듐의 열 전도도(50W/m?K)는 높다고는 할 수 없어, 반도체 소자로부터 발생한 열을 더 효율적으로 방열시키기 위해 더 높은 열 전도도를 갖는 재료가 요구되고 있다.
이러한 배경으로부터, 인듐보다 높은 열 전도도를 갖는 재료로서, 카본 나노 튜브로 대표되는 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체가 주목되고 있다. 카본 나노 튜브는 매우 높은 열 전도도(1500W/m?K)를 가질뿐만 아니라, 유연성이나 내열성이 우수한 재료이며, 방열 재료로서 높은 포텐셜을 갖고 있다.
카본 나노 튜브를 사용한 열 전도 시트로서는, 수지 중에 카본 나노 튜브를 분산한 열 전도 시트나, 기판 상에 배향 성장한 카본 나노 튜브 다발을 수지 등에 의해 매립한 열 전도 시트가 제안되고 있다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허2003-249613호 공보
[특허문헌 2] 일본국 공개특허2004-207690호 공보
[특허문헌 3] 일본국 공개특허2005-150362호 공보
[특허문헌 4] 일본국 공개특허2006-147801호 공보
[특허문헌 5] 일본국 공개특허2006-303240호 공보
[특허문헌 6] 일본국 공개특허2007-284679호 공보
그러나, 카본 나노 튜브를 사용한 종래의 열 전도 시트에서는, 카본 나노 튜브가 갖는 높은 열 전도도를 충분히 살릴 수 없었다.
본 발명은 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 사용한 열 전도도와 전기 전도도가 매우 높은 시트 형상 구조체 및 그 제조 방법, 및 이러한 시트 형상 구조체를 사용한 고성능의 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 일 관점에 의하면, 상호간에 제 1 간극(間隙)을 갖고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 상기 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발과, 상기 제 1 간극 및 상기 제 2 간극에 충전되어, 상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층을 갖는 시트 형상 구조체가 제공된다.
또한, 실시예의 다른 관점에 의하면, 상호간에 제 1 간극을 두고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 상기 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발과, 상기 제 1 간극 및 상기 제 2 간극에 충전되어, 상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층을 갖고, 복수의 상기 선 형상 구조체 다발은 한쪽의 면 측의 단부(端部)가 다른 쪽의 면 측의 단부보다 좁아져 있는 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발을 포함하는 제 1 그룹과, 상기 다른 쪽의 면 측의 단부가 상기 한쪽의 면 측의 단 부보다 좁아져 있는 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발을 포함하는 제 2 그룹을 갖는 시트 형상 구조체가 제공된다.
또한, 실시예의 또 다른 관점에 의하면, 상호간에 제 1 간극을 두고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 상기 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발과, 상기 제 1 간극 및 상기 제 2 간극에 충전되어, 상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층을 갖는 시트 형상 구조체를 포함하는 전자기기가 제공된다.
또한, 실시예의 또 다른 관점에 의하면, 기판 상의 상호간에 이간된 복수의 영역 상에 촉매 금속막을 각각 형성하는 공정과, 상기 촉매 금속막을 촉매로 하여 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 성장(成長)하고, 상기 복수의 영역의 각각에, 복수의 상기 선 형상 구조체를 포함하는 선 형상 구조체 다발을 선택적으로 형성하는 공정과, 상기 선 형상 구조체 다발 사이 및 상기 선 형상 구조체 사이에 충전재를 충전하여, 상기 충전재의 충전층을 형성하는 공정과, 상기 기판을 제거하는 공정을 갖는 시트 형상 구조체의 제조 방법이 제공된다.
또한, 실시예의 또 다른 관점에 의하면, 제 1 기판 상의 상호간에 이간된 복수의 영역의 각각에 제 1 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정과, 제 2 기판 상의 상호간에 이간된 복수의 영역의 각각에 제 2 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판의 상기 제 1 선 형상 구조체 다발이 형성된 면과, 상기 제 2 기판의 상기 제 2 선 형상 구조체 다발이 형성된 면을 대향시키고, 상기 제 1 선 형상 구조체 다발과 상기 제 2 선 형상 구조체 다발이 상호간에 끼워맞춰져 간극을 메우도록, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 접합시키는 공정과, 상기 제 1 선 형상 구조체 다발과 상기 제 2 선 형상 구조체 다발 사이 및 상기 선 형상 구조체 사이에 충전재를 충전하여, 상기 충전재의 충전층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 제거하는 공정을 갖는 시트 형상 구조체의 제조 방법이 제공된다.
개시한 시트 형상 구조체에 의하면, 선 형상 구조체 다발이 시트의 막 두께 방향으로 배향된 시트 형상 구조체를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 선 형상 구조체 다발의 양 단부는 충전층으로부터 용이하게 노출시킬 수 있고, 피착체(被着體)에 대한 열 전도도 및 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 이 시트 형상 구조체를 사용한 전자기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 개시한 시트 형상 구조체에 의하면, 한쪽의 면 측의 단부가 다른 쪽의 면 측의 단부보다 좁아져 있는 테이퍼 형상의 선 형상 구조체 다발과, 다른 쪽의 면 측의 단부가 상기 한쪽의 면 측의 단부보다 좁아져 있는 테이퍼 형상의 선 형상 구조체 다발을 사용하기 때문에, 선 형상 구조체의 면 밀도(面密度)를 큰 폭으로 높일 수 있다. 이에 따라, 피착체에 대한 열 전도도 및 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
또한, 개시한 시트 형상 구조체의 제조 방법에 의하면, 기판 상에 서로 이간된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체 다발을 형성한 후, 충전재를 충전하여 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층을 형성하기 때문에, 충전층의 형성 시에 선 형상 구조체 다발의 형상 변화를 방지할 수 있다. 이에 따라, 선 형상 구조체 다발이 시트의 막 두께 방향으로 배향된 시트 형상 구조체를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 선 형상 구조체 다발의 양 단부는 충전층으로부터 용이하게 노출시킬 수 있고, 피착체에 대한 열 전도도 및 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 이 시트 형상 구조체를 사용한 전자기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
[제 1 실시예]
제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 7을 사용하여 설명한다.
도 1은 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 평면도 및 개략 단면도이다. 도 2는 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 열 전도율과 카본 나노 튜브 다발의 간격의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3은 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트에서의 카본 나노 튜브 다발에 적합한 간격을 설명하는 도면이다. 도 4는 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트에서의 카본 나노 튜브 다발의 형상을 나타내는 평면도이다. 도 5는 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 개략 단면도이다. 도 6 및 도 7은 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
우선, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조에 대해서 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는 각각, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)는, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 복수의 카본 나노 튜브 다발(12)이 서로 간격을 두고 배치되고, 이 간극에 수지 재료 등의 충전층(14)이 매립 형성된 구조를 갖고 있다.
각각의 카본 나노 튜브 다발(12)은, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 시트의 면에 수직인 방향으로 연장하도록 형성되어 있고, 시트의 면에 수직인 방향으로 배향한 복수의 카본 나노 튜브를 갖고 있다. 카본 나노 튜브는 단층 카본 나노 튜브 및 다층 카본 나노 튜브 중 어느 하나일 수도 있다. 카본 나노 튜브 다발(12)에 포함되는 카본 나노 튜브의 밀도는 방열성 및 전기 전도성의 관점에서, 1×1010개/㎠ 이상인 것이 바람직하다.
카본 나노 튜브 다발(12)의 길이(시트의 두께)는 카본 나노 튜브 시트(10)의 용도에 따라 결정되고, 특별히 한정되지는 않지만, 바람직하게는 5㎛～500㎛ 정도의 값으로 설정할 수 있다.
본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)에서는, 카본 나노 튜브 다발(12) 사이에 간극이 설치되고, 이 간극에 충전층(14)이 형성되어 있다. 이것은, 카본 나노 튜브 사이에 충전층(14)을 형성할 때에, 충전재의 침투성을 높이고, 카본 나노 튜브가 가로로 쓰러지는 등의 형상 변화를 억제하여, 카본 나노 튜브가 원래 유지하고 있던 배향성을 유지하기 위함이다(후술하는 제조 방법을 참조).
카본 나노 튜브 다발(12) 사이에 적절한 간극은 충전층(14)으로 되는 충전재의 점도 등에 의해서도 변화하기 때문에 일률적으로 결정할 수 없지만, 각 카본 나 노 튜브 다발(12)을 형성하는 카본 나노 튜브 사이의 간극보다 충분히 넓은 폭, 바람직하게는 0.1㎛～200㎛ 정도의 값으로 설정할 수 있다. 다만, 카본 나노 튜브 다발(12)의 간격이 넓을수록, 시트 면 내에서의 카본 나노 튜브의 면 밀도가 감소, 즉 시트로서의 열 전도도가 감소한다. 또한, 시트 면 내에서의 카본 나노 튜브의 면 밀도는 카본 나노 튜브 다발(12)의 사이즈에 의해서도 변화한다. 따라서, 카본 나노 튜브 다발(12)의 간격은 시트에 요구되는 열 전도도에 따라, 카본 나노 튜브 다발(12)의 사이즈를 고려하여, 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.
도 2는 시트의 열 전도율과 카본 나노 튜브 다발(12)의 사이즈 및 간격과의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 2는 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 영역이 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같은 원형을 세밀 충전형으로 배열한 평면 패턴을 가질 경우에서, 카본 나노 튜브 다발(12) 내의 카본 나노 튜브 밀도를 1×1011개/㎠, 카본 나노 튜브 1개당 열 전도율을 1000W/m?K로 하여 계산한 결과이다. 카본 나노 튜브 다발(CNT 다발)(12)의 사이즈 및 간격이라는 것은, 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 영역의 원의 직경 및 인접하는 원과의 사이의 최단거리이다. 또한, 도면 중, 점선은 종래부터 사용되고 있는 인듐 시트의 열 전도율을 나타내고 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 시트(10)의 열 전도율은 카본 나노 튜브 다발(12)의 사이즈 및 간격에 크게 의존하고, 카본 나노 튜브 다발(12)의 사이즈가 커질수록, 또한 카본 나노 튜브 다발(12)의 간격이 좁아질수록, 증가한 다.
도 2의 카본 나노 튜브 시트(10)의 경우, 인듐 시트와 동등 이상의 열 전도율(약 80W/m?K)의 카본 나노 튜브 시트(10)를 얻기 위해서는, CNT 다발의 직경이 50㎛인 때에 CNT 다발의 간격을 약 4㎛ 이하, CNT 다발의 직경이 100㎛인 때에 CNT 다발의 간격을 약 7㎛ 이하, CNT 다발의 직경이 200㎛인 때에 CNT 다발의 간격을 약 14㎛ 이하, CNT 다발의 직경이 500㎛인 때에 CNT 다발의 간격을 약 36㎛ 이하, CNT 다발의 직경이 1000㎛인 때에 CNT 다발의 간격을 약 72㎛ 이하, CNT 다발의 직경이 2000㎛인 때에 CNT 다발의 간격을 약 151㎛ 이하로 설정한다.
한편, 발열체로서 CPU 등의 반도체 칩을 고려한 경우, 반도체 칩의 동작 시에는, 칩 전체가 발열하는 것이 아니라, 핫 스폿(hot spot)(발열원)을 중심으로 발열한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 핫 스폿이 칩(20)의 표면 근방에 위치할 경우, 핫 스폿에 의한 칩(10) 이면(裏面)에서의 발열 영역은 칩(20)의 두께를 T로 하여, 2Tφ의 영역으로 된다. 예를 들어, 칩(20)의 두께가 100㎛인 경우, 이면의 발열 영역은 약 200㎛φ의 영역이 된다고 생각된다. 이 때, 칩(20)의 이면으로부터 방열하기 위해서는, 방열 패스로 되는 카본 나노 튜브 다발(12)이 반드시 200㎛φ의 영역 내에 존재하는 것이 바람직하다. 칩 두께가 100㎛보다 얇아지는 것이 적은 것을 고려하면, 카본 나노 튜브 다발(12)의 간격은 200㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
각 카본 나노 튜브 다발(12)의 평면 형상은 도 1의 (a)에 나타낸 원형에 한정되지 않는다. 카본 나노 튜브 다발(12)의 평면 형상으로서는, 원형 외에, 예를 들어 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형 등을 사용할 수도 있다.
또한, 복수의 카본 나노 튜브 다발(12)의 배치도 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같은 원형의 세밀 충전형 배열로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12)을, 정방(正方) 격자의 각 격자 점에 위치하도록, 각각 배치할 수도 있다. 또한, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 삼각형의 평면 형상을 갖는 카본 나노 튜브 다발(12)을, 상하의 방향을 바꾸어 1행마다 나열하도록 할 수도 있다. 또한, 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12)을 스트라이프 형상의 패턴으로 할 수도 있다. 또한, 도 4의 (e)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12)을 빗살형의 패턴으로 할 수도 있다.
또한, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)는 카본 나노 튜브 다발(12)의 상단(上端) 및 하단(下端)이 충전층(14)에 의해 덮여있지 않다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 시트(10)를 방열체 또는 발열체와 접촉한 때에, 카본 나노 튜브 다발(12)이 방열체 또는 발열체에 대하여 직접 접하기 때문에, 열 전도 효율을 큰 폭으로 높일 수 있다.
또한, 카본 나노 튜브는 도전성을 갖고 있기 때문에, 카본 나노 튜브 다발(12)의 상단 및 하단이 노출되어 있는 것에 의해, 카본 나노 튜브 다발(12)을, 시트를 관통하는 배선체로서 사용할 수도 있다. 즉, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)는 열 전도 시트로서뿐만 아니라, 종형(縱型) 배선 시트로서도 이용할 수 있다.
카본 나노 튜브 다발(12)의 높이와 충전층(14)의 두께(모두 시트의 두께 방향의 길이)의 관계는 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 동일할 수도 있고, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 카본 나노 튜브 다발(12)의 일단부(一端部)가 충전층(14)의 표면보다 오목하게 되어 있을 수도 있으며, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이 카본 나노 튜브 다발(12)의 일단부가 충전층(14)의 표면보다 돌출되어 있을 수도 있다. 이들 형상은 충전층(14)의 재료나 제조 조건을 바꿈으로써 구분하여 만들 수 있다(후술하는 제조 방법을 참조).
도 5의 (b)의 형상은 카본 나노 튜브 시트(10)를 방열체와 발열체 사이에 배치하여 압착한 때에, 카본 나노 튜브 다발(12)에 가해지는 응력을 충전층(14)에 의해 완화하는 것을 기대할 수 있다. 한편, 도 5의 (c)의 형상에서는, 방열체 및 발열체에 대한 카본 나노 튜브 다발(12)의 밀착성을 향상시키고, 열 전도도를 향상시키는 것을 기대할 수 있다. 카본 나노 튜브 다발(12)의 높이와 충전층(14)의 두께의 관계는 카본 나노 튜브 시트(10)의 사용 목적이나 시트에 가해지는 응력 등에 따라 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들어 도 5의 (d)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 시트(10)의 적어도 한쪽의 표면에, 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부에 접속된 피막(被膜)(18)을 형성하도록 할 수도 있다. 피막(18)은 충전층(14)의 구성 재료보다 열 전도율이 높은 재료이면 특별히 한정되지 않는다. 카본 나노 튜브 시트(10)를 전기 전도 용도로 사용할 경우에는, 도전성을 갖는 재료, 예를 들어 금속이나 합금 등을 적용할 수 있다. 피막(18)의 구성 재료로서는, 예를 들어 구리(Cu), 니 켈(Ni), 금(Au) 등을 사용할 수 있다. 또한, 피막(18)은 단층 구조일 필요는 없고, 예를 들어 티탄(Ti)과 금(Au)의 적층 구조 등, 2층 또는 3층 이상의 적층 구조일 수도 있다.
피막(18)의 막 두께는 특별히 한정되지 않는다. 피막(18)의 막 두께는 카본 나노 튜브 시트(10)에 요구되는 특성이나 피막(18)의 구성 재료에 따라 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.
열 전도성이 높은 피막(18)을 설치함으로써, 피막(18)을 설치하지 않은 경우와 비교하여, 카본 나노 튜브 시트(10)의 피착체(방열체, 발열체)에 대한 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 다발(12)과 피착체 사이의 접촉 열 저항이 저감되고, 카본 나노 튜브 시트(10)의 열 전도성을 높일 수 있다. 카본 나노 튜브 시트(10)를 도전성 시트로서 사용할 경우에는, 도전성을 높일 수 있다.
또한, 도 5의 (d)에서는, 도 5의 (a)의 카본 나노 튜브 시트(10)의 한쪽의 표면에 피막(18)을 형성한 경우를 나타냈지만, 카본 나노 튜브 시트(10)의 양 면에 피막(18)을 형성할 수도 있다. 또한, 도 5의 (b) 또는 도 5의 (c)에 나타낸 카본 나노 튜브 시트(10)의 한쪽의 표면 또는 양 면에 피막(18)을 형성할 수도 있다.
충전층(14)의 구성 재료로서는, 카본 나노 튜브의 매립 시에 액체 형상의 성질을 나타내고, 그 후에 경화할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 유기계 충전재로서는, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지 등을 적용할 수 있다. 또한, 무기계 충전재로서는, SOG(Spin On Glass) 등의 도포형 절연막 형성용 조성물 등을 적용할 수 있다. 또한, 인듐, 땜납, 금속 페이스트(예를 들어, 은 페이스트) 등의 금속 재료를 적용할 수 있다. 또한, 예를 들어 폴리아닐린, 폴리티오펜 등의 도전성 폴리머를 적용할 수 있다.
또한, 충전층(14)에는, 필요에 따라, 첨가물을 분산 혼합할 수도 있다. 첨가물로서는, 예를 들어 열 전도성이 높은 물질이나 도전성이 높은 물질을 생각할 수 있다. 충전층(14) 부분에 열 전도성이 높은 첨가물을 분산 혼합함으로써, 충전층(14) 부분의 열 전도율을 향상시킬 수 있고, 카본 나노 튜브 시트 전체로서의 열 전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 카본 나노 튜브 시트를 도전성 시트로서 사용하는 경우일지라도, 충전층(14) 부분에 도전성이 높은 첨가물을 분산 혼합한다. 이에 따라, 충전층(14) 부분의 도전율을 향상시킬 수 있고, 카본 나노 튜브 시트 전체로서의 도전율을 향상시킬 수 있다. 충전층(14)으로서 예를 들어, 유기계 충전재 등의 열 전도성이 낮은 절연 재료를 사용할 경우에는, 특히 효과적이다. 열 전도성이 높은 재료로서는, 카본 나노 튜브, 금속 재료, 질화알루미늄, 실리카, 알루미나, 그래파이트, 풀러렌 등을 적용할 수 있다. 도전성이 높은 재료로서는, 카본 나노 튜브, 금속 재료 등을 적용할 수 있다.
상술한 피막(18)은 카본 나노 튜브 시트(10)의 열 전도성이나 도전성을 향상시키는 동시에, 충전층(14)의 구성 재료로서 리플로우성을 갖는 재료를 사용하는 경우에는, 카본 나노 튜브 다발(12)이 가닥가닥으로 되는 것을 억제하는 효과도 있다.
다음으로, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법에 대해서 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다.
우선, 카본 나노 튜브 시트(10)를 형성하기 위한 토대로서 사용하는 기판(30)을 준비한다(도 6의 (a)). 기판(30)으로서는, 실리콘 기판 등의 반도체 기판, 알루미나(사파이어) 기판, MgO 기판, 글래스 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 기판 상에 박막이 형성된 것일 수도 있다. 예를 들어, 실리콘 기판 상에 박막 300㎚ 정도의 실리콘 산화막이 형성된 것을 사용할 수 있다.
기판(30)은 카본 나노 튜브 시트(10)의 형성 후에 박리되는 것이다. 이 목적 하에, 기판(30)으로서는, 적어도 카본 나노 튜브 시트(10)에 접하는 면이 카본 나노 튜브 시트(10)로부터 용이하게 박리할 수 있는 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또는, 카본 나노 튜브 시트(10)에 대하여 선택적으로 에칭할 수 있는 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
예를 들어, 충전층(14)의 재료로서 아크릴 수지를 사용할 경우, 기판(30)의 표면에, 아크릴 수지에 대한 접착력이 약한 재료, 예를 들어 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등을 형성한다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 시트(10)를 용이하게 박리할 수 있다. 또는, 기판(30)의 표면을, 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등, 카본 나노 튜브 시트(10)에 대하여 선택적으로 에칭이 가능한 재료에 의해 형성한다. 이에 따라, 이 막을 에칭 제거함으로써, 카본 나노 튜브 시트(10)를 기판(30)으로부터 유리(遊離)시킬 수 있다.
다음으로, 기판(30) 상에, 스핀코팅법에 의해, 포토레지스트막(32)을 형성한다(도 6의 (b)).
다음으로, 포토레지스트막(32)에, 포토리소그래피에 의해, 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 예정 영역을 노출하는 개구부(34)를 형성한다(도 6의 (c)). 개구부(34)의 패턴으로서는, 예를 들어 도 1의 (a)에 나타낸 패턴을 사용하고, 개구부(34)의 직경(카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 영역의 직경)을 100㎛, 개구부(34) 사이(카본 나노 튜브 다발(12) 사이)의 간극을 20㎛로 한다. 또한, 포토레지스트막(32)에 형성하는 개구부(34)의 패턴으로서는, 예를 들어 도 1의 (a)에 나타낸 패턴 외에, 도 4의 (a)～(e)에 나타낸 바와 같은 다양한 패턴을 적용할 수 있다.
다음으로, 예를 들어 스퍼터링법에 의해, 예를 들어 막 두께 2.5㎚의 Fe(철)막을 형성하고, Fe의 촉매 금속막(36)을 형성한다(도 6의 (d)). 촉매 금속막(36)은 포토레지스트막(32) 위 및 개구부(34) 내의 기판(30) 상에 형성된다.
촉매 금속으로서는, Fe 외에, Co(코발트), Ni(니켈), Au(금), Ag(은), Pt(백금) 또는 이들 중 적어도 하나의 재료를 포함하는 합금을 사용할 수도 있다. 또한, 촉매로서, 금속막 이외에, 미분형 정전 분급기(DMA: Differential Mobility Analyzer) 등을 사용하고, 미리 사이즈를 제어하여 제작한 금속 미립자를 사용할 수도 있다. 이 경우에도, 금속 종류에 대해서는 박막의 경우와 동일하면 된다.
또한, 이들 촉매 금속의 하지막(下地膜)으로서, Mo(몰리브덴), Ti(티탄), Hf(하프늄), Zr(지르코늄), Nb(니오브), V(바나듐), TaN(질화탄탈), TiSix(티탄실리사이드), Al(알루미늄), Al2O3(산화알루미늄), TiOx(산화티탄), Ta(탄탈), W(텅스텐), Cu(구리), Au(금), Pt(백금), Pd(팔라듐), TiN(질화티탄) 등의 막 또는 이들 중 적어도 하나의 재료를 포함하는 금속으로 이루어지는 막을 형성할 수도 있다. 예를 들어, Fe(2.5㎚)/Al(10㎚)의 적층 구조, Co(2.6㎚)/TiN(5㎚)의 적층 구조 등을 적용할 수 있다. 금속 미립자를 사용할 경우에는, 예를 들어 Co(평균 직경: 3.8㎚)/TiN(5㎚) 등의 적층 구조를 적용할 수 있다.
다음으로, 포토레지스트막(32) 상의 촉매 금속막(36)을, 포토레지스트막(32)과 동시에 리프트 오프(lift off)하고, 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 예정 영역의 기판(30) 상에 촉매 금속막(36)을 선택적으로 잔존시킨다(도 7의 (a)).
또한, 상기한 예에서는, 포토리소그래피를 사용한 리프트 오프에 의해 촉매 금속막(36)을 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 예정 영역에 선택적으로 형성했지만, 촉매 금속막(36)을 선택적으로 형성하는 방법은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 예정 영역에 개구부를 갖는 메탈 마스크를 사용할 수도 있다. 이 메탈 마스크에 의해 기판(30)의 표면을 덮은 상태로 촉매 금속을 스퍼터링함으로써, 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 예정 영역에 선택적으로 촉매 금속막(36)을 형성할 수 있다.
다음으로, 기판(30) 상에, 예를 들어 핫 필라멘트 CVD법에 의해, 촉매 금속막(36)을 촉매로 하여, 카본 나노 튜브를 성장한다. 카본 나노 튜브의 성장 조건은 예를 들어, 원료 가스로서 아세틸렌?아르곤의 혼합 가스(분압비 1:9)를 사용하고, 성막실 내의 총 가스압을 1㎪, 핫 필라멘트 온도를 1000℃, 성장 시간을 20분으로 한다. 이에 따라, 층 수가 3～6층(평균 4층 정도), 직경이 4～8㎚(평균 6㎚), 길이가 80㎛(성장 레이트: 4㎛/min)의 다층 카본 나노 튜브를 성장할 수 있다. 또한, 카본 나노 튜브는 열 CVD법이나 리모트 플라스마 CVD법 등의 다른 성막 방법에 의해 형성할 수도 있다. 또한, 성장하는 카본 나노 튜브는 단층 카본 나노 튜브일 수도 있다. 또한, 탄소 원료로서는, 아세틸렌 외에, 메탄, 에틸렌 등의 탄화 수소류나, 에탄올, 메탄올 등의 알코올류 등을 사용할 수도 있다.
이와 같이 하여, 기판(30)의 촉매 금속막(36)이 형성된 영역 상에, 기판(30)의 법선 방향으로 배향(수직 배향)된 복수의 카본 나노 튜브를 갖는 카본 나노 튜브 다발(12)을 선택적으로 형성한다(도 7의 (b)). 또한, 상기한 성장 조건에 의해 형성한 카본 나노 튜브 다발(12)에서는, 카본 나노 튜브 다발(12) 내의 카본 나노 튜브 밀도는 1×1011개/㎠ 정도였다.
다음으로, 예를 들어 스핀코팅법에 의해, 충전층(14)으로 되는 충전재를 도포한다. 이 때, 충전재가 카본 나노 튜브 다발(12) 위를 덮지 않도록, 도포 용액의 점도나 스핀코터의 회전수를 적절하게 설정한다.
예를 들어, 충전재로서 아크릴 수지를 사용하는 경우에서, 카본 나노 튜브 다발(12)의 높이와 충전층(14)의 두께를 거의 동일하게 할 때(도 5의 (a) 참조)에는, 예를 들어 점도가 440m㎩?s의 아크릴 수지를, 2000rpm, 20초간의 조건에서 도포함으로써 실현할 수 있다.
또한, 카본 나노 튜브 다발(12)의 높이보다 충전층(14)을 얇게 할 때(도 5의 (c) 참조)에는, 예를 들어 점도가 440m㎩?s의 아크릴 수지를, 4000rpm, 20초간의 조건에서 도포함으로써 실현할 수 있다. 또는, MEK(메틸에틸케톤) 용액에서 80w% 로 희석한 아크릴 수지를, 2000rpm, 20초간의 조건에서 도포함으로써 실현할 수 있다.
카본 나노 튜브 다발(12) 위를 덮도록 충전재를 형성한 후, 애싱(ashing) 등에 의해 카본 나노 튜브 다발(12)의 상면을 노출하도록 할 수도 있다(제 2 실시예를 참조).
충전재는 액체 형상의 성질을 나타내고, 그 후에 경화할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 유기계 충전재로서는, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지 등을 적용할 수 있다. 또한, 무기계 충전재로서는, SOG 등의 도포형 절연막 형성용 조성물 등을 적용할 수 있다. 또한, 인듐, 땜납, 금속 페이스트(예를 들어, 은 페이스트) 등의 금속 재료를 적용할 수도 있다. 또한, 예를 들어 폴리아닐린, 폴리티오펜 등의 도전성 폴리머를 적용할 수도 있다.
충전층(14)을 형성할 때, 기판(30) 상에는 복수의 카본 나노 튜브 다발(12)이 간격을 두고 형성되어 있기 때문에, 도포한 충전재를, 우선, 이 간극을 따라 기판(30)의 전체 면으로 확장시킨다. 그리고, 그 후에, 충전재는 카본 나노 튜브 다발(12) 내로 침투하여 간다.
카본 나노 튜브가 기판 상의 전체 면에 형성되어 있으면, 카본 나노 튜브 다발 내에 충전재가 침투할 때, 1개 1개의 카본 나노 튜브끼리의 응집이 일어나고, 카본 나노 튜브 다발이 원래 유지하고 있던 배향성을 잃어, 예를 들어 옆으로 쓰러지는 등의 형상 변화를 일으키게 된다.
그러나, 본 실시예와 같이 카본 나노 튜브 다발(12) 사이에 간극을 설치하여 둠으로써, 충전재는 기판(30)의 전체 면으로 확장된 후에, 카본 나노 튜브 다발(12) 내로 침투하여 간다. 따라서, 카본 나노 튜브 다발(12) 사이에 앞서 충전된 충전재가, 카본 나노 튜브 다발 내로 충전재가 침투할 때에 카본 나노 튜브의 형상을 유지하기 위한 서포터로서의 역할을 하여, 카본 나노 튜브 다발(12)의 형상 변화를 억제할 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 다발(12)의 배향 방향을 유지한 채, 충전층(14)을 형성할 수 있다.
카본 나노 튜브 다발(12) 사이에 적절한 간극은 충전재의 종류나 점도 등에 의해서도 변화되기 때문에 일률적으로 결정할 수는 없다. 본 발명자 등이 검토한 경우에서는, 0.1㎛ 이상의 간극을 둠으로써, 카본 나노 튜브 다발의 형상 변화를 방지할 수 있음이 확인되고 있다.
또한, 수지층(14)은 충전재의 용액 중에 기판(30)을 침지함으로써 형성할 수도 있다(소위, 디핑법). 이 경우에도, 카본 나노 튜브 다발(12) 사이에 설치된 간극에 의해, 카본 나노 튜브 다발의 형상 변화를 방지할 수 있다.
다음으로, 충전재를 경화하고, 충전재의 충전층(14)을 형성한다(도 7의 (c)). 예를 들어, 충전재로서 아크릴 수지 등의 광 경화성 재료를 사용할 경우에는, 광 조사에 의해 충전재를 경화시킬 수 있다. 또한, 충전재로서 에폭시 수지나 실리콘계 수지 등의 열 경화성의 재료를 사용할 경우에는, 열 처리에 의해 충전재를 경화시킬 수 있다. 에폭시 수지의 경우, 예를 들어 150℃, 1시간의 열 처리에 의해, 열 경화할 수 있다. 또한, 실리콘계 수지의 경우, 예를 들어 200℃, 1시간 의 열 처리에 의해, 열 경화할 수 있다.
또한, 충전층(14)의 경화 후에, 카본 나노 튜브 다발(12)의 상단부가 충분히 노출되어 있지 않은 경우 또는 충전층(14)에 의해 덮여 있는 경우에는, 화학적 기계적 연마(CMP: Chemical mechanical Polishing)나 산소 플라스마 애싱에 의해, 카본 나노 튜브 다발(12) 상의 충전층(14)을 제거하도록 할 수도 있다.
다음으로, 카본 나노 튜브 다발(12) 및 수지층(14)을 기판(30)으로부터 박리하여, 카본 나노 튜브 시트(10)를 얻는다(도 7의 (d)).
이 때, 기판(30)의 표면이 카본 나노 튜브 시트(10)를 용이하게 박리할 수 있는 재료에 의해 형성되어 있는 경우에는, 카본 나노 튜브 시트(10)로부터 기판(30)을 용이하게 박리할 수 있다. 예를 들어, 기판(30)의 표면에 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막이 형성되어 있고, 충전층(14)이 아크릴 수지에 의해 형성되어 있는 경우 등이다.
또는, 기판(30)의 표면에, 카본 나노 튜브 시트(10)를 용이하게 박리할 수는 없지만, 카본 나노 튜브 시트(10)에 대하여 선택적으로 제거할 수 있는 층이 형성되어 있을 경우, 이 층을 선택적으로 제거함으로써 기판(30)을 박리할 수 있다. 예를 들어, 기판(30)의 표면에 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막이 형성되어 있고, 충전층(14)이 에폭시 수지에 의해 형성되어 있는 경우 등이다. 이 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막을 불산(弗酸) 수용액이나 열(熱) 인산 등을 사용한 습식 에칭에 의해 제거함으로써, 카본 나노 튜브 시트(10)를 기판(30)으로부터 유리시킬 수 있다.
기판(30)의 표면이 카본 나노 튜브 시트(10)를 용이하게 박리할 수 없고, 선택적으로 제거할 수도 없는 재료에 의해 형성되어 있을 경우, 예리한 칼에 의해 카본 나노 튜브 시트(10)를 기판(30)으로부터 박리할 수 있다. 예를 들어, 기판(30)이 사파이어 기판이고, 충전층(14)이 실리콘계 수지에 의해 형성되어 있는 경우이다. 기판(30)과 카본 나노 튜브 시트(10) 사이에 예리한 칼을 삽입함으로써, 카본 나노 튜브 시트(10)를 기판(30)으로부터 박리할 수 있다.
박리 전, 카본 나노 튜브 다발(12)은 기판(30)에 직접 접해 있기 때문에, 박리한 카본 나노 튜브 시트(10)의 기판(30) 측의 면에는, 카본 나노 튜브 다발(12)이 노출되어 있다. 따라서, 상술한 제조 방법에 의해 형성한 카본 나노 튜브 시트(10)에서는, 카본 나노 튜브 다발(12)을 시트의 양 면에 노출시킬 수 있다.
또한, 충전재로서 아크릴 수지를 사용한 경우, 아크릴 수지가 경화하는 과정에서, 충전재와 카본 나노 튜브의 체적 수축율의 차이에 의해, 카본 나노 튜브 다발(12) 부분이 상대적으로 오목하게 된다. 즉, 기판(30)에 접하고 있던 측의 카본 나노 튜브 시트(10)의 면에서, 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부가 충전층(14)의 표면보다 오목한 형상으로 된다(도 5의 (b) 참조). 이 오목부는 시트의 열 팽창의 응력 완화에 이용할 수 있고, 밀착성을 서포트한다는 역할도 할 수 있다.
이 후, 필요에 따라, 카본 나노 튜브 시트(10)의 한쪽의 표면 또는 양 면에, 피막(18)을 형성한다(도 5의 (d) 참조). 피막(18)은 예를 들어, 스퍼터링법에 의해, 형성할 수 있다. 예를 들어, 막 두께 10㎚의 티탄(Ti)막과 예를 들어, 막 두께 50㎚의 금(Au)막의 적층막의 피막(18)을 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 기판 상에 상호간에 이간된 복수의 카본 나노 튜브 다발을 형성한 후, 충전재를 충전하여 카본 나노 튜브 다발을 유지하는 충전층을 형성하기 때문에, 충전층의 형성 시에 카본 나노 튜브 다발의 형상 변화를 방지할 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 다발이 시트의 막 두께 방향으로 배향된 카본 나노 튜브 시트를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 카본 나노 튜브 다발의 양 단부는 충전층으로부터 노출할 수 있기 때문에, 피착체에 대한 열 전도도 및 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
[제 2 실시예]
제 2 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법에 대해서 도 8 내지 도 11을 사용하여 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 7에 나타낸 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법과 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략 또는 간결하게 한다.
도 8은 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조를 나타내는 사시도 및 개략 단면도이다. 도 9 내지 도 11은 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
우선, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조에 대해서 도 8을 사용하여 설명한다. 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는 각각 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)는, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 스트라이프 형상의 패턴을 갖는 카본 나노 튜브 다발(12)이 충전층(14)에 의해 매립된 것이다. 또한, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부 위치가 시트의 양 면에서, 충전층(14)의 표면보다 높게 되어 있다.
이러한 카본 나노 튜브 시트(10)를 형성함으로써, 이 시트를 방열체 및 발열체와 접촉한 때에, 카본 나노 튜브 다발(12)을 방열체 및 발열체에 대하여 용이하고 확실하게 접속할 수 있고, 열 전도 효율을 큰 폭으로 높일 수 있다. 카본 나노 튜브 시트(10)를 도전성 시트로서 이용할 경우에는, 다른 배선 구조체에 대하여 용이하고 확실하게 접속할 수 있고, 접촉 저항을 큰 폭으로 저감할 수 있다.
또한, 본 실시예의 카본 나노 튜브 시트(10)가 접하는 다른 구조체의 표면에, 본 실시예의 카본 나노 튜브 시트(10)의 표면 요철에 끼워맞춰지는 표면 요철을 형성해 두면, 서로의 요철이 맞물려 밀착성이 높은 접속을 얻을 수 있다. 본 실시예의 카본 나노 튜브 시트(10)가 갖는 스트라이프 형상의 요철 패턴 등은 이러한 목적에 적합한 패턴이라고 생각된다.
충전층(14)에 대한 카본 나노 튜브 다발(12)의 돌출량은 다른 구조체에 대한 접속을 확실하게 한다는 관점에서는, 약 1㎛ 이하(예를 들어, 500㎚ 정도)로 충분하다. 후술하는 본 실시예의 제조 방법에 의하면, 카본 나노 튜브 다발(12)의 돌출량을 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 도 8의 예에서는, 시트의 양 면에서, 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부를 충전층(14)의 표면보다 돌출시키고 있지만, 시트의 한쪽의 면만을 이와 같이 할 수도 있다. 카본 나노 튜브 다발(12)의 평면 패턴, 충전층(14)의 구성 재료, 카본 나노 튜브 다발(12)이나 충전층(14)의 제조 조건이나 막 두께, 그 외의 물성값 등 은 제 1 실시예의 카본 나노 튜브 시트의 경우와 동일하다.
다음으로, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법에 대해서 도 9 내지 도 11을 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서의 카본 나노 튜브 시트의 상세한 제조 조건은 제 1 실시예의 경우와 동일하다.
우선, 카본 나노 튜브 시트(10)를 형성하기 위한 토대로서 사용하는 기판(30)을 준비한다. 기판(30)으로서는, 예를 들어 실리콘 기판 상에 막 두께 1㎛ 정도의 실리콘 산화막이 형성된 것을 사용할 수 있다.
다음으로, 기판(30) 상에, 포토리소그래피에 의해, 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 예정 영역을 노출하는 개구부(34)를 갖는 포토레지스트막(32)을 형성한다.
다음으로, 포토레지스트막(32)을 마스크로 하여 기판(30)을 이방성(異方性) 에칭하고, 기판(30)의 표면에, 깊이 500㎚ 정도의 오목부(38)를 형성한다(도 9의 (a)). 오목부(38)는 기판(30)의 카본 나노 튜브 다발(12) 형성 예정 영역에 형성된다. 또한, 오목부(38)의 폭은 예를 들어 100㎛, 오목부(38)의 간격은 예를 들어 20㎛로 설정할 수 있다. 오목부(38)의 폭 및 간격은 카본 나노 튜브 시트(10)에 요구되는 열 전도율 등에 따라 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.
오목부(38)의 깊이는 충전층(14)에 대한 카본 나노 튜브 다발(12)의 돌출량에 대응하는 것이다. 따라서, 오목부(38)의 깊이를 적절하게 설정함으로써, 충전층(14)에 대한 카본 나노 튜브 다발(12)의 돌출량을 제어할 수 있다.
다음으로, 예를 들어 스퍼터링법에 의해, 예를 들어 막 두께 2.5㎚의 Fe(철)막을 형성하고, Fe의 촉매 금속막(36)을 형성한다(도 9의 (b)). 촉매 금속막(36) 은 포토레지스트막(32) 위 및 기판(30)의 오목부(38) 내에 형성된다.
다음으로, 포토레지스트막(32) 상의 촉매 금속막(36)을 포토레지스트막(32)과 함께 리프트 오프하여, 촉매 금속막(36)을 기판(30)의 오목부(38) 내에 선택적으로 잔존시킨다(도 9의 (c)).
다음으로, 기판(30) 상에, 예를 들어 핫 필라멘트 CVD법에 의해, 촉매 금속막(36)을 촉매로 하여, 카본 나노 튜브를 성장한다. 이에 따라, 기판(30)의 오목부(38) 형성 영역에, 기판(30)의 법선 방향으로 배향된 복수의 카본 나노 튜브를 갖는 카본 나노 튜브 다발(12)을 선택적으로 형성한다(도 10의 (a)).
다음으로, 예를 들어 스핀코팅법에 의해, 예를 들어 에폭시 수지를 도포한 후, 예를 들어 150℃, 1시간의 열 처리를 행하여, 에폭시 수지를 경화시킨다. 이에 따라, 에폭시 수지의 충전층(14)을 형성한다(도 10의 (b)).
다음으로, 예를 들어 산소 플라스마를 사용한 애싱에 의해, 충전층(14)의 상부를 제거하고, 카본 나노 튜브 다발(12)의 상단부를 노출시킨다(도 11의 (a)). 애싱 조건은 예를 들어, 파워를 200W, 시간을 10분간으로 할 수 있다. 산소 플라스마를 사용한 애싱 대신에, 산소 분위기 중에서 가열함으로써 충전층(14)의 상부를 제거하도록 할 수도 있다.
충전층(14)으로서 에폭시를 사용한 경우, 카본 나노 튜브 다발(12)에 대한 충전층(14)의 선택비가 1.26 정도로 된다. 따라서, 충전층(14)의 상부로부터 애싱함으로써, 카본 나노 튜브 다발(12)의 상단부의 높이를 충전층(14)의 표면보다 높게 할 수 있다. 또한, 충전층(14)의 에칭량을 적절하게 설정함으로써, 충전층(14) 에 대한 카본 나노 튜브 다발(12)의 돌출량을 제어할 수 있다.
산소 플라스마를 사용한 애싱 전에, 예를 들어 화학적 기계적 연마에 의해 카본 나노 튜브 다발(12)의 상단부를 노출해둘 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 카본 나노 튜브 다발(12)의 상단부를 덮도록 충전층(14)을 형성하고 있지만, 제 1 실시예의 경우와 같이, 충전층(14)의 도포 조건을 제어함으로써 카본 나노 튜브 다발(12)의 상단부를 노출하도록 할 수도 있다. 이 경우, 도 11의 (a)의 공정은 불필요하다. 또한, 시트의 한쪽의 면 측만 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부를 충전층(14)의 표면보다 돌출시킬 경우에는, 도 11의 (a)의 공정에서는, 카본 나노 튜브 다발(12)의 상단부를 노출시키면 충분하다.
다음으로, 카본 나노 튜브 다발(12) 및 수지층(14)을 기판(30)으로부터 박리하고, 시트의 양 면에서 충전층(14)의 표면보다 카본 나노 튜브 다발(12)이 돌출되어 있는 카본 나노 튜브 시트(10)를 얻는다(도 11의 (b)).
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 카본 나노 튜브 다발의 단부가 충전층의 표면보다 돌출되어 있는 카본 나노 튜브 시트를 용이하게 형성할 수 있다. 이에 따라, 피착체에 대한 열 전도도 및 전기 전도도를 더 향상시킬 수 있다.
[제 3 실시예]
제 3 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법에 대해서 도 12 내지 도 14를 사용하여 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 11에 나타낸 제 1 및 제 2 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법과 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략 또는 간결하게 한다.
도 12는 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 사시도 및 개략 단면도이다. 도 13 및 도 14는 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
우선, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조에 대해서 도 12를 사용하여 설명한다. 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는 각각, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)는, 도 12의 (a)에 나타낸 바와 같이, 스트라이프 형상의 패턴을 갖는 카본 나노 튜브 다발(12)이 충전층(14)에 의해 매립된 것이다. 또한, 도 12의 (b)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부 위치가 시트의 한쪽의 면에서, 충전층(14)의 표면보다 낮게 되어 있다. 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부는 충전층(14)에 의해 덮여있지 않다.
이러한 카본 나노 튜브 시트(10)를 형성함으로써, 카본 나노 튜브 시트(10)를 방열체 또는 발열체와 접촉한 때에, 카본 나노 튜브 다발(12)을 방열체 또는 발열체에 대하여 직접 접속할 수 있고, 열 전도 효율을 큰 폭으로 높일 수 있다. 또한, 카본 나노 튜브 시트(10)를 도전성 시트로서 이용할 경우에서는, 다른 배선 구조체에 대하여 직접 접속할 수 있고, 접촉 저항을 큰 폭으로 저감할 수 있다. 또한, 제 1 실시예에서 서술한 바와 같이, 카본 나노 튜브 시트(10)를 방열체와 발열체 사이에 배치하여 압착한 때에, 카본 나노 튜브 다발(12)에 가해지는 응력을 충전층(14)에 의해 완화하는 것을 기대할 수 있다.
또한, 본 실시예의 카본 나노 튜브 시트(10)가 접하는 다른 구조체의 표면 에, 본 실시예의 카본 나노 튜브 시트(10)의 표면 요철에 끼워맞춰지는 표면 요철을 형성해 두면, 서로의 요철이 맞물려 밀착성이 높은 접속을 얻을 수 있다. 본 실시예의 카본 나노 튜브 시트(10)가 갖는 스트라이프 형상의 요철 패턴 등은 이러한 목적에 적합한 패턴이라고 생각된다.
카본 나노 튜브 다발(12)의 평면 패턴, 충전층(14)의 구성 재료, 카본 나노 튜브 다발(12)이나 충전층(14)의 제조 조건이나 막 두께, 그 외의 물성값 등은 제 1 실시예의 카본 나노 튜브 시트의 경우와 동일하다.
다음으로, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법에 대해서 도 13 및 도 14를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서의 카본 나노 튜브 시트의 상세한 제조 조건은 제 1 실시예의 경우와 동일하다.
우선, 카본 나노 튜브 시트(10)를 형성하기 위한 토대로서 사용할 기판(30)을 준비한다. 기판(30)으로서는, 예를 들어 실리콘 기판 상에 막 두께 1㎛ 정도의 실리콘 산화막이 형성된 것을 사용할 수 있다.
다음으로, 기판(30) 상에, 예를 들어 스퍼터링법에 의해, 예를 들어 막 두께 2.5㎚의 Fe(철)막을 형성하고, Fe의 촉매 금속막(36)을 형성한다(도 13의 (a)).
다음으로, 기판(30) 상에, 포토리소그래피에 의해, 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 예정 영역을 덮고, 다른 영역을 노출하는 개구부(34)를 갖는 포토레지스트막(32)을 형성한다.
다음으로, 포토레지스트막(32)을 마스크로 하여 촉매 금속막(36) 및 기판(30)을 이방성 에칭하고, 기판(30)의 표면에, 깊이 500㎚ 정도의 오목부(38)를 형성한다(도 13의 (b)). 오목부(38)는 기판(30)의 카본 나노 튜브 다발(12) 형성 예정 영역 이외의 영역에 형성된다. 또한, 오목부(38)의 폭은 예를 들어, 20㎛, 오목부(38)의 간격은 예를 들어, 100㎛로 설정할 수 있다. 오목부(38)의 폭 및 간격은 카본 나노 튜브 시트(10)에 요구되는 열 전도율 등에 따라 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 예를 들어 애싱에 의해, 포토레지스트막(32)을 제거한다(도 13의 (c)).
다음으로, 기판(30) 상에, 예를 들어 핫 필라멘트 CVD법에 의해, 촉매 금속막(36)을 촉매로 하여, 카본 나노 튜브를 성장한다. 이에 따라, 기판(30)의 오목부(38) 형성 영역 이외의 영역에, 기판(30)의 법선 방향으로 배향된 복수의 카본 나노 튜브를 갖는 카본 나노 튜브 다발(12)을 선택적으로 형성한다(도 14의 (a)).
다음으로, 예를 들어 스핀코팅법에 의해, 예를 들어 에폭시 수지를 도포한 후, 예를 들어 150℃, 1시간의 열 처리를 행하여, 에폭시 수지를 경화시킨다. 이에 따라, 에폭시 수지의 충전층(14)을 형성한다. 충전층(14)은 기판(30)의 오목부(38) 내에도 형성된다(도 14의 (b)).
또한, 도 14의 (b)에서는, 카본 나노 튜브 다발(12)의 표면과 충전층(14)의 표면을 평탄하게 한 경우를 나타내고 있지만, 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부가 충전층(14)의 표면보다 돌출되도록 할 수도 있다. 이들 형상을 구분하여 만드는 수법은 제 1 및 제 2 실시예의 경우와 동일하다.
다음으로, 카본 나노 튜브 다발(12) 및 수지층(14)을 기판(30)으로부터 박리 하고, 시트의 한쪽의 면에서 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부 위치가 충전층(14)의 표면보다 낮은 카본 나노 튜브 시트(10)를 얻는다(도 14의 (c)).
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 카본 나노 튜브 다발의 단부가 충전층의 표면보다 오목하게 되어 있는 카본 나노 튜브 시트를 용이하게 형성할 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 시트를 피착체에 압착한 때에, 카본 나노 튜브 다발에 가해지는 응력을 충전층에 의해 완화할 수 있다.
[제 4 실시예]
제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법에 대해서 도 15 내지 도 19를 사용하여 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 14에 나타낸 제 1 내지 제 3 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법과 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략 또는 간결하게 한다.
도 15는 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 평면도 및 개략 단면도이다. 도 16은 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 사시도이다. 도 17 내지 도 19는 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
우선, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조에 대해서 도 15 및 도 16을 사용하여 설명한다. 도 15의 (a) 및 도 15의 (b)는 각각, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)는, 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 복수의 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)이 상호간에 간격을 두고 배치되 고, 이 간극에 수지 재료 등의 충전층(14)이 매립 형성된 구조를 갖고 있는 점에서, 제 1 내지 제 3 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트와 공통된다.
본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)에서는, 복수의 카본 나노 튜브 다발(12)의 각각은 한쪽의 단부의 직경이 다른 쪽의 단부의 직경보다 좁게 되어 있는 테이퍼 형상을 갖고 있다. 각 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)은 직경이 큰 단부 측으로부터 직경이 작은 단부 측을 향하여 카본 나노 튜브 사이의 간격이 서서히 좁아짐으로써, 테이퍼 형상으로 되어 있다. 환언하면, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 직경이 큰 단부 측과 직경이 작은 단부 측에서, 카본 나노 튜브의 개수는 실질적으로 변화하고 있지 않다.
복수의 카본 나노 튜브 다발(12)은 카본 나노 튜브 시트(10)의 한쪽의 면 측의 직경이 작은 카본 나노 튜브 다발(12a)과, 카본 나노 튜브 시트(10)의 다른 쪽의 면 측의 직경이 작은 카본 나노 튜브 다발(12b)의, 2개의 그룹으로 나누어진다. 카본 나노 튜브 다발(12a)과 카본 나노 튜브 다발(12b)이라는 것은, 예를 들어 도 15의 (b) 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 상호간에 끼워맞춰져 간극을 메우도록 배치되어 있다.
카본 나노 튜브 시트(10)를 한쪽의 표면 측으로부터 보면, 예를 들어 도 15의 (a) 및 도 15의 (b)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12a)의 직경이 작은 단부와, 카본 나노 튜브 다발(12b)의 직경이 큰 단부가 노출되어 있다. 카본 나노 튜브 시트(10)의 다른 쪽의 표면 측에는, 도 15의 (b)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12a)의 직경이 큰 단부와, 카본 나노 튜브 다발(12b)의 직경 이 작은 단부가 노출되어 있다.
이러한 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)을 사용함으로써, 카본 나노 튜브 시트(10)의 단위 면적당 카본 나노 튜브의 개수(카본 나노 튜브의 면 밀도)를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 카본 나노 튜브 다발(12b)의 직경이 큰 단부에서의 직경과 배치 간격을, 도 1의 (a)에 나타낸 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 카본 나노 튜브 다발(12)과 동일하게 한 경우를 생각할 수 있다. 이 경우, 도 15의 (a)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12b)의 간극에, 동일한 개수의 카본 나노 튜브 다발(12a)을 더 배치할 수 있다. 즉, 카본 나노 튜브 시트(10)에서의 카본 나노 튜브의 면 밀도를 배(倍)로 할 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 시트(10)의 열 전도성 및 전기 전도성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법에 대해서 도 17 내지 도 19를 사용하여 설명한다.
우선, 예를 들어 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법과 동일하게 하여, 카본 나노 튜브 다발(12)의 형성 예정 영역의 기판(30a) 상에 촉매 금속막(36)을 선택적으로 형성한다(도 17의 (a)). 기판(30a)은 제 1 내지 제 3 실시예에서의 기판(30)과 동일하다.
다음으로, 기판(30a) 상에, 예를 들어 핫 필라멘트 CVD법에 의해, 촉매 금속막(36)을 촉매로 하여, 카본 나노 튜브를 성장한다. 이에 따라, 기판(30a)의 촉매 금속막(36)이 형성된 영역 상에, 기판(30a)의 법선 방향으로 배향한 복수의 카본 나노 튜브를 갖는 카본 나노 튜브 다발(12)을 선택적으로 형성한다(도 17의 (b)).
다음으로, 카본 나노 튜브 다발(12)이 형성된 기판(30a)을 액체 중에 침지하고, 건조시킨다. 카본 나노 튜브 다발(12)을 액체 중에 침지하면, 카본 나노 튜브의 간극이 액체로 채워진다. 이 상태에서 액체가 증발해가면, 카본 나노 튜브 사이의 액체의 체적이 감소함에 따라, 표면장력에 의해 인접하는 카본 나노 튜브 사이에 인력이 작용한다. 카본 나노 튜브 다발(12)의 기판(30a) 측의 단부는 기판(30a)에 구속(拘束)되어 있기 때문에, 카본 나노 튜브 사이의 간극은 변화하지 않는다. 한편, 카본 나노 튜브의 선단은 고정되어 있지 않기 때문에, 카본 나노 튜브 사이의 간격은 서서히 좁아져간다. 카본 나노 튜브 사이의 간극이 충분히 좁아지면, 카본 나노 튜브끼리는 반데르발스력에 의해 고정된다. 이에 따라, 액체를 건조한 후의 카본 나노 튜브 다발(12)은 선단부의 직경이 기판(30a) 측의 직경보다 작은 테이퍼 형상의 카본 나노 튜브 다발(12a)로 된다(도 17의 (c)).
카본 나노 튜브 다발(12)을 테이퍼 형상으로 할 때에 사용하는 액체는 카본 나노 튜브에 대하여 젖음성이 높고, 카본 나노 튜브가 파괴되는 고온이 아니더라도 증발할 수 있는 액체이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 알코올계 약액(藥液)이나 케톤계 약액 등등의 유기 약액을 적합하게 이용할 수 있다. 알코올계 약액으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 이소프로필알코올, 에탄올, 메탄올 등을 적용할 수 있다. 또한, 케톤계 약액으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등을 적용할 수 있다.
다음으로, 도 17의 (a) 내지 도 17의 (c)에 나타낸 공정과 동일하게 하여, 기판(30b) 상에, 테이퍼 형상의 카본 나노 튜브 다발(12b)을 형성한다.
다음으로, 기판(30a)의 카본 나노 튜브 다발(12a)이 형성된 면과, 기판(30b)의 카본 나노 튜브 다발(12b)이 형성된 면이 대향하도록, 기판(30a)과 기판(30b)을 접합시킨다(도 18의 (a)～도 18의 (b)).
이 때, 카본 나노 튜브 다발(12a)과 카본 나노 튜브 다발(12b)이 상호간에 끼워맞춰져 간극을 메우도록, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)을 배치하여 둔다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 다발(12a) 사이의 간극 및 카본 나노 튜브 다발(12b)의 간극이 서로 매립된다. 또한, 카본 나노 튜브 다발(12a)의 선단이 기판(30b)의 표면에, 카본 나노 튜브 다발(12b)의 선단이 기판(30a)의 표면에 접촉한다.
또한, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 배치 영역은 서로 간극을 메우는 관계이면 본 실시예에 한정되지 않고, 적절하게 변경이 가능하다. 카본 나노 튜브 다발(12a)의 형성 영역의 형상?넓이와, 카본 나노 튜브 다발(12b)의 형성 영역의 형상?넓이가 상이할 수도 있고, 카본 나노 튜브 다발(12a)과 카본 나노 튜브 다발(12b)에서 서로 배열이 상이할 수도 있다.
다음으로, 예를 들어 포팅법에 의해, 충전층(14)으로 되는 충전재를, 기판(30a)과 기판(30b) 사이에 매설하고, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b) 사이를 충전층(14)에 의해 매립한다(도 19의 (a)). 이 때, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 단부는 기판(30a, 30b)에 직접 접하고 있기 때문에, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 단부가 충전층(14)에 의해 피복되지 않는다. 카본 나노 튜브의 응집을 방지하는 효과에 대해서는, 제 1 실시예의 경우와 동일하다.
다음으로, 예를 들어 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법과 동일하게 하여, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b) 및 충전층(14)을 기판(30a, 30b)으로부터 박리하여, 카본 나노 튜브 시트(10)를 얻는다(도 19의 (b)).
다음으로, 필요에 따라, 충전층(14)의 에치백 등을 행하여, 충전층(14)의 표면보다 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 단부를 돌출시킨다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 한쪽의 면 측의 직경이 작은 카본 나노 튜브 다발과, 다른 쪽의 면 측의 직경이 작은 카본 나노 튜브 다발을 갖는 카본 나노 튜브 시트를 형성하기 때문에, 카본 나노 튜브의 면 밀도를 큰 폭으로 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 시트의 열 전도성 및/또는 도전성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.
[제 5 실시예]
제 5 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법에 대해서 도 20 내지 도 22를 사용하여 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 19에 나타낸 제 1 내지 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법과 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략 또는 간결하게 한다.
도 20은 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 21은 본 실시에에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내느 평면도이다. 도 22는 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법에서는, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 형성 영역을 원형의 세밀 충전형 배열로 한 2개의 기판(30a, 30b)을 접합시킴으로써, 카본 나노 튜브의 면 밀도를 향상시킨다. 이 경우, 접합시킨 후의 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 평면적인 배열을 보면, 도 20에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)이 배치되어 있지 않은 영역(16)이 발생하는 것을 알 수 있다. 이 영역(16)에 카본 나노 튜브 다발을 더 배치하면, 카본 나노 튜브의 면 밀도를 더 향상시킬 수 있다.
도 21은 영역(16)에 카본 나노 튜브 다발(12c)을 더 배치한 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트에서의 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b, 12c)의 평면적인 배열을 나타낸 것이다. 카본 나노 튜브 다발(12c)의 직경은 영역(16)의 넓이에 대응하여, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 직경과는 상이한 직경으로 하고 있다.
이와 같이 하여, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)에서는 메울 수 없는 간극의 잉여를 카본 나노 튜브 다발(12c)로 메움으로써, 카본 나노 튜브의 면 밀도를 더 향상시킬 수 있고, 더 나아가서는 카본 나노 튜브 시트의 열 전도성, 전기 전도성을 향상시킬 수 있다.
카본 나노 튜브 다발(12c)은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 도 22의 (a) 및 도 22의 (b)에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 다발(12a)의 형성과 동시에 기판(30a) 측에 형성할 수 있다. 카본 나노 튜브 다발(12c)은 기판(30b) 측에 형성하도록 할 수도 있고, 기판(30a, 30b)의 쌍방으로 나누어 형성하도록 할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 형성 영역을 원형 의 세밀 충전형 배열로 한 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트를 예로 하여 설명했지만, 본 실시예의 수법을 적용할 수 있는 배치는 이것에 한정되지 않는다. 기판(30a) 상에 형성한 카본 나노 튜브 다발(12a)과 기판(30b) 상에 형성한 카본 나노 튜브 다발(12b)에 의해 매립할 수 없는 간극의 잉여가 발생한 경우에, 그 공간을 매립하기 위한 새로운 카본 나노 튜브 다발(12c)을 배치하도록 하면 된다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 한쪽의 면 측의 직경이 작은 카본 나노 튜브 다발과 다른 쪽의 면 측의 직경이 작은 카본 나노 튜브 다발에 더하여, 간극의 잉여를 메우는 카본 나노 튜브 다발을 배치하기 때문에, 카본 나노 튜브의 면 밀도를 더 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 시트의 열 전도성 및/또는 도전성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.
[제 6 실시예]
제 6 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법에 대해서 도 23을 사용하여 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 22에 나타낸 제 1 내지 제 5 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략 또는 간결하게 한다.
도 23은 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)는, 테이퍼 형상의 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)이 충전층(14) 내에 형성되어 있는 점에서, 제 4 및 제 5 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트와 공통되고 있다. 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)에서는, 시트의 양 면에, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 단부에 접속된 피막(18)을 더 갖고 있다.
시트의 양 면에 설치된 피막(18)은 충전층(14)의 구성 재료보다 열 전도율이 높은 재료이면 특별히 한정되지 않는다. 카본 나노 튜브 시트(10)를 전기 전도 용도로 사용할 경우에는, 도전성을 갖는 재료, 예를 들어 금속이나 합금 등을 적용할 수 있다. 피막(18)의 구성 재료로서는, 예를 들어 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au) 등을 사용할 수 있다. 또한, 피막(18)은 단층 구조일 필요는 없고, 예를 들어 티탄(Ti)과 금(Au)의 적층 구조 등, 2층 또는 3층 이상의 적층 구조일 수도 있다.
피막(18)의 막 두께는 특별히 한정되지 않는다. 피막(18)의 막 두께는 카본 나노 튜브 시트(10)에 요구되는 특성이나 피막(18)의 구성 재료에 따라 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.
열 전도성이 높은 피막(18)을 설치함으로써, 피막(18)을 설치하지 않은 경우와 비교하여, 카본 나노 튜브 시트(10)의 피착체(방열체, 발열체)에 대한 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)과 피착체 사이의 접촉 열 저항이 저감되고, 카본 나노 튜브 시트(10)의 열 전도성을 높일 수 있다. 카본 나노 튜브 시트(10)를 도전성 시트로서 사용할 경우에는, 도전성을 높일 수 있다.
피막(18)은 예를 들어, 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법에서, 도 19의 (b)에 나타낸 공정 후, 예를 들어 스퍼터링법에 의해, 형성할 수 있다. 예를 들어, 막 두께 10㎚의 티탄(Ti)막과 예를 들어 막 두께 50㎚의 금(Au) 막의 적층막의 피막(18)을 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 시트의 양 면에, 카본 나노 튜브 다발의 단부에 접하여 열 전도율이 높은 재료의 피막을 형성하기 때문에, 시트와 피착체 사이의 접촉 열 저항 및 접촉 저항을 큰 폭으로 저감할 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 시트의 열 전도성 및 전기 전도성을 향상시킬 수 있다.
[제 7 실시예]
제 7 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법에 대해서 도 24 및 도 25를 사용하여 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 23에 나타낸 제 1 내지 제 6 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트 및 그 제조 방법과 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하여, 설명을 생략 또는 간결하게 한다.
도 24는 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 개략 단면도, 도 25는 본 실시에에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
우선, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조에 대해서 도 24를 사용하여 설명한다.
본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)는, 테이퍼 형상의 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)이 충전층(14) 내에 형성되어 있는 점에서, 제 4 및 제 5 실시에에 의한 카본 나노 튜브 시트와 공통되고 있다. 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)에서는, 카본 나노 튜브 다발(12a)의 표면을 따라 형성된 피막(18a)과, 카본 나노 튜브 다발(12b)의 표면을 따라 형성된 피막(18b)과, 시트의 한쪽의 면의 전체 면에 형성된 피막(18c)과, 시트의 한쪽의 면의 전체 면에 형성된 피막(18d)을 더 갖고 있다.
피막(18a, 18b, 18c, 18d)은 제 6 실시예의 피막(18)과 마찬가지로, 충전층(14)의 구성 재료보다 열 전도율이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 카본 나노 튜브 시트(10)를 전기 전도 용도로 사용할 경우에는, 도전성을 갖는 재료에 의해 형성한다.
피막(18a, 18b, 18c, 18d)을 설치함으로써, 피막(18)을 설치하지 않은 경우와 비교하여, 카본 나노 튜브 시트(10)의 피착체에 대한 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)과 피착체 사이의 접촉 열 저항이 저감되고, 카본 나노 튜브 시트(10)의 열 전도성을 높일 수 있다. 카본 나노 튜브 시트(10)를 도전성 시트로서 사용할 경우에는, 도전성을 높일 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법에 대해서 도 25를 사용하여 설명한다.
우선, 예를 들어 도 17의 (a) 내지 도 17의 (c)에 나타낸 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법과 동일하게 하여, 기판(30a) 상에, 테이퍼 형상의 카본 나노 튜브 다발(12a)을 형성한다(도 25의 (a)).
다음으로, 전체 면에, 예를 들어 스퍼터링법에 의해, 예를 들어 막 두께 10㎚의 티탄(Ti)막과 예를 들어 막 두께 50㎚의 금(Au)막을 퇴적하여, Au/Ti의 적층막의 피막(18a)을 형성한다(도 25의 (b)).
동일하게 하여, 기판(30b) 상에, 테이퍼 형상의 카본 나노 튜브 다발(12a) 과, 피막(18b)을 형성한다.
다음으로, 예를 들어 도 18의 (a) 및 도 18의 (b)에 나타낸 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법과 동일하게 하여, 기판(30a)과 기판(30b)을 접합시킨다(도 25의 (c)).
이 때, 적어도 피막(18a, 18b)의 표면을, 상호간에 열 압착할 수 있는 재료(예를 들어, 금)에 의해 형성해 두는 것이 바람직하다. 이와 같이 해두면, 가열하면서 기판(30a)과 기판(30b) 사이에 압력을 가함으로써, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 상단부에서 피막(18a, 18b)을 열 압착할 수 있어, 피막(18a, 18b) 사이의 접속을 확실하게 할 수 있다.
다음으로, 예를 들어 포팅법에 의해, 충전층(14)으로 되는 충전재를, 기판(30a)과 기판(30b) 사이에 매설하고, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b) 사이를 충전층(14)에 의해 매립한다. 이 때, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 단부는 기판(30a, 30b)에 직접 접하고 있기 때문에, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)의 단부가 충전층(14)에 의해 피복되지는 않는다. 카본 나노 튜브의 응집을 방지하는 효과에 대해서는, 제 1 실시예의 경우와 동일하다.
다음으로, 예를 들어 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법과 동일하게 하여, 기판(30a, 30b)을 박리한다.
다음으로, 예를 들어 제 6 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법과 동일하게 하여, 시트의 양 면에, 예를 들어 스퍼터링법에 의해, 예를 들어 막 두께 10㎚의 티탄(Ti)막과 예를 들어 막 두께 50㎚의 금(Au)막을 퇴적한다. 이에 따라, Au/Ti의 적층막의 피막(18c, 18d)을 형성한다(도 25의 (d)).
이와 같이 하여, 본 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트(10)를 완성한다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 시트의 양 면에, 카본 나노 튜브 다발의 단부에 접하여 열 전도율이 높은 재료의 피막을 형성하기 때문에, 시트와 피착체 사이의 접촉 열 저항 및 접촉 저항을 큰 폭으로 저감할 수 있다. 이에 따라, 카본 나노 튜브 시트의 열 전도성 및 전기 전도성을 향상시킬 수 있다.
[제 8 실시예]
제 8 실시예에 의한 전자기기에 대해서 도 26을 사용하여 설명한다.
도 26은 본 실시예에 의한 전자기기의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
본 실시예에서는, 제 1 내지 제 7 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트를 종형 배선 시트로서 적용한 전자기기에 대해서 설명한다.
다층 배선 기판 등의 회로 기판(40) 상에는, 예를 들어 CPU 등의 반도체 소자(46)가 실장되어 있다. 반도체 소자(46)는 땜납 범프(42)를 통하여 회로 기판(40)에 전기적으로 접속되어 있고, 회로 기판(40)과 반도체 소자(46) 사이에는 언더필(44)이 충전되어 있다.
반도체 소자(46) 상에는, 반도체 소자(46)를 덮도록, 반도체 소자(46)로부터의 열을 확산하기 위한 히트 스프레더(50)가 형성되어 있다. 반도체 소자(46)와 히트 스프레더(50) 사이에는, 카본 나노 튜브 시트(48)가 형성되어 있다.
히트 스프레더(50) 상에는, 히트 스프레더(50)에 전달된 열을 방열하기 위한 히트 싱크(54)가 형성되어 있다. 히트 스프레더(50)와 히트 싱크(54) 사이에는, 카본 나노 튜브 시트(52)가 형성되어 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의한 전자기기에서는, 반도체 소자(46)와 히트 스프레더(50) 사이 및 히트 스프레더(50)와 히트 싱크(54) 사이에, 카본 나노 튜브 시트(48, 52)가 각각 설치되어 있다.
제 1 내지 제 7 실시예에 나타낸 바와 같이, 개시한 카본 나노 튜브 시트는 카본 나노 튜브 다발(12)이 시트의 막 면에 대하여 수직 방향으로 배향하고 있고, 면직(面直) 방향의 열 전도도가 매우 높은 것이다.
따라서, 개시한 카본 나노 튜브 시트를, 반도체 소자(46)와 히트 스프레더(50) 사이 및 히트 스프레더(50)와 히트 싱크(54) 사이에 형성하는 열 전도 시트로서 사용함으로써, 반도체 소자(46)로부터 발생된 열을 효율적으로 히트 스프레더(50) 및 히트 싱크(54)로 전달할 수 있고, 방열 효율을 높일 수 있다. 이에 따라, 전자기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 반도체 소자와 히트 스프레더 사이 및 히트 스프레더와 히트 싱크 사이에, 카본 나노 튜브 다발이 시트의 막 두께 방향으로 배향된 카본 나노 튜브 시트를 배치하기 때문에, 이들 사이의 열 전도도를 큰 폭으로 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자로부터 발생되는 열의 방열 효율을 높일 수 있고, 전자기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
[제 9 실시예]
제 9 실시예에 의한 전자기기에 대해서 도 27을 사용하여 설명한다.
도 27은 본 실시예에 의한 전자기기의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
본 실시예에서는, 제 1 내지 제 7 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트를 종형 배선 시트로서 적용한 전자기기에 대해서 설명한다.
다층 배선 기판 등의 회로 기판(40) 상에는, 예를 들어 CPU 등의 반도체 소자(46)가 실장되어 있다. 회로 기판(40)과 반도체 소자(46) 사이에는, 카본 나노 튜브 시트(56)가 형성되어 있다. 회로 기판(40)과 반도체 소자(46)는 카본 나노 튜브 시트(56)의 카본 나노 튜브 다발(12)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의한 전자기기에서는, 회로 기판(40)과 반도체 소자(46) 사이에, 카본 나노 튜브 시트(56)가 설치되어 있다.
제 1 내지 제 7 실시예에 나타낸 바와 같이, 개시한 카본 나노 튜브 시트는 카본 나노 튜브 다발(12)이 시트의 막 면에 대하여 수직 방향으로 배향되어 있고, 시트의 양 면에 카본 나노 튜브 다발(12)의 단부가 노출되어 있다. 또한, 카본 나노 튜브는 배선 재료로서도 사용되는 도전체이다.
따라서, 개시한 카본 나노 튜브 시트를 회로 기판(40)과 반도체 소자(46) 사이에 형성하는 종형 배선 시트로서 사용함으로써, 회로 기판(40)과 반도체 소자(46) 사이를 전기적으로 접속할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 회로 기판과 반도체 소자 사이에, 카본 나노 튜브 다발이 시트의 막 두께 방향으로 배향된 카본 나노 튜브 시트를 배치하기 때문에, 이들을 전기적으로 접속할 수 있다.
[제 10 실시예]
제 10 실시예에 의한 전자기기에 대해서 도 28을 사용하여 설명한다.
도 28은 본 실시예에 의한 전자기기의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
본 실시예에서는, 제 1 내지 제 7 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트를, 도전성 시트를 겸하는 열 전도성 시트로서 적용한 전자기기에 대해서 설명한다.
도 28에 나타낸 바와 같이, 무선 통신 기지국 등에 사용되는 고출력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)(60)는 패키지(62)에 형성되고, 패키지(62)의 이면(裏面)에서 히트 싱크(64)에 접합된다. 고출력 증폭기(60)로부터 발생된 열은 패키지(62)의 이면을 통하여 히트 싱크(64)로 방열된다. 동시에, 패키지(62)는 전기적인 그라운드(접지면)로서도 사용되는 것이고, 히트 싱크(64)에 대해서도 전기적으로 접속된다. 따라서, 패키지(62)와 히트 싱크(64)의 접합에는, 전기 및 열에 대한 양도체(良導體)를 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 패키지(62)와 히트 싱크(64)의 접합부에, 도 28에 나타낸 바와 같이, 카본 나노 튜브 시트(66)를 사용함으로써, 패키지(62)와 히트 싱크(64)를 전기적으로 접속할 수 있다. 또한, 고출력 증폭기(60)로부터 발생된 열을 효율적으로 히트 싱크(64)로 전달할 수 있고, 방열 효율을 높일 수 있다. 이에 따라, 전자기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 고출력 증폭기의 패키지와 히트 싱크 사이에, 카본 나노 튜브 다발이 시트의 막 두께 방향으로 배향된 카본 나노 튜브 시트를 배치하기 때문에, 이들 사이의 열 전도도를 큰 폭으로 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 고출력 증폭기로부터 발생되는 열의 방열 효율을 높일 수 있다. 이에 따라, 전자기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고출력 증폭기와 그라운드로서의 히트 싱크를 전기적으로 접속할 수도 있다.
[변형 실시예]
상기 실시예에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 상기 실시예에서는, 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하는 복수의 선 형상 구조체 다발을 사용한 시트 형상 구조체의 예로서, 복수의 카본 나노 튜브를 포함하는 복수의 카본 나노 튜브 다발을 사용한 카본 나노 튜브를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 사용한 시트 형상 구조체에 널리 적용할 수 있다. 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체로서는, 카본 나노 튜브 외에, 카본 나노 와이어, 카본 로드(carbon rod), 카본 파이버를 들 수 있다. 이들 선 형상 구조체는 사이즈가 상이한 외에는, 카본 나노 튜브와 동일하다. 이들 선 형상 구조체를 사용한 시트 형상 구조체에서도 적용할 수 있다.
또한, 상기 제 4 내지 제 7 실시예에서는, 테이퍼 형상의 카본 나노 튜브 다발을 형성한 2개의 기판을 접합시킴으로써 카본 나노 튜브 시트를 형성했지만, 카본 나노 튜브 다발(12a, 12b)은 반드시 테이퍼 형상으로 성형하지 않아도 된다. 상기 실시예에서 카본 나노 튜브 다발을 테이퍼 형상으로 하고 있는 것은, 카본 나노 튜브의 면 밀도를 향상시키기 위해서이다. 카본 나노 튜브 다발을 테이퍼 형상으로 하지 않아도 충분한 특성을 얻을 수 있는 경우에는, 카본 나노 튜브 다발을 반드시 테이퍼 형상으로 성형할 필요는 없다. 또한, 양쪽의 기판의 카본 나노 튜브 다발을 테이퍼 형상으로 할 필요는 없고, 어느 한쪽만을 테이퍼 형상으로 하도 록 할 수도 있다.
또한, 상기 제 6 및 제 7 실시예에서는, 제 4 실시예의 카본 나노 튜브 시트의 표면에 충전재보다 열 전도율이 낮은 재료의 피막을 형성하는 예를 나타냈지만, 제 1 내지 제 3 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트에 동일한 피막을 형성하도록 할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에 개시한 구성 재료나 제조 조건은 당해 개시 내용에 한정되지 않고, 목적 등에 따라 적절하게 변경이 가능하다.
또한, 카본 나노 튜브 시트의 사용 목적도, 상기 실시예에 개시한 것에 한정되지 않는다. 개시한 카본 나노 튜브 시트는 열 전도 시트로서는, 예를 들어 CPU의 방열 시트, 무선 통신 기지국용 고출력 증폭기, 무선 통신 단말용 고출력 증폭기, 전기 자동차용 고출력 스위치, 서버, 퍼스널 컴퓨터 등으로의 적용을 생각할 수 있다. 또한, 카본 나노 튜브의 높은 허용 전류 밀도 특성을 이용하여, 종형 배선 시트나 이것을 사용한 다양한 애플리케이션에도 적용할 수 있다.
이상의 실시예에 관하여, 이하의 부기를 더 개시한다.
(부기 1) 상호간에 제 1 간극을 두고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 상기 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발과,
상기 제 1 간극 및 상기 제 2 간극에 충전되어, 상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층
을 갖는 것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
(부기 2) 상호간에 제 1 간극을 두고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 상기 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발과,
상기 제 1 간극 및 제 2 간극에 충전되어, 상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층을 갖고,
복수의 상기 선 형상 구조체 다발은 한쪽의 면 측의 단부가 다른 쪽의 면 측의 단부보다 좁아져 있는 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발을 포함하는 제 1 그룹과, 상기 다른 쪽의 면 측의 단부가 상기 한쪽의 면 측의 단부보다 좁아져 있는 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발을 포함하는 제 2 그룹을 갖는
것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
(부기 3) 부기 2에 기재된 시트 형상 구제체에 있어서,
상기 제 1 그룹에 포함되는 상기 선 형상 구조체 다발, 및 상기 제 2 그룹에 포함되는 상기 선 형상 구조체 다발은 상호간에 끼워맞춰져 간극을 메우도록 배치되어 있는
것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
(부기 4) 부기 3에 기재된 시트 형상 구조체에 있어서,
복수의 상기 선 형상 구조체 다발은 상기 제 1 그룹에 포함되는 상기 선 형상 구조체 다발 및 상기 제 2 그룹에 포함되는 상기 선 형상 구조체 다발로는 메워지지 않은 잉여의 간극을 메우기 위한 상기 선 형상 구조체 다발의 제 3 그룹을 더 갖는
것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
(부기 5) 부기 2 내지 4 중 어느 하나에 기재된 시트 형상 구조체에 있어서,
상기 제 1 그룹에 포함되는 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발의 표면에 형성되고, 상기 충전재보다 열 전도율이 높은 제 1 피막과,
상기 제 2 그룹에 포함되는 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발의 표면에 형성되고, 상기 충전재보다 열 전도율이 높은 제 2 피막
을 더 갖는 것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
(부기 6) 부기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 시트 형상 구조체에 있어서,
상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 형성하는 상기 복수의 선 형상 구조체의 각각은 상기 충전층의 막 두께 방향으로 배향되어 있는
것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
(부기 7) 부기 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 시트 형상 구조체에 있어서,
복수의 상기 선 형상 구조체 다발의 단부에 접속되고, 상기 충전재보다 열 전도율이 높은 제 3 피막을 더 갖는
것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
(부기 8) 상호간에 제 1 간극을 두고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 상기 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발과, 상기 제 1 간극 및 제 2 간극에 충전되어, 상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층을 갖는 시트 형상 구조체를 포함하는
것을 특징으로 하는 전자기기.
(부기 9) 부기 8에 기재된 전자기기에 있어서,
복수의 상기 선 형상 구조체 다발은 한쪽의 면 측의 단부가 다른 쪽의 면 측의 단부보다 좁아져 있는 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발을 포함하는 제 1 그룹과, 상기 한쪽의 면 측의 단부가 상기 다른 쪽의 면 측의 단보부다 넓은 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발을 포함하는 제 2 그룹을 갖는
것을 특징으로 하는 전자기기.
(부기 10) 부기 8 또는 9에 기재된 전자기기에 있어서,
상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 형성하는 상기 복수의 선 형상 구조체의 각각은 상기 시트 형상 구조체의 막 두께 방향으로 배향되어 있는
것을 특징으로 하는 전자기기.
(부기 11) 부기 8 내지 10 중 어느 하나에 기재된 전자기기에 있어서,
발열부와 방열부를 더 갖고,
상기 시트 형상 구조체는 상기 발열부와 상기 방열부 사이에 배치되어 있는
것을 특징으로 하는 전자기기.
(부기 12) 부기 11에 기재된 전자기기에 있어서,
상기 발열부는 전자 부품이고,
상기 방열부는 히트 스프레더와 히트 싱크를 가지며,
상기 시트 형상 구조체는 상기 전자 부품과 상기 히트 스프레더 사이, 및 상기 히트 스프레더와 상기 히드 싱크 사이에 설치되어 있는
것을 특징으로 하는 전자기기.
(부기 13) 부기 11에 기재된 전자기기에 있어서,
상기 시트 형상 구조체는 상기 발열부와 상기 방열부를 전기적으로 접속하는
것을 특징으로 하는 전자기기.
(부기 14) 부기 8 내지 10 중 어느 하나에 기재된 전자기기에 있어서,
회로 기판과 전자부품을 더 갖고,
상기 시트 형상 구조체는 상기 회로 기판과 상기 전자 부품 사이에 배치되어, 상기 회로 기판과 상기 전자 푸붐을 전기적으로 접속하는
것을 특징으로 하는 전자기기.
(부기 15) 기판 상의 상호간에 이간된 복수의 영역 상에 촉매 금속막을 각각 형성하는 공정과,
상기 촉매 금속막을 촉매로 하여 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 성장하고, 상기 복수의 영역의 각각에, 복수의 상기 선 형상 구조체를 포함하는 선 형상 구조체 다발을 선택적으로 형성하는 공정과,
상기 선 형상 구조체 다발 사이 및 상기 선 형상 구조체 사이에 충전재를 충전하여, 상기 충전재의 충전층을 형성하는 공정과,
상기 기판을 제거하는 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체의 제조 방법.
(부기 16) 부기 15에 기재된 시트 형상 구조체의 제조 방법에 있어서,
상기 충전층을 형성하는 공정에서는, 상기 충전재를 스핀코팅법에 의해 형성 하고,
상기 선 형상 구조체 다발의 단부가 노출되도록, 상기 충전재를 도포할 때의 상기 충전재의 점도 및/또는 회전수를 제어하는
것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체의 제조 방법.
(부기 17) 제 1 기판 상의 상호간에 이간된 복수의 영역의 각각에 제 1 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정과,
제 2 기판 상의 상호간에 이간된 복수의 영역의 각각에 제 2 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정과,
상기 제 1 기판의 상기 제 1 선 형상 구조체 다발이 형성된 면과, 상기 제 2 기판의 상기 제 2 선 형상 구조체 다발이 형성된 면을 대향시키고, 상기 제 1 선 형상 구조체 다발과 상기 제 2 선 형상 구조체 다발이 상호간에 끼워맞춰져 간극을 메우도록, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 접합시키는 공정과,
상기 제 1 선 형상 구조체 다발과 상기 제 2 선 형상 구조체 다발 사이 및 상기 선 형상 구조체 사이에 충전재를 충전하여, 상기 충전재의 충전층을 형성하는 공정과,
상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 제거하는 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체의 제조 방법.
(부기 18) 부기 17에 기재된 시트 형상 구조체의 제조 방법에 있어서,
상기 제 1 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정 후에, 상기 제 1 선 형상 구조체 다발을 액체에 침지하여 건조시킴으로써, 상기 제 1 선 형상 구조체 다발 을, 상단이 좁아져 있는 테이퍼 형상으로 성형하는 공정을,
상기 제 2 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정 후에, 상기 제 2 선 형상 구조체 다발을 액체에 침지하여 건조시킴으로써, 상기 제 2 선 형상 구조체 다발을, 상단이 좁아져 있는 테이퍼 형상으로 성형하는 공정을 더 갖는
것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체의 제조 방법.
(부기 19) 부기 17에 기재된 시트 형상 구조체의 제조 방법에 있어서,
상기 제 1 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정 후에, 상기 제 1 선 형상 구조체 다발이 형성된 상기 제 1 기판 상에, 상기 충전재보다 열 전도율이 높은 제 1 피막을 형성하는 공정을,
상기 제 2 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정 후에, 상기 제 2 선 형상 구조체 다발이 형성된 상기 제 2 기판 상에, 상기 충전재보다 열 전도율이 높은 제 2 피막을 형성하는 공정을 더 갖는
것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체의 제조 방법.
(부기 20) 부기 19에 기재된 시트 형상 구조체의 제조 방법에 있어서,
상기 기판을 제거하는 공정 후에, 표면에, 상기 충전재보다 열 전도율이 높은 제 3 피막을 형성하는 공정을 더 갖는
것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체의 제조 방법.
도 1은 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 평면도 및 개략 단면도.
도 2는 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 열 전도율과 카본 나노 튜브 다발의 간격의 관계를 나타내는 그래프.
도 3은 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트에서의 카본 나노 튜브 다발의 간격을 설명하는 도면.
도 4는 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트에서의 카본 나노 튜브 다발의 형상을 나타내는 평면도.
도 5는 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 개략 단면도.
도 6은 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 1 공정 단면도.
도 7은 제 1 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 2 공정 단면도.
도 8은 제 2 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 사시도 및 개략 단면도.
도 9는 제 2 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 1 공정 단면도.
도 10은 제 2 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 2 공정 단면도.
도 11은 제 2 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 3 공정 단면도.
도 12는 제 3 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 사시도 및 개략 단면도.
도 13은 제 3 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 1 공정 단면도.
도 14는 제 3 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 2 공정 단면도.
도 15는 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 평면도 및 개략 단면도.
도 16은 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 사시도.
도 17은 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 1 공정도.
도 18은 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 2 공정도.
도 19는 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 제 3 공정도.
도 20은 제 4 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 평면 도.
도 21은 제 5 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 평면도.
도 22는 제 5 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 공정도.
도 23은 제 6 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 개략 단면도.
도 24는 제 7 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 구조를 나타내는 개략 단면도.
도 25는 제 7 실시예에 의한 카본 나노 튜브 시트의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도.
도 26은 제 8 실시예에 의한 전자기기의 구조를 나타내는 개략 단면도.
도 27은 제 9 실시예에 의한 전자기기의 구조를 나타내는 개략 단면도.
도 28은 제 10 실시예에 의한 전자기기의 구조를 나타내는 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 카본 나노 튜브 시트 12, 12a, 12b: 카본 나노 튜브 다발
14: 충전층 16: 영역
18, 18a, 18b, 18c, 18d: 피막 20: 칩
30, 30a, 30b: 기판 32: 포토레지스트막
34: 개구부 36: 촉매 금속막
38: 오목부 40: 회로 기판
42: 땜납 범프 44: 언더필
46: 반도체 소자 48, 52, 56, 66: 카본 나노 튜브 시트
50: 히트 스프레더 54, 64: 히트 싱크
60: 고출력 증폭기 62: 패키지

Claims (10)

  1. 상호간에 제 1 간극(間隙)을 두고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 상기 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발과,
    상기 제 1 간극 및 상기 제 2 간극에 충전되어, 상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층과,
    상기 충전층의 제 1 표면 상에 형성되며, 상기 충전층을 형성하는 충전재보다 열전도율이 높은 피막
    을 갖고,
    복수의 상기 선 형상 구조체의 양 단부는 상기 충전층으로부터 노출하여 있으며,
    상기 피막은, 복수의 상기 선 형상 구조체의 한쪽의 단부(端部)에 접속되어 있는
    것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
  2. 상호간에 제 1 간극을 두고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 상기 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발과,
    상기 제 1 간극 및 제 2 간극에 충전되어, 상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층과,
    상기 충전층의 제 1 표면 상에 형성되며, 복수의 상기 선 형상 구조체의 한쪽의 단부에 접속되며, 상기 충전층을 형성하는 충전재보다 열 전도율이 높은 피막
    을 갖고,
    복수의 상기 선 형상 구조체 다발은 한쪽의 면 측의 단부(端部)가 다른 쪽의 면 측의 단부보다 좁아져 있는 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발을 포함하는 제 1 그룹과, 상기 다른 쪽의 면 측의 단부가 상기 한쪽의 면 측의 단부보다 좁아져 있는 테이퍼 형상의 상기 선 형상 구조체 다발을 포함하는 제 2 그룹을 갖는
    것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 형성하는 상기 복수의 선 형상 구조체의 각각은 상기 충전층의 막 두께 방향으로 배향되어 있는
    것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 충전층의 제 2 표면 상에 형성되며, 복수의 상기 선 형상 구조체의 다른 쪽의 단부에 접속되며, 상기 충전재보다 열 전도율이 높은 피막을 더 갖는 것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체.
  5. 상호간에 제 1 간극을 두고 배치된 복수의 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 포함하고, 상호간에 상기 제 1 간극보다 큰 제 2 간극을 두고 배치된 복수의 선 형상 구조체 다발과, 상기 제 1 간극 및 제 2 간극에 충전되어, 상기 복수의 선 형상 구조체 다발을 유지하는 충전층과, 상기 충전층의 제 1 표면 상에 형성되며, 상기 충전층을 형성하는 충전재보다 열 전도율이 높은 피막을 갖고, 복수의 상기 선 형상 구조체의 양 단부가 상기 충전층으로부터 노출하여 있으며, 상기 피막이 복수의 상기 선 형상 구조체의 한쪽의 단부에 접속되어 있는 시트 형상 구조체를 포함하는
    것을 특징으로 하는 전자기기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    발열부와 방열부를 더 갖고,
    상기 시트 형상 구조체는 상기 발열부와 상기 방열부 사이에 배치되어 있는
    것을 특징으로 하는 전자기기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    회로 기판과 전자 부품을 더 갖고,
    상기 시트 형상 구조체는 상기 회로 기판과 상기 전자 부품 사이에 배치되어, 상기 회로 기판과 상기 전자 부품을 전기적으로 접속하는
    것을 특징으로 하는 전자기기.
  8. 기판 상의 상호간에 이간된 복수의 영역 상에 촉매 금속막을 각각 형성하는 공정과,
    상기 촉매 금속막을 촉매로 하여 탄소 원소로 이루어지는 선 형상 구조체를 성장(成長)하고, 상기 복수의 영역의 각각에, 복수의 상기 선 형상 구조체를 포함하는 선 형상 구조체 다발을 선택적으로 형성하는 공정과,
    상기 선 형상 구조체 다발 사이 및 상기 선 형상 구조체 사이에 충전재를 충전하여, 상기 충전재의 충전층을 형성하는 공정과,
    상기 기판을 제거하는 공정과,
    상기 기판을 제거한 후, 상기 충전층의 표면 상에, 복수의 상기 선 형상 구조체의 한쪽의 단부에 접속되며, 상기 충전재보다 열 전도율이 높은 피막을 형성하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체의 제조 방법.
  9. 제 1 기판 상의 상호간에 이간된 복수의 영역의 각각에 제 1 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정과,
    제 2 기판 상의 상호간에 이간된 복수의 영역의 각각에 제 2 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판의 상기 제 1 선 형상 구조체 다발이 형성된 면과, 상기 제 2 기판의 상기 제 2 선 형상 구조체 다발이 형성된 면을 대향시키고, 상기 제 1 선 형상 구조체 다발과 상기 제 2 선 형상 구조체 다발이 상호간에 끼워맞춰져 간극을 메우도록, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 접합시키는 공정과,
    상기 제 1 선 형상 구조체 다발과 상기 제 2 선 형상 구조체 다발 사이 및 상기 선 형상 구조체 사이에 충전재를 충전하여, 상기 충전재의 충전층을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 제거하는 공정과,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 제거한 후, 상기 충전층의 표면 상에, 복수의 상기 선 형상 구조체의 한쪽의 단부에 접속되며, 상기 충전재보다 열 전도율이 높은 피막을 형성하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정 후에, 상기 제 1 선 형상 구조체 다발을 액체에 침지하여 건조시킴으로써, 상기 제 1 선 형상 구조체 다발을, 상단(上端)이 좁아져 있는 테이퍼 형상으로 성형(成形)하는 공정을, 또한,
    상기 제 2 선 형상 구조체 다발을 형성하는 공정 후에, 상기 제 2 선 형상 구조체 다발을 액체에 침지하여 건조시킴으로써, 상기 제 2 선 형상 구조체 다발을, 상단이 좁아져 있는 테이퍼 형상으로 성형하는 공정을, 추가로 갖는
    것을 특징으로 하는 시트 형상 구조체의 제조 방법.
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