KR20180098560A - 카본나노튜브 접합시트 및 카본나노튜브 접합시트의 제조방법 - Google Patents

카본나노튜브 접합시트 및 카본나노튜브 접합시트의 제조방법 Download PDF

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KR20180098560A
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carbon nanotube
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cnt array
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KR1020187018111A
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데쓰야 이노우에
히로유키 마루야마
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히다치 조센 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 CNT 접합시트는, 무기물의 소결체로 형성되는 고정시트와, 고정시트의 소결체와 접합하고 있는 카본나노튜브 어레이시트를 구비한다.

Description

카본나노튜브 접합시트 및 카본나노튜브 접합시트의 제조방법
본 발명은, 카본나노튜브 접합시트 및 카본나노튜브 접합시트의 제조방법에 관한 것이다.
전자부품과 히트싱크의 사이에 열전도성 재료(Thermal　Interface　Material : 이하, TIM이라고 한다)를 배치하여, 전자부품과 히트싱크 사이의 틈을 저감시켜, 전자부품에서 발생하는 열을 효율적으로 히트싱크에 전도하는 것이 알려져 있다. 이와 같은 TIM으로서, 고분자재료로 이루어지는 고분자 시트나 실리콘 그리스 등이 알려져 있다.
그러나 고분자 시트는, 전자부품 및 히트싱크 표면의 미세한 요철(표면조도)에 충분히 추종할 수 없어, 그 미세한 요철에 의하여 전자부품과 히트싱크 사이에 공극이 생기는 경우가 있기 때문에, 열전도율의 향상을 도모하는 데에는 한계가 있다.
또한 실리콘 그리스는, 전자부품 및 히트싱크 표면의 미세한 요철에 추종할 수 있지만, 온도변화가 반복됨으로써 펌프 아웃(pump out ; 전자부품과 히트싱크 사이에서 유출)하는 경우가 있어, 장기간에 걸쳐 TIM의 열전도성능을 확보하는 것은 곤란하다.
그래서 전자부품 및 히트싱크 표면의 미세한 요철에 추종시킬 수 있으면서 장기간에 걸쳐 열전도성능을 확보할 수 있는 TIM이 요청되고 있고, TIM에 카본나노튜브(이하, CNT라고 한다)를 이용하는 것이 검토되고 있다.
예를 들면 기판과, 기판의 양면(兩面)에 어레이상(array狀)으로 배치되는 CNT를 구비하는 열계면 패드가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조).
그와 같은 열계면 패드는, 화학기상증착에 의하여 기판의 양면에 CNT를 성장시켜 제조된다. 그리고 그와 같은 열계면 패드에서는, CNT가 기판의 양면에 배치되어 있기 때문에, 그 CNT를 전자부품 및 히트싱크 표면의 미세한 요철에 추종시킬 수 있다.
특허문헌1 : 일본국 공표특허 특표2015-526904호 공보
그러나 특허문헌1에 기재되어 있는 열계면 패드는, 화학기상증착에 의하여 CNT를 기판의 양면에 성장시켜 제조되고 있기 때문에, 기판과 CNT의 접착강도를 충분히 확보할 수 없다. 그 때문에 열계면 패드를 TIM으로서 사용하면, CNT가 기판으로부터 탈락하여 버리는 경우가 있다. 이 경우에, 열계면 패드의 열전도성능을 확보하는 것은 곤란하고, 또한 탈락한 CNT가 전자부품 등의 단락(短絡)을 야기하는 경우가 있다.
그래서 본 발명의 목적은, 대상물 표면의 미세한 요철에 추종시킬 수 있으면서 카본나노튜브가 탈락하는 것을 억제할 수 있는 카본나노튜브 접합시트 및 카본나노튜브 접합시트의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명[1]은, 무기물(無機物)의 소결체(燒結體)로 형성되는 고정시트(固定 sheet)와, 상기 고정시트의 상기 소결체와 접합하고 있는 카본나노튜브 어레이시트(carbon nanotube array sheet)를 구비하고 있는 카본나노튜브 접합시트를 포함하고 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 카본나노튜브 접합시트가 카본나노튜브 어레이시트를 구비하고 있기 때문에, 카본나노튜브 접합시트를 대상물에 접촉시켰을 때에, 카본나노튜브 어레이시트의 복수의 CNT를 대상물 표면의 미세한 요철에 추종시킬 수 있다.
또한 카본나노튜브 어레이시트가 고정시트의 소결체와 접합하고 있기 때문에, 카본나노튜브 어레이시트가 구비하는 CNT가 고정시트로부터 탈락하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명[2]는, 상기 무기물은, 규소 및/또는 티탄을 포함하고, 상기 소결체는, 상기 카본나노튜브 어레이시트가 구비하는 탄소와, 상기 고정시트에 포함되는 규소 및/또는 티탄의 소결체를 포함하고 있는 상기 [1]에 기재되어 있는 카본나노튜브 접합시트를 포함하고 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 소결체가, 카본나노튜브 어레이시트가 구비하는 탄소와 고정시트에 포함되는 규소 및/또는 티탄의 소결체를 포함하고 있기 때문에, 카본나노튜브 어레이시트와 소결체의 친화성의 향상을 도모할 수 있어, 카본나노튜브 어레이시트를 소결체에 확실하게 접합할 수 있다. 그 때문에, 카본나노튜브 어레이시트가 구비하는 CNT가 고정시트로부터 탈락하는 것을 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명[3]은, 카본나노튜브 어레이시트에 있어서의 상기 소결체와 접합하는 단부(端部)는, 상기 소결체에 삽입되어 있는 상기 [1] 또는 [2]에 기재되어 있는 카본나노튜브 접합시트를 포함하고 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 카본나노튜브 어레이시트의 단부가 소결체에 삽입되어 있기 때문에, 카본나노튜브 어레이시트가 구비하는 CNT가 고정시트로부터 탈락하는 것을 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명[4]는, 상기 카본나노튜브 어레이시트의 평균부피밀도는, 50㎎/㎤ 이상인 상기 [1]∼[3] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 카본나노튜브 접합시트를 포함하고 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 카본나노튜브 어레이시트의 평균부피밀도가 상기 하한 이상이기 때문에, 카본나노튜브 어레이시트의 열전도율의 향상을 도모할 수 있고, 나아가서는 카본나노튜브 접합시트의 열전도율의 향상을 도모할 수 있다.
그런데 카본나노튜브 어레이를 화학기상증착에 의하여 기판의 양면에 성장시키는 경우에, 카본나노튜브 어레이의 평균부피밀도를 상기 하한 이상으로 하는 것은 곤란하다.
한편 상기의 구성에 의하면, 성장기판으로부터 박리된 카본나노튜브 어레이시트가 고정시트의 소결체와 접합하고 있기 때문에, 카본나노튜브 어레이시트를 성장기판으로부터 박리한 후에 고밀도화 처리할 수 있다. 그 때문에, 카본나노튜브 어레이시트의 평균부피밀도를 상기 하한 이상으로 할 수 있다.
본 발명[5]는, 무기물의 소결체로 형성되는 고정시트를 준비하는 공정과, 성장기판(成長基板) 상에 수직배향 카본나노튜브(垂直配向 carbon nanotube)를 성장시키는 공정과, 상기 성장기판으로부터 상기 수직배향 카본나노튜브를 박리하여 카본나노튜브 어레이시트로 하는 공정과, 상기 카본나노튜브 어레이시트와 상기 고정시트의 사이에 금속박막(金屬薄膜)을 배치하는 공정과, 상기 금속박막이 배치된 상기 카본나노튜브 어레이시트 및 상기 고정시트를 진공 또는 불활성 분위기하에서 소성(燒成)하는 공정을 포함하는 카본나노튜브 접합시트의 제조방법을 포함하고 있다.
이와 같은 방법에 의하면, 성장기판으로부터 박리한 카본나노튜브 어레이시트와 무기물의 소결체로 형성되는 고정시트의 사이에 금속박막을 배치한 후에 그들을 소성함으로써, 카본나노튜브 어레이시트를 고정시트와 견고하게 접합시킬 수 있다.
그 때문에 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 고정시트의 소결체와 접합하는 카본나노튜브 어레이시트를 구비하는 카본나노튜브 접합시트를 효율적으로 제조할 수 있다.
본 발명[6]은, 무기입자(無機粒子)를 함유하는 수지시트(樹脂 sheet)를 준비하는 공정과, 성장기판 상에 수직배향 카본나노튜브를 성장시키는 공정과, 상기 성장기판으로부터 상기 수직배향 카본나노튜브를 박리하여 카본나노튜브 어레이시트로 하는 공정과, 상기 카본나노튜브 어레이시트를 상기 수지시트 상에 배치하는 공정과, 상기 카본나노튜브 어레이시트가 배치된 상기 수지시트를 진공 또는 불활성 분위기하에서 소성하는 공정을 포함하는 카본나노튜브 접합시트의 제조방법을 포함하고 있다.
이와 같은 방법에 의하면, 성장기판으로부터 박리한 카본나노튜브 어레이시트를 무기입자를 함유하는 수지시트 상에 배치한 후에 소성함으로써, 무기입자를 소결체로 할 수 있어, 고정시트를 형성할 수 있다. 그리고 카본나노튜브 어레이시트를 고정시트의 소결체와 접합시킬 수 있다.
그 때문에 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 고정시트의 소결체와 접합하는 카본나노튜브 어레이시트를 구비하는 카본나노튜브 접합시트를 효율적으로 제조할 수 있다.
본 발명[7]은, 성장기판 상에 수직배향 카본나노튜브를 성장시키는 공정과, 상기 성장기판으로부터 상기 수직배향 카본나노튜브를 박리하여 카본나노튜브 어레이시트로 하는 공정과, 상기 카본나노튜브 어레이시트에 무기입자를 함유하는 페이스트(paste)를 도포하는 공정과, 상기 페이스트가 도포된 카본나노튜브 어레이시트를 진공 또는 불활성 분위기하에서 소성하는 공정을 포함하는 카본나노튜브 접합시트의 제조방법을 포함하고 있다.
이와 같은 방법에 의하면, 성장기판으로부터 박리한 카본나노튜브 어레이시트에 무기입자를 함유하는 페이스트를 도포한 후에 소성함으로써, 무기입자를 소결체로 할 수 있어, 고정시트를 형성할 수 있다. 그리고 카본나노튜브 어레이시트를 고정시트의 소결체와 접합시킬 수 있다.
그 때문에 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 고정시트의 소결체와 접합하는 카본나노튜브 어레이시트를 구비하는 카본나노튜브 접합시트를 효율적으로 제조할 수 있다.
본 발명의 카본나노튜브 접합시트는, 대상물 표면의 미세한 요철에 추종할 수 있으면서 CNT가 탈락하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 카본나노튜브 접합시트의 제조방법은, 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서 상기의 카본나노튜브 접합시트를 효율적으로 제조할 수 있다.
도1에 있어서, 도1A는 본 발명의 카본나노튜브 접합시트의 제1실시형태로서의 열전도성 시트의 측면도이다. 도1B는 도1A에 나타내는 열전도성 시트가 전자부품과 히트싱크의 사이에 배치된 상태의 개략적인 구성도이다.
도2에 있어서, 도2A는 성장기판에 수직배향 카본나노튜브(VACNTs)를 성장시키는 공정의 1실시형태를 설명하기 위한 설명도로서, 기판 상에 촉매층을 형성하는 공정을 나타낸다. 도2B는 도2A에 연속하는 것으로서, 기판을 가열하여 촉매층을 복수의 입상체로 응집시키는 공정을 나타낸다. 도2C는 도2B에 연속하는 것으로서, 복수의 입상체에 원료가스를 공급하고 복수의 카본나노튜브를 성장시켜 VACNTs를 조제하는 공정을 나타낸다.
도3에 있어서, 도3A는 VACNTs를 박리하는 공정을 설명하기 위한 설명도로서, VACNTs를 성장기판으로부터 절단하는 공정을 나타낸다. 도3B는 도3A에 연속하는 것으로서, VACNTs를 성장기판으로부터 박리하여 카본나노튜브 어레이시트(CNT 어레이시트)로 하는 공정을 나타낸다. 도3C는 도3B에 나타내는 CNT 어레이시트의 사시도이다.
도4에 있어서, 도4A는 도3C에 나타내는 CNT 어레이시트를 고밀도화하는 공정을 설명하기 위한 설명도로서, CNT 어레이시트를 내열용기 내에 수용하는 공정을 나타낸다. 도4B는 도4A에 연속하는 것으로서, CNT 어레이시트를 가열처리하여 CNT 어레이시트를 고밀도화하는 공정을 나타낸다. 도4C는 도4B에 나타내는 고밀도화된 CNT 어레이시트에 금속박막을 형성하고, 고정시트의 표면 및 이면의 양면에 배치하는 공정을 나타낸다.
도5에 있어서, 도5A는 도4B에 나타내는 고밀도화된 CNT 어레이시트를 수지시트의 표면 및 이면의 양면에 배치하는 공정을 나타낸다. 도5B는 도4B에 나타내는 고밀도화된 CNT 어레이시트에 페이스트를 도포하여 페이스트층을 형성하는 공정을 나타낸다. 도5C는 도5B에 연속하는 것으로서, CNT 어레이시트를 페이스트층의 표면에 배치하는 공정을 나타낸다.
도6은, 본 발명의 카본나노튜브 접합시트의 제2실시형태로서의 열전도성 시트의 측면도이다.
도7에 있어서, 도7A는 도2C에 나타내는 VACNTs를 기계적으로 고밀도화하는 공정을 설명하기 위한 설명도로서, VACNTs가 사이에 끼워지도록 가압판을 배치하는 공정을 나타낸다. 도7B는 도7A에 연속하는 것으로서, 가압판에 의하여 VACNTs를 압축하는 공정을 나타낸다.
본 발명의 카본나노튜브 접합시트(이하, CNT 접합시트라고 한다)는, 무기물의 소결체로 형성되는 고정시트와, 고정시트의 소결체와 접합하고 있는 카본나노튜브 어레이시트를 구비하고 있다. 카본나노튜브 어레이시트는, 고정시트에 접합되어 있으면 좋고, 예를 들면 고정시트의 표면 및 이면의 적어도 어느 일방(一方)에 접합되어 있다.
이하에, 본 발명의 CNT 접합시트의 제1실시형태로서의 열전도성 시트(1)에 대하여 설명한다.
1. 제1실시형태
(1) 열전도성 시트의 구성
열전도성 시트(1)(CNT 접합시트의 일례)는, 도1A에 나타내는 바와 같이 고정시트(2)와, 2개의 카본나노튜브 어레이시트(3)(이하, CNT 어레이시트(3)라고 한다)를 구비하고 있다.
고정시트(2)는 시트형상(평판형상)을 하고 있고, 구체적으로는 고정시트(2)는, 소정의 두께를 구비하고, 그 두께방향과 직교하는 면방향(面方向)(세로방향 및 가로방향)으로 연장되어 있고, 평탄한 표면(2A)(두께방향에 있어서의 일방의 면) 및 평탄한 이면(2B)(두께방향에 있어서의 타방(他方)의 면)을 구비하고 있다.
고정시트(2)의 두께는, 예를 들면 10㎛ 이상인 것이 바람직하고, 50㎛ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 500㎛ 이하인 것이 바람직하고, 300㎛ 이하인 것이 더 바람직하다.
고정시트(2)는 무기물의 소결체로 형성되어 있다. 구체적으로는 고정시트(2)는, 무기물의 입자가 소결에 의하여 서로 접합하여 형성되는 세라믹스 시트이다. 또한 도1A에서는, 무기물의 소결체를 소결체(4)로서 나타낸다.
무기물로서는, 예를 들면 금속(예를 들면 티탄, 규소, 텅스텐 등), 무기산화물(예를 들면 실리카, 알루미나, 산화티탄, 산화아연, 산화마그네슘 등), 무기질화물(예를 들면 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소 등), 무기탄화물(예를 들면 탄화규소, 탄화티탄, 탄화텅스텐 등)을 들 수 있다. 이와 같은 무기물은, 단독으로 사용하거나 2종류 이상을 병용할 수 있다.
이와 같은 무기물은, 열전도성 시트(1)의 용도에 따라 적당히 선택된다. 또한 제1실시형태에서는, 무기물이 무기탄화물인 경우에 대하여 상세하게 설명한다. 무기탄화물로서, 바람직하게는 규소 및/또는 티탄을 포함하는 무기탄화물, 즉 탄화규소 및 탄화티탄을 들 수 있다.
고정시트(2)는 전기절연성을 구비하고 있고, 고정시트(2)의 두께방향의 전기저항(도전저항(導電抵抗))은 25℃에 있어서, 예를 들면 103Ω 이상인 것이 바람직하고, 104Ω 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 108Ω 이하인 것이 바람직하다.
또한 고정시트(2)의 열전도율은 두께방향에 있어서, 예를 들면 2W/(m·K) 이상인 것이 바람직하고, 5W/(m·K) 이상인 것이 더 바람직하다.
CNT 어레이시트(3)는, 도3C에 나타내는 바와 같이 성장기판(成長基板)(15)(후술한다 ; 도3B 참조)으로부터 박리되어 있고, 복수의 카본나노튜브(6)(이하, CNT(6)라고 한다)로부터 시트형상으로 형성되는 카본나노튜브 집합체이다.
더 상세하게는 CNT 어레이시트(3)에 있어서, 복수의 CNT(6)는, CNT 어레이시트(3)의 두께방향으로 배향(配向)되어 있고, 두께방향으로 서로 연속하지 않고 면방향(세로방향 및 가로방향)으로 서로 연속하여 시트형상이 되도록 배열되어 있다.
즉 카본나노튜브 어레이시트(3)(CNT 어레이시트(3))는, 소정의 방향으로 배향되는 복수의 카본나노튜브(6)(CNT(6))가 카본나노튜브(6)의 배향방향과 직교하는 방향으로 서로 연속하여 시트형상이 되도록 형성되어 있다.
이에 따라 CNT 어레이시트(3)는, 성장기판(15)(후술한다)으로부터 박리된 상태에서 복수의 CNT(6)가 면방향으로 서로 접촉하도록 형상을 유지하고 있다. 또한 CNT 어레이시트(3)는 가요성을 구비하고 있다. 또한 복수의 CNT(6) 중에서 서로 인접하는 CNT(6) 사이에는, 반데르발스의 힘이 작용하고 있다.
CNT(6)는 단층 카본나노튜브, 이층 카본나노튜브 및 다층 카본나노튜브 중의 어느 것이더라도 좋고, 바람직하게는 다층 카본나노튜브이다. 복수의 CNT(6)는 단층 카본나노튜브, 이층 카본나노튜브 및 다층 카본나노튜브 중의 어느 1종류만을 포함하고 있어도 좋고, 단층 카본나노튜브, 이층 카본나노튜브 및 다층 카본나노튜브 중의 어느 2종류 이상을 포함하고 있어도 좋다.
CNT(6)의 평균외경은, 예를 들면 1㎚ 이상인 것이 바람직하고, 5㎚ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 100㎚ 이하인 것이 바람직하고, 50㎚ 이하인 것이 더 바람직하고, 20㎚ 이하인 것이 특히 바람직하다.
CNT(6)의 평균길이(평균배향방향의 치수)는, 예를 들면 10㎛ 이상인 것이 바람직하고, 50㎛ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 1000㎛ 이하인 것이 바람직하고, 500㎛ 이하인 것이 더 바람직하고, 200㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한 CNT의 평균외경 및 평균길이는, 예를 들면 전자현미경관찰 등의 공지의 방법에 의하여 측정된다.
CNT 어레이시트(3)에 있어서 복수의 CNT(6)의 평균부피밀도(average bulk density)는, 예를 들면 10㎎/㎤ 이상인 것이 바람직하고, 50㎎/㎤ 이상인 것이 더 바람직하고, 100㎎/㎤ 이상인 것이 특히 바람직하고, 예를 들면 500㎎/㎤ 이하인 것이 바람직하고, 300㎎/㎤ 이하인 것이 더 바람직하고, 200㎎/㎤ 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한 CNT(6)의 평균부피밀도는, 예를 들면 단위면적당 질량(평량(basis weight) : 단위　㎎/㎠)과, 카본나노튜브의 평균길이(SEM(니혼덴시 가부시키가이샤(JEOL Ltd) 제품) 또는 비접촉 막두께측정기(가부시키가이샤 키엔스(KEYENCE CORPORATION) 제품)에 의하여 측정)로부터 산출된다.
CNT 어레이시트(3)의 G/D비는, 예를 들면 1 이상인 것이 바람직하고, 2 이상인 것이 더 바람직하고, 5 이상인 것이 특히 바람직하고, 10 이상인 것이 특히 더 바람직하고, 예를 들면 20 이하인 것이 바람직하고, 15 이하인 것이 더 바람직하다.
G/D비는, 카본나노튜브의 라만 스펙트럼에 있어서, 1350㎝-1 부근에서 관측되며 D밴드라고 불리는 피크의 스펙트럼 강도에 대한 1590㎝-1 부근에서 관측되며 G밴드라고 불리는 피크의 스펙트럼 강도의 비이다.
또한 D밴드의 스펙트럼은 카본나노튜브의 결함으로부터 유래하고, G밴드의 스펙트럼은 탄소의 6원자 고리의 면내진동(面內振動)으로부터 유래한다.
CNT 어레이시트(3)의 두께방향의 전기저항(도전저항)은 25℃에 있어서, 예를 들면 1Ω 이하인 것이 바람직하고, 0.1Ω 이하인 것이 더 바람직하다.
CNT 어레이시트(3)의 열전도율은 두께방향에 있어서, 예를 들면 1W/(m·K) 이상인 것이 바람직하고, 2W/(m·K) 이상인 것이 더 바람직하고, 10W/(m·K) 이상인 것이 특히 바람직하고, 30W/(m·K) 이상인 것이 특히 더 바람직하고, 예를 들면 60W/(m·K) 이하인 것이 바람직하고, 40W/(m·K) 이하인 것이 더 바람직하다.
그리고 CNT 어레이시트(3)는, 도1A에 나타내는 바와 같이 고정시트(2)의 표면(2A) 및 이면(2B)의 양면에 있어서, 무기물의 소결체(4)와 접합함으로써 고정시트(2)에 지지되어 있다.
즉 2개의 CNT 어레이시트(3)는, 고정시트(2)의 표면(2A) 및 이면(2B)의 각각에 1개씩 접합되어 있고, 두께방향에 있어서 고정시트(2)를 사이에 두도록 배치되어 있다.
또한 2개의 CNT 어레이시트(3)를 서로 구별하는 경우에, 고정시트(2)의 표면(2A)에 접합되는 CNT 어레이시트(3)를 제1CNT 어레이시트(3A)로 하고, 고정시트(2)의 이면(2B)에 접합되는 CNT 어레이시트(3)를 제2CNT 어레이시트(3B)로 한다.
또한 CNT 어레이시트(3)에 있어서의 고정시트(2) 측의 단부(端部)는 고정시트(2)의 소결체(4)에 삽입됨과 아울러 접합되어 있고, CNT 어레이시트(3)에 있어서의 고정시트(2)와는 반대측의 단부가 자유단(自由端)으로 되어 있다. 즉 CNT 어레이시트(3)의 소결체(4)와 접합하는 단부는, 고정시트(2)의 소결체(4)에 삽입되어 있다.
더 상세하게는, 고정시트(2)의 표면(2A)에 있어서, 제1CNT 어레이시트(3A)에 있어서의 타방측 단부가 소결체(4)에 삽입됨과 아울러 접합되고, 제1CNT 어레이시트(3A)에 있어서의 일방측 단부가 자유단으로 되어 있다. 또한 고정시트(2)의 이면(2B)에 있어서, 제2CNT 어레이시트(3B)에 있어서의 일방측 단부가 소결체(4)에 삽입됨과 아울러 접합되고, 제2CNT 어레이시트(3B)에 있어서의 타방측 단부가 자유단으로 되어 있다. 또한 CNT 어레이시트(3)의 두께방향과 고정시트(2)의 두께방향은 서로 일치하고 있어, 각 CNT 어레이시트(3)의 CNT(6)는, 고정시트(2)의 두께방향을 따라 연장되어 있다.
이와 같은 열전도성 시트(1)의 두께방향의 전기저항(도전저항)은, 예를 들면 103Ω 이상인 것이 바람직하고, 104Ω 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 107Ω 이하인 것이 바람직하고, 106Ω 이하인 것이 더 바람직하다.
열전도성 시트(1)의 열전도율은 두께방향에 있어서, 예를 들면 1W/(m·K) 이상인 것이 바람직하고, 2W/(m·K) 이상인 것이 더 바람직하고, 10W/(m·K) 이상인 것이 더욱 바람직하고, 25W/(m·K) 이상인 것이 특히 바람직하고, 50W/(m·K) 이상인 것이 특히 더 바람직하고, 예를 들면 300W/(m·K) 이하인 것이 바람직하고, 100W/(m·K) 이하인 것이 더 바람직하다.
(2) CNT 접합시트의 제조방법
다음에 열전도성 시트(1)(CNT 접합시트의 일례)의 제조방법의 1실시형태에 대하여 설명한다.
열전도성 시트(1)를 제조하기 위해서는, 도4C에 나타내는 바와 같이, 먼저 무기탄화물의 소결체로 형성되는 고정시트(2)를 준비한다(준비공정).
또한 고정시트(2)와는 별도로 CNT 어레이시트(3)를 준비한다.
CNT 어레이시트(3)를 준비하기 위해서는, 도2A∼도2C에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 화학기상성장법(CVD법)에 의하여 성장기판(15) 상에 수직배향 카본나노튜브(19)(Vertically　Aligned　carbon　nanotubes ; 이하, VACNTs(19)라고 한다)를 성장시킨다(CNT 성장공정).
상세하게는 도2A에 나타내는 바와 같이, 먼저 성장기판(15)을 준비한다. 성장기판(15)은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 CVD법에 사용되는 공지의 기판을 들 수 있고, 시판품을 사용할 수 있다.
성장기판(15)으로서는, 예를 들면 실리콘 기판이나 이산화규소막(17)이 적층되는 스테인레스 기판(16) 등을 들 수 있고, 바람직하게는 이산화규소막(17)이 적층되는 스테인레스 기판(16)을 들 수 있다. 또한 도2A∼도3C에서는, 성장기판(15)이 이산화규소막(17)이 적층되는 스테인레스 기판(16)인 경우를 나타낸다.
그리고 도2A에 나타내는 바와 같이 성장기판(15) 상, 바람직하게는 이산화규소막(17) 상에 촉매층(18)을 형성한다. 성장기판(15) 상에 촉매층(18)을 형성하기 위해서는, 금속촉매를 공지의 성막방법에 의하여 성장기판(15)(바람직하게는, 이산화규소막(17)) 상에 성막한다.
금속촉매로서는, 예를 들면 철, 코발트, 니켈 등을 들 수 있고, 바람직하게는 철을 들 수 있다. 이와 같은 금속촉매는, 단독으로 사용하거나 2종류 이상을 병용할 수 있다. 성막방법으로서는, 예를 들면 진공증착 및 스퍼터링을 들 수 있고, 바람직하게는 진공증착을 들 수 있다.
이에 따라 성장기판(15) 상에 촉매층(18)이 배치된다. 또한 성장기판(15)이 이산화규소막(17)이 적층되는 스테인레스 기판(16)인 경우에, 이산화규소막(17) 및 촉매층(18)은, 예를 들면 일본국 공개특허 특개2014-94856호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 이산화규소 전구체 용액과 금속촉매 전구체 용액이 혼합된 혼합용액을 스테인레스 기판(16)에 도포한 후에, 그 혼합액을 상분리시키고, 그 다음에 건조함으로써, 동시에 형성할 수도 있다.
계속하여 촉매층(18)이 배치된 성장기판(15)을, 도2B에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 700℃ 이상 900℃ 이하에서 가열한다. 이에 따라 촉매층(18)이 응집하여, 복수의 입상체(粒狀體)(18A)가 된다.
그리고 가열된 성장기판(15)에, 도2C에 나타내는 바와 같이 원료가스를 공급한다. 원료가스는, 탄소수가 1∼4인 탄화수소가스(저급 탄화수소가스)를 포함하고 있다. 탄소수가 1∼4인 탄화수소가스로서는, 예를 들면 메탄가스, 에탄가스, 프로판가스, 부탄가스, 에틸렌 가스, 아세틸렌 가스 등을 들 수 있고, 바람직하게는 아세틸렌 가스를 들 수 있다.
또한 원료가스는, 필요에 따라 수소가스나 불활성가스(예를 들면 헬륨, 아르곤 등), 수증기 등을 포함할 수도 있다.
원료가스의 공급시간으로서는, 예를 들면 1분 이상인 것이 바람직하고, 5분 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 60분 이하인 것이 바람직하고, 30분 이하인 것이 더 바람직하다.
이에 따라 복수의 입상체(18A) 각각을 기점(起點)으로 하여, 복수의 CNT(6)가 성장한다. 또한 도2C에서는, 편의상 1개의 입상체(18A)로부터 1개의 CNT(6)가 성장하도록 기재되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 1개의 입상체(18A)로부터 복수의 CNT(6)가 성장하더라도 좋다.
이와 같은 복수의 CNT(6)는, 성장기판(15) 상에 있어서 서로 대략 평행하게 되도록 성장기판(15)의 두께방향(상하방향)으로 연장되어 있다. 즉 복수의 CNT(6)는, 성장기판(15)에 대하여 직교하도록 배향(수직으로 배향)되어 있다.
이에 따라 VACNTs(19)가 성장기판(15) 상에 성장된다.
VACNTs(19)는, 도3C를 참조하는 바와 같이, 복수의 CNT(6)가 세로방향에 있어서 직선적으로 배열되는 열(19A)을 가로방향으로 복수 구비하고 있다. VACNTs(19)에 있어서 복수의 CNT(6)는, 면방향(세로방향 및 가로방향)으로 밀집되어 있다.
계속하여 도3A 및 도3B에 나타내는 바와 같이, 성장기판(15)으로부터 VACNTs(19)를 박리한다(박리공정).
VACNTs(19)를 성장기판(15)으로부터 박리하기 위해서는, 예를 들면 절단칼날(20)을 성장기판(15)의 상면(上面)을 따라 슬라이드 이동시켜, 복수의 CNT(6)의 기단부(基端部)(성장기판(15)측 단부)를 일괄하여 절단한다. 이에 따라 VACNTs(19)가 성장기판(15)으로부터 분리된다.
절단칼날(20)로서는, 예를 들면 커터칼날, 면도칼 등의 공지의 금속칼날을 들 수 있고, 바람직하게는 커터칼날을 들 수 있다.
계속하여 도3B에 나타내는 바와 같이, 분리된 VACNTs(19)를 성장기판(15)으로부터 들어 올린다. 이에 따라 VACNTs(19)가 성장기판(15)으로부터 박리되어, CNT 어레이시트(3)가 된다. 또한 상기의 공정을 반복함으로써, 2개의 CNT 어레이시트(3), 구체적으로는 제1CNT 어레이시트(3A) 및 제2CNT 어레이시트(3B)가 준비된다.
이와 같은 CNT 어레이시트(3)는, 그 자체로 열전도성 시트(1)에 이용할 수 있지만, 평균부피밀도가 상대적으로 낮기 때문에, 열전도율 향상의 관점에서 바람직하게는 고밀도화 처리된다(고밀도화 공정).
고밀도화 처리로서, 예를 들면 CNT 어레이시트(3)를 가열처리하는 방법(도4A 및 도4B 참조)이나, CNT 어레이시트(3)에 휘발성의 액체를 공급하는 방법을 들 수 있다.
CNT 어레이시트(3)를 가열처리하기 위해서는, 예를 들면 도4A에 나타내는 바와 같이, CNT 어레이시트(3)를 내열용기(45)에 수용하여 가열로(加熱爐) 내에 배치한다.
내열용기(45)는, 내열온도가 2600℃를 초과하는 내열용기로서, 예를 들면 탄소로 형성되는 탄소용기, 세라믹스로 형성되는 세라믹스 용기 등의 공지의 내열용기를 들 수 있다. 이와 같은 내열용기 중에서는, 바람직하게는 탄소용기를 들 수 있다.
가열로로서는, 예를 들면 저항가열로, 유도가열로, 직접통전형 전기로 등을 들 수 있고, 바람직하게는 저항가열로를 들 수 있다. 또한 가열로는 배치식이어도 좋고, 연속식이어도 좋다.
그 다음에 가열로 내에 불활성가스를 유입하여, 가열로 내를 불활성가스 분위기로 치환한다. 불활성가스로서는, 예를 들면 질소, 아르곤 등을 들 수 있고, 바람직하게는 아르곤을 들 수 있다.
계속하여 가열로 내의 온도를 소정의 승온속도로 가열온도까지 상승시킨 후에, 온도를 유지한 채로 소정 시간 방치한다.
승온속도로서는, 예를 들면 1℃/분 이상인 것이 바람직하고, 5℃/분 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 40℃/분 이하인 것이 바람직하고, 20℃/분 이하인 것이 더 바람직하다.
가열온도로서는, 예를 들면 2600℃ 이상인 것이 바람직하고, 2700℃ 이상인 것이 더 바람직하고, 2800℃ 이상인 것이 특히 바람직하다. 가열온도가 상기 하한 이상이면, CNT 어레이시트(3)에 있어서 복수의 CNT(6)를 확실하게 밀집시킬 수 있다.
또한 가열온도로서는, CNT(6)의 승화온도 미만이면 좋고, 3000℃ 이하인 것이 바람직하다. 가열온도가 상기 상한 이하이면, CNT(6)가 승화되는 것을 억제할 수 있다.
소정 시간으로서는, 예를 들면 10분 이상인 것이 바람직하고, 1시간 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 5시간 이하인 것이 바람직하고, 3시간 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 CNT 어레이시트(3)는, 바람직하게는 무부하(無負荷)의 상태(CNT 어레이시트(3)에 하중이 걸리지 않은 상태, 즉 대기압하)에서 가열처리된다. CNT 어레이시트(3)를 무부하의 상태에서 가열처리하기 위해서는, 도4A에 나타내는 바와 같이, CNT 어레이시트(3)를 내열용기(45)의 뚜껑부 및 측벽에 대하여 간격을 두도록 하여 내열용기(45) 내에 수용한다.
이상에 의하여, CNT 어레이시트(3)가 가열처리된다. CNT 어레이시트(3)가 가열처리되면, CNT 어레이시트(3)에 있어서 복수의 CNT(6)를 구성하는 그래핀(graphene)의 결정성이 향상되어, CNT(6)의 배향성(직선성)이 향상된다. 그러면 CNT 어레이시트(3)에 있어서 서로 인접하는 CNT(6)는, 그들 사이에 작용하는 반데르발스의 힘 등에 의하여, 배향성(직선성)을 유지한 채로 다발모양(束狀)이 되도록 밀집한다.
이에 따라 CNT 어레이시트(3)의 전체가 균일하게 밀집되어, CNT 어레이시트(3)가 고밀도화된다. 그 후에 CNT 어레이시트(3)를 필요에 따라 냉각(예를 들면, 자연냉각)한다.
가열처리 후의 CNT 어레이시트(3)의 두께는, 복수의 CNT(6)가 배향성(직선성)을 유지한 채로 밀집하기 때문에, 가열처리 전의 CNT 어레이시트(3)의 두께와 대략 동일하다. 더 구체적으로는 가열처리 후의 CNT 어레이시트(3)의 두께는, 가열처리 전의 CNT 어레이시트(3)의 두께에 대하여, 예를 들면 95％ 이상 105％ 이하인 것이 바람직하고, 100％인 것이 더 바람직하다.
또한 가열처리 후의 CNT 어레이시트(3)의 부피는, 가열처리 전의 CNT 어레이시트(3)의 부피에 대하여, 예를 들면 10％ 이상인 것이 바람직하고, 30％ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 70％ 이하인 것이 바람직하고, 50％ 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 가열처리 후의 CNT 어레이시트(3)의 G/D비는, 예를 들면 2 이상인 것이 바람직하다.
CNT 어레이시트(3)에 휘발성의 액체를 공급하기 위해서는, 예를 들면 CNT 어레이시트(3)에 휘발성의 액체를 스프레이하거나, CNT 어레이시트(3)를 휘발성의 액체에 침지(浸漬)시킨다.
휘발성의 액체로서는, 예를 들면 물, 유기용매 등을 들 수 있다. 유기용매로서는, 예를 들면 저급(C1∼3) 알코올류(예를 들면 메탄올, 에탄올, 프로판올 등), 케톤류(예를 들면 아세톤 등), 에테르류(예를 들면 디에틸에테르, 테트라하이드로퓨란 등), 알킬에스테르류(예를 들면 아세트산에틸 등), 할로겐화 지방족 탄화수소류(예를 들면 클로로포름, 디클로로메탄 등), 극성 비프로톤류(예를 들면 N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드 등) 등을 들 수 있다.
이와 같은 휘발성의 액체 중에서는, 바람직하게는 물을 들 수 있다. 이와 같은 휘발성의 액체는, 단독으로 사용하거나 2종류 이상을 병용할 수 있다.
CNT 어레이시트(3)에 휘발성의 액체가 공급되면, 휘발성의 액체가 기화됨으로써 복수의 CNT(6)가 서로 밀집되어, CNT 어레이시트(3)의 밀도가 향상된다.
또한 이와 같은 고밀도화 처리는, 적어도 1회 실시되고, 복수 회 반복할 수도 있다. 동일한 고밀도화 처리를 복수 회 반복하여도 좋고, 복수 종류의 고밀도화 처리를 조합하여 실시하여도 좋다. 예를 들면 상기의 가열처리만을 복수 회 반복할 수도 있고, 상기의 가열처리와 상기의 액체공급처리를 조합하여 실시할 수도 있다.
고밀도화 처리 후의 CNT 어레이시트(3)에 있어서, 복수의 CNT(6)의 평균부피밀도는, 예를 들면 50㎎/㎤ 이상인 것이 바람직하고, 두께방향의 전기저항(도전저항)은 25℃에 있어서, 예를 들면 1Ω 이상인 것이 바람직하고, 열전도율은 두께방향에 있어서, 예를 들면 10W/(m·K) 이상인 것이 바람직하다.
이상에 의하여, 무기탄화물의 소결체로 형성되는 고정시트(2)와, 2개의 CNT 어레이시트(3)가 준비된다.
그 다음에 도4C에 나타내는 바와 같이, 고정시트(2)와 CNT 어레이시트(3)의 사이에 금속박막(30)을 배치한다(박막 배치공정). 고정시트(2)와 CNT 어레이시트(3)의 사이에 금속박막(30)을 배치하기 위해서는, 먼저 2개의 CNT 어레이시트(3) 각각에 금속박막(30)을 형성한다(박막 형성공정).
더 구체적으로는, 제1CNT 어레이시트(3A)의 두께방향에 있어서의 타방의 면에 금속박막(30)을 형성하고, 제2CNT 어레이시트(3B)의 두께방향에 있어서의 일방의 면에 금속박막(30)을 형성한다.
CNT 어레이시트(3)에 금속박막(30)을 형성하기 위해서는, 예를 들면 CNT 어레이시트(3)에 금속을 증착한다. 금속으로서는, 상기의 금속을 들 수 있다. 이와 같은 금속 중에서는, 친화성의 관점에서 고정시트(2)의 무기탄화물이 함유하는 금속원소와 동일한 금속이 바람직하다. 예를 들면 고정시트(2)의 무기탄화물이 탄화티탄인 경우에, 금속박막(30)의 금속으로서 바람직하게는 티탄을 들 수 있고, 고정시트(2)의 무기탄화물이 탄화규소인 경우에, 금속박막(30)의 금속으로서 바람직하게는 규소를 들 수 있다.
즉 고정시트(2)의 무기탄화물과 금속박막(30)의 금속의 조합으로서, 바람직하게는 탄화티탄과 티탄의 조합 및 탄화규소와 규소의 조합을 들 수 있다.
계속하여 금속박막(30)이 고정시트(2)와 접촉하도록, CNT 어레이시트(3)를 고정시트(2)의 표면(2A) 및 이면(2B)의 양면에 배치한다.
더 구체적으로는, 고정시트(2)의 표면(2A)에 제1CNT 어레이시트(3A)의 금속박막(30)이 접촉하도록 제1CNT 어레이시트(3A)를 배치하고, 고정시트(2)의 이면(2B)에 제2CNT 어레이시트(3B)의 금속박막(30)이 접촉하도록 제2CNT 어레이시트(3B)를 배치한다. 이에 따라 제1CNT 어레이시트(3A) 및 제2CNT 어레이시트(3B)가 두께방향에 있어서 고정시트(2)를 사이에 두도록 배치되고, 금속박막(30)이 CNT 어레이시트(3)와 고정시트(2)의 사이에 배치된다. 또한 금속박막(30)의 두께는, 예를 들면 5㎚ 이상 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
다음에 CNT 어레이시트(3)가 배치된 고정시트(2)(금속박막(30)이 배치된 CNT 어레이시트(3) 및 고정시트(2))를 진공 또는 불활성 분위기하에서 소성한다(소성공정).
그와 같은 고정시트(2)를 소성하기 위해서는, 예를 들면 CNT 어레이시트(3)가 배치된 고정시트(2)를 상기의 가열로 내에 배치한다. 그리고 가열로 내를 공지의 방법(예를 들면, 진공펌프 등)에 의하여 진공상태로 하거나 상기의 불활성가스 분위기로 치환한다.
진공상태의 압력은, 예를 들면 100Pa 이하인 것이 바람직하고, 10Pa 이하인 것이 더 바람직하다. 불활성가스로서, 바람직하게는 아르곤을 들 수 있다.
계속하여 가열로 내의 온도를 소성온도까지 상승시킨 후에, 온도를 유지한 채로 소정 시간 방치한다.
소성온도는, 금속박막(30)이 용융하는 온도 이상 CNT(6)의 승화온도 미만으로서, 예를 들면 1000℃ 이상인 것이 바람직하고, 1500℃ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 2500℃ 이하인 것이 바람직하고, 2000℃ 이하인 것이 더 바람직하다. 소성시간으로서는, 예를 들면 1분 이상인 것이 바람직하고, 5분 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 1시간 이하인 것이 바람직하고, 30분 이하인 것이 더 바람직하다.
이에 따라 CNT 어레이시트(3)에 증착된 금속박막(30)의 금속이 CNT 어레이시트(3)의 CNT(6)의 탄소와 반응하여, 무기탄화물이 생성된다.
더 구체적으로는, 고정시트(2)의 무기탄화물이 탄화규소이고, 금속박막(30)의 금속이 규소인 경우에, CNT 어레이시트(3)의 CNT(6)의 탄소와 규소가 반응하여 탄화규소(무기탄화물)가 생성되고, 그 탄화규소(무기탄화물)가 도1A에 나타내는 바와 같이 고정시트(2)의 탄화규소(무기탄화물)의 소결체(4)와 일체(一體)가 되도록 소결하여, CNT(6)와 고정시트(2)를 접합한다.
그 때문에 CNT 어레이시트(3)의 CNT(6)가, 반응으로 생성된 탄화규소(무기탄화물)에 의하여 소결체(4)에 견고하게 접합된다.
이에 따라 CNT 어레이시트(3)(CNT(6))의 단부가 소결체(4)에 삽입됨과 아울러 접합된다. 그리고 CNT 어레이시트(3)가 고정시트(2)에 지지된다.
더 구체적으로는, 제1CNT 어레이시트(3A)에 있어서의 CNT(6)의 타방측 단부가, 고정시트(2)의 표면(2A)에 있어서 소결체(4)에 삽입됨과 아울러 접합되고, 제2CNT 어레이시트(3B)에 있어서의 CNT(6)의 일방측 단부가, 고정시트(2)의 이면(2B)에 있어서 소결체(4)에 삽입됨과 아울러 접합된다.
그 후에 냉각함으로써, 열전도성 시트(1)가 제조된다.
이와 같이 금속박막(30)이 규소로 형성되는 경우에 CNT 어레이시트(3)는, 소성공정에 있어서 CNT(6)의 탄소와 규소의 반응에 수반되는 반응소결에 의하여 소결체(4)에 접합된다. 이 경우에 소결체(4)는, 규소와 CNT 어레이시트(3)가 구비하는 탄소의 반응생성물로서의 탄화규소(무기탄화물)를 포함하고 있다. 즉 소결체(4)는, CNT 어레이시트(3)가 구비하는 탄소와 고정시트(2)에 포함되는 규소의 소결체를 포함하고 있다.
또한 고정시트(2)의 무기탄화물이 탄화티탄이고, 금속박막(30)이 티탄으로 형성되는 경우에, 상기의 소성공정에 있어서, CNT 어레이시트(3)의 CNT(6)의 탄소와 금속박막(30)의 티탄이 반응하여 탄화티탄이 생성되고, 그 탄화티탄은, 고정시트(2)의 탄화티탄의 소결체(4)와 일체가 되도록 소결되어, CNT(6)와 고정시트(2)와 접합한다.
즉 금속박막(30)이 티탄으로 형성되는 경우에 있어서도, CNT(6)의 탄소와 티탄의 반응에 수반되는 반응소결에 의하여, CNT 어레이시트(3)가 소결체(4)에 접합된다. 이 경우에 소결체(4)는, 티탄과 CNT 어레이시트(3)가 구비하는 탄소의 반응생성물로서의 탄화티탄(무기탄화물)을 포함하고 있다. 즉 소결체(4)는, CNT 어레이시트(3)가 구비하는 탄소와 고정시트(2)에 포함되는 티탄의 소결체를 포함하고 있다.
(3) 열전도성 시트의 사용태양
이와 같은 열전도성 시트(1)는 TIM으로서, 도1B에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 전자부품(11)(대상물)과 방열부재(10)(대상물)의 사이에 두께방향으로 끼워지도록 배치되어 사용된다.
전자부품(11)으로서는, 예를 들면 반도체소자(IC(집적회로) 칩 등), 발광 다이오드(LED), 고출력 레이저 발진소자, 고출력 램프, 파워 반도체소자 등을 들 수 있다.
방열부재(10)로서는, 예를 들면 히트싱크, 히트 스프레더 등을 들 수 있다.
또한 전자부품(11)의 표면(11B) 및 방열부재(10)의 표면(10A)에는, 미세한 요철(표면조도)이 형성되어 있다. 그들의 표면조도(Rz)(JIS B0601-2013에 준거한 10점평균조도)는, 예를 들면 1㎛ 이상 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
그리고 열전도성 시트(1)에 있어서, 제1CNT 어레이시트(3A)의 복수의 CNT(6)는, 방열부재(10)의 표면(10A)의 미세한 요철에 추종하여, 방열부재(10)의 표면(10A)과 안정하게 접촉하고 있다. 또한 제2CNT 어레이시트(3B)의 복수의 CNT(6)는, 전자부품(11)의 표면(11B)의 미세한 요철에 추종하여, 전자부품(11)의 표면(11B)과 안정하게 접촉하고 있다.
그 때문에 전자부품(11)이 발열하면, 전자부품(11)으로부터의 열이 제2CNT 어레이시트(3B), 고정시트(2) 및 제1CNT 어레이시트(3A)를 순차적으로 지나 방열부재(10)에 전달된다.
(4) 작용효과
열전도성 시트(1)는, 도1B에 나타내는 바와 같이 CNT 어레이시트(3)를 구비하고 있다. 그 때문에 열전도성 시트(1)를 대상물(예를 들면, 방열부재(10) 및 전자부품(11))에 접촉시켰을 때에, CNT 어레이시트(3)의 복수의 CNT(6)를 대상물 표면의 미세한 요철에 추종시킬 수 있다.
또한 CNT 어레이시트(3)는, 도1A에 나타내는 바와 같이 고정시트(2)의 소결체(4)와 접합하고 있다. 그 때문에 CNT 어레이시트(3)가 구비하는 CNT(6)가 고정시트(2)로부터 탈락하는 것을 억제할 수 있다.
소결체(4)는, CNT 어레이시트(3)가 구비하는 탄소와 고정시트(2)에 포함되는 규소 및/또는 티탄의 소결체를 포함하고 있다. 그 때문에 CNT 어레이시트(3)와 소결체(4)의 친화성의 향상을 도모할 수 있어, CNT 어레이시트(3)를 소결체(4)와 확실하게 접합할 수 있다. 그 결과, CNT 어레이시트(3)가 구비하는 CNT(6)가 고정시트(2)로부터 탈락하는 것을 확실하게 억제할 수 있다.
CNT 어레이시트(3)의 단부는, 소결체(4)에 삽입되어 있다. 그 때문에 CNT 어레이시트(3)가 구비하는 CNT(6)가 고정시트(2)로부터 탈락하는 것을 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
CNT 어레이시트(3)의 평균부피밀도는, 50㎎/㎤ 이상이다. 그 때문에 CNT 어레이시트(3)의 열전도율의 향상을 도모할 수 있고, 나아가서는 열전도성 시트(1)의 열전도율의 향상을 도모할 수 있다.
또한 성장기판(15)으로부터 박리된 CNT 어레이시트(3)가 고정시트(2)의 소결체(4)와 접합하고 있기 때문에, CNT 어레이시트(3)를 성장기판(15)으로부터 박리한 후에 고밀도화 처리할 수 있다. 그 때문에 CNT 어레이시트(3)의 평균부피밀도를 상기 하한 이상으로 할 수 있다.
또한 성장기판(15)으로부터 박리한 CNT 어레이시트(3)에 금속박막(30)을 형성한 후에, 그 CNT 어레이시트(3)를 무기물의 소결체(4)로 형성되는 고정시트(2) 상에 배치하고 소성함으로써, CNT 어레이시트(3)를 고정시트(2)와 견고하게 접합시킬 수 있다.
그 때문에 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 고정시트(2)의 소결체(4)와 접합하는 CNT 어레이시트(3)를 구비하는 열전도성 시트(1)를 효율적으로 제조할 수 있다.
또한 상기의 열전도성 시트의 제조방법에서는, 박막 배치공정에 있어서 CNT 어레이시트(3)에 금속박막(30)을 형성하고, 그 CNT 어레이시트(3)를 고정시트(2)에 배치하였지만, 이에 한정되지 않고, 고정시트(2)에 금속박막(30)을 형성한 후에 그 금속박막(30) 상에 CNT 어레이시트(3)를 배치할 수도 있다. 이에 의해서도, CNT 어레이시트(3)와 고정시트(2)의 사이에 금속박막(30)을 배치할 수 있다.
2. 제2실시형태
제1실시형태에서는, 도4C에 나타내는 바와 같이 무기물의 소결체(4)로 형성되는 고정시트(2)를 준비하고, 그 고정시트(2)에 CNT 어레이시트(3)를 배치한 후에 소성하여 열전도성 시트(1)를 제조하였지만, 본 발명은 그와 같은 열전도성 시트의 제조방법에 한정되지 않는다.
제2실시형태에서는, 도5A에 나타내는 바와 같이 무기입자(8)를 함유하는 수지시트(7)를 준비하고, 그 수지시트(7)에 CNT 어레이시트(3)를 배치한 후에 소성하여 열전도성 시트(1)를 제조한다. 또한 제2실시형태에서는, 상기한 제1실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
더 상세하게는 도5A에 나타내는 바와 같이, 먼저 무기입자(8)를 함유하는 수지시트(7)를 준비한다.
수지시트(7)는, 시트형상(평판형상)을 하고 있고, 평탄한 표면(7A)(두께방향에 있어서의 일방의 면) 및 평탄한 이면(7B)(두께방향에 있어서의 타방의 면)을 구비하고 있다. 수지시트(7)는 수지재료로 형성되어 있다. 즉 수지시트(7)는, 수지재료와 무기입자(8)를 함유하고 있다. 수지재료로서는, 열경화성 수지와 열가소성 수지를 들 수 있다.
열경화성 수지는 경화체(硬化體)(경화 후의 열경화성 수지)로서, 예를 들면 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 페놀수지, 요소수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 열경화성 엘라스토머(예를 들면 가황고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무 등) 등을 들 수 있다.
열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리에스테르(예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트 등), 폴리올레핀(예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리염화비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 불소계 폴리머(예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴 등), 열가소성 엘라스토머(예를 들면 올레핀계 엘라스토머(예를 들면 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔고무 등), 스티렌계 엘라스토머, 염화비닐계 엘라스토머 등) 등을 들 수 있다.
이와 같은 수지재료 중에서는, 바람직하게는 열가소성 수지, 더 바람직하게는 PVA 및 불소계 폴리머, 특히 바람직하게는 PVA를 들 수 있다. 이와 같은 수지재료는, 단독으로 사용하거나 2종류 이상을 병용할 수 있다.
수지시트(7)의 두께는, 예를 들면 5㎛ 이상인 것이 바람직하고, 10㎛ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 300㎛ 이하인 것이 바람직하고, 100㎛ 이하인 것이 더 바람직하다.
무기입자(8)는, 상기의 무기물로 형성되는 입자이다. 무기입자(8)는, 1종류의 무기물의 입자로 구성되더라도 좋고, 2종류 이상의 무기물의 입자로 구성되더라도 좋다.
무기입자(8)의 평균일차입자지름은, 예를 들면 0.1㎛ 이상인 것이 바람직하고, 1㎛ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 20㎛ 이하인 것이 바람직하고, 10㎛ 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 무기입자(8)의 함유비율은 수지시트(7)의 전량에 대하여, 예를 들면 5질량％ 이상인 것이 바람직하고, 10질량％ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 50질량％ 이하인 것이 바람직하고, 40질량％ 이하인 것이 더 바람직하다.
다음에 제1실시형태와 동일하게 하여 준비된 CNT 어레이시트(3)를, 수지시트(7)의 표면(7A) 및 이면(7B)의 양면에 배치한다. 그리고 CNT 어레이시트(3)가 배치된 수지시트(7)를, 제1실시형태와 마찬가지로 진공 또는 불활성 분위기하에서 소성한다(소성공정).
그러면 수지시트(7)의 수지재료가 소실(燒失)되어, 무기입자(8)가 서로 접촉함과 아울러 CNT 어레이시트(3)에 있어서의 수지시트(7) 측의 단부가 무기입자(8)와 접촉한다.
그리고 서로 접촉하는 무기입자(8)가 소결함과 아울러 CNT 어레이시트(3)의 CNT(6)와 무기입자(8)가 소결한다. 이에 따라 무기입자(8)가 소결체(4)가 되어 고정시트(2)를 형성하고, CNT 어레이시트(3)(CNT(6))의 단부가 소결체(4)에 접합된다.
더 상세하게는, 무기입자(8)가 금속 및/또는 무기탄화물로 형성되어 있는 경우에 CNT 어레이시트(3)의 CNT(6)는, 제1실시형태와 마찬가지로 CNT(6)의 탄소와 금속 및/또는 무기탄화물의 반응에 수반되는 반응소결에 의하여, 소결체(4)에 삽입되어 접합된다. 이 경우에 소결체(4)는, 금속 및 무기탄화물의 소결체를 함유하거나 무기탄화물의 소결체만을 함유하고 있다.
또한 무기입자(8)가 무기산화물 및/또는 무기질화물로 형성되어 있는 경우에 CNT 어레이시트(3)의 CNT(6)는, 무기입자(8)의 소결에 수반하여 무기입자(8)와 반응하는 것이 아니라 소결체(4)에 물리적으로 삽입되어 접합된다. 이 경우에 소결체(4)는, 무기탄화물의 소결체를 함유하지 않고, 무기산화물 및/또는 무기질화물의 소결체를 함유하고 있다.
이에 따라 2개의 CNT 어레이시트(3)는, 제1실시형태와 마찬가지로 고정시트(2)의 표면(2A) 및 이면(2B)의 양면에 있어서, 무기물의 소결체(4)에 삽입되어 접합됨으로써, 고정시트(2)에 지지된다.
이와 같은 제2실시형태에 관한 열전도성 시트(1)에 있어서, 두께방향의 전기저항(도전저항)의 범위는 상기한 열전도성 시트(1)의 두께방향의 전기저항의 범위와 동일하고, 열전도율의 범위는 상기한 열전도성 시트(1)의 열전도율의 범위와 동일하다.
이와 같은 제2실시형태에 의하면, 성장기판(15)으로부터 박리한 CNT 어레이시트(3)를, 도5A에 나타내는 바와 같이 무기입자(8)를 함유하는 수지시트(7) 상에 배치한 후에 소성하여, 무기입자(8)를 소결체(4)로 형성한다. 이에 따라, 도1A에 나타내는 바와 같이 고정시트(2)를 형성할 수 있어, CNT 어레이시트(3)를 고정시트(2)의 소결체(4)와 접합시킬 수 있다.
그 때문에 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 고정시트(2)의 소결체(4)와 접합하는 CNT 어레이시트(3)를 구비하는 열전도성 시트(1)를 효율적으로 제조할 수 있다.
이와 같은 제2실시형태에 의해서도, 상기 제1실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다.
3. 제3실시형태
다음에 도5B 및 도5C를 참조하여, 제3실시형태에 대하여 설명한다. 또한 상기한 제1실시형태 및 제2실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
상기한 제2실시형태에서는, 무기입자(8)를 함유하는 수지시트(7)를 준비하고, CNT 어레이시트(3)를 수지시트(7)의 양면에 배치한 후에 그 수지시트(7)를 가열하여 무기입자(8)를 소결함으로써, 열전도성 시트(1)를 제조하였지만, 본 발명은 그와 같은 열전도성 시트의 제조방법에 한정되지 않는다.
제3실시형태에서는, 먼저 도5B에 나타내는 바와 같이 무기입자(8)를 함유하는 페이스트를 준비한다(페이스트 준비공정).
상세하게는 페이스트는, 상기의 수지재료와 무기입자(8)를 함유하고 있다. 이와 같은 페이스트를 준비하기 위해서는, 무기입자(8)를 수지용액에 분산시킨다.
무기입자(8)의 함유비율은 페이스트 전량에 대하여, 예를 들면 5질량％ 이상인 것이 바람직하고, 10질량％ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 50질량％ 이하인 것이 바람직하고, 40질량％ 이하인 것이 더 바람직하다.
수지용액은, 상기의 수지재료가 용매(예를 들면 물, 유기용매 등)에 용해된 용액이다. 수지재료로서는, 바람직하게는 열가소성 수지, 더욱 바람직하게는 PVA를 들 수 있다.
계속하여 상기의 제1실시형태와 동일하게 하여 준비된 제2CNT 어레이시트(3B)(CNT 어레이시트(3))의 두께방향에 있어서의 일방의 면에 페이스트를 도포하여, 페이스트층(40)을 형성한다(도포공정). 그 때문에 페이스트층(40)은, 수지재료 및 무기입자(8)를 함유하고 있다.
페이스트층(40)의 두께는, 예를 들면 10㎛ 이상인 것이 바람직하고, 20㎛ 이상인 것이 더 바람직하고, 예를 들면 3㎜ 이하인 것이 바람직하고, 200㎛ 이하인 것이 더 바람직하고, 100㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다.
그리고 도5C에 나타내는 바와 같이 제1CNT 어레이시트(3A)(CNT 어레이시트(3))를, 페이스트층(40)의 표면(40A)(두께방향에 있어서의 일방측의 면)에 배치한다.
이에 따라 페이스트층(40)이, 제1CNT 어레이시트(3A)와 제2CNT 어레이시트(3B)의 사이에 끼워진다. 바꾸어 말하면 CNT 어레이시트(3)(제1CNT 어레이시트(3A) 및 제2CNT 어레이시트(3B))가, 페이스트층(40)의 표면(40A) 및 이면(40B)의 양면에 배치된다.
그리고 CNT 어레이시트(3)가 배치된 페이스트층(40)(페이스트가 도포된 CNT 어레이시트(3))을 진공 또는 불활성 분위기하에서 가열하여, 무기입자(8)를 소성한다(소성공정). 또한 소성온도 및 소성시간의 범위는, 상기 제1실시형태와 동일하다.
이에 의해서도 수지시트(7)의 수지재료가 소실되어, 무기입자(8)가 서로 접촉함과 아울러 CNT 어레이시트(3)에 있어서의 수지시트(7) 측의 단부가 무기입자(8)와 접촉한다. 그리고 서로 접촉하는 무기입자(8)가 소결함과 아울러 CNT 어레이시트(3)의 CNT(6)가 소결체(4)에 삽입되어 접합된다.
즉 성장기판(15)으로부터 박리한 CNT 어레이시트(3)에 무기입자(8)를 함유하는 페이스트를 도포한 후에 소성함으로써, 무기입자(8)를 소결체(4)로 형성한다. 이에 따라 고정시트(2)를 형성할 수 있어, CNT 어레이시트(3)를 고정시트(2)의 소결체(4)와 접합시킬 수 있다.
그 때문에 간이한 방법으로 제조할 수 있으면서, 고정시트(2)의 소결체(4)와 접합하는 CNT 어레이시트(3)를 구비하는 열전도성 시트(1)를 효율적으로 제조할 수 있다.
또한 이에 의해서도, 상기 제1실시형태 및 제2실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다.
4. 변형예
제1실시형태 및 제2실시형태에서는, 열전도성 시트(1)는, 고정시트(2)의 표면(2A) 및 이면(2B)의 양면에 접합되는 CNT 어레이시트(3)를 구비하고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 도6에 나타내는 바와 같이 열전도성 시트(1)는, 고정시트(2)의 표면(2A) 및 이면(2B)의 적어도 어느 일방에 있어서, 고정시트(2)의 소결체(4)와 접합하는 CNT 어레이시트(3)를 구비하고 있으면 좋다.
제1실시형태 및 제2실시형태에서는, 고밀도화 처리 후의 CNT 어레이시트(3)가 열전도성 시트(1)의 제조에 사용되지만, 이에 한정되지 않고, CNT 어레이시트(3)는, 성장기판(15)으로부터 박리된 후에 고밀도화 처리되지 않고 열전도성 시트(1)의 제조에 사용되어도 좋다.
이 경우에 CNT 어레이시트(3)는, 소성공정에 있어서, 고정시트(2)의 소결체(4)에 접합됨과 아울러 고밀도화된다. CNT 어레이시트(3)에 있어서의 복수의 CNT(6)의 평균부피밀도는, 예를 들면 50㎎/㎤ 이상이 된다.
제1실시형태 및 제2실시형태에서는, CNT 어레이시트(3)의 고밀도화 처리로서 가열처리 및 액체공급처리를 들 수 있지만, CNT 어레이시트(3)의 고밀도화 처리는 이에 한정되지 않고, 기계적인 압축에 의하여 CNT 어레이시트(3)를 고밀도화하는 것도 가능하다.
예를 들면 도7A 및 도7B에 나타내는 바와 같이, 성장기판(15) 상의 VACNTs(19)를 2매(枚)의 가압판(46)에 의하여 압축하여, 고밀도화된 CNT 어레이시트(3)를 조제한다.
더 상세하게는, 2매의 가압판(46)을 VACNTs(19)가 사이에 오도록 배치한 후에, 서로 근접하도록 슬라이드시켜 VACNTs(19)를 압축한다. 그러면 VACNTs(19)의 복수의 CNT(6)는, 대응하는 입상체(18A)로부터 이탈되어, 서로 접촉하도록 압축된다.
이에 의해서도, VACNTs(19)를 성장기판(15)으로부터 분리할 수 있고, 고밀도화된 CNT 어레이시트(3)를 준비할 수 있다.
또한 고정시트(2)는, 소성공정에 있어서 상기의 수지재료가 흑연화됨에 따라 생성되는 흑연(그래파이트(graphite))을 함유하더라도 좋다. 이 경우에 흑연의 함유비율은 고정시트(2)의 전량에 대하여, 예를 들면 10질량％ 이상 50질량％ 이하인 것이 바람직하다.
제1실시형태∼제3실시형태에서는, 고정시트(2)가 전기절연성을 구비하고 있어 열전도성 시트(1)가 전기절연성 시트로서 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 고정시트(2)를 전기전도성을 갖도록 형성하여 열전도성 시트(1)를 전기전도성 시트로서 구성하여도 좋다.
또한 열전도성 시트(1)가 전기전도성 시트인 경우에, CNT 어레이시트(3)의 고밀도화 처리에 있어서 공급되는 휘발성의 액체에는, 무기미립자를 분산시켜도 좋다.
무기미립자로서는, 탄소미립자(예를 들면 카본블랙, 비결정성 탄소 등), 금속미립자, 전기전도성을 구비하는 세라믹스 미립자 등을 들 수 있다. 이와 같은 무기미립자는, 단독으로 사용하거나 2종류 이상을 병용할 수 있다.
이 경우에 CNT 어레이시트(3)에는, 무기미립자가 균일하게 부착된다. 이에 따라 CNT 어레이시트(3)에, 열전도성 시트(1)의 용도에 따라 적당하게 요구되는 특성을 부여할 수 있다.
제1실시형태∼제3실시형태에서는, CNT 접합시트가 열전도성 시트(1)인 경우에 대해서 상세하게 설명하였지만, CNT 접합시트의 용도는 열전도성 시트로 한정되지 않는다. CNT 접합시트의 용도로서는, 예를 들면 접착시트, 방진재(防振材), 단열재 등을 들 수 있다.
이들 변형예에 의해서도, 상기 제1실시형태∼제3실시형태와 동일한 작용효과를 발휘할 수 있다. 또한 이들 제1실시형태∼제3실시형태 및 변형예는, 적당하게 조합하는 것이 가능하다.
실시예
이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그들에 한정되지 않는다. 이하의 기재에 있어서 사용되는 배합비율(함유비율), 물성값, 파라미터 등의 구체적인 수치는, 상기의 「발명을 실시하기 위한 구체적인 내용」에 기재되어 있는 것에 대응하는 배합비율(함유비율), 물성값, 파라미터 등 해당 기재의 상한값(「이하」, 「미만」으로 정의되어 있는 수치) 또는 하한값(「이상」, 「초과」로 정의되어 있는 수치)으로 대체할 수 있다.
(실시예1)
스테인레스제의 성장기판(스테인레스 기판)의 표면에 이산화규소막을 적층한 후에, 이산화규소막 상에 촉매층으로서 철을 증착하였다.
다음에 성장기판을 소정의 온도로 가열하여, 촉매층에 원료가스(아세틸렌 가스)를 공급하였다. 이에 따라 성장기판 상에 있어서, 평면에서 볼 때에 대략 직사각형 형상인 VACNTs를 형성하였다.
VACNTs에 있어서 복수의 CNT는, 서로 대략 평행하게 되도록 연장되고, 성장기판에 대하여 직교하도록 배향(수직배향)되어 있었다. CNT는 다층 카본나노튜브이며, CNT의 평균외경은 약 12㎚, CNT의 평균길이는 약 80㎛, VACNTs의 부피밀도는 약 50㎎/㎤이었다.
계속하여 커터칼날(절단칼날)을 성장기판을 따라 이동시켜 VACNTs를 성장기판으로부터 분리하여, CNT 어레이시트를 준비하였다.
이어서 CNT 어레이시트를 내열용기인 탄소용기에 수용하고, 그 탄소용기를 저항가열로(고온가열로) 내에 배치하였다.
다음에 저항가열로 내를, 아르곤 분위기로 치환한 후에 10℃/분으로 2800℃까지 승온하고, 2800℃로 2시간 유지하였다. 이에 따라 CNT 어레이시트가 고밀도화되고, 그 후에 자연냉각에 의하여 실온까지 냉각하였다.
고밀도화된 CNT 어레이시트의 부피밀도는 약 100㎎/㎤이고, 그 CNT 어레이시트의 두께방향의 전기저항(도전저항)은 25℃에 있어서 0.1Ω이며, 그 CNT 어레이시트의 열전도율은 두께방향에 있어서 약 30W/(m·K)이었다.
그리고 상기한 바와 마찬가지로 하여, 고밀도화된 CNT 어레이시트를 2개 준비하였다.
그 다음에 2개의 CNT 어레이시트 각각의 일방의 면에, 증착에 의하여 두께가 20㎚인 규소박막(금속박막)을 형성하였다.
이어서 두께가 100㎛이고, 탄화규소의 소결체로 형성되는 세라믹스 시트(고정시트)를 준비하였다.
그리고 규소박막이 세라믹스 시트와 접촉하도록, CNT 어레이시트를 고정시트의 표면 및 이면의 양면에 배치하였다.
계속하여 CNT 어레이시트가 배치된 세라믹스 시트를 저항가열로(고온가열로) 내에 배치하고, 불활성가스 분위기 중에 있어서 1700℃로 15분 동안 가열하였다.
이에 따라, CNT의 탄소와 증착된 규소가 반응하여 탄화규소가 생성됨과 아울러 그 탄화규소와 세라믹스 시트가 소결에 의하여 접합하였다. 그 후에 냉각하여, 열전도성 시트를 얻었다.
(실시예2)
PVA로 형성되고, 규소입자(무기입자)가 분산되어 있는 수지시트를 준비하였다. 또한 규소입자의 평균일차입자지름은 2㎛이고, 규소입자의 함유비율은 수지시트 전량에 대하여 20질량％이었다. 또한 PVA의 함유비율은 수지시트 전량에 대하여 80질량％이었다.
다음에 실시예1과 동일하게 하여 준비된 CNT 어레이시트를 수지시트의 표면 및 이면의 양면에 배치하였다. 계속하여 CNT 어레이시트가 배치된 수지시트를 저항가열로(고온가열로) 내에 배치하고, 불활성가스 분위기 중에 있어서 1700℃로 15분 동안 가열하였다.
이에 따라 수지시트의 PVA가 소실됨과 아울러 CNT의 탄소와 수지시트의 규소입자가 반응하여 탄화규소를 생성하고, 그 탄화규소와 규소입자가 소결체를 형성하여, 고정시트를 형성하였다. 즉 고정시트는, 탄화규소와 규소의 소결체를 함유하고 있었다. 고정시트의 두께는 100㎛이었다.
그 후에 냉각하여, 열전도성 시트를 얻었다.
(실시예3)
PVA가 물(용매)에 용해된 PVA 용액(수지용액, PVA 농도 : 10질량％)에 규소입자(무기입자)를 분산시켜, 페이스트를 준비하였다.
또한 규소입자의 평균일차입자지름은 2㎛이고, 규소입자의 함유비율은 페이스트 전량에 대하여 20질량％이었다. 또한 PVA의 함유비율은 페이스트 전량에 대하여 80질량％이었다.
다음에 실시예1과 동일하게 하여 준비된 2개의 CNT 어레이시트 중에서 일방의 CNT 어레이시트에 페이스트를 도포하여, 두께가 약 2㎜인 페이스트층을 형성하였다. 그리고 타방의 CNT 어레이시트를, 페이스트층이 2개의 CNT 어레이시트 사이에 끼워지도록, 페이스트층 상에 배치하였다.
그 후에 CNT 어레이시트가 배치된 페이스트층을 저항가열로(고온가열로) 내에 배치하고, 불활성가스 분위기 중에 있어서 1700℃로 15분 동안 가열하였다. 그 후에 냉각하여, 열전도성 시트를 얻었다. 또한 고정시트의 두께는 100㎛이었다.
(실시예4)
PVA로 형성되고, 질화규소입자(무기입자)가 분산되어 있는 수지시트를 준비한 것 이외에는 실시예2와 동일하게 하여, 열전도성 시트를 얻었다. 또한 열전도성 시트의 고정시트의 두께는 100㎛이었다.
(비교예1)
스테인레스제의 성장기판의 표면 및 이면의 양면에 이산화규소막을 적층한 후에, 이산화규소막 상에 촉매층으로서 철을 증착하였다.
다음에 성장기판을 소정의 온도로 가열하여, 촉매층에 원료가스(아세틸렌 가스)를 공급하였다. 이에 따라 기판의 표면 및 이면의 양면에, 평면에서 볼 때에 대략 직사각형 형상인 VACNTs를 형성하였다. 각 VACNTs에 있어서의 CNT의 평균외경, CNT의 평균길이 및 부피밀도는, 실시예1과 동일하였다.
그리고 양면에 VACNTs가 배치된 성장기판을, 열전도성 시트로 하였다.
〈평가〉
(1) 열전도율
각 실시예 및 비교예에서 얻은 열전도성 시트에 대해서, 열저항을 열저항 측정장치(상품명 : T3Ster DynTIM Tester, 멘토 그래픽스(Mentor Graphics Corporation) 제품)로 측정하였다. 그리고 열전도성 시트의 두께를 변경하여, 열저항을 복수 점(点)(예를 들면, 3점) 측정하고, 열전도성 시트의 두께 및 측정된 열저항을 플롯하였다. 그 플롯결과로부터 열전도성 시트의 열전도율을 산출하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.
(2) 전기저항
각 실시예 및 비교예에서 얻은 열전도성 시트에 대해서, 두께방향의 전기저항을 전기저항 측정장치(상품명 : 레지스티비티 체임버(Resistivity Chamber), 가부시키가이샤 ADC(ADC CORPORATION) 제품)로 측정하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.
(3) 접착강도시험
각 실시예에서 얻은 열전도성 시트에 대해서, 점착테이프를 CNT 어레이시트에 대하여 고정시트와는 반대측에 점착한 후에, 점착테이프를 박리하였다.
또한 비교예에서 얻은 열전도성 시트에 대해서, 점착테이프를 VACNTs에 대하여 성장기판과는 반대측에 점착한 후에, 점착테이프를 박리하였다.
그리고 접착강도를 이하의 기준에 의하여 평가하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.
○ : CNT 어레이시트(VACNTs)의 고정시트(성장기판)로부터의 현저한 박리가 보이지 않았다.
× : CNT 어레이시트(VACNTs)의 고정시트(성장기판)로부터의 현저한 박리가 보였다.
Figure pct00001
또한 상기 발명은, 본 발명의 예시인 실시형태로서 제공하였지만, 이것은 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석하여서는 안된다. 당해 기술분야의 당업자에 의하여 명백한 본 발명의 변형예는, 후술하는 청구범위에 포함된다.
(산업상이용가능성)
CNT 접합시트는 각종 산업제품에 적용할 수 있고, 예를 들면 열전도성 재료, 접착시트, 방진재, 단열재 등으로서 이용할 수 있다. CNT 접합시트의 제조방법은, 각종 산업제품에 사용되는 CNT 접합시트의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.
1 : 열전도성 시트
2 : 고정시트
3 : CNT 어레이시트
4 : 소결체
6 : CNT
7 : 수지시트
8 : 무기입자
15 : 성장기판
19 : VACNTs

Claims (7)

  1. 무기물(無機物)의 소결체(燒結體)로 형성되는 고정시트(固定 sheet)와,
    상기 고정시트의 상기 소결체와 접합하고 있는 카본나노튜브 어레이시트(carbon nanotube array sheet)를
    구비하고 있는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 접합시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무기물은, 규소 및/또는 티탄을 포함하고,
    상기 소결체는,
    상기 카본나노튜브 어레이시트가 구비하는 탄소와,
    상기 고정시트에 포함되는 규소 및/또는 티탄의
    소결체를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 접합시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카본나노튜브 어레이시트에 있어서의 상기 소결체와 접합하는 단부(端部)는, 상기 소결체에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 접합시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카본나노튜브 어레이시트의 평균부피밀도는, 50㎎/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 접합시트.
  5. 무기물의 소결체로 형성되는 고정시트를 준비하는 공정과,
    성장기판(成長基板) 상에 수직배향 카본나노튜브(垂直配向 carbon nanotube)를 성장시키는 공정과,
    상기 성장기판으로부터 상기 수직배향 카본나노튜브를 박리하여 카본나노튜브 어레이시트로 하는 공정과,
    상기 카본나노튜브 어레이시트와 상기 고정시트의 사이에 금속박막(金屬薄膜)을 배치하는 공정과,
    상기 금속박막이 배치된 상기 카본나노튜브 어레이시트 및 상기 고정시트를 진공 또는 불활성 분위기하에서 소성(燒成)하는 공정을
    포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 접합시트의 제조방법.
  6. 무기입자(無機粒子)를 함유하는 수지시트(樹脂 sheet)를 준비하는 공정과,
    성장기판 상에 수직배향 카본나노튜브를 성장시키는 공정과,
    상기 성장기판으로부터 상기 수직배향 카본나노튜브를 박리하여 카본나노튜브 어레이시트로 하는 공정과,
    상기 카본나노튜브 어레이시트를 상기 수지시트 상에 배치하는 공정과,
    상기 카본나노튜브 어레이시트가 배치된 상기 수지시트를 진공 또는 불활성 분위기하에서 소성하는 공정을
    포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 접합시트의 제조방법.
  7. 성장기판 상에 수직배향 카본나노튜브를 성장시키는 공정과,
    상기 성장기판으로부터 상기 수직배향 카본나노튜브를 박리하여 카본나노튜브 어레이시트로 하는 공정과,
    상기 카본나노튜브 어레이시트에 무기입자를 함유하는 페이스트(paste)를 도포하는 공정과,
    상기 페이스트가 도포된 카본나노튜브 어레이시트를 진공 또는 불활성 분위기하에서 소성하는 공정을
    포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 접합시트의 제조방법.
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