WO2008035742A1 - Structure d'interface thermique et procédé de fabrication de celle-ci - Google Patents

Structure d'interface thermique et procédé de fabrication de celle-ci Download PDF

Info

Publication number
WO2008035742A1
WO2008035742A1 PCT/JP2007/068297 JP2007068297W WO2008035742A1 WO 2008035742 A1 WO2008035742 A1 WO 2008035742A1 JP 2007068297 W JP2007068297 W JP 2007068297W WO 2008035742 A1 WO2008035742 A1 WO 2008035742A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal
carbon nanotube
layer
nanotube layer
metal layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/068297
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kuniaki Sueoka
Yohichi Taira
Original Assignee
International Business Machines Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corporation filed Critical International Business Machines Corporation
Priority to CN2007800319354A priority Critical patent/CN101512760B/zh
Priority to JP2008535388A priority patent/JP4917100B2/ja
Priority to EP07807649.4A priority patent/EP2065932B1/en
Publication of WO2008035742A1 publication Critical patent/WO2008035742A1/ja

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
    • H05K7/20472—Sheet interfaces
    • H05K7/20481—Sheet interfaces characterised by the material composition exhibiting specific thermal properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/11—Methods of delaminating, per se; i.e., separating at bonding face
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49359—Cooling apparatus making, e.g., air conditioner, refrigerator

Definitions

  • the present invention generally relates to a heat conducting structure. More particularly, the present invention relates to a thermal interface structure applicable to a heat conduction module incorporating an IC chip or the like.
  • thermal interface structure is provided between the conductor integrated circuit and the heat dissipation mechanism (heat sink) in order to reduce the influence of thermal expansion.
  • heat sink heat dissipation mechanism
  • CNT carbon nanotubes
  • thermal contact materials Is expected. H. Ammita et.ai., Utilization of carbon fibers in thermal management of Microelectronics, 2005 10th International Symposium on Advanced Packing Materials: Processes, Properties and Interfaces, 259 (2005). And use as a thermal contact material (grease).
  • US Pat. No. 6,965,513 discloses that aligned and grown CNTs are hardened with an elastomer or the like and used as a thermal contact material.
  • these disclosures do not provide practical low thermal resistance values. The reason is that there is a large contact resistance with the substrate in contact with the CNT. Therefore, a method for realizing a small thermal resistance (high thermal bondability) between the CNT and the substrate is necessary.
  • Patent Document 1 US Patent 6,965,513
  • An object of the present invention is to provide a thermal interface structure with low thermal resistance.
  • An object of the present invention is to provide a heat conduction module with high heat conduction efficiency!
  • a thermal interface structure comprising an oriented carbon nanotube layer and a metal layer provided on each of two end faces in the orientation direction of the carbon nanotube layer.
  • a heat conduction module including a heat generating body, a heat radiating body, and a heat interface structure provided on the heat generating body and the heat radiating body.
  • a carbon nanotube layer oriented substantially parallel to the direction toward the heat dissipator, a first metal layer connected to one end face of the force-bonn nanotube layer and thermally connected to the heating element, and a carbon nanotube
  • a heat conducting module is provided that includes a second metal layer connected to the other end face of the layer and thermally connected to the heat sink.
  • a metal layer is provided between the substrate and the like facing the CNT layer surface.
  • the metal layer is produced as a continuous metal layer on the surface of the aligned and grown CNT layer, for example, by sputtering.
  • This metal surface can be further thermally coupled to another substrate using a low melting point metal or the like.
  • the present invention realizes a heat conduction structure with low thermal resistance that fully utilizes the orientation, high thermal conductivity, and mechanical flexibility of the CNT layer.
  • FIG. 1 shows a cross section of the thermal interface structure 10 of the present invention.
  • the thermal interface structure 10 includes a CNT layer 1 and metal layers 2 and 3.
  • the CNT layer 1 is oriented substantially parallel to the heat transfer direction (substantially vertical in FIG. 1).
  • CNT is a one-dimensional heat conduction material.
  • the thermal conductivity of the CNT tube in the long axis direction is extremely high, but the direction perpendicular to the long axis (horizontal Direction) is small. Therefore, in the present invention, the orientation direction of the CNT layer is preferably a direction (parallel) along the long axis direction of the CNT tube.
  • Metal layers 2 and 3 are bonded to the upper and lower surfaces of CNT layer 1, respectively.
  • the metal layer is preferably Au, N or Pt. However, other metals such as Ag may be used.
  • an elastic material such as Si elastomer can be included between each CNT of the CNT layer 1.
  • FIG. 2 shows a cross section of the heat conducting module 20 of the present invention.
  • the thermal interface structure 10 of Fig. 1 is used.
  • the upper metal layer 2 of the thermal interface structure is connected to the heat sink 6 via a low-melting point metal material (for example, Ga and its alloys) indicated by reference numeral 4 or a solder material (for example, Pb—Sn).
  • the lower metal layer 3 is connected to a semiconductor integrated circuit (IC chip) or the like that is a heating element 7 via a low melting point metal material or a solder material indicated by reference numeral 5.
  • the heat sink 6 is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum.
  • the IC chip includes a micro 'processor' unit (MPU) and the like.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a method for manufacturing a thermal interface structure of the present invention.
  • the CNT layer 32 is oriented and grown in the vertical direction on the Si substrate 31.
  • the CNT layer is grown by setting the substrate temperature to 750 ° C in a thermal CVD vessel into which acetylene gas has been introduced.
  • the thickness of the CNT layer 32 is about 30 to 150 m.
  • the metal layer 33 is formed on the surface of the CNT layer 32.
  • an Au layer having a thickness of about lm is formed using a sputtering apparatus.
  • the thickness of the metal layer 33 should be about 0.5 to 5 m.
  • This relatively thick metal layer 33 improves thermal bonding properties and further improves the mechanical strength of the CNT layer 32, thereby preventing CNT orientation disorder.
  • a liquid metal layer 34 for example, Ga
  • the substrate 31 is bonded to the metal block 35 so that the liquid metal layer 34 contacts the surface of the metal (for example, copper) block 35. Thereafter, the whole or part of the liquid metal layer 34 is cooled from the outside to solidify the liquid metal layer 34.
  • the cooling temperature is about 4 ° C or less in the case of Ga-based liquid metal, for example.
  • a metal block 35 cooled in advance to a temperature at which the liquid metal layer 34 can be solidified may be prepared, and the liquid metal layer 34 may be bonded to the surface of the metal block 35.
  • the substrate 31 is separated from the CNT layer 32 to separate them.
  • the whole or part of the liquid metal layer 34 is heated from the outside to melt the solidified liquid metal layer 34.
  • the CNT layer 32 is separated from the metal block 35.
  • the molten liquid metal layer 34 is removed from the surface of the metal layer 33.
  • a metal layer 36 is formed on the exposed surface of the CNT layer 32 in the same manner as in (b).
  • FIG. 4 shows another embodiment of the method for manufacturing the thermal interface structure of the present invention. Steps (a) and (b) are the same as in FIG.
  • an ultraviolet (UV) release tape 40 is attached to the surface of the metal layer 33.
  • the UV release tape is an adhesive tape that can be peeled off from the object to be bonded by decomposing its adhesive layer and generating gas (bubbles) when exposed to UV light.
  • the substrate 31 is separated from the CNT layer 32 to separate them.
  • the ultraviolet release tape 40 is irradiated with ultraviolet rays (UV) to decompose the adhesive layer.
  • the ultraviolet peeling tape 40 is peeled off from the surface of the metal layer 33 to separate them.
  • the metal layer 36 is formed on the surface of the CNT layer 32 as in the case of the step (h) in FIG. Through the above process, a thermal interface structure using the CNT layer is created.
  • an elastic material such as Si elastomer may be impregnated between the CNTs of the CNT layer 1 in a vacuum vessel. The mechanical strength of the CNT layer 32 can be increased by solidifying the elastic material.
  • the thermal resistance of the thermal interface structure made by the manufacturing method shown in Fig. 3 was measured.
  • the steady-state method was used for the measurement.
  • the steady-state method is generally a method in which a constant Joule heat is applied to a sample and the thermal conductivity is obtained from the heat flow Q at that time and the temperature gradient ⁇ ⁇ .
  • a sample of area 10X10mm, thickness tens of forces, and hundreds of microns was sandwiched between two copper blocks with thermocouples. One end of the copper block was heated with a heater and the other end was cooled with a heat sink.
  • a steady heat flow Q was generated between both ends, and the temperature difference ⁇ ⁇ was measured.
  • the thermal resistance value according to the present invention is 110 mm2K / W in the case of using CNT-coated Si in FIG. 8 of the above-mentioned document “Utilization of carbon fibers in thermal management of Microelectronics” or CNT-coated in FIG. Compared to the thermal resistance of 60 mm2K / W when Cu (Si) is used, it is about one-third or less.
  • FIG. 1 is a view showing a cross section of a thermal interface structure of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a cross section of the heat conducting module of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a method for manufacturing a thermal interface structure according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the method for manufacturing the thermal interface structure of the present invention. Explanation of symbols

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

明 細 書
熱インターフェイス構造とその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、一般的には熱伝導構造に関する。本発明は、より詳細には ICチップ等 を内蔵する熱伝導モジュールに適用可能な熱インターフェイス構造に関する。
背景技術
[0002] 近年、高密度化が進む半導体集積回路の電力消費量は増大し続けている。電力 の増大に伴う発熱量の増大が半導体集積回路の動作周波数の向上を妨げる一因と なっている。このため、更なる動作周波数の向上等のために、半導体集積回路をより 高効率で冷却する必要がある。半導体集積回路を冷却するための構成において、熱 膨張の影響を緩和するために導体集積回路と放熱機構 (ヒートシンク）の間に熱接触 材料 (熱インターフェイス構造）が設けられる。このインターフェイスでの熱抵抗は大き ぐ冷却システム全体の熱抵抗の半分程度を占めている。したがって、できるだけ熱 抵抗の小さな熱インターフェイス構造が切望されている。
[0003] この様な状況下において、カーボンナノチューブ（以下、 CNTと呼ぶ。 )は高い熱伝 導率を有し、かつ機械的に高い柔軟性を有しているので、熱接触材料としての応用 、期待され飞いる。 H. Ammita et.ai., Utilization of carbon fibers in thermal manage ment of Microelectronics ， 2005 10th International Symposium on Advanced Packagi ng Materials: Processes, Properties and Interfaces, 259 (2005)に、 CNTを油月旨等に 混入して熱接触材料 (グリース）として利用することが開示されている。米国特許 6,965 ，513に、配向成長した CNTをエラストマ一等で固めて熱接触材料として利用すること が開示されている。しかし、これらの開示では、実用的な低熱抵抗値が得られていな い。その理由は、 CNTに接する基板との間で大きな接触抵抗が存在するためである 。したがって、 CNTと基板との間での小さな熱抵抗（高い熱結合性）を実現する方法 が必要である。
非特千文献丄： ri. Ammita et.al., Utilization or carbon noers in tnermal management of Microelectronics", 2005 10th International Symposium on Advanced Packaging Materials: Processes, Properties and Interfaces, 259 (2005)
特許文献 1：米国特許 6，965,513
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 本発明の目的は、熱抵抗の小さな熱インターフェイス構造を提供することである。
[0005] 本発明の目的は、熱伝導効率の高!/、熱伝導モジュールを提供することである。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明によれば、配向されたカーボンナノチューブ層と、カーボンナノチューブ層 の配向方向の 2つの端面の各々に設けられた金属層とを備える、熱インターフェイス 構造が提供される。
[0007] 本発明によれば、発熱体と、放熱体と、発熱体と放熱体に設けられた熱インターフ ェイス構造とを備える熱伝導モジュールであって、熱インターフェイス構造は、発熱体 力、ら放熱体へ向う方向に実質的に平行に配向されたカーボンナノチューブ層と、力 一ボンナノチューブ層の一方の端面に接続し、かつ発熱体に熱的に接続する第一 の金属層と、カーボンナノチューブ層の他方の端面に接続し、かつ放熱体に熱的に 接続する第二の金属層を含む熱伝導モジュールが提供される。
発明を実施するための最良の形態
[0008] 本発明では、接触抵抗を小さくするために、 CNT層表面と対向する基板等の間に 金属層を設ける。金属層は、配向成長させた CNT層の表面上に、例えばスパッタリン グ法等で連続した金属層として作製する。この金属面をさらに低融点金属等を用い て他の基板等と熱結合させることもできる。本発明では、これらの内容により、 CNT層 の配向性、高熱伝導性および機械的柔軟性を十分に活用した低熱抵抗な熱伝導構 造を実現する。以下に図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。
[0009] 図 1に本発明の熱インターフェイス構造 10の断面を示す。熱インターフェイス構造 1 0は、 CNT層 1と金属層 2、 3からなる。 CNT層 1は、熱伝達方向（図 1ではほぼ垂直方 向）に実質的に平行に配向されている。 CNTは 1次元性の熱伝導物質である。 CNT のチューブの長軸方向での熱伝導率は極めて大きいが、その長軸に垂直な方向（横 方向）での熱伝導率は小さい。したがって、本発明において CNT層の配向方向は、 C NTのチューブの長軸方向に沿った（平行な）方向であることが望ましい。金属層 2、 3 は、 CNT層 1の上面、下面に各々接合している。金属層は Au、 Nほたは Ptであること が望ましい。ただし、 Agなどの他の金属を用いてもよい。 CNT層の機械的強度を高 めるために、 CNT層 1の各 CNT間に Siエラストマ一等の弾性材料を含ませることもでき
[0010] 図 2に本発明の熱伝導モジュール 20の断面を示す。図 2では、図 1の熱インターフ ェイス構造 10を用いている。熱インターフェイス構造の上側の金属層 2が、符号 4で 示される低融点金属材料 (例えば Gaおよびその合金等）または半田材料 (例えば Pb -Sn)を介してヒートシンク 6に接続されている。同様に、下側の金属層 3が、符号 5で 示される低融点金属材料または半田材料を介して発熱体 7である半導体集積回路 (I Cチップ）等に接続されている。ヒートシンク 6はアルミニウム等の熱伝導性の高い物 質からなる。 ICチップにはマイクロ 'プロセッサ 'ユニット（MPU)等が含まれる。
[0011] 図 3に本発明の熱インターフェイス構造の製造方法の一実施例を示す。 （a)で Si基 板 31上で CNT層 32を垂直方向に配向成長させる。例えば、アセチレンガスを導入し た熱 CVD容器中で基板温度を 750度に設定して CNT層を成長させる。 CNT層 32の 厚さは 30から 150 m程度である。 （b)で、 CNT層 32の表面に金属層 33を形成する。 例えば、スパッタリング装置を用いて l m程度の厚さを有する Au層を形成する。金 属層 33の厚さは 0. 5から 5 m程度あればよい。この比較的厚い金属層 33は、熱結 合性を向上させ、さらに CNT層 32の機械的な強度を向上させることにより CNTの配 向の乱れを防止する。 （c)で、金属層 33の表面に液体金属層 34 (例えば Ga)を塗布 する。 （d)で、金属（例えば銅)ブロック 35の表面に液体金属層 34が接触するように、 基板 31を金属ブロック 35に接合する。その後、全体あるいは液体金属層 34の部分 を外部から冷却して液体金属層 34を固化させる。冷却温度は、例えば Ga系液体金 属の場合は約 4°C以下である。この固化により、基板 31 (CNT層 32)と金属ブロック 3 5が液体金属層 34を介して結合する。なお、外部から冷却する代わりに、予め液体 金属層 34を固化可能な温度以下に冷却した金属ブロック 35を準備して、その金属 ブロック 35の表面に液体金属層 34を接合させてもよい。 [0012] (e)で、基板 31を CNT層 32から剥離して両者を分離する。 （f)で、全体あるいは液 体金属層 34の部分を外部から加熱して固化された液体金属層 34を融解させる。そ して、金属ブロック 35から CNT層 32を分離する。 （g)で、融解した液体金属層 34を 金属層 33の表面から除去する。 （h)で、露出した CNT層 32の表面に、（b)の場合と 同様にして、金属層 36を形成する。以上の一連の工程により、 CNT層を用いた熱ィ ンターフェイス構造が作られる。なお、（g)工程の後に、真空容器中で CNT層 32の各 CNT間に Siエラストマ一等の流動性の弾性材料を含浸させてもよ!/、。その弾性材料 の固化により CNT層 32の機械的強度を高めることができる。
[0013] 図 4に本発明の熱インターフェイス構造の製造方法の他の実施例を示す。工程 (a) および (b)は図 3の場合と同様である。 （c)で、金属層 33の表面に紫外線 (UV)剥離 テープ 40を付着する。紫外線剥離テープは、紫外光を当てると、その接着層が分解 してガス（気泡）を発生して、接着対象から剥がすことができる接着用テープである。 ( d)で、基板 31を CNT層 32から剥離して両者を分離する。 （e)で、紫外線剥離テープ 40に紫外線 (UV)を照射して、その接着層を分解させる。 （f)で、紫外線剥離テープ 40を金属層 33の表面から剥がして両者を分離する。この時、剥離後の金属層の表 面に接着剤の残渣がある場合は、オゾン洗浄等でそれを除去する。 （g)で、図 3のェ 程 (h)の場合と同様に、 CNT層 32の表面に金属層 36を形成する。以上の一連のェ 程により、 CNT層を用いた熱インターフェイス構造が作られる。なお、（g)工程の後に 、真空容器中で CNT層 1の CNT間に Siエラストマ一等の弾性材料を含浸させてもよい 。その弾性材料の固化により CNT層 32の機械的強度を高めることができる。
[0014] (発明の効果）
図 3の製法で作った熱インターフェイス構造の熱抵抗の測定を行った。測定は定常 法を用いた。定常法とは、一般的に試料に一定のジュール熱を与え、その時の熱流 量 Qと温度勾配 Δ Τとから熱伝導率を求める方法である。面積 10X10mm、厚さ数十 力、ら百ミクロンのサンプルを、熱電対を有する 2つの銅ブロックの間に挟んだ。銅ブロ ックの一端はヒータで加熱し、その他端はヒートシンクで冷却した。両端間に定常熱 流 Qを発生させて、その時の温度差 Δ Τを測定した。熱抵抗 Rを R= A T/Qの式から求 めた。より詳細には、複数の Qに対する Δ Τをグラフ上にプロットし、直線でフイツティ ング (近似)して熱抵抗 Rを求めた。実際に得られた熱抵抗値は 18mm2K/W (膜厚： 80 ^ m)であった。本発明による熱抵抗値は、上述した文献" Utilization of carbon fibers in thermal management of Microelectronics の図 8の CNT— coated Siを用レヽ 7こ場合 の熱抵抗値 110mm2K/W、あるいは図 10の CNT-coated Cu(Si)を用いた場合の熱抵 抗値 60mm2K/Wに較べて、約 3分の 1以下になっている。
[0015] 本発明について、図面を参照しながら説明した。しかし、本発明はこれらの実施例 に限られるものではな!/、。本発明の趣旨を逸脱しなレ、範囲でレ、かなる変形も可能で あることは当業者には明らかであろう。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明の熱インターフェイス構造の断面を示す図である。
[図 2]本発明の熱伝導モジュールの断面を示す図である。
[図 3]本発明の熱インターフェイス構造の製造方法の一実施例を示す図である。
[図 4]本発明の熱インターフェイス構造の製造方法の他の実施例を示す図である。 符号の説明
[0017] 1、 32 CNT層
2、 3、 33、 36 金属層
4、 5 低融点金属材料、半田材料
6 ヒートシンク
10 熱インターフェイス構造
20 熱伝導モジユーノレ
31 Si基板
34 液体金属層
40 紫外線剥離テープ

Claims

請求の範囲
[1] 配向されたカーボンナノチューブ層と、
カーボンナノチューブ層の配向方向の 2つの端面の各々に設けられた金属層と、 を備える、熱インターフェイス構造。
[2] 前記金属層は Au、 Niおよび Ptの中から選択された金属からなる、請求項 1の熱イン ターフェイス構造。
[3] 前記カーボンナノチューブ層はカーボンナノチューブ間に埋め込まれた弾性材料を 含む、請求項 1の熱インターフェイス構造。
[4] 発熱体と、放熱体と、発熱体と放熱体の間に設けられた熱インターフェイス構造とを 備える熱伝導モジュールであって、熱インターフェイス構造は、
発熱体から放熱体へ向う方向に実質的に平行に配向されたカーボンナノチューブ 層と、
カーボンナノチューブ層の一方の端面に接続し、かつ発熱体に熱的に接続する 第一の金属層と、
カーボンナノチューブ層の他方の端面に接続し、かつ放熱体に熱的に接続する 第二の金属層を含む、熱伝導モジュール。
[5] 前記発熱体と第一の金属層は低融点金属材料を介して接続し、前記放熱体と第二 の金属層は低融点金属材料を介して接続する、請求項 4の熱伝導モジュール。
[6] 前記低融点金属材料ははんだ材料からなる、請求項 5の熱伝導モジュール。
[7] 前記第一および第二の金属層は Au、 Niおよび Ptの中から選択された金属からなる 、請求項 4の熱伝導モジュール。
[8] 前記カーボンナノチューブ層はカーボンナノチューブ間に埋め込まれた弾性材料を 含む、請求項 4の熱伝導モジュール。
[9] 前記発熱体は ICチップを含み、前記放熱体はヒートシンクを含む、請求項 4の熱伝導 モジユーノレ。
[10] 熱インターフェイス構造の製造方法であって、 基板上に実質的に垂直に配向するようにカーボンナノチューブ層を設けるステツ プと、 カーボンナノチューブ層上に第一の金属層を設けるステップと、 基板とカーボンナノチューブ層を分離するステップと、
分離されて露出したカーボンナノチューブ層の表面に第二の金属層を設けるステ を含む、製造方法。
[11] 前記第一の金属層を設けるステップおよび前記第二の金属層を設けるステップの少 なくとも一方は、スパッタリングにより金属層を形成するステップを含む、請求項 10の 製造方法。
[12] 前記基板と前記カーボンナノチューブ層を分離するステップは、
前記第一の金属層の表面に液体金属を塗布するステップと、
前記基板に金属ブロックを接合するステップであって、前記金属ブロックの表面に 前記液体金属が接触するように接合するステップと、
接合された前記基板と前記金属ブロックを冷却するステップと、
冷却後の前記基板と前記カーボンナノチューブ層を分離するステップと、 分離後の前記カーボンナノチューブ層から前記液体金属を除去するステップとを 含む、請求項 10の製造方法。
[13] 前記基板と前記カーボンナノチューブ層を分離するステップは、
前記第一の金属層の表面に紫外線剥離テープを付着するステップと、 前記紫外線剥離テープが付着した前記カーボンナノチューブ層と前記基板を分離 分離後の前記第一の金属層上の前記紫外線剥離テープに紫外線を照射して、前 記第一の金属層の表面から前記紫外線剥離テープを除去するステップとを含む、請 求項 10の製造方法。
[14] さらに、前記カーボンナノチューブ層のカーボンナノチューブ間に弾性材料を浸透さ せるステップを含む、請求項 10の製造方法。
[15] 前記第一および第二の金属層は Au、 Niおよび Ptの中から選択された金属からなる
、請求項 10から請求項 14のいずれか一項の製造方法。
PCT/JP2007/068297 2006-09-22 2007-09-20 Structure d'interface thermique et procédé de fabrication de celle-ci WO2008035742A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007800319354A CN101512760B (zh) 2006-09-22 2007-09-20 热界面结构及其制造方法
JP2008535388A JP4917100B2 (ja) 2006-09-22 2007-09-20 熱インターフェイス構造の製造方法
EP07807649.4A EP2065932B1 (en) 2006-09-22 2007-09-20 Method for manufacturing a thermal interface structure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006-258091 2006-09-22
JP2006258091 2006-09-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008035742A1 true WO2008035742A1 (fr) 2008-03-27

Family

ID=39200566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/068297 WO2008035742A1 (fr) 2006-09-22 2007-09-20 Structure d'interface thermique et procédé de fabrication de celle-ci

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20080074847A1 (ja)
EP (1) EP2065932B1 (ja)
JP (1) JP4917100B2 (ja)
KR (1) KR20090045364A (ja)
CN (1) CN101512760B (ja)
TW (1) TWI406368B (ja)
WO (1) WO2008035742A1 (ja)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009239207A (ja) * 2008-03-28 2009-10-15 Sumitomo Electric Ind Ltd リアクトル
JP2009267419A (ja) * 2008-04-28 2009-11-12 Qinghua Univ 熱界面材料の製造方法
JP2010021552A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Qinghua Univ 放熱構造体及びその製造方法
WO2010032525A1 (ja) * 2008-09-18 2010-03-25 日東電工株式会社 カーボンナノチューブ集合体
JP2010171431A (ja) * 2009-01-26 2010-08-05 Boeing Co:The 金属接合ナノチューブアレイ
JP2010199367A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Fujitsu Ltd 放熱材料及びその製造方法並びに電子機器及びその製造方法
JP2011035403A (ja) * 2009-08-05 2011-02-17 Qinghua Univ 放熱構造体及び放熱システム
JP2011091106A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Shinko Electric Ind Co Ltd 熱伝導部材及びその製造方法、放熱用部品、半導体パッケージ
JP2012238916A (ja) * 2008-03-18 2012-12-06 Fujitsu Ltd シート状構造体及びその製造方法、並びに電子機器及びその製造方法
JP2013248661A (ja) * 2012-06-04 2013-12-12 Nitto Denko Corp 接合部材および接合方法
JP2013248660A (ja) * 2012-06-04 2013-12-12 Nitto Denko Corp 接合部材および接合方法
JP2015005654A (ja) * 2013-06-21 2015-01-08 独立行政法人産業技術総合研究所 接合シート及びその製造方法、並びに放熱機構及びその製造方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010171200A (ja) * 2009-01-22 2010-08-05 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体パッケージ放熱用部品
US8106510B2 (en) 2009-08-04 2012-01-31 Raytheon Company Nano-tube thermal interface structure
TWI447064B (zh) * 2009-08-10 2014-08-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 散熱結構及使用該散熱結構之散熱系統
CN101857189B (zh) * 2010-05-31 2013-03-20 哈尔滨工业大学 碳纳米管与金属连接的方法
CN103178026B (zh) * 2011-12-21 2016-03-09 清华大学 散热结构及应用该散热结构的电子设备
CN103094125A (zh) * 2013-01-16 2013-05-08 电子科技大学 一种碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法
US9086327B2 (en) * 2013-05-15 2015-07-21 Raytheon Company Carbon nanotube blackbody film for compact, lightweight, and on-demand infrared calibration
US10139287B2 (en) 2015-10-15 2018-11-27 Raytheon Company In-situ thin film based temperature sensing for high temperature uniformity and high rate of temperature change thermal reference sources
CN105261695B (zh) * 2015-11-06 2018-12-14 天津三安光电有限公司 一种用于iii-v族化合物器件的键合结构
TWI781525B (zh) * 2021-01-29 2022-10-21 優材科技有限公司 導熱黏著結構與電子裝置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003249613A (ja) * 2001-12-20 2003-09-05 Intel Corp カーボンナノチューブ熱インターフェイス構造
JP2005116839A (ja) * 2003-10-08 2005-04-28 Sony Corp 熱伝導体、冷却装置、電子機器及び熱伝導体の製造方法
JP2006147801A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Seiko Precision Inc 放熱シート、インターフェース、電子部品及び放熱シートの製造方法
JP2006290736A (ja) * 2005-04-14 2006-10-26 Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi 熱伝導材料及びその製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09321190A (ja) * 1996-05-29 1997-12-12 Tonen Corp 放熱板
US6913075B1 (en) * 1999-06-14 2005-07-05 Energy Science Laboratories, Inc. Dendritic fiber material
AT412265B (de) * 2002-11-12 2004-12-27 Electrovac Bauteil zur wärmeableitung
US7316061B2 (en) * 2003-02-03 2008-01-08 Intel Corporation Packaging of integrated circuits with carbon nano-tube arrays to enhance heat dissipation through a thermal interface
US7168484B2 (en) * 2003-06-30 2007-01-30 Intel Corporation Thermal interface apparatus, systems, and methods
CN100383213C (zh) * 2004-04-02 2008-04-23 清华大学 一种热界面材料及其制造方法
US7569905B2 (en) * 2004-12-20 2009-08-04 Palo Alto Research Center Incorporated Systems and methods for electrical contacts to arrays of vertically aligned nanorods
CN1891780B (zh) * 2005-07-01 2013-04-24 清华大学 热界面材料及其制备方法
US7545030B2 (en) * 2005-12-30 2009-06-09 Intel Corporation Article having metal impregnated within carbon nanotube array

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003249613A (ja) * 2001-12-20 2003-09-05 Intel Corp カーボンナノチューブ熱インターフェイス構造
US6965513B2 (en) 2001-12-20 2005-11-15 Intel Corporation Carbon nanotube thermal interface structures
JP2005116839A (ja) * 2003-10-08 2005-04-28 Sony Corp 熱伝導体、冷却装置、電子機器及び熱伝導体の製造方法
JP2006147801A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Seiko Precision Inc 放熱シート、インターフェース、電子部品及び放熱シートの製造方法
JP2006290736A (ja) * 2005-04-14 2006-10-26 Kofukin Seimitsu Kogyo (Shenzhen) Yugenkoshi 熱伝導材料及びその製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. AMMITA ET AL.: "Utilization of carbon fibers in thermal management of Microelectronics", PROPERTIES AND INTERFACES, 2005, pages 259, XP010799245, DOI: doi:10.1109/ISAPM.2005.1432086
See also references of EP2065932A4 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012238916A (ja) * 2008-03-18 2012-12-06 Fujitsu Ltd シート状構造体及びその製造方法、並びに電子機器及びその製造方法
JP2009239207A (ja) * 2008-03-28 2009-10-15 Sumitomo Electric Ind Ltd リアクトル
CN101572255B (zh) * 2008-04-28 2011-01-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 碳纳米管复合热界面材料的制备方法
JP2009267419A (ja) * 2008-04-28 2009-11-12 Qinghua Univ 熱界面材料の製造方法
JP2010021552A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Qinghua Univ 放熱構造体及びその製造方法
WO2010032525A1 (ja) * 2008-09-18 2010-03-25 日東電工株式会社 カーボンナノチューブ集合体
US8227080B2 (en) 2008-09-18 2012-07-24 Nitto Denko Corporation Carbon nanotube aggregate
JP5518722B2 (ja) * 2008-09-18 2014-06-11 日東電工株式会社 カーボンナノチューブ集合体
JP2010171431A (ja) * 2009-01-26 2010-08-05 Boeing Co:The 金属接合ナノチューブアレイ
JP2010199367A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Fujitsu Ltd 放熱材料及びその製造方法並びに電子機器及びその製造方法
JP2011035403A (ja) * 2009-08-05 2011-02-17 Qinghua Univ 放熱構造体及び放熱システム
JP2011091106A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Shinko Electric Ind Co Ltd 熱伝導部材及びその製造方法、放熱用部品、半導体パッケージ
JP2013248661A (ja) * 2012-06-04 2013-12-12 Nitto Denko Corp 接合部材および接合方法
JP2013248660A (ja) * 2012-06-04 2013-12-12 Nitto Denko Corp 接合部材および接合方法
JP2015005654A (ja) * 2013-06-21 2015-01-08 独立行政法人産業技術総合研究所 接合シート及びその製造方法、並びに放熱機構及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2065932A1 (en) 2009-06-03
CN101512760B (zh) 2010-11-03
US20120031553A1 (en) 2012-02-09
JPWO2008035742A1 (ja) 2010-01-28
US20080074847A1 (en) 2008-03-27
EP2065932A4 (en) 2011-08-24
TW200816426A (en) 2008-04-01
KR20090045364A (ko) 2009-05-07
CN101512760A (zh) 2009-08-19
TWI406368B (zh) 2013-08-21
JP4917100B2 (ja) 2012-04-18
EP2065932B1 (en) 2013-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008035742A1 (fr) Structure d'interface thermique et procédé de fabrication de celle-ci
Razeeb et al. Present and future thermal interface materials for electronic devices
US7538422B2 (en) Integrated circuit micro-cooler having multi-layers of tubes of a CNT array
Kordas et al. Chip cooling with integrated carbon nanotube microfin architectures
JP2018082180A (ja) 高熱伝導率／低熱膨張率を有する複合材
US20050046017A1 (en) System and method using self-assembled nano structures in the design and fabrication of an integrated circuit micro-cooler
US20070114658A1 (en) Integrated Circuit Micro-Cooler with Double-Sided Tubes of a CNT Array
WO2008085559A9 (en) Integrated circuit micro-cooler having tubes of a cnt array in essentially the same height over a surface
JP7289889B2 (ja) 熱応力補償接合層及びこれを包含するパワーエレクトロニクスアセンブリ
WO2007037306A1 (ja) ヒートシンクモジュール及びその製造方法
US20100190023A1 (en) Metal bonded nanotube array
JP2012178397A (ja) 電子部品及びその製造方法
US10403594B2 (en) Hybrid bonding materials comprising ball grid arrays and metal inverse opal bonding layers, and power electronics assemblies incorporating the same
WO2007119571A1 (ja) 半田層及びそれを用いたデバイス接合用基板並びに該デバイス接合用基板の製造方法
JP5889488B2 (ja) 電子回路装置
US20190378778A1 (en) Metal Nanowire Based Thermal Interface Materials
Zhang et al. Effects of sintering pressure on the densification and mechanical properties of nanosilver double-side sintered power module
US20130224510A1 (en) System including thermal interface material
US20110044004A1 (en) Heat transfer apparatus having a thermal interface material
US10347601B1 (en) Power electronics assemblies with metal inverse opal bonding, electrical contact and cooling layers, and vehicles incorporating the same
US9349704B2 (en) Jointed structure and method of manufacturing same
TWI404495B (zh) 在基板上形成電路圖案之方法
JP2019079914A (ja) 半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法
Hsu et al. Fluxless bonding of Si chips to aluminum boards using electroplated Sn solder
JP5935302B2 (ja) シート状構造体及びその製造方法並びに電子機器及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780031935.4

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07807649

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007807649

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020097005751

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008535388

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)