シート状構造体及びその製造方法
【課題】炭素元素の線状構造体を用いた熱伝導度及び電気伝導度が極めて高いシート状構造体を提供する。
【解決手段】基板１２上に炭素元素の線状構造体１６を形成し、線状構造体１６間に充填層１８を形成し、充填層１８及び線状構造体１６を複数枚に切断し、切断された充填層１８及び線状構造体１６をそれぞれ含む複数のシート状構造体１０を形成する。このように形成したシート状構造体１０の線状構造体１６の両端部は、開端している。
【解決手段】基板１２上に炭素元素の線状構造体１６を形成し、線状構造体１６間に充填層１８を形成し、充填層１８及び線状構造体１６を複数枚に切断し、切断された充填層１８及び線状構造体１６をそれぞれ含む複数のシート状構造体１０を形成する。このように形成したシート状構造体１０の線状構造体１６の両端部は、開端している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素元素の線状構造体を有するシート状構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバーやパーソナルコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）などに用いられる電子部品には、半導体素子から発する熱を効率よく放熱することが求められる。このため、半導体素子の直上に設けられたインジウムシートなどの熱伝導性シートを介して、銅などの高い熱伝導度を有する材料のヒートスプレッダが配置された構造を有している。
【０００３】
しかしながら、近年におけるレアメタルの大幅な需要増加によりインジウム価格は高騰しており、インジウムよりも安価な代替材料が待望されている。また、物性的に見てもインジウムの熱伝導度（８０Ｗ／ｍ・Ｋ）は高いとはいえず、半導体素子から生じた熱をより効率的に放熱させるために更に高い熱伝導度を有する材料が望まれている。
【０００４】
このような背景から、インジウムよりも高い熱伝導度を有する材料として、カーボンナノチューブに代表される炭素元素からなる線状構造体が注目されている。カーボンナノチューブは、非常に高い熱伝導度（１５００Ｗ／ｍ・Ｋ〜３０００Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するだけでなく、柔軟性や耐熱性に優れた材料であり、放熱材料として高いポテンシャルを有している。
【０００５】
カーボンナノチューブを用いた熱伝導シートとしては、樹脂中にカーボンナノチューブを分散した熱伝導シートや、基板上に配向成長したカーボンナノチューブ束を樹脂等によって埋め込んだ熱伝導シートが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−０３０２００号公報
【特許文献２】特開２００７−１８８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、カーボンナノチューブを用いた従来の熱伝導シートでは、カーボンナノチューブの有する高い熱伝導度を充分に生かすことができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、炭素元素の線状構造体を用いた熱伝導度及び電気伝導度が極めて高いシート状構造体及びその製造方法、並びにこのようなシート状構造体を用いた高性能の電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の一観点によれば、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを有するシート状構造体が提供される。
【００１０】
また、実施形態の他の観点によれば、発熱体と、放熱体と、前記発熱体と放熱体との間に配置され、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを含むシート状構造体とを有する電子機器が提供される。
【００１１】
また、実施形態の更に他の観点によれば、基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、前記充填層及び前記複数の線状構造体を複数枚に切断し、切断された前記充填層及び前記複数の線状構造体をそれぞれ含む複数のシート状構造体を形成する工程とを有するシート状構造体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
開示のシート状構造体の製造方法によれば、一度の線状構造体の成長によって複数枚のシート状構造体を製造することができるため、製造プロセスを簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。また、開示のシート状構造体の製造方法を用いることにより、線状構造体の端部を表面に露出するとともに開端することができる。これにより、シート状構造体の熱伝導性及び導電性を大幅に向上できるとともに、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図２】図２は、開端していないカーボンナノチューブ及び開端したカーボンナノチューブの構造を示す概略断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４】図４は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図５】図５は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図７】図７は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図８】図８は、カーボンナノチューブの端部に形成した被膜の構造の一例を示す斜視図である。
【図９】図９は、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１１】図１１は、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１２】図１２は、第４実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図１３】図１３は、第４実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１４】図１４は、第４実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１５】図１５は、第４実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１６】図１６は、第５実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
第１実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図１乃至図４を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図２は、開端していないカーボンナノチューブ及び開端したカーボンナノチューブの構造を示す概略断面図である。図３及び図４は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。
【００１６】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートのカーボンナノチューブ端部における拡大断面図である。
【００１７】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１（ａ）に示すように、間隔を開けて配置された複数のカーボンナノチューブ１６を有している。カーボンナノチューブ１６の間隙には充填層１８が形成されており、充填層１８によってカーボンナノチューブ１６が支持されている。本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、シート状の構造体を形成しており、複数のカーボンナノチューブ１６は、シートの膜厚方向、すなわちシートの面と交差する方向に配向している。
【００１８】
各カーボンナノチューブ１６は、両端部において開端している。開端とは、カーボンナノチューブ１６の端部が閉じていない状態を意味し、具体的には、図１（ｂ）に示すように、チューブを形成するグラフェンの連続性が端部において途切れている状態である。開端したカーボンナノチューブ１６の端部は、シートの表面に露出している。
【００１９】
開端したカーボンナノチューブについて、図２を用いて説明する。なお、ここでは多層カーボンナノチューブの場合について説明するが、単層カーボンナノチューブの場合も同様である。
【００２０】
一般的な多層カーボンナノチューブは、例えば図２（ａ）に示すように、入れ子状に形成された複数のグラフェンのチューブを有し、各層のグラフェンが端部においてそれぞれ閉じた構造を有している。カーボンナノチューブの閉じた端部は、成長の初期段階に形成されるものである。開端していない多層カーボンナノチューブでは、端部に露出しているのは、最外周のチューブだけである。これに対し、開端しているカーボンナノチューブは、例えば図２（ｂ）に示すように、チューブを形成する各層のグラフェンが、端部において露出した構造を有するものである。
【００２１】
上述のように、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では、カーボンナノチューブ１６の端部が、シートの表面に露出している。
【００２２】
これにより、カーボンナノチューブシート１０を放熱体又は発熱体と接触したとき、カーボンナノチューブ１６が放熱体又は発熱体に対して直に接するため、熱伝導効率を大幅に高めることができる。また、カーボンナノチューブ１６は導電性を有しているため、カーボンナノチューブ１６の両端部を露出することにより、カーボンナノチューブ１６を、シートを貫く配線体として用いることもできる。すなわち、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、熱伝導シートとしてのみならず、縦型配線シートとしても利用可能である。
【００２３】
また、カーボンナノチューブ１６の両端部が開端しているため、開端していない場合と比較して、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の接触熱抵抗や接触抵抗を大幅に低減することができる。特に、多層カーボンナノチューブの場合は、被着体を内側のチューブにも直接接触させることが可能となり、内側のチューブを熱伝導や電気伝導に積極的に寄与させることができる。これにより、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性及び導電性を大幅に向上することができる。
【００２４】
カーボンナノチューブ１６は、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブのいずれでもよい。カーボンナノチューブ１６の面密度は、特に限定されるものではないが、放熱性及び電気伝導性の観点からは、１×１０１０本／ｃｍ２以上であることが望ましい。
【００２５】
カーボンナノチューブ１６の長さは、カーボンナノチューブシート１６の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは５μｍ〜５００μｍ程度の値に設定することができる。カーボンナノチューブシート１０を、発熱源（例えば半導体素子）と放熱部品（例えばヒートスプレッダ）との間に形成するサーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合、少なくとも発熱源及び放熱部品の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。
【００２６】
充填層１８の構成材料としては、カーボンナノチューブ１６の埋め込みの際に液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、有機系充填材としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ホットメルト樹脂などの熱可塑性樹脂等を適用することができる。また、無機系充填材としては、ＳＯＧ（Spin On Glass）などの塗布型絶縁膜形成用組成物などを適用することができる。また、インジウム、はんだ、金属ペースト（例えば、銀ペースト）などの金属材料を適用することもできる。また、例えばポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマを適用することもできる。また、カーボンナノチューブシート１０自体に撓み性や柔軟性が必要な場合には、硬化後にゴム状やゲル状になる充填材を用いてもよい。
【００２７】
また、充填層１８には、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層１８部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１８部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての熱伝導率を向上することができる。カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層１８部分に電導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１８部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての導電率を向上することができる。充填層１８として例えば有機系充填材などの熱伝導性の低い絶縁材料を用いる場合には、特に有効である。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。
【００２８】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図３及び図４を用いて説明する。
【００２９】
まず、カーボンナノチューブシート１０を形成するための土台として用いる基板１２を用意する。基板１２としては、シリコン基板などの半導体基板、アルミナ（サファイア）基板、ＭｇＯ基板、ガラス基板などを用いることができる。また、これら基板上に薄膜が形成されたものでもよい。例えば、シリコン基板上に膜厚３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜が形成されたものを用いることができる。
【００３０】
基板１２は、カーボンナノチューブ１６の形成後に剥離されるものである。この目的のもと、基板１２としては、少なくともカーボンナノチューブ１６に接する面が、カーボンナノチューブ１６から容易に剥離できる材料によって形成されていることが望ましい。或いは、カーボンナノチューブシート１０に対して選択的にエッチングできる材料によって形成されていることが望ましい。
【００３１】
次いで、基板１２上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜を形成し、Ｆｅの触媒金属膜１４を形成する（図３（ａ））。
【００３２】
触媒金属としては、Ｆｅのほか、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金を用いてもよい。また、触媒として、金属膜以外に、微分型静電分級器（ＤＭＡ：differential mobility analyzer）等を用い、予めサイズを制御して作製した金属微粒子を用いてもよい。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様でよい。
【００３３】
また、これら触媒金属の下地膜として、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯｘ（酸化チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）などの膜又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金からなる膜を形成してもよい。例えば、Ｆｅ（２．５ｎｍ）／Ａｌ（１０ｎｍ）の積層構造、Ｃｏ（２．６ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）の積層構造等を適用することができる。金属微粒子を用いる場合は、例えば、Ｃｏ（平均直径：３．８ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）などの積層構造を適用することができる。
【００３４】
次いで、基板１２上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜１４を触媒として、カーボンナノチューブを成長する。カーボンナノチューブの成長条件は、例えば、原料ガスとしてアセチレン・アルゴンの混合ガス（分圧比１：９）を用い、成膜室内の総ガス圧を１ｋＰａ、ホットフィラメント温度を１０００℃、成長時間を２０分とする。これにより、層数が３〜６層（平均４層程度）、直径が４〜８ｎｍ（平均６ｎｍ）、長さが８０μｍ（成長レート：４μｍ／ｍｉｎ）の多層カーボンナノチューブを成長することができる。なお、カーボンナノチューブは、熱ＣＶＤ法やリモートプラズマＣＶＤ法などの他の成膜方法により形成してもよい。また、成長するカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。また、炭素原料としては、アセチレンのほか、メタン、エチレン等の炭化水素類や、エタノール、メタノール等のアルコール類などを用いてもよい。
【００３５】
こうして、基板１２上に、基板１２の法線方向に配向（垂直配向）した複数のカーボンナノチューブ１６を形成する（図３（ｂ））。なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ１６の面密度は、１×１０１１本／ｃｍ２程度であった。
【００３６】
次いで、例えばディップ法により、充填層１８となる充填材を、カーボンナノチューブ１６の間隙に充填する。例えば、粘度が８００ｍＰａ・ｓのシリコーン系樹脂を、例えば１０００ｒｐｍ、２０秒の条件でスピンコートした基板に対して、カーボンナノチューブ１６が形成された基板１２を例えば１分間押し付ける。これにより、充填材としてのシリコーン系樹脂が、毛細管現象により、カーボンナノチューブ１６の間に、カーボンナノチューブ１６とほぼ同じ高さまで充填される。
【００３７】
充填材は、液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、有機系充填材としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂等を適用することができる。また、無機系充填材としては、ＳＯＧなどの塗布型絶縁膜形成用組成物などを適用することができる。また、インジウム、はんだ、金属ペースト（例えば、銀ペースト）などの金属材料を適用することもできる。また、例えばポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマを適用することもできる。
【００３８】
次いで、カーボンナノチューブ１６間に充填した充填材を硬化し、充填層１８を形成する（図３（ｃ））。例えば、充填材としてアクリル樹脂等の光硬化性の材料を用いる場合には、光照射によって充填材を硬化させることができる。また、充填材としてエポキシ樹脂やシリコーン系樹脂などの熱硬化性の材料を用いる場合には、熱処理によって充填材を硬化させることができる。エポキシ樹脂の場合、例えば１５０℃、１時間の熱処理により、熱硬化することができる。また、シリコーン系樹脂の場合、例えば２００℃、１時間の熱処理により、熱硬化することができる。
【００３９】
なお、充填層１８の硬化後に、カーボンナノチューブ１６の上端部が充分に露出していない又は充填層１８によって覆われている場合には、化学的機械的研磨や酸素プラズマアッシングによって、カーボンナノチューブ１６の端部上の充填層１８を除去するようにしてもよい。また、充填層１８を除去してカーボンナノチューブ１６の上端部を露出するとともに、カーボンナノチューブ１６の上端部を開端するようにしてもよい。
【００４０】
次いで、ウォータージェットやダイヤモンドブレード等の切断手段を用い、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６を、カーボンナノチューブ１６の配向方向と交差する方向、例えば基板１２の表面に平行な方向に沿って、複数枚にスライスする（図４（ａ））。
【００４１】
充填層１８及びカーボンナノチューブ１６をスライスすることにより、切断面には、カーボンナノチューブ１６が露出する。また、切断面のカーボンナノチューブ１６は、開端した状態となる。また、カーボンナノチューブ１６は樹脂材料等の充填層１８と比較すると硬度が高いため、スライスした表面は、充填層１８とカーボンナノチューブ１６とが同じ高さ、或いは、カーボンナノチューブ１６の端部が充填層１８よりも突出した状態となる。
【００４２】
こうして、開端した両端部が露出したカーボンナノチューブ１６を有する本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を完成する（図４（ｂ））。
【００４３】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法では、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６をスライスすることにより、複数枚のカーボンナノチューブシートを形成する。図３（ｂ）の工程において成長するカーボンナノチューブ１６の長さは、形成しようとするシートの枚数及び厚さ、切り代等を考慮して、適宜設定することが望ましい。ウォータージェットやダイヤモンドブレード等の切断手段では、切り代は１００μｍ程度である。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、一度のカーボンナノチューブの成長によって複数枚のカーボンナノチューブシートを製造することができるため、製造プロセスを簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。
【００４５】
また、本実施形態による製造方法を用いることにより、カーボンナノチューブの両端部を表面に露出するとともに開端することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上できるとともに、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
第２実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図５乃至図８を用いて説明する。図１乃至図４に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
【００４７】
図５は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図６及び図７は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。図８は、カーボンナノチューブの端部に形成した被膜の構造の一例を示す斜視図である。
【００４８】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図５を用いて説明する。
【００４９】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図５（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ１６の端部に被膜２０，２２が形成されているほかは、図１に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート１０と同様である。
【００５０】
被膜２０，２２は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料により形成されている。被膜２０，２２を形成する材料は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。
【００５１】
熱伝導性の高い被膜２０，２２を設けることにより、被膜２０，２２を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（放熱体、発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性を高めることができる。カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとしても用いる場合には、導電性を高めることができる。また、被膜２０，２２を設けることにより、シートの表面に平行な方向への熱伝導性及び導電性を確保することも可能となる。
【００５２】
なお、図５（ａ）では、カーボンナノチューブ１６の両端部に被膜２０，２２を形成した場合を示したが、例えば図５（ｂ）に示すように、被膜２０及び被膜２２のいずれか一方（図では、被膜２０）のみを設けるようにしてもよい。
【００５３】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図６及び図７を用いて説明する。
【００５４】
まず、図３（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブの製造方法と同様にして、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する（図６（ａ））。
【００５５】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜と、例えば膜厚３００ｎｍの金（Ａｕ）膜とを堆積する。これにより、カーボンナノチューブ１６上に、Ａｕ／Ｔｉの積層構造の被膜２０を形成する（図６（ｂ））。
【００５６】
被膜２０の構成材料は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途に用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。被膜２０の構成材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、低融点はんだ等を用いることができる。被膜１４ａは、これら金属の単層構造でもよいし、上述のようなチタンと金との積層構造など、２層或いは３層以上の積層構造であってもよい。
【００５７】
なお、上記の例でＡｕ／Ｔｉの積層構造を用いているのは、チタンがカーボンナノチューブ１６に対する密着性に優れているからである。金膜とカーボンナノチューブ１６との間にチタン膜を形成することにより、カーボンナノチューブ１６と被膜２０との間の接触熱抵抗並びに接触抵抗を低減することができる。密着性を向上する観点からは、１０ｎｍ程度以上のチタン膜を形成することが望ましい。
【００５８】
被膜２０は、成長初期段階では、例えば図８（ａ）に示すように、各カーボンナノチューブ１６の先端部分を覆うように形成される。成長膜厚が増加してくると、隣接する各カーボンナノチューブ１６の先端部分に形成された被膜２０が互いに接続される。これにより、被膜２０は、例えば図８（ｂ）に示すように、複数本の各カーボンナノチューブ１６の先端部分を束ねるように形成される。被膜２０の成長膜厚を更に増加すると、被膜２０がシートの面に平行な２次元方向に完全に接続され、隙間のない完全な膜となる。後工程において充填層１８を形成する充填材料の浸透性を維持するためには、被膜２０が完全な膜とならないように膜厚を制御することが望ましい。
【００５９】
なお、被膜２２だけを形成する場合にあっては、上述の被膜２０を形成する工程は不要である。
【００６０】
次いで、図３（ｃ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、充填層１８を形成する（図６（ｃ））。
【００６１】
カーボンナノチューブ１６間に充填材を浸透する際、１本１本のカーボンナノチューブ１６同士の凝集が起こり、カーボンナノチューブ１６が元々保持していた配向性を失い、例えば横に倒れるなどの形状変化を起こすことがある。しかしながら、本実施形態では、カーボンナノチューブ１２の上端部に被膜２０が形成されているため、カーボンナノチューブ１６の形状変化を抑制して凝集を防止することができる。
【００６２】
次いで、図４（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６を、複数枚にスライスする（図７（ａ））。
【００６３】
次いで、スライスすることにより新たに露出したカーボンナノチューブ１６の端部のうち、必要な端部に、被膜２０の形成方法と同様にして、被膜２２を形成する（図７（ｂ））。被膜２０を図６（ｂ）の工程では形成せずに、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６スライスした後に形成するようにしてもよい。
【００６４】
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシートを完成する。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【００６６】
［第３実施形態］
第３実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図９乃至図１１を用いて説明する。図１乃至図８に示す第１及び第２実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
【００６７】
図９は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図１０及び図１１は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。
【００６８】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図９を用いて説明する。
【００６９】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図９に示すように、シートの膜厚方向に配向した複数のカーボンナノチューブ１６が充填層１８により支持された構造を有する点で、図１に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様である。各カーボンナノチューブ１６は、両端部において開端している。開端したカーボンナノチューブ１６の端部は、シートの表面に露出している。カーボンナノチューブ１６の一端部は、充填層１８の表面から突出している。
【００７０】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では、充填層１８が、熱可塑性樹脂によって形成されている。充填層１８を形成する熱可塑性樹脂は、温度に応じて液体と固体との間で可逆的に状態変化するものであり、室温では固体であり、加熱すると液状に変化し、冷却すると接着性を発現しつつ固体に戻るものであれば、特に限定されるものではない。
【００７１】
充填層１８を形成する熱可塑性樹脂は、カーボンナノチューブシート１０の使用目的に応じて、熱可塑性樹脂の融解温度をもとに選択することができる。熱可塑性樹脂の融解温度の下限値は、稼働時の発熱温度の上限値よりも高いことが望ましい。稼働時に熱可塑性樹脂が溶解すると、カーボンナノチューブシート１０が変形してカーボンナノチューブ１６が配向性を損なうなど、熱伝導性を低下するなどの不具合を引き起こす虞があるからである。熱可塑性樹脂の溶解温度の上限値は、発熱体及び放熱体の耐熱温度の下限値よりも低いことが望ましい。本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、放熱体及び発熱体に接触させた後にリフローを行うことが望ましいが、熱可塑性樹脂の溶解温度が耐熱温度より高いと、発熱体及び／又は放熱体にダメージを与えることなくリフローをすることが困難となるからである。
【００７２】
例えば、カーボンナノチューブシート１０をＣＰＵなどの電子機器の放熱用途に用いる場合、ＣＰＵ稼働時の発熱温度の上限がおよそ１２５℃であり、ＣＰＵ電子部品の耐熱温度がおよそ２５０℃であることに鑑み、融解温度が１２５℃〜２５０℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。例えば、自動車エンジンのエキゾーストシステム等の用途に用いる場合、部位によるが発熱温度は５００℃〜８００℃程度であることに鑑み、融解温度が６００℃〜９００℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。
【００７３】
また、充填層１８には、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層１８部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１８部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート１０の全体としての熱伝導率を向上することができる。また、カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層１８部分に電導性の高い添加物を分散混合する。これにより、充填層１８部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート１０の全体としての導電率を向上することができる。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。
【００７４】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図１０及び図１１を用いて説明する。
【００７５】
まず、図３（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する（図１０（ａ））。
【００７６】
次いで、成長したカーボンナノチューブ１６上に、フィルム状に加工した熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂フィルム）を載置する。熱可塑性樹脂フィルムの膜厚は、形成しようとするカーボンナノチューブシート１０の厚さ程度、例えば４〜４００μｍ程度とする。
【００７７】
熱可塑性樹脂フィルムの熱可塑性樹脂としては、例えば、以下に示すホットメルト樹脂を適用することができる。ポリアミド系ホットメルト樹脂としては、例えば、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」が挙げられる。また、ポリエステル系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ５９８Ｂ」が挙げられる。また、ポリウレタン系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ７２２Ｂ」が挙げられる。また、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂としては、例えば、松村石油株式会社製の「ＥＰ−９０」が挙げられる。また、エチレン共重合体ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＡ５７４Ｂ」が挙げられる。また、ＳＢＲ系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６２５０」が挙げられる。また、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂としては、例えば、住友スリーエム株式会社製の「３７４７」が挙げられる。また、ブチルゴム系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６１５８」が挙げられる。
【００７８】
ここでは、一例として、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を厚さ２００μｍのフィルム状に加工した熱硬化性樹脂フィルムを用いた場合について説明する。なお、「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」は、融解温度が１３５℃〜１４５℃、融解時粘度が５．５Ｐａ．ｓ〜８．５Ｐａ．ｓ（２２５℃）のホットメルト樹脂である。
【００７９】
次いで、熱可塑性樹脂フィルムを載置した基板１２を、例えば１９５℃の温度で加熱する。これにより、熱可塑性樹脂フィルムの熱可塑性樹脂が溶解し、カーボンナノチューブ１６の間隙に徐々に浸透していく。こうして、カーボンナノチューブ１６の上半分程度が熱可塑性樹脂フィルムによって覆われるように、熱可塑性樹脂フィルムをカーボンナノチューブ１６間に浸透させる。
【００８０】
次いで、溶解した熱可塑性樹脂フィルムを固化し、熱可塑性樹脂の充填層１８ａを形成する（図１０（ｂ））。
【００８１】
熱可塑性樹脂を予めシート状に加工しておくことにより、シートの膜厚によって充填材量のコントロールが可能となる。また、カーボンナノチューブ１６の間隙に浸透する熱可塑性樹脂フィルムの厚さは、熱処理時間によって制御することができる。
【００８２】
熱可塑性樹脂フィルムの加熱温度及び時間は、熱可塑性樹脂フィルムが所望の位置まで浸透するように、カーボンナノチューブ１６の長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂フィルムの膜厚等に応じて適宜設定することが望ましい。
【００８３】
なお、熱可塑性樹脂の形状は、予めフィルム状に加工しておくことが好適であるが、ペレット状や棒状でも構わない。
【００８４】
次いで、充填層１８ａを固化した後、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ａを、基板１２から剥離する（図１０（ｃ））。
【００８５】
次いで、カーボンナノチューブ１６の基板１２からの剥離端側に、充填層１８ａの形成方法と同様にして、充填層１８ｂを形成する（図１１（ａ））。
【００８６】
充填層１８ｂを形成する際には、充填層１８ｂとなる熱可塑性樹脂材料が充填層１８ａに達しないように、カーボンナノチューブ１６の長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂フィルムの膜厚等に応じて、熱可塑性樹脂フィルムの加熱温度及び時間を制御する。
【００８７】
次いで、充填層１８ａ，１８ｂを引き剥がすことにより、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ａを有するシートと、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ｂを有するシートの、２つのカーボンナノチューブシートを形成する（図１１（ｂ）〜（ｃ））。
【００８８】
充填層１８ａと充填層１８ｂとを引き剥がす代わりに、第１及び第２実施形態の場合と同様の切断手段を用いてカーボンナノチューブ１６を切断してもよい。
【００８９】
このように、本実施形態によれば、一度のカーボンナノチューブの成長によって２枚のカーボンナノチューブシートを製造することができるため、製造プロセスを簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。
【００９０】
また、本実施形態による製造方法を用いることにより、カーボンナノチューブの端部を表面に露出するとともに開端することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上できるとともに、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。
【００９１】
［第４実施形態］
第４実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図１２乃至図１５を用いて説明する。図１乃至図１１に示す第１乃至第３実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
【００９２】
図１２は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図１３乃至図１５は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。
【００９３】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図１２を用いて説明する。
【００９４】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１２に示すように、カーボンナノチューブ１６の端部に被膜２０，２２が形成されているほかは、図９に示す第３実施形態によるカーボンナノチューブシート１０と同様である。
【００９５】
被膜２０，２２は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料により形成されている。被膜２０，２２を形成する材料は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。
【００９６】
熱伝導性の高い被膜２０，２２を設けることにより、被膜２０，２２を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（放熱体、発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性を高めることができる。カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとしても用いる場合には、導電性を高めることができる。
【００９７】
なお、図１２（ａ）では、カーボンナノチューブ１６の両端部に被膜２０，２２を形成した場合を示したが、例えば図１２（ｂ）に示すように、被膜２０及び被膜２２のいずれか一方（図では、被膜２０）のみを設けるようにしてもよい。
【００９８】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図１３乃至図１５を用いて説明する。
【００９９】
まず、図３（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する（図１３（ａ））。
【０１００】
次いで、図６（ｂ）に示す第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、カーボンナノチューブ１６上に、被膜２０ａを形成する（図１３（ｂ））。
【０１０１】
なお、被膜２２だけを形成する場合にあっては、上述の被膜２０ａを形成する工程は不要である。
【０１０２】
次いで、被膜２０ａを形成したカーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルムを載置する。
【０１０３】
次いで、図１０（ｂ）に示す第３実施形態によるカーボンナノチューブの製造方法と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムをカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層１８ａを形成する（図１３（ｃ））。
【０１０４】
次いで、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ａを、基板１２から剥離する（図１４（ａ））。
【０１０５】
次いで、カーボンナノチューブ１６の基板１２からの剥離端上に、被膜２０ａの形成方法と同様にして、被膜２０ｂを形成する（図１４（ｂ））。
【０１０６】
次いで、カーボンナノチューブ１６の被膜２２形成端部側に、充填層１８ａの形成方法と同様にして、充填層１８ｂを形成する（図１４（ｃ））。
【０１０７】
次いで、充填層１８ａ，１８ｂを引き剥がし、カーボンナノチューブ１６を２つに分断することにより、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ａを有するシートと、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ｂを有するシートとを形成する（図１５（ａ）〜（ｂ））。カーボンナノチューブ１６の切断端面は、開端した状態となる。
【０１０８】
次いで、スライスすることにより新たに露出したカーボンナノチューブ１６の端部に、被膜２０ａ，２０ｂの形成方法と同様にして、被膜２２ａ，２２ｂを形成する（図１５（ｃ））。被膜２０ａ，２０ｂは、図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）の工程では形成せずに、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６スライスした後に形成するようにしてもよい。被膜２０ａ，２０ｂだけを形成する場合にあっては、上述の被膜２２ａ，２２ｂを形成する工程は不要である。
【０１０９】
次いで、充填層１８ａ，１８ｂを引き剥がすことにより新たに露出したカーボンナノチューブ１６の端部のうち、必要な端部に、被膜２０の形成方法と同様にして、被膜２２を形成する（図７（ｂ））。被膜２０を図６（ｂ）の工程では形成せずに、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６スライスした後に形成するようにしてもよい。
【０１１０】
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を完成する。
【０１１１】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【０１１２】
［第５実施形態］
第５実施形態による電子機器について図１６を用いて説明する。なお、図１乃至図１５に示す第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１１３】
図２６は、本実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。
【０１１４】
本実施形態では、第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシートを熱伝導シートとして適用した電子機器について説明する。
【０１１５】
プリント配線基板５０上には、多層配線基板などの回路基板５４が実装されている。回路基板５４は、はんだバンプ５２を介してプリント配線基板５０に電気的に接続されている。
【０１１６】
回路基板５４上には、例えばＣＰＵなどの半導体素子５８が実装されている。半導体素子５８は、はんだバンプ５６を介して回路基板５４に電気的に接続されている。
【０１１７】
半導体素子５８上には、半導体素子５８を覆うように、半導体素子５８からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ６２が形成されている。ヒートスプレッダ６２は、例えば有機シーラント６０によって回路基板５４に接着されている。半導体素子５８とヒートスプレッダ６２との間には、第１乃至第４実施形態のいずれかに記載のカーボンナノチューブシート１０が形成されている。
【０１１８】
このように、本実施形態による電子機器では、半導体素子５８とヒートスプレッダ６２との間、すなわち発熱部と放熱部との間に、第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシート１０が設けられている。
【０１１９】
上述のように、第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブ１６がシートの膜厚方向に配向しており、面直方向の熱伝導度が極めて高いものである。また、カーボンナノチューブ１６の両端部は開端しており、被着体に対する接触熱抵抗が極めて低く、熱伝導性も高い。また、第２及び第４実施形態によるカーボンナノチューブシートでは、カーボンナノチューブ１６の一方の端部或いは両端に被膜２０，２２が形成されており、被着体に対する接触熱抵抗が更に低減されている。
【０１２０】
したがって、開示のカーボンナノチューブシートを、半導体素子５８とヒートスプレッダ６２との間に形成する熱伝導シートとして用いることにより、半導体素子５８から発せられた熱を効率よくヒートスプレッダ６２に垂直方向に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１２１】
また、カーボンナノチューブ１６を支持する充填層１８を熱可塑性樹脂材料により形成することにより、電子機器に搭載後、カーボンナノチューブシート１０をリフローすることが可能となる。これにより、半導体素子５８及びヒートスプレッダ６２に対するカーボンナノチューブシート１０の接着性を高めるとともに、カーボンナノチューブシート５６による熱伝導性をも高めることができる。
【０１２２】
このように、本実施形態によれば、半導体素子とヒートスプレッダとの間に、第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシートを配置するので、これらの間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、半導体素子から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１２３】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１２４】
例えば、上記第１乃至第４実施形態では、カーボンナノチューブを用いたシート状構造体（カーボンナノチューブシート）を示したが、カーボンナノチューブの代わりに他の炭素元素の線状構造体を用いてもよい。炭素元素の線状構造体としては、カーボンナノチューブのほか、カーボンナノワイヤ、カーボンロッド、カーボンファイバが挙げられる。これら線状構造体は、サイズが異なるほかは、カーボンナノチューブと同様である。これら線状構造体を用いた放熱材料においても適用することができる。
【０１２５】
また、上記実施形態に記載の構成材料や製造条件は、当該記載に限定されるものではなく、目的等に応じて適宜変更が可能である。
【０１２６】
また、カーボンナノチューブシートの使用目的も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではない。開示のカーボンナノチューブシートは、熱伝導シートとしては、例えば、ＣＰＵの放熱シート、無線通信基地局用高出力増幅器、無線通信端末用高出力増幅器、電気自動車用高出力スイッチ、サーバー、パーソナルコンピュータなどへの適用が考えられる。また、カーボンナノチューブの高い許容電流密度特性を利用して、縦型配線シートやこれを用いた種々のアプリケーションにも適用可能である。
【０１２７】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１２８】
（付記１） 炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、
前記複数の線状構造体間に形成された充填層と
を有することを特徴とするシート状構造体。
【０１２９】
（付記２） 付記１記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【０１３０】
（付記３） 付記１又は２記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体は、前記充填層の膜厚方向に配向している
ことを特徴とするシート状構造体。
【０１３１】
（付記４） 付記１乃至３のいずれか１項に記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体の前記両端部は、前記充填層から露出している
ことを特徴とするシート状構造体。
【０１３２】
（付記５） 付記１乃至４のいずれか１項に記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体のそれぞれは、多層構造を有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【０１３３】
（付記６） 発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と放熱体との間に配置され、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを含むシート状構造体と
を有することを特徴とする電子機器。
【０１３４】
（付記７） 基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、
前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を複数枚に切断し、切断された前記充填層及び前記複数の線状構造体をそれぞれ含む複数のシート状構造体を形成する工程と
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０１３５】
（付記８） 付記７記載のシート状構造体の製造方法において、
前記充填層を形成する工程は、前記複数の線状構造体の一端部に第１の充填層を形成する工程と、前記複数の線状構造体の他端部に第２の充填層を形成する工程とを含み、前記第１の充填層及び前記第２の充填層を有する前記充填層を形成し、
前記複数のシート状構造体を形成する工程では、前記第１の充填層と前記第２の充填層との間において前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断し、前記第１の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記一端部側を含む第１のシート状構造体と、前記第２の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記他端部側を含む第２のシート状構造体とを形成する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０１３６】
（付記９） 付記７又は８記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体を形成する工程では、前記基板の表面と交差する方向に配向するように前記複数の線状構造体を形成し、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する工程では、前記複数の線状構造体の配向方向と交差する方向に前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０１３７】
（付記１０） 付記７乃至９のいずれか１項に記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体の端部に、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【符号の説明】
【０１３８】
１０…カーボンナノチューブシート
１２…基板
１４…触媒金属膜
１６…カーボンナノチューブ
１８…充填層
２０，２２…被膜
５０…プリント配線基板
５２，５６…はんだバンプ
５４…回路基板
５８…半導体素子
６０…有機シーラント
６２…ヒートスプレッダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素元素の線状構造体を有するシート状構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバーやパーソナルコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）などに用いられる電子部品には、半導体素子から発する熱を効率よく放熱することが求められる。このため、半導体素子の直上に設けられたインジウムシートなどの熱伝導性シートを介して、銅などの高い熱伝導度を有する材料のヒートスプレッダが配置された構造を有している。
【０００３】
しかしながら、近年におけるレアメタルの大幅な需要増加によりインジウム価格は高騰しており、インジウムよりも安価な代替材料が待望されている。また、物性的に見てもインジウムの熱伝導度（８０Ｗ／ｍ・Ｋ）は高いとはいえず、半導体素子から生じた熱をより効率的に放熱させるために更に高い熱伝導度を有する材料が望まれている。
【０００４】
このような背景から、インジウムよりも高い熱伝導度を有する材料として、カーボンナノチューブに代表される炭素元素からなる線状構造体が注目されている。カーボンナノチューブは、非常に高い熱伝導度（１５００Ｗ／ｍ・Ｋ〜３０００Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するだけでなく、柔軟性や耐熱性に優れた材料であり、放熱材料として高いポテンシャルを有している。
【０００５】
カーボンナノチューブを用いた熱伝導シートとしては、樹脂中にカーボンナノチューブを分散した熱伝導シートや、基板上に配向成長したカーボンナノチューブ束を樹脂等によって埋め込んだ熱伝導シートが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−０３０２００号公報
【特許文献２】特開２００７−１８８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、カーボンナノチューブを用いた従来の熱伝導シートでは、カーボンナノチューブの有する高い熱伝導度を充分に生かすことができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、炭素元素の線状構造体を用いた熱伝導度及び電気伝導度が極めて高いシート状構造体及びその製造方法、並びにこのようなシート状構造体を用いた高性能の電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の一観点によれば、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを有するシート状構造体が提供される。
【００１０】
また、実施形態の他の観点によれば、発熱体と、放熱体と、前記発熱体と放熱体との間に配置され、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを含むシート状構造体とを有する電子機器が提供される。
【００１１】
また、実施形態の更に他の観点によれば、基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、前記充填層及び前記複数の線状構造体を複数枚に切断し、切断された前記充填層及び前記複数の線状構造体をそれぞれ含む複数のシート状構造体を形成する工程とを有するシート状構造体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
開示のシート状構造体の製造方法によれば、一度の線状構造体の成長によって複数枚のシート状構造体を製造することができるため、製造プロセスを簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。また、開示のシート状構造体の製造方法を用いることにより、線状構造体の端部を表面に露出するとともに開端することができる。これにより、シート状構造体の熱伝導性及び導電性を大幅に向上できるとともに、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図２】図２は、開端していないカーボンナノチューブ及び開端したカーボンナノチューブの構造を示す概略断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４】図４は、第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図５】図５は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図７】図７は、第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図８】図８は、カーボンナノチューブの端部に形成した被膜の構造の一例を示す斜視図である。
【図９】図９は、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１１】図１１は、第３実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１２】図１２は、第４実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。
【図１３】図１３は、第４実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１４】図１４は、第４実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１５】図１５は、第４実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１６】図１６は、第５実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
第１実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図１乃至図４を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図２は、開端していないカーボンナノチューブ及び開端したカーボンナノチューブの構造を示す概略断面図である。図３及び図４は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。
【００１６】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートのカーボンナノチューブ端部における拡大断面図である。
【００１７】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１（ａ）に示すように、間隔を開けて配置された複数のカーボンナノチューブ１６を有している。カーボンナノチューブ１６の間隙には充填層１８が形成されており、充填層１８によってカーボンナノチューブ１６が支持されている。本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、シート状の構造体を形成しており、複数のカーボンナノチューブ１６は、シートの膜厚方向、すなわちシートの面と交差する方向に配向している。
【００１８】
各カーボンナノチューブ１６は、両端部において開端している。開端とは、カーボンナノチューブ１６の端部が閉じていない状態を意味し、具体的には、図１（ｂ）に示すように、チューブを形成するグラフェンの連続性が端部において途切れている状態である。開端したカーボンナノチューブ１６の端部は、シートの表面に露出している。
【００１９】
開端したカーボンナノチューブについて、図２を用いて説明する。なお、ここでは多層カーボンナノチューブの場合について説明するが、単層カーボンナノチューブの場合も同様である。
【００２０】
一般的な多層カーボンナノチューブは、例えば図２（ａ）に示すように、入れ子状に形成された複数のグラフェンのチューブを有し、各層のグラフェンが端部においてそれぞれ閉じた構造を有している。カーボンナノチューブの閉じた端部は、成長の初期段階に形成されるものである。開端していない多層カーボンナノチューブでは、端部に露出しているのは、最外周のチューブだけである。これに対し、開端しているカーボンナノチューブは、例えば図２（ｂ）に示すように、チューブを形成する各層のグラフェンが、端部において露出した構造を有するものである。
【００２１】
上述のように、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では、カーボンナノチューブ１６の端部が、シートの表面に露出している。
【００２２】
これにより、カーボンナノチューブシート１０を放熱体又は発熱体と接触したとき、カーボンナノチューブ１６が放熱体又は発熱体に対して直に接するため、熱伝導効率を大幅に高めることができる。また、カーボンナノチューブ１６は導電性を有しているため、カーボンナノチューブ１６の両端部を露出することにより、カーボンナノチューブ１６を、シートを貫く配線体として用いることもできる。すなわち、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、熱伝導シートとしてのみならず、縦型配線シートとしても利用可能である。
【００２３】
また、カーボンナノチューブ１６の両端部が開端しているため、開端していない場合と比較して、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の接触熱抵抗や接触抵抗を大幅に低減することができる。特に、多層カーボンナノチューブの場合は、被着体を内側のチューブにも直接接触させることが可能となり、内側のチューブを熱伝導や電気伝導に積極的に寄与させることができる。これにより、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性及び導電性を大幅に向上することができる。
【００２４】
カーボンナノチューブ１６は、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブのいずれでもよい。カーボンナノチューブ１６の面密度は、特に限定されるものではないが、放熱性及び電気伝導性の観点からは、１×１０１０本／ｃｍ２以上であることが望ましい。
【００２５】
カーボンナノチューブ１６の長さは、カーボンナノチューブシート１６の用途によって決まり、特に限定されるものではないが、好ましくは５μｍ〜５００μｍ程度の値に設定することができる。カーボンナノチューブシート１０を、発熱源（例えば半導体素子）と放熱部品（例えばヒートスプレッダ）との間に形成するサーマルインターフェイスマテリアルとして使用する場合、少なくとも発熱源及び放熱部品の表面の凹凸を埋める長さ以上であることが望ましい。
【００２６】
充填層１８の構成材料としては、カーボンナノチューブ１６の埋め込みの際に液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、有機系充填材としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ホットメルト樹脂などの熱可塑性樹脂等を適用することができる。また、無機系充填材としては、ＳＯＧ（Spin On Glass）などの塗布型絶縁膜形成用組成物などを適用することができる。また、インジウム、はんだ、金属ペースト（例えば、銀ペースト）などの金属材料を適用することもできる。また、例えばポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマを適用することもできる。また、カーボンナノチューブシート１０自体に撓み性や柔軟性が必要な場合には、硬化後にゴム状やゲル状になる充填材を用いてもよい。
【００２７】
また、充填層１８には、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層１８部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１８部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての熱伝導率を向上することができる。カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層１８部分に電導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１８部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート全体としての導電率を向上することができる。充填層１８として例えば有機系充填材などの熱伝導性の低い絶縁材料を用いる場合には、特に有効である。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。
【００２８】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図３及び図４を用いて説明する。
【００２９】
まず、カーボンナノチューブシート１０を形成するための土台として用いる基板１２を用意する。基板１２としては、シリコン基板などの半導体基板、アルミナ（サファイア）基板、ＭｇＯ基板、ガラス基板などを用いることができる。また、これら基板上に薄膜が形成されたものでもよい。例えば、シリコン基板上に膜厚３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜が形成されたものを用いることができる。
【００３０】
基板１２は、カーボンナノチューブ１６の形成後に剥離されるものである。この目的のもと、基板１２としては、少なくともカーボンナノチューブ１６に接する面が、カーボンナノチューブ１６から容易に剥離できる材料によって形成されていることが望ましい。或いは、カーボンナノチューブシート１０に対して選択的にエッチングできる材料によって形成されていることが望ましい。
【００３１】
次いで、基板１２上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚２．５ｎｍのＦｅ（鉄）膜を形成し、Ｆｅの触媒金属膜１４を形成する（図３（ａ））。
【００３２】
触媒金属としては、Ｆｅのほか、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金を用いてもよい。また、触媒として、金属膜以外に、微分型静電分級器（ＤＭＡ：differential mobility analyzer）等を用い、予めサイズを制御して作製した金属微粒子を用いてもよい。この場合も、金属種については薄膜の場合と同様でよい。
【００３３】
また、これら触媒金属の下地膜として、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯｘ（酸化チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）などの膜又はこれらのうち少なくとも一の材料を含む合金からなる膜を形成してもよい。例えば、Ｆｅ（２．５ｎｍ）／Ａｌ（１０ｎｍ）の積層構造、Ｃｏ（２．６ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）の積層構造等を適用することができる。金属微粒子を用いる場合は、例えば、Ｃｏ（平均直径：３．８ｎｍ）／ＴｉＮ（５ｎｍ）などの積層構造を適用することができる。
【００３４】
次いで、基板１２上に、例えばホットフィラメントＣＶＤ法により、触媒金属膜１４を触媒として、カーボンナノチューブを成長する。カーボンナノチューブの成長条件は、例えば、原料ガスとしてアセチレン・アルゴンの混合ガス（分圧比１：９）を用い、成膜室内の総ガス圧を１ｋＰａ、ホットフィラメント温度を１０００℃、成長時間を２０分とする。これにより、層数が３〜６層（平均４層程度）、直径が４〜８ｎｍ（平均６ｎｍ）、長さが８０μｍ（成長レート：４μｍ／ｍｉｎ）の多層カーボンナノチューブを成長することができる。なお、カーボンナノチューブは、熱ＣＶＤ法やリモートプラズマＣＶＤ法などの他の成膜方法により形成してもよい。また、成長するカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。また、炭素原料としては、アセチレンのほか、メタン、エチレン等の炭化水素類や、エタノール、メタノール等のアルコール類などを用いてもよい。
【００３５】
こうして、基板１２上に、基板１２の法線方向に配向（垂直配向）した複数のカーボンナノチューブ１６を形成する（図３（ｂ））。なお、上記の成長条件で形成したカーボンナノチューブ１６の面密度は、１×１０１１本／ｃｍ２程度であった。
【００３６】
次いで、例えばディップ法により、充填層１８となる充填材を、カーボンナノチューブ１６の間隙に充填する。例えば、粘度が８００ｍＰａ・ｓのシリコーン系樹脂を、例えば１０００ｒｐｍ、２０秒の条件でスピンコートした基板に対して、カーボンナノチューブ１６が形成された基板１２を例えば１分間押し付ける。これにより、充填材としてのシリコーン系樹脂が、毛細管現象により、カーボンナノチューブ１６の間に、カーボンナノチューブ１６とほぼ同じ高さまで充填される。
【００３７】
充填材は、液体状の性質を示し、その後に硬化できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、有機系充填材としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂等を適用することができる。また、無機系充填材としては、ＳＯＧなどの塗布型絶縁膜形成用組成物などを適用することができる。また、インジウム、はんだ、金属ペースト（例えば、銀ペースト）などの金属材料を適用することもできる。また、例えばポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマを適用することもできる。
【００３８】
次いで、カーボンナノチューブ１６間に充填した充填材を硬化し、充填層１８を形成する（図３（ｃ））。例えば、充填材としてアクリル樹脂等の光硬化性の材料を用いる場合には、光照射によって充填材を硬化させることができる。また、充填材としてエポキシ樹脂やシリコーン系樹脂などの熱硬化性の材料を用いる場合には、熱処理によって充填材を硬化させることができる。エポキシ樹脂の場合、例えば１５０℃、１時間の熱処理により、熱硬化することができる。また、シリコーン系樹脂の場合、例えば２００℃、１時間の熱処理により、熱硬化することができる。
【００３９】
なお、充填層１８の硬化後に、カーボンナノチューブ１６の上端部が充分に露出していない又は充填層１８によって覆われている場合には、化学的機械的研磨や酸素プラズマアッシングによって、カーボンナノチューブ１６の端部上の充填層１８を除去するようにしてもよい。また、充填層１８を除去してカーボンナノチューブ１６の上端部を露出するとともに、カーボンナノチューブ１６の上端部を開端するようにしてもよい。
【００４０】
次いで、ウォータージェットやダイヤモンドブレード等の切断手段を用い、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６を、カーボンナノチューブ１６の配向方向と交差する方向、例えば基板１２の表面に平行な方向に沿って、複数枚にスライスする（図４（ａ））。
【００４１】
充填層１８及びカーボンナノチューブ１６をスライスすることにより、切断面には、カーボンナノチューブ１６が露出する。また、切断面のカーボンナノチューブ１６は、開端した状態となる。また、カーボンナノチューブ１６は樹脂材料等の充填層１８と比較すると硬度が高いため、スライスした表面は、充填層１８とカーボンナノチューブ１６とが同じ高さ、或いは、カーボンナノチューブ１６の端部が充填層１８よりも突出した状態となる。
【００４２】
こうして、開端した両端部が露出したカーボンナノチューブ１６を有する本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を完成する（図４（ｂ））。
【００４３】
本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法では、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６をスライスすることにより、複数枚のカーボンナノチューブシートを形成する。図３（ｂ）の工程において成長するカーボンナノチューブ１６の長さは、形成しようとするシートの枚数及び厚さ、切り代等を考慮して、適宜設定することが望ましい。ウォータージェットやダイヤモンドブレード等の切断手段では、切り代は１００μｍ程度である。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、一度のカーボンナノチューブの成長によって複数枚のカーボンナノチューブシートを製造することができるため、製造プロセスを簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。
【００４５】
また、本実施形態による製造方法を用いることにより、カーボンナノチューブの両端部を表面に露出するとともに開端することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上できるとともに、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
第２実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図５乃至図８を用いて説明する。図１乃至図４に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
【００４７】
図５は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図６及び図７は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。図８は、カーボンナノチューブの端部に形成した被膜の構造の一例を示す斜視図である。
【００４８】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図５を用いて説明する。
【００４９】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図５（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ１６の端部に被膜２０，２２が形成されているほかは、図１に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシート１０と同様である。
【００５０】
被膜２０，２２は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料により形成されている。被膜２０，２２を形成する材料は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。
【００５１】
熱伝導性の高い被膜２０，２２を設けることにより、被膜２０，２２を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（放熱体、発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性を高めることができる。カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとしても用いる場合には、導電性を高めることができる。また、被膜２０，２２を設けることにより、シートの表面に平行な方向への熱伝導性及び導電性を確保することも可能となる。
【００５２】
なお、図５（ａ）では、カーボンナノチューブ１６の両端部に被膜２０，２２を形成した場合を示したが、例えば図５（ｂ）に示すように、被膜２０及び被膜２２のいずれか一方（図では、被膜２０）のみを設けるようにしてもよい。
【００５３】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図６及び図７を用いて説明する。
【００５４】
まず、図３（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブの製造方法と同様にして、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する（図６（ａ））。
【００５５】
次いで、カーボンナノチューブ１６上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜と、例えば膜厚３００ｎｍの金（Ａｕ）膜とを堆積する。これにより、カーボンナノチューブ１６上に、Ａｕ／Ｔｉの積層構造の被膜２０を形成する（図６（ｂ））。
【００５６】
被膜２０の構成材料は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途に用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。被膜２０の構成材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、低融点はんだ等を用いることができる。被膜１４ａは、これら金属の単層構造でもよいし、上述のようなチタンと金との積層構造など、２層或いは３層以上の積層構造であってもよい。
【００５７】
なお、上記の例でＡｕ／Ｔｉの積層構造を用いているのは、チタンがカーボンナノチューブ１６に対する密着性に優れているからである。金膜とカーボンナノチューブ１６との間にチタン膜を形成することにより、カーボンナノチューブ１６と被膜２０との間の接触熱抵抗並びに接触抵抗を低減することができる。密着性を向上する観点からは、１０ｎｍ程度以上のチタン膜を形成することが望ましい。
【００５８】
被膜２０は、成長初期段階では、例えば図８（ａ）に示すように、各カーボンナノチューブ１６の先端部分を覆うように形成される。成長膜厚が増加してくると、隣接する各カーボンナノチューブ１６の先端部分に形成された被膜２０が互いに接続される。これにより、被膜２０は、例えば図８（ｂ）に示すように、複数本の各カーボンナノチューブ１６の先端部分を束ねるように形成される。被膜２０の成長膜厚を更に増加すると、被膜２０がシートの面に平行な２次元方向に完全に接続され、隙間のない完全な膜となる。後工程において充填層１８を形成する充填材料の浸透性を維持するためには、被膜２０が完全な膜とならないように膜厚を制御することが望ましい。
【００５９】
なお、被膜２２だけを形成する場合にあっては、上述の被膜２０を形成する工程は不要である。
【００６０】
次いで、図３（ｃ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、充填層１８を形成する（図６（ｃ））。
【００６１】
カーボンナノチューブ１６間に充填材を浸透する際、１本１本のカーボンナノチューブ１６同士の凝集が起こり、カーボンナノチューブ１６が元々保持していた配向性を失い、例えば横に倒れるなどの形状変化を起こすことがある。しかしながら、本実施形態では、カーボンナノチューブ１２の上端部に被膜２０が形成されているため、カーボンナノチューブ１６の形状変化を抑制して凝集を防止することができる。
【００６２】
次いで、図４（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６を、複数枚にスライスする（図７（ａ））。
【００６３】
次いで、スライスすることにより新たに露出したカーボンナノチューブ１６の端部のうち、必要な端部に、被膜２０の形成方法と同様にして、被膜２２を形成する（図７（ｂ））。被膜２０を図６（ｂ）の工程では形成せずに、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６スライスした後に形成するようにしてもよい。
【００６４】
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシートを完成する。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【００６６】
［第３実施形態］
第３実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図９乃至図１１を用いて説明する。図１乃至図８に示す第１及び第２実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
【００６７】
図９は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図１０及び図１１は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。
【００６８】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図９を用いて説明する。
【００６９】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図９に示すように、シートの膜厚方向に配向した複数のカーボンナノチューブ１６が充填層１８により支持された構造を有する点で、図１に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートと同様である。各カーボンナノチューブ１６は、両端部において開端している。開端したカーボンナノチューブ１６の端部は、シートの表面に露出している。カーボンナノチューブ１６の一端部は、充填層１８の表面から突出している。
【００７０】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０では、充填層１８が、熱可塑性樹脂によって形成されている。充填層１８を形成する熱可塑性樹脂は、温度に応じて液体と固体との間で可逆的に状態変化するものであり、室温では固体であり、加熱すると液状に変化し、冷却すると接着性を発現しつつ固体に戻るものであれば、特に限定されるものではない。
【００７１】
充填層１８を形成する熱可塑性樹脂は、カーボンナノチューブシート１０の使用目的に応じて、熱可塑性樹脂の融解温度をもとに選択することができる。熱可塑性樹脂の融解温度の下限値は、稼働時の発熱温度の上限値よりも高いことが望ましい。稼働時に熱可塑性樹脂が溶解すると、カーボンナノチューブシート１０が変形してカーボンナノチューブ１６が配向性を損なうなど、熱伝導性を低下するなどの不具合を引き起こす虞があるからである。熱可塑性樹脂の溶解温度の上限値は、発熱体及び放熱体の耐熱温度の下限値よりも低いことが望ましい。本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、放熱体及び発熱体に接触させた後にリフローを行うことが望ましいが、熱可塑性樹脂の溶解温度が耐熱温度より高いと、発熱体及び／又は放熱体にダメージを与えることなくリフローをすることが困難となるからである。
【００７２】
例えば、カーボンナノチューブシート１０をＣＰＵなどの電子機器の放熱用途に用いる場合、ＣＰＵ稼働時の発熱温度の上限がおよそ１２５℃であり、ＣＰＵ電子部品の耐熱温度がおよそ２５０℃であることに鑑み、融解温度が１２５℃〜２５０℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。例えば、自動車エンジンのエキゾーストシステム等の用途に用いる場合、部位によるが発熱温度は５００℃〜８００℃程度であることに鑑み、融解温度が６００℃〜９００℃程度の熱可塑性樹脂が好適である。
【００７３】
また、充填層１８には、必要に応じて、添加物を分散混合してもよい。添加物としては、例えば熱伝導性の高い物質や導電性の高い物質が考えられる。充填層１８部分に熱伝導性の高い添加物を分散混合することにより、充填層１８部分の熱伝導率を向上することができ、カーボンナノチューブシート１０の全体としての熱伝導率を向上することができる。また、カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとして用いる場合にあっては、充填層１８部分に電導性の高い添加物を分散混合する。これにより、充填層１８部分の導電率を向上することができ、カーボンナノチューブシート１０の全体としての導電率を向上することができる。熱伝導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料、窒化アルミニウム、シリカ、アルミナ、グラファイト、フラーレン等を適用することができる。電導性の高い材料としては、カーボンナノチューブ、金属材料等を適用することができる。
【００７４】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図１０及び図１１を用いて説明する。
【００７５】
まず、図３（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する（図１０（ａ））。
【００７６】
次いで、成長したカーボンナノチューブ１６上に、フィルム状に加工した熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂フィルム）を載置する。熱可塑性樹脂フィルムの膜厚は、形成しようとするカーボンナノチューブシート１０の厚さ程度、例えば４〜４００μｍ程度とする。
【００７７】
熱可塑性樹脂フィルムの熱可塑性樹脂としては、例えば、以下に示すホットメルト樹脂を適用することができる。ポリアミド系ホットメルト樹脂としては、例えば、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」が挙げられる。また、ポリエステル系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ５９８Ｂ」が挙げられる。また、ポリウレタン系ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＨ７２２Ｂ」が挙げられる。また、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂としては、例えば、松村石油株式会社製の「ＥＰ−９０」が挙げられる。また、エチレン共重合体ホットメルト樹脂としては、例えば、ノガワケミカル株式会社製の「ＤＡ５７４Ｂ」が挙げられる。また、ＳＢＲ系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６２５０」が挙げられる。また、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂としては、例えば、住友スリーエム株式会社製の「３７４７」が挙げられる。また、ブチルゴム系ホットメルト樹脂としては、例えば、横浜ゴム株式会社製の「Ｍ−６１５８」が挙げられる。
【００７８】
ここでは、一例として、ヘンケルジャパン株式会社製の「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」を厚さ２００μｍのフィルム状に加工した熱硬化性樹脂フィルムを用いた場合について説明する。なお、「Ｍｉｃｒｏｍｅｌｔ６２３９」は、融解温度が１３５℃〜１４５℃、融解時粘度が５．５Ｐａ．ｓ〜８．５Ｐａ．ｓ（２２５℃）のホットメルト樹脂である。
【００７９】
次いで、熱可塑性樹脂フィルムを載置した基板１２を、例えば１９５℃の温度で加熱する。これにより、熱可塑性樹脂フィルムの熱可塑性樹脂が溶解し、カーボンナノチューブ１６の間隙に徐々に浸透していく。こうして、カーボンナノチューブ１６の上半分程度が熱可塑性樹脂フィルムによって覆われるように、熱可塑性樹脂フィルムをカーボンナノチューブ１６間に浸透させる。
【００８０】
次いで、溶解した熱可塑性樹脂フィルムを固化し、熱可塑性樹脂の充填層１８ａを形成する（図１０（ｂ））。
【００８１】
熱可塑性樹脂を予めシート状に加工しておくことにより、シートの膜厚によって充填材量のコントロールが可能となる。また、カーボンナノチューブ１６の間隙に浸透する熱可塑性樹脂フィルムの厚さは、熱処理時間によって制御することができる。
【００８２】
熱可塑性樹脂フィルムの加熱温度及び時間は、熱可塑性樹脂フィルムが所望の位置まで浸透するように、カーボンナノチューブ１６の長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂フィルムの膜厚等に応じて適宜設定することが望ましい。
【００８３】
なお、熱可塑性樹脂の形状は、予めフィルム状に加工しておくことが好適であるが、ペレット状や棒状でも構わない。
【００８４】
次いで、充填層１８ａを固化した後、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ａを、基板１２から剥離する（図１０（ｃ））。
【００８５】
次いで、カーボンナノチューブ１６の基板１２からの剥離端側に、充填層１８ａの形成方法と同様にして、充填層１８ｂを形成する（図１１（ａ））。
【００８６】
充填層１８ｂを形成する際には、充填層１８ｂとなる熱可塑性樹脂材料が充填層１８ａに達しないように、カーボンナノチューブ１６の長さ、熱可塑性樹脂の融解時の粘度、熱可塑性樹脂フィルムの膜厚等に応じて、熱可塑性樹脂フィルムの加熱温度及び時間を制御する。
【００８７】
次いで、充填層１８ａ，１８ｂを引き剥がすことにより、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ａを有するシートと、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ｂを有するシートの、２つのカーボンナノチューブシートを形成する（図１１（ｂ）〜（ｃ））。
【００８８】
充填層１８ａと充填層１８ｂとを引き剥がす代わりに、第１及び第２実施形態の場合と同様の切断手段を用いてカーボンナノチューブ１６を切断してもよい。
【００８９】
このように、本実施形態によれば、一度のカーボンナノチューブの成長によって２枚のカーボンナノチューブシートを製造することができるため、製造プロセスを簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。
【００９０】
また、本実施形態による製造方法を用いることにより、カーボンナノチューブの端部を表面に露出するとともに開端することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を大幅に向上できるとともに、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を大幅に低減することができる。
【００９１】
［第４実施形態］
第４実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法について図１２乃至図１５を用いて説明する。図１乃至図１１に示す第１乃至第３実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
【００９２】
図１２は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造を示す概略断面図である。図１３乃至図１５は、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法を示す工程断面図である。
【００９３】
はじめに、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの構造について図１２を用いて説明する。
【００９４】
本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０は、図１２に示すように、カーボンナノチューブ１６の端部に被膜２０，２２が形成されているほかは、図９に示す第３実施形態によるカーボンナノチューブシート１０と同様である。
【００９５】
被膜２０，２２は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料により形成されている。被膜２０，２２を形成する材料は、充填層１８の構成材料よりも熱伝導率の高い材料であれば特に限定されるものではない。カーボンナノチューブシート１０を電気伝導用途にも用いる場合には、導電性を有する材料、例えば、金属や合金等を適用することができる。
【００９６】
熱伝導性の高い被膜２０，２２を設けることにより、被膜２０，２２を設けない場合と比較して、カーボンナノチューブシート１０の被着体（放熱体、発熱体）に対する接触面積を増加することができる。これにより、カーボンナノチューブ１６と被着体との間の接触熱抵抗が低減され、カーボンナノチューブシート１０の熱伝導性を高めることができる。カーボンナノチューブシート１０を導電性シートとしても用いる場合には、導電性を高めることができる。
【００９７】
なお、図１２（ａ）では、カーボンナノチューブ１６の両端部に被膜２０，２２を形成した場合を示したが、例えば図１２（ｂ）に示すように、被膜２０及び被膜２２のいずれか一方（図では、被膜２０）のみを設けるようにしてもよい。
【００９８】
次に、本実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法について図１３乃至図１５を用いて説明する。
【００９９】
まず、図３（ａ）に示す第１実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、基板１２上に、カーボンナノチューブ１６を成長する（図１３（ａ））。
【０１００】
次いで、図６（ｂ）に示す第２実施形態によるカーボンナノチューブシートの製造方法と同様にして、カーボンナノチューブ１６上に、被膜２０ａを形成する（図１３（ｂ））。
【０１０１】
なお、被膜２２だけを形成する場合にあっては、上述の被膜２０ａを形成する工程は不要である。
【０１０２】
次いで、被膜２０ａを形成したカーボンナノチューブ１６上に、熱可塑性樹脂フィルムを載置する。
【０１０３】
次いで、図１０（ｂ）に示す第３実施形態によるカーボンナノチューブの製造方法と同様にして、熱可塑性樹脂フィルムをカーボンナノチューブ１６間に浸透させ、充填層１８ａを形成する（図１３（ｃ））。
【０１０４】
次いで、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ａを、基板１２から剥離する（図１４（ａ））。
【０１０５】
次いで、カーボンナノチューブ１６の基板１２からの剥離端上に、被膜２０ａの形成方法と同様にして、被膜２０ｂを形成する（図１４（ｂ））。
【０１０６】
次いで、カーボンナノチューブ１６の被膜２２形成端部側に、充填層１８ａの形成方法と同様にして、充填層１８ｂを形成する（図１４（ｃ））。
【０１０７】
次いで、充填層１８ａ，１８ｂを引き剥がし、カーボンナノチューブ１６を２つに分断することにより、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ａを有するシートと、カーボンナノチューブ１６及び充填層１８ｂを有するシートとを形成する（図１５（ａ）〜（ｂ））。カーボンナノチューブ１６の切断端面は、開端した状態となる。
【０１０８】
次いで、スライスすることにより新たに露出したカーボンナノチューブ１６の端部に、被膜２０ａ，２０ｂの形成方法と同様にして、被膜２２ａ，２２ｂを形成する（図１５（ｃ））。被膜２０ａ，２０ｂは、図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）の工程では形成せずに、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６スライスした後に形成するようにしてもよい。被膜２０ａ，２０ｂだけを形成する場合にあっては、上述の被膜２２ａ，２２ｂを形成する工程は不要である。
【０１０９】
次いで、充填層１８ａ，１８ｂを引き剥がすことにより新たに露出したカーボンナノチューブ１６の端部のうち、必要な端部に、被膜２０の形成方法と同様にして、被膜２２を形成する（図７（ｂ））。被膜２０を図６（ｂ）の工程では形成せずに、充填層１８及びカーボンナノチューブ１６スライスした後に形成するようにしてもよい。
【０１１０】
こうして、本実施形態によるカーボンナノチューブシート１０を完成する。
【０１１１】
このように、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの端部に熱伝導性の高い被膜を形成するので、被着体に対する接触熱抵抗及び接触抵抗を低減することができる。これにより、カーボンナノチューブシートの熱伝導性及び導電性を更に向上することができる。
【０１１２】
［第５実施形態］
第５実施形態による電子機器について図１６を用いて説明する。なお、図１乃至図１５に示す第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシート及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１１３】
図２６は、本実施形態による電子機器の構造を示す概略断面図である。
【０１１４】
本実施形態では、第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシートを熱伝導シートとして適用した電子機器について説明する。
【０１１５】
プリント配線基板５０上には、多層配線基板などの回路基板５４が実装されている。回路基板５４は、はんだバンプ５２を介してプリント配線基板５０に電気的に接続されている。
【０１１６】
回路基板５４上には、例えばＣＰＵなどの半導体素子５８が実装されている。半導体素子５８は、はんだバンプ５６を介して回路基板５４に電気的に接続されている。
【０１１７】
半導体素子５８上には、半導体素子５８を覆うように、半導体素子５８からの熱を拡散するためのヒートスプレッダ６２が形成されている。ヒートスプレッダ６２は、例えば有機シーラント６０によって回路基板５４に接着されている。半導体素子５８とヒートスプレッダ６２との間には、第１乃至第４実施形態のいずれかに記載のカーボンナノチューブシート１０が形成されている。
【０１１８】
このように、本実施形態による電子機器では、半導体素子５８とヒートスプレッダ６２との間、すなわち発熱部と放熱部との間に、第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシート１０が設けられている。
【０１１９】
上述のように、第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブ１６がシートの膜厚方向に配向しており、面直方向の熱伝導度が極めて高いものである。また、カーボンナノチューブ１６の両端部は開端しており、被着体に対する接触熱抵抗が極めて低く、熱伝導性も高い。また、第２及び第４実施形態によるカーボンナノチューブシートでは、カーボンナノチューブ１６の一方の端部或いは両端に被膜２０，２２が形成されており、被着体に対する接触熱抵抗が更に低減されている。
【０１２０】
したがって、開示のカーボンナノチューブシートを、半導体素子５８とヒートスプレッダ６２との間に形成する熱伝導シートとして用いることにより、半導体素子５８から発せられた熱を効率よくヒートスプレッダ６２に垂直方向に伝えることができ、放熱効率を高めることができる。これにより、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１２１】
また、カーボンナノチューブ１６を支持する充填層１８を熱可塑性樹脂材料により形成することにより、電子機器に搭載後、カーボンナノチューブシート１０をリフローすることが可能となる。これにより、半導体素子５８及びヒートスプレッダ６２に対するカーボンナノチューブシート１０の接着性を高めるとともに、カーボンナノチューブシート５６による熱伝導性をも高めることができる。
【０１２２】
このように、本実施形態によれば、半導体素子とヒートスプレッダとの間に、第１乃至第４実施形態によるカーボンナノチューブシートを配置するので、これらの間の熱伝導度を大幅に向上することができる。これにより、半導体素子から発せられる熱の放熱効率を高めることができ、電子機器の信頼性を向上することができる。
【０１２３】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１２４】
例えば、上記第１乃至第４実施形態では、カーボンナノチューブを用いたシート状構造体（カーボンナノチューブシート）を示したが、カーボンナノチューブの代わりに他の炭素元素の線状構造体を用いてもよい。炭素元素の線状構造体としては、カーボンナノチューブのほか、カーボンナノワイヤ、カーボンロッド、カーボンファイバが挙げられる。これら線状構造体は、サイズが異なるほかは、カーボンナノチューブと同様である。これら線状構造体を用いた放熱材料においても適用することができる。
【０１２５】
また、上記実施形態に記載の構成材料や製造条件は、当該記載に限定されるものではなく、目的等に応じて適宜変更が可能である。
【０１２６】
また、カーボンナノチューブシートの使用目的も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではない。開示のカーボンナノチューブシートは、熱伝導シートとしては、例えば、ＣＰＵの放熱シート、無線通信基地局用高出力増幅器、無線通信端末用高出力増幅器、電気自動車用高出力スイッチ、サーバー、パーソナルコンピュータなどへの適用が考えられる。また、カーボンナノチューブの高い許容電流密度特性を利用して、縦型配線シートやこれを用いた種々のアプリケーションにも適用可能である。
【０１２７】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１２８】
（付記１） 炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、
前記複数の線状構造体間に形成された充填層と
を有することを特徴とするシート状構造体。
【０１２９】
（付記２） 付記１記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【０１３０】
（付記３） 付記１又は２記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体は、前記充填層の膜厚方向に配向している
ことを特徴とするシート状構造体。
【０１３１】
（付記４） 付記１乃至３のいずれか１項に記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体の前記両端部は、前記充填層から露出している
ことを特徴とするシート状構造体。
【０１３２】
（付記５） 付記１乃至４のいずれか１項に記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体のそれぞれは、多層構造を有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【０１３３】
（付記６） 発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と放熱体との間に配置され、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを含むシート状構造体と
を有することを特徴とする電子機器。
【０１３４】
（付記７） 基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、
前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を複数枚に切断し、切断された前記充填層及び前記複数の線状構造体をそれぞれ含む複数のシート状構造体を形成する工程と
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０１３５】
（付記８） 付記７記載のシート状構造体の製造方法において、
前記充填層を形成する工程は、前記複数の線状構造体の一端部に第１の充填層を形成する工程と、前記複数の線状構造体の他端部に第２の充填層を形成する工程とを含み、前記第１の充填層及び前記第２の充填層を有する前記充填層を形成し、
前記複数のシート状構造体を形成する工程では、前記第１の充填層と前記第２の充填層との間において前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断し、前記第１の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記一端部側を含む第１のシート状構造体と、前記第２の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記他端部側を含む第２のシート状構造体とを形成する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０１３６】
（付記９） 付記７又は８記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体を形成する工程では、前記基板の表面と交差する方向に配向するように前記複数の線状構造体を形成し、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する工程では、前記複数の線状構造体の配向方向と交差する方向に前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【０１３７】
（付記１０） 付記７乃至９のいずれか１項に記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体の端部に、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【符号の説明】
【０１３８】
１０…カーボンナノチューブシート
１２…基板
１４…触媒金属膜
１６…カーボンナノチューブ
１８…充填層
２０，２２…被膜
５０…プリント配線基板
５２，５６…はんだバンプ
５４…回路基板
５８…半導体素子
６０…有機シーラント
６２…ヒートスプレッダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、
前記複数の線状構造体間に形成された充填層と
を有することを特徴とするシート状構造体。
【請求項２】
請求項１記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【請求項３】
請求項１又は２記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体のそれぞれは、多層構造を有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【請求項４】
発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と放熱体との間に配置され、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを含むシート状構造体と
を有することを特徴とする電子機器。
【請求項５】
基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、
前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を複数枚に切断し、切断された前記充填層及び前記複数の線状構造体をそれぞれ含む複数のシート状構造体を形成する工程と
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のシート状構造体の製造方法において、
前記充填層を形成する工程は、前記複数の線状構造体の一端部に第１の充填層を形成する工程と、前記複数の線状構造体の他端部に第２の充填層を形成する工程とを含み、前記第１の充填層及び前記第２の充填層を有する前記充填層を形成し、
前記複数のシート状構造体を形成する工程では、前記第１の充填層と前記第２の充填層との間において前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断し、前記第１の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記一端部側を含む第１のシート状構造体と、前記第２の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記他端部側を含む第２のシート状構造体とを形成する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体を形成する工程では、前記基板の表面と交差する方向に配向するように前記複数の線状構造体を形成し、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する工程では、前記複数の線状構造体の配向方向と交差する方向に前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項１】
炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、
前記複数の線状構造体間に形成された充填層と
を有することを特徴とするシート状構造体。
【請求項２】
請求項１記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体の少なくとも一方の端部に形成され、前記充填層よりも熱伝導率の高い材料の被膜を更に有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【請求項３】
請求項１又は２記載のシート状構造体において、
前記複数の線状構造体のそれぞれは、多層構造を有する
ことを特徴とするシート状構造体。
【請求項４】
発熱体と、
放熱体と、
前記発熱体と放熱体との間に配置され、炭素元素により形成され両端部が開端している複数の線状構造体と、前記複数の線状構造体間に形成された充填層とを含むシート状構造体と
を有することを特徴とする電子機器。
【請求項５】
基板上に、炭素元素の複数の線状構造体を形成する工程と、
前記複数の線状構造体間に、前記複数の線状構造体を支持する充填層を形成する工程と、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を複数枚に切断し、切断された前記充填層及び前記複数の線状構造体をそれぞれ含む複数のシート状構造体を形成する工程と
を有することを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のシート状構造体の製造方法において、
前記充填層を形成する工程は、前記複数の線状構造体の一端部に第１の充填層を形成する工程と、前記複数の線状構造体の他端部に第２の充填層を形成する工程とを含み、前記第１の充填層及び前記第２の充填層を有する前記充填層を形成し、
前記複数のシート状構造体を形成する工程では、前記第１の充填層と前記第２の充填層との間において前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断し、前記第１の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記一端部側を含む第１のシート状構造体と、前記第２の充填層及び切断された前記複数の線状構造体の前記他端部側を含む第２のシート状構造体とを形成する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載のシート状構造体の製造方法において、
前記複数の線状構造体を形成する工程では、前記基板の表面と交差する方向に配向するように前記複数の線状構造体を形成し、
前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する工程では、前記複数の線状構造体の配向方向と交差する方向に前記充填層及び前記複数の線状構造体を切断する
ことを特徴とするシート状構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２８０５２８（Ｐ２０１０−２８０５２８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３４０９４（Ｐ２００９−１３４０９４）
【出願日】平成２１年６月３日（２００９．６．３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３日（２００９．６．３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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