JP2012142408A - Heat radiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱装置に関する。 The present invention relates to a heat dissipation device.
半導体デバイスの微細化に伴い、微細配線を流れる電流密度も増大し、その結果発生するジュール熱によってデバイスが誤作動を起こすなどの問題がしばしば起こる。更にデバイスの小型化と携帯機器の普及に伴い、発熱源となる電子デバイスが高密度に実装されると、放熱が十分になされないため、より一層の悪影響が生じている。従来の半導体デバイスでは、発熱する半導体チップ上にアルミや銅などの高熱伝導度の金属を用いたヒートシンクを設けて、放熱を促進することによって素子冷却を行っていた。また、ヒートシンクだけでは放熱が不十分なプロセッサなどのデバイスでは、ヒートシンクと空冷ファンを組み合わせてデバイスの冷却を行っていた、また近年では、ヒートパイプや冷媒を用いたデバイス冷却も実施されている。 With the miniaturization of semiconductor devices, the current density flowing through the fine wiring also increases, and problems such as malfunction of the devices due to the resulting Joule heat often occur. Further, along with the miniaturization of devices and the spread of portable equipment, if electronic devices that serve as heat sources are mounted at a high density, heat radiation is not sufficiently performed, resulting in further adverse effects. In a conventional semiconductor device, a heat sink using a metal having high thermal conductivity such as aluminum or copper is provided on a semiconductor chip that generates heat, and element cooling is performed by promoting heat dissipation. In addition, in devices such as processors where heat dissipation is insufficient with a heat sink alone, the device is cooled by combining a heat sink and an air cooling fan. In recent years, device cooling using a heat pipe or a refrigerant has also been implemented.
しかしながら、ヒートシンクと空冷ファンを用いた冷却では、特に実装時の高さが高くなってしまうため、薄型の携帯機器において不利である、水冷やヒートパイプを用いた冷却では、暖まった冷媒を冷やすための場所が必要となるので、実装面積上不利である。従来技術の問題点は、一言で言うなら微細化によって発熱量が増大したデバイスを冷却するのに、それだけ多くの空間を要する、と言う点にあった。 However, cooling with a heat sink and an air cooling fan increases the mounting height, which is disadvantageous for thin portable devices. Cooling with water cooling or heat pipes cools the warm refrigerant. This is disadvantageous in terms of mounting area. The problem with the prior art is that, in a word, it takes a lot of space to cool a device whose calorific value has increased due to miniaturization.
これに対し、半導体素子上に高分子アクチュエータを立設したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。高分子アクチュエータを電気的に駆動制御することで、半導体素子上を扇ぐように往復運動させ、発生した風によって半導体素子を冷却する。そのため、高分子アクチュエータが振幅する領域内には、他の高分子アクチュエータを追加して配置することができない。ゆえに、半導体素子の発熱量に応じて高分子アクチュエータの数を増やして放熱効果を高めることが難しい。 On the other hand, the thing which installed the polymer actuator standing on the semiconductor element is proposed (for example, refer patent document 1). By electrically driving and controlling the polymer actuator, the semiconductor element is reciprocated so as to fan, and the semiconductor element is cooled by the generated wind. Therefore, other polymer actuators cannot be additionally arranged in the region where the polymer actuators swing. Therefore, it is difficult to increase the number of polymer actuators according to the amount of heat generated by the semiconductor element to enhance the heat dissipation effect.
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、基板上に複数の振動板を自由に配置することが可能であり、容易に放熱効果を高めることが可能な放熱装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such a conventional situation, and a heat radiating device that can freely arrange a plurality of diaphragms on a substrate and can easily enhance a heat radiating effect. The purpose is to provide.
本発明に係る放熱装置は、基板と、前記基板の一面上に個別に立設された、高分子アクチュエータからなる複数の振動板と、を備え、前記振動板は、短冊形状をなし、その長手方向の一端部が前記基板の一面側に固設されて固定端を、長手方向の他端部が自由端をそれぞれ成しており、前記自由端側が前記固定端側に対して振動可能とされていること、を特徴とする。
本発明の放熱装置では、前記基板の一面上に個別に立設された複数の振動板は、長手方向の一端部が前記基板の一面側に固設され、長手方向の他端部が自由端をそれぞれ成しており、前記自由端側が振動可能とされているので、複数の放熱板を基板上に高密度に配置することが可能である。したがって、本発明の放熱装置では、基板上に複数の振動板を自由に配置することが可能であり、容易に放熱効果を高めることが可能である。
A heat dissipation device according to the present invention includes a substrate and a plurality of diaphragms made of polymer actuators, which are individually provided on one surface of the substrate, and the diaphragm has a strip shape and has a longitudinal shape. One end portion in the direction is fixed on one side of the substrate to form a fixed end, and the other end portion in the longitudinal direction forms a free end, and the free end side can vibrate with respect to the fixed end side. It is characterized by that.
In the heat dissipating device of the present invention, the plurality of diaphragms individually erected on one surface of the substrate have one end in the longitudinal direction fixed to one surface of the substrate and the other end in the longitudinal direction is a free end. Since the free end side can be vibrated, it is possible to dispose a plurality of heat sinks on the substrate with high density. Therefore, in the heat dissipation device of the present invention, a plurality of diaphragms can be freely arranged on the substrate, and the heat dissipation effect can be easily enhanced.
また、本発明に係る放熱装置は、前記複数の振動板が、面が相対向するように並べて前記基板の一面上に立設されていることが好ましい。
前記複数の振動板が、面が相対向するように並べて前記基板の一面上に立設されているので、空気の流れが制御され放熱効果をさらに高めることが可能である。
In the heat dissipation device according to the present invention, it is preferable that the plurality of diaphragms are erected on one surface of the substrate side by side so that the surfaces face each other.
Since the plurality of diaphragms are arranged on one surface of the substrate in such a manner that their surfaces are opposed to each other, the flow of air can be controlled to further enhance the heat dissipation effect.
また、本発明に係る放熱装置は、前記高分子アクチュエータが、一対の導電層と、前記一対の導電層の間に配された電解質層とから構成されることが好ましい。
高分子アクチュエータの二枚の導電層間に電圧（バイアス）を印加すると、電解質層に含まれるサイズの異なる陽イオンと負イオンが偏在し、その体積差によってアクチュエータが湾曲運動する。このように高分子アクチュエータを稼働させると、高分子アクチュエータからなる放熱板間距離を動的に変化させることができる。これにより周囲の空気が接伴されるので、放熱を促進することができる。
In the heat dissipation device according to the present invention, it is preferable that the polymer actuator includes a pair of conductive layers and an electrolyte layer disposed between the pair of conductive layers.
When a voltage (bias) is applied between the two conductive layers of the polymer actuator, cations and negative ions having different sizes contained in the electrolyte layer are unevenly distributed, and the actuator bends due to the volume difference. When the polymer actuator is operated in this manner, the distance between the heat sinks made of the polymer actuator can be dynamically changed. As a result, ambient air is involved, so heat dissipation can be promoted.
また、本発明に係る放熱装置は、前記導電層が、カーボンナノチューブを含有することが好ましい。
カーボンナノチューブは、高い熱伝導度を有し、また比表面積も大きいため、放熱特性上有利である。
In the heat dissipation device according to the present invention, the conductive layer preferably contains carbon nanotubes.
Carbon nanotubes are advantageous in terms of heat dissipation properties because they have high thermal conductivity and a large specific surface area.
また、本発明に係る放熱装置は、前記基板の一面上に一対のクランプが配されており、該クランプの間に前記振動板の一端部を挟み込むことにより、前記振動板が前記基板に固設されていることが好ましい。
前記基板の一面上に配された一対のクランプの間に前記振動板の一端部を挟み込むことにより、短冊形状の振動板を基板上に容易に立設することができる。
In the heat dissipation device according to the present invention, a pair of clamps are arranged on one surface of the substrate, and the diaphragm is fixed to the substrate by sandwiching one end of the diaphragm between the clamps. It is preferable that
By sandwiching one end of the diaphragm between a pair of clamps disposed on one surface of the substrate, a strip-shaped diaphragm can be easily erected on the substrate.
また、本発明に係る放熱装置は、前記基板の一面に溝が設けられており、該溝内に前記振動板の一端部を挿入することにより、前記振動板が前記基板に固設されていることが好ましい。
前記基板の一面に設けられた溝に前記振動板の一端部を挟み込むことにより、短冊形状の振動板を基板上に容易に立設することができる。
Further, in the heat dissipation device according to the present invention, a groove is provided on one surface of the substrate, and the diaphragm is fixed to the substrate by inserting one end of the diaphragm into the groove. It is preferable.
By sandwiching one end of the diaphragm in a groove provided on one surface of the substrate, the strip-shaped diaphragm can be easily erected on the substrate.
また、本発明に係る放熱装置は、前記振動板が、前記一端部において前記一対の導電層が分離され、それぞれの内側の面の一部が前記基板の一面に対向させた状態で、前記基板に固設されていることが好ましい。
振動板の一対の導電層を分離して基板上に固設することで、振動板を基板に固設するための部材が不要となり、振動板を基板上に簡単に固設することができる。
Further, in the heat dissipation device according to the present invention, the diaphragm includes the substrate in a state where the pair of conductive layers are separated at the one end and a part of each inner surface is opposed to one surface of the substrate. It is preferable that it is fixed to.
By separating the pair of conductive layers of the diaphragm and fixing them on the substrate, a member for fixing the diaphragm to the substrate becomes unnecessary, and the diaphragm can be easily fixed on the substrate.
本発明では、基板上に複数の振動板を自由に配置することが可能であり、容易に放熱効果を高めることが可能な放熱装置を提供することができる。 In the present invention, it is possible to freely dispose a plurality of diaphragms on a substrate, and it is possible to provide a heat dissipation device that can easily enhance the heat dissipation effect.
以下、本発明に係る放熱装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a heat dissipation device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
（第一実施形態）
図１は、本発明の放熱装置の第一実施形態を示す斜視図である。図１（ａ）は放熱装置の全体図を示しており、図１（ｂ）は放熱装置が備える高分子アクチュエータの動作状況を示す。
図１（ａ）に示すように、本発明の放熱装置１Ａ（１）は、基板２と、前記基板２の一面２ａ上に個別に立設された、高分子アクチュエータ１０からなる複数の振動板３と、を備え、前記振動板３は、短冊形状をなし、その長手方向の一端部３ａが前記基板２の一面２ａ側に固設されて固定端を、長手方向の他端部３ｂが自由端をそれぞれ成しており、前記自由端側が前記固定端側に対して振動可能とされていること、を特徴とする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a heat dissipation device of the present invention. FIG. 1A shows an overall view of the heat dissipation device, and FIG. 1B shows an operation state of a polymer actuator provided in the heat dissipation device.
As shown in FIG. 1 (a), a heat radiating device 1A (1) of the present invention includes a substrate 2 and a plurality of diaphragms comprising polymer actuators 10 that are individually provided on one surface 2a of the substrate 2. The diaphragm 3 has a strip shape, and one end 3a in the longitudinal direction is fixed on the one surface 2a side of the substrate 2, and the other end 3b in the longitudinal direction is free. Each end is formed, and the free end side can be vibrated with respect to the fixed end side.
図１（ｂ）は１つの高分子アクチュエータについて、その動作状況を示す斜視図である。図１（ｂ）において、中央の図が図１（ａ）に相当しており、高分子アクチュエータ１０の長手方向が、基板２の一面２ａに対して垂直をなすｚ軸方向に立設された状態を表している。
後述するとおり、本発明の放熱装置１Ａ（１）を構成する高分子アクチュエータ１０は、その長手方向の一端部３ａが前記基板２の一面２ａ側に固設されて固定端を成している。この固定端側において、高分子アクチュエータ１０を構成する一対の導電層間に電圧（バイアス）を印加することにより、自由端を成している高分子アクチュエータ１０の長手方向の他端部３ｂが振動する。具体的には、高分子アクチュエータ１０の長手方向の他端部３ｂは、図１（ｂ）において、左側の図では左向きの矢印方向（−ｘ方向）へ、あるいは右側の図では右向きの矢印方向（＋ｘ方向）へ、振動可能とされている。
FIG.1 (b) is a perspective view which shows the operation | movement condition about one polymer actuator. In FIG. 1 (b), the center figure corresponds to FIG. 1 (a), and the longitudinal direction of the polymer actuator 10 is erected in the z-axis direction perpendicular to the one surface 2a of the substrate 2. Represents a state.
As will be described later, in the polymer actuator 10 constituting the heat dissipation device 1A (1) of the present invention, one end portion 3a in the longitudinal direction is fixed on the one surface 2a side of the substrate 2 to form a fixed end. On the fixed end side, by applying a voltage (bias) between a pair of conductive layers constituting the polymer actuator 10, the other end 3b in the longitudinal direction of the polymer actuator 10 forming the free end vibrates. . Specifically, the other end 3b in the longitudinal direction of the polymer actuator 10 is in the left arrow direction (−x direction) in the left diagram in FIG. 1B or in the right arrow direction in the right diagram. It is possible to vibrate in the (+ x direction).
図２は、高分子アクチュエータの動作する様子を示す写真であり、短冊状のアクチュエータの一端を固定し、短冊状のアクチュエータの短辺に沿う方向から、カメラで撮影した写真である。
図２において、図２（ａ）はバイアス印加前（あるいはバイアス印加がゼロ）の状態を、図２（ｂ）はバイアス印加中（振動中）の状態を、それぞれ表している。すなわち、図２（ａ）の写真は、図１（ｂ）における中央の図に相当する。そして、図２（ｂ）の写真は、図１（ｂ）における左側の図あるいは右側の図に相当する。
図２の写真から、本発明に係る高分子アクチュエータ１０を構成する短冊形状の振動板３においては、その長手方向の一端部が基板に固設された固定端を、長手方向の他端部が自由端を、それぞれ成しており、自由端が固定端に対して変動することにより、振動板３は長手方向において湾曲するように変形している様子分かる。
FIG. 2 is a photograph showing how the polymer actuator operates, and is a photograph taken with a camera from a direction along the short side of the strip-shaped actuator with one end of the strip-shaped actuator fixed.
2A shows a state before bias application (or bias application is zero), and FIG. 2B shows a state during bias application (vibration). That is, the photograph in FIG. 2 (a) corresponds to the center figure in FIG. 1 (b). The photograph in FIG. 2B corresponds to the left figure or the right figure in FIG.
From the photograph of FIG. 2, in the strip-shaped diaphragm 3 constituting the polymer actuator 10 according to the present invention, one end in the longitudinal direction is fixed to the substrate, and the other end in the longitudinal direction is It can be seen that the free ends are respectively formed and the diaphragm 3 is deformed so as to be bent in the longitudinal direction when the free end varies with respect to the fixed end.
上述したように、本発明の放熱装置１Ａ（１）では、前記基板２の一面２ａ上に個別に立設された複数の振動板３は、長手方向の一端部３ａが前記基板２の一面２ａ側に固設され、長手方向の他端部３ｂが自由端をそれぞれ成しており、前記自由端側が振動可能とされているので、複数の振動板３を基板２上に高密度に配置することが可能である。したがって、本発明の放熱装置１Ａ（１）では、基板２上に複数の振動板３を自由に配置することが可能であり、容易に放熱効果を高めることが可能である。 As described above, in the heat radiating device 1A (1) of the present invention, the plurality of diaphragms 3 erected individually on the one surface 2a of the substrate 2 have one end portion 3a in the longitudinal direction of the one surface 2a of the substrate 2. The other end portion 3b in the longitudinal direction forms a free end, and the free end side can be vibrated, so that a plurality of diaphragms 3 are arranged on the substrate 2 with high density. It is possible. Therefore, in the heat dissipating device 1A (1) of the present invention, it is possible to freely dispose a plurality of diaphragms 3 on the substrate 2, and it is possible to easily enhance the heat dissipating effect.
基板２は、特に限定されるものではないが、高熱伝導度のものがより好適である。使用する基板２の絶縁性、導電性は問わないが、導電性の基板２を用いる場合には、振動板３の搭載箇所を適宜絶縁する必要が有る。本実施形態では、基板２として、平坦な板状のもの（ヒートスプレッダ）を用いている。 The substrate 2 is not particularly limited, but a substrate having a high thermal conductivity is more preferable. The insulating property and conductivity of the substrate 2 to be used are not limited, but when the conductive substrate 2 is used, it is necessary to appropriately insulate the mounting portion of the diaphragm 3. In the present embodiment, the substrate 2 is a flat plate (heat spreader).
基板２には、所定の配線パターン（図示略）が形成されている。配線パターンにはめっきした銅が好適に用いられるが、他の金属や導電性材料であっても構わない。また配線パターンの形成方法も、めっきに限らず任意の方法で形成して良い。基板２が金属などの導電性の場合は、少なくとも配線パターンの下部には絶縁層を設けることが必要である。 A predetermined wiring pattern (not shown) is formed on the substrate 2. For the wiring pattern, plated copper is preferably used, but other metal or conductive material may be used. Also, the method of forming the wiring pattern is not limited to plating, and any method may be used. When the substrate 2 is conductive such as metal, it is necessary to provide an insulating layer at least below the wiring pattern.
振動板３は、高分子アクチュエータ１０からなる。この高分子アクチュエータ１０は、図３に示すように、一対の導電層１１と、前記一対の導電層１１の間に配された電解質層１２とから構成される。
前記導電層１１は、カーボンナノチューブを含有する。カーボンナノチューブは、銅やアルミニウムなどの高熱伝導度を有する金属に比べて約３倍の熱伝導度を有し、また比表面積も大きいため、放熱特性上有利である。
The diaphragm 3 includes a polymer actuator 10. As shown in FIG. 3, the polymer actuator 10 includes a pair of conductive layers 11 and an electrolyte layer 12 disposed between the pair of conductive layers 11.
The conductive layer 11 contains carbon nanotubes. Carbon nanotubes have a thermal conductivity approximately three times that of metals having high thermal conductivity, such as copper and aluminum, and have a large specific surface area, which is advantageous in terms of heat dissipation characteristics.
カーボンナノチューブとイオン液体を混合すると、ゲル化することが知られている。これをバッキーゲルと呼ぶ（参考文献Fukushima et al.Angew.Chem.lnt.Ed.2005,44,2410）。本実施形態では、高分子アクチュエータ１０の材料として、このバッキーゲルを用いる。
バッキーゲルにポリマ（典型的にはフッ素系のゴム材料）を混合して作製した二枚の導電層１１の間に、イオン液体とポリマとを混合して作製した電解質層１２を挟んでホットプレスすると、図３に示すようなバッキーゲル高分子アクチュエータ１０が得られる。このようなバッキーゲル高分子アクチュエータ１０は、幅が数ｍｍ（典型的には１〜５ｍｍ）、長さが数ｃｍ（典型的には０．５〜３ｃｍ）、厚さが例えば２０μｍ〜１００μｍ程度（典型的には５０μｍ）の短冊状である。
It is known that gelation occurs when carbon nanotubes and ionic liquid are mixed. This is called bucky gel (reference document Fukushima et al. Angew. Chem. Lnt. Ed. 2005, 44, 2410). In this embodiment, this bucky gel is used as the material of the polymer actuator 10.
Hot press with an electrolyte layer 12 made by mixing ionic liquid and polymer between two conductive layers 11 made by mixing bucky gel and polymer (typically fluorine rubber material) Then, the bucky gel polymer actuator 10 as shown in FIG. 3 is obtained. Such a bucky gel polymer actuator 10 has a width of several millimeters (typically 1 to 5 mm), a length of several centimeters (typically 0.5 to 3 cm), and a thickness of about 20 μm to 100 μm, for example. It is a strip shape (typically 50 μm).
なお、導電層１１へのポリマの添加は任意である。ポリマを添加すると、高分子アクチュエータ１０自身により高い弾性を持たせることができる。一方、より高い熱伝導度や放熱性が必要な場合は、ポリマを添加せずにカーボンナノチューブとイオン液体のみで導電層１１を構成すると良い。特にポリマを添加しない場合には、スーパーグロースカーボンナノチューブ等の長尺のカーボンナノチューブを用いるとより好適である。 The addition of polymer to the conductive layer 11 is optional. When a polymer is added, the polymer actuator 10 itself can have higher elasticity. On the other hand, when higher thermal conductivity and heat dissipation are required, the conductive layer 11 may be composed of only carbon nanotubes and ionic liquid without adding a polymer. In particular, when no polymer is added, it is more preferable to use long carbon nanotubes such as super-growth carbon nanotubes.
そして、このような高分子アクチュエータ１０の一対の導電層１１間に電圧を印加すると、電解質層１２に含まれるサイズの異なる陽イオンと負イオンが偏在し、その体積差によって高分子アクチュエータ１０が湾曲運動する。このように高分子アクチュエータ１０を稼働させると、高分子アクチュエータ１０からなる振動板３間距離を動的に変化させることができる。これにより周囲の空気が接伴されるので、放熱を促進することができる。
すなわち、本発明では、熱伝導性の高いアクチュエータ自身をヒートシンクとして用いて、そのヒートシンク自身を稼働する「可動型ヒートシンク」（ソフトヒートシンク）を実現する点がポイントとなる。
When a voltage is applied between the pair of conductive layers 11 of the polymer actuator 10, cations and negative ions having different sizes included in the electrolyte layer 12 are unevenly distributed, and the polymer actuator 10 is bent due to the volume difference. Exercise. When the polymer actuator 10 is operated as described above, the distance between the diaphragms 3 made of the polymer actuator 10 can be dynamically changed. As a result, ambient air is involved, so heat dissipation can be promoted.
That is, the point of the present invention is to realize a “movable heat sink” (soft heat sink) that operates the heat sink itself by using the actuator with high thermal conductivity as the heat sink.
バッキーゲルは、カーボンナノチューブを分散させて作るために、カーボンナノチューブの高い導電性と熱伝導性を併せ持つ。またカーボンナノチューブの比表面積は大きいので、カーボンナノチューブを含むバッキーゲルアクチュエータの比表面積は、アクチュエータの実表面積の千倍に値するため、放熱性も良好となる。このようなバッキーゲルアクチュエータを用いると、熱伝導性と熱放出性に優れたヒートシンクを作製することが可能となる。加えて、ヒートシンク自体がアクチュエータで作られているため、電圧を印加することによってこれを稼働させることが可能である。すなわち、ヒートシンクのフィン（ひだ）自身を動かすことによって周囲の空気に粗密を形成することができ、その結果熱放出が促進される。
また、従来はヒートシンク上に冷却ファンを搭載していたために、どうしても嵩高くなってしまっていたものが、本発明では、可動型ヒートシンクを用いることで、放熱特性を損なうことなく大幅に高さを抑制できるようになる。
Since bucky gel is made by dispersing carbon nanotubes, it has both high electrical conductivity and thermal conductivity of carbon nanotubes. Further, since the specific surface area of the carbon nanotube is large, the specific surface area of the bucky gel actuator including the carbon nanotube is 1000 times as large as the actual surface area of the actuator, so that the heat dissipation is also good. When such a bucky gel actuator is used, a heat sink excellent in thermal conductivity and heat release property can be produced. In addition, since the heat sink itself is made of an actuator, it can be activated by applying a voltage. That is, by moving the fins of the heat sink itself, it is possible to form a density in the surrounding air, and as a result, heat release is promoted.
In addition, since the cooling fan is conventionally mounted on the heat sink, it is inevitably bulky, but in the present invention, by using a movable heat sink, the height is greatly increased without impairing the heat dissipation characteristics. It becomes possible to suppress.
このような高分子アクチュエータ１０からなる振動板３は、図４に示すように、前記基板２の一面２ａ上に一対のクランプ６が配されており、該クランプの間に前記振動板３の一端部を挟み込むことにより、前記振動板３が前記基板２に固設されている。
本実施形態では、基板２上に一対のクランプ６を設けている。クランプ６の空隙に振動板３を挿入し、ネジ、バネ、空気圧、スペーサなどの方法で振動板３の一端部を挟むことにより、短冊形状の振動板３を基板２上に容易に立設することができる。
As shown in FIG. 4, the diaphragm 3 including such a polymer actuator 10 has a pair of clamps 6 disposed on one surface 2 a of the substrate 2, and one end of the diaphragm 3 is interposed between the clamps. The diaphragm 3 is fixed to the substrate 2 by sandwiching the portion.
In the present embodiment, a pair of clamps 6 is provided on the substrate 2. The diaphragm 3 is inserted into the gap of the clamp 6, and one end of the diaphragm 3 is sandwiched by a screw, spring, air pressure, spacer, or the like, so that the strip-shaped diaphragm 3 is easily erected on the substrate 2. be able to.
しかしながら、このようなクランプ６によって振動板３を基板２上に固設する場合、振動板３を十分強くクランプすることが困難である。振動板３を強くクランプすると、内部の電解質層１２が押しつぶされてこの部分の電解質層１２が薄くなり、高分子アクチュエータ１０（振動板３）の動作に影響が生じる可能性があるからである。 However, when the diaphragm 3 is fixed on the substrate 2 with such a clamp 6, it is difficult to clamp the diaphragm 3 sufficiently strongly. This is because if the diaphragm 3 is strongly clamped, the internal electrolyte layer 12 is crushed and the electrolyte layer 12 in this portion becomes thin, which may affect the operation of the polymer actuator 10 (the diaphragm 3).
そこで、図５に示すように、振動板３がクランプされる部位の電解質層１２を、ポリイミドやテフロン（登録商標）などのフッ素系樹脂の薄い絶縁性のフィルムからなるスペーサ層１４に置き換えて高分子アクチュエータ１０を形成してもよい。
高分子アクチュエータ１０の導電層１１に含まれるイオンは、電解質層１２を経由して導電層１１間に印加された電圧の符号に応じて反対側の導電層１１に移動する。電解質層１２は、フッ素系ポリマにイオン液体が含まれたものであり、イオンの通り道となることができるものである。従って、このスペーサ層１４としては、イオンを通さない物質であればよい。この観点から、イオン液体を含まないフッ素系のポリマをスペーサ層１４として用いることも可能である。
スペーサ層１４を含む高分子アクチュエータ１０からなる振動板３を、強くクランプしても高分子アクチュエータ１０の特性に影響することなく、より強固に固定することができる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the electrolyte layer 12 where the diaphragm 3 is clamped is replaced with a spacer layer 14 made of a thin insulating film of a fluorine-based resin such as polyimide or Teflon (registered trademark). The molecular actuator 10 may be formed.
Ions contained in the conductive layer 11 of the polymer actuator 10 move to the opposite conductive layer 11 according to the sign of the voltage applied between the conductive layers 11 via the electrolyte layer 12. The electrolyte layer 12 is a fluorine polymer containing an ionic liquid, and can serve as a path for ions. Therefore, the spacer layer 14 may be any substance that does not allow ions to pass therethrough. From this point of view, it is possible to use a fluorine-based polymer that does not contain an ionic liquid as the spacer layer 14.
The diaphragm 3 including the polymer actuator 10 including the spacer layer 14 can be more firmly fixed without affecting the characteristics of the polymer actuator 10 even if the diaphragm 3 is strongly clamped.
このような放熱装置１Ａ（１）において、高分子アクチュエータ１０への給電は、例えば、図４に示すように、高分子アクチュエータ１０に接触するクランプ６の内壁に導電性の給電電極層７を設けておき、基板２に形成された配線パターンを通じて電源に電気的に接続する方法が挙げられる。このとき、高分子アクチュエータ１０に直接触れる箇所には、導電層１１に含まれるイオン液体で腐食しにくい金などの貴金属を用いるのが好適である。 In such a heat radiating device 1A (1), for example, as shown in FIG. 4, the power supply to the polymer actuator 10 is provided with a conductive power supply electrode layer 7 on the inner wall of the clamp 6 in contact with the polymer actuator 10. In addition, a method of electrically connecting to a power source through a wiring pattern formed on the substrate 2 can be mentioned. At this time, it is preferable to use a noble metal such as gold which is not easily corroded by the ionic liquid contained in the conductive layer 11 at a location where the polymer actuator 10 is directly touched.
また、高分子アクチュエータ１０への給電として、図６に示すように、リード線２０を用いてもよい。高分子アクチュエータ１０の固定箇所と給電箇所とを分けることにより、高分子アクチュエータ１０を駆動させても、安定して給電することができる。また、リード線２０を用いることにより、クランプ６の内壁の高分子アクチュエータ１０と接触する部位に任意の物質を使用することができる。この部分に例えば柔らかい樹脂を用いると、高分子アクチュエータ１０を駆動させても、その動きを吸収するので、アクチュエータを安定に固定できる。これにより、高分子アクチュエータ１０の寿命を向上することができる。 Further, as shown in FIG. 6, a lead wire 20 may be used for supplying power to the polymer actuator 10. By separating the fixing portion and the power feeding portion of the polymer actuator 10, power can be stably fed even when the polymer actuator 10 is driven. In addition, by using the lead wire 20, an arbitrary substance can be used in a portion that contacts the polymer actuator 10 on the inner wall of the clamp 6. If, for example, soft resin is used for this portion, even if the polymer actuator 10 is driven, the movement is absorbed, so that the actuator can be stably fixed. Thereby, the lifetime of the polymer actuator 10 can be improved.
また、図７に示すように、アクチュエータ１０の導電層１１のリード線２０が接続される部位に、金フィルム１５を貼り付けしておくと、より効率的な給電ができる。カーボンナノチューブが主成分である導電層１１の表面には微細な凹凸が多数存在する。アクチュエータ１０の成型時（二枚の導電層１１と電解質層１２の熱圧着時）に、給電位置となる部位に、金フィルム１５を同時にプレスすると、この微細な凹凸にフィルムが圧着され、アクチュエータ１０とリード線２０とのの電気的接触を向上することができる。 In addition, as shown in FIG. 7, more efficient power feeding can be performed by attaching a gold film 15 to a portion to which the lead wire 20 of the conductive layer 11 of the actuator 10 is connected. Many fine irregularities exist on the surface of the conductive layer 11 mainly composed of carbon nanotubes. When the actuator 10 is molded (at the time of thermocompression bonding of the two conductive layers 11 and the electrolyte layer 12), when the gold film 15 is simultaneously pressed to a portion to be a power feeding position, the film is pressed against the fine irregularities, and the actuator 10 The electrical contact between the lead wire 20 and the lead wire 20 can be improved.
なお、スペーサ層１４を含む高分子アクチュエータ１０をプレス成型後、図８に示すようにスペーサ層１４を除去すると、クランプされる部位の導電層１１が独立した状態となる。図９に示すように、この独立した導電層１１を、絶縁部１５を介してそれぞれ個別にクランプすることによって、より強固にアクチュエータを保持することができる。また強くクランプすることによって、クランプ６の給電電極層７と高分子アクチュエータ１０の電気的な接触を向上させることができる。もちろん、この場合もリード線２０を用いて給電してもよい（図１０参照）。
さらに図１１に示すように、一対の導電層１１の間に、スペーサ層１４を二枚挿入し、導電層１１の内側に残るようにしてもよい。これにより、導電層１１の内側の絶縁と補強とが可能になる。
When the polymer actuator 10 including the spacer layer 14 is press-molded and then the spacer layer 14 is removed as shown in FIG. 8, the conductive layer 11 at the portion to be clamped becomes independent. As shown in FIG. 9, the independent conductive layer 11 is individually clamped via the insulating portion 15, whereby the actuator can be held more firmly. Further, by strongly clamping, the electrical contact between the feeding electrode layer 7 of the clamp 6 and the polymer actuator 10 can be improved. Of course, in this case as well, power may be supplied using the lead wire 20 (see FIG. 10).
Further, as shown in FIG. 11, two spacer layers 14 may be inserted between the pair of conductive layers 11 so as to remain inside the conductive layer 11. Thereby, insulation and reinforcement inside the conductive layer 11 are possible.
前記複数の振動板３は、図１に示すように、面が相対向するように並べて前記基板２の一面２ａ上に立設されている。前記複数の振動板３を、面が相対向するように並べて立設することで、図１中矢印に示すように、振動板３の幅方向に連続した空隙ができる。
この空隙による熱や空気の輸送が可能となる。特に、基板２に傾斜を設けたり、空隙が縦方向に繋がるように振動板３を設置すると、いわゆる煙突効果によって空気の流れを制御することができ、熱輸送、熱放出の効率を高めることが可能である。
As shown in FIG. 1, the plurality of diaphragms 3 are arranged upright on the one surface 2 a of the substrate 2 so that the surfaces face each other. By arranging the plurality of diaphragms 3 side by side so that the surfaces face each other, a continuous gap is formed in the width direction of the diaphragm 3 as shown by an arrow in FIG.
Heat and air can be transported by this gap. In particular, if the substrate 2 is inclined or the diaphragm 3 is installed so that the gaps are vertically connected, the flow of air can be controlled by the so-called chimney effect, and the efficiency of heat transport and heat release can be improved. Is possible.
隣接する振動板３同士の間隔は、特に限定されるものではないが、振動板３同士の間隔が狭すぎると、振動板３を振動させたときに振動板同士が接触しやすくなり、振動板の振動幅が低下するので放熱効率が低下する。また、振動板同士が接触することによって振動板が損傷する、などの不具合が生じ易くなる。また、振動板３同士の間隔が広すぎると、単位面積あたりの振動板３の搭載数が減少するため、振動板３の表面積が減少し、放熱効果が低下する。振動板３同士の間隔は、例えば、振動板３の長手方向の長さよりも短い距離とすることが好ましい。
また、並べて配された複数の振動板３を、集団としてどのように振動させるかは重要である。例えば、振動板３の振幅を、隣り合う振動板３同士がぶつからない程度の幅に調整する。あるいは、複数の振動板３を、同一のタイミングで振動させてもよい。
The distance between adjacent diaphragms 3 is not particularly limited, but if the distance between the diaphragms 3 is too narrow, the diaphragms can easily come into contact with each other when the diaphragms 3 are vibrated. Since the vibration width of the heat sink decreases, the heat dissipation efficiency decreases. In addition, problems such as the diaphragm being damaged due to contact between the diaphragms are likely to occur. If the distance between the diaphragms 3 is too wide, the number of the diaphragms 3 mounted per unit area is reduced, so that the surface area of the diaphragm 3 is reduced and the heat dissipation effect is lowered. For example, the distance between the diaphragms 3 is preferably shorter than the length of the diaphragm 3 in the longitudinal direction.
It is also important how the plurality of diaphragms 3 arranged side by side are vibrated as a group. For example, the amplitude of the diaphragm 3 is adjusted to such a width that adjacent diaphragms 3 do not collide with each other. Alternatively, the plurality of diaphragms 3 may be vibrated at the same timing.
すなわち、本発明の放熱装置１では、カーボンナノチューブの大きな比表面積に起因する、振動板３表面からの放熱（ヒートシンク）に加えて、振動板３を稼動させることによって振動板３の間隔を変化させることにより、より効率的な放熱が可能となる（可動式のヒートシンク）。また、本発明の放熱装置１では、複数の振動板３を基板２上に高密度かつ自由に配置することが可能であり、容易に放熱効果を高めることができる。 That is, in the heat radiating device 1 of the present invention, in addition to heat radiation (heat sink) from the surface of the diaphragm 3 due to the large specific surface area of the carbon nanotubes, the distance between the diaphragms 3 is changed by operating the diaphragm 3. This enables more efficient heat dissipation (movable heat sink). Moreover, in the heat radiating device 1 of the present invention, it is possible to freely dispose a plurality of diaphragms 3 on the substrate 2 with high density, and the heat dissipation effect can be easily enhanced.
（第二実施形態）
次に、本発明の放熱装置の第二実施形態について説明する。
なお、以下に示す説明では、上述した実施形態と異なる部分について主に説明し、第一実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
図１２は、本実施形態に係る放熱装置１Ｂ（１）の一構成例を模式的に示す図であり、放熱装置１Ｂ（１）において、高分子アクチュエータ１０からなる振動板３が基板２上に立設された状態を示す断面図である。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the heat dissipation device of the present invention will be described.
In the following description, parts different from the above-described embodiment will be mainly described, and description of parts similar to those in the first embodiment will be omitted.
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the heat dissipation device 1B (1) according to the present embodiment. In the heat dissipation device 1B (1), the diaphragm 3 including the polymer actuator 10 is disposed on the substrate 2. It is sectional drawing which shows the state stood.
本実施形態の放熱装置１Ｂ（１）では、前記基板２の一面２ａに溝８が設けられており、該溝８内に前記振動板３の一端部３ａを挿入することにより、前記振動板３が前記基板２に固設されている。
基板２の一上に溝８（スリット）を設け、この溝８に前記振動板３の一端部３ａを挟み込むことにより、短冊形状の振動板３を基板２上に容易に立設することができる。必要に応じて、溝８の側壁と振動板３の間にスペーサ（図示略）を挿入することにより、振動板３を基板２に立設することもできる。
In the heat radiating device 1B (1) of this embodiment, a groove 8 is provided on one surface 2a of the substrate 2, and the diaphragm 3 is inserted into the groove 8 by inserting one end 3a of the diaphragm 3. Is fixed to the substrate 2.
By providing a groove 8 (slit) on one of the substrates 2 and sandwiching one end 3 a of the diaphragm 3 in the groove 8, the strip-shaped diaphragm 3 can be easily erected on the substrate 2. . If necessary, the diaphragm 3 can be erected on the substrate 2 by inserting a spacer (not shown) between the side wall of the groove 8 and the diaphragm 3.
このような放熱装置１Ｂ（１）において、高分子アクチュエータ１０への給電は、例えば、高分子アクチュエータ１０に接触する溝８の内壁に導電性の給電電極層９を設けておき、基板２に形成された配線層を通じて電源に電気的に接続する方法が挙げられる。また、高分子アクチュエータ１０への給電として、図１３に示すように、リード線２０を用いてもよい。高分子アクチュエータ１０の固定箇所と給電箇所とを分けることにより、高分子アクチュエータ１０を駆動させても、安定して給電することができる。
また、図１４に示すように、溝８を、基板２を貫通して形成し、基板２の反対側に給電箇所を設けてもよい。
In such a heat dissipation device 1B (1), power supply to the polymer actuator 10 is performed on the substrate 2 by providing a conductive power supply electrode layer 9 on the inner wall of the groove 8 in contact with the polymer actuator 10, for example. A method of electrically connecting to a power source through the formed wiring layer is mentioned. Further, as shown in FIG. 13, a lead wire 20 may be used for supplying power to the polymer actuator 10. By separating the fixing portion and the power feeding portion of the polymer actuator 10, power can be stably fed even when the polymer actuator 10 is driven.
Further, as shown in FIG. 14, the groove 8 may be formed so as to penetrate the substrate 2, and a feeding point may be provided on the opposite side of the substrate 2.
以上、本発明の放熱装置について説明してきたが、本発明は上述した例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、高分子アクチュエータ１０からなる振動板３を基板２上に立設する方法としては、上述した例に限定されず、他の形態とすることも可能である。例えば、図１５に示すように、振動板３（アクチュエータ１０）の一端部３ａにおいて一対の導電層１１が分離され、それぞれの内側の面の一部が前記基板２の一面２ａに対向させた状態で、前記基板２に固設されていてもよい。基板２上に電極パッド４を設け、この電極パッド４に対し、アクチュエータ１０の二枚の導電層１１をそれぞれ電気的に接触させ固定する。これによりアクチュエータ１０の基板２への固定と、アクチュエータ１０への給電が容易となる。振動板３を開いて基板２上に固設することで、開いた部分に生ずる空洞を、空気や熱の通り道とすることができるので、熱輸送、熱放出の効率をさらに高めることが可能である。
As mentioned above, although the thermal radiation apparatus of this invention has been demonstrated, this invention is not limited to the example mentioned above, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can change suitably.
For example, the method of standing the diaphragm 3 made of the polymer actuator 10 on the substrate 2 is not limited to the above-described example, and other forms are possible. For example, as shown in FIG. 15, the pair of conductive layers 11 are separated at one end 3 a of the diaphragm 3 (actuator 10), and a part of each inner surface faces the one surface 2 a of the substrate 2. Thus, it may be fixed to the substrate 2. An electrode pad 4 is provided on the substrate 2, and the two conductive layers 11 of the actuator 10 are electrically contacted and fixed to the electrode pad 4. This facilitates fixing of the actuator 10 to the substrate 2 and power supply to the actuator 10. By opening the diaphragm 3 and fixing the diaphragm 3 on the substrate 2, the cavity generated in the open portion can be used as a passage for air and heat, so that the efficiency of heat transport and heat release can be further increased. is there.
本発明は、電子機器等に搭載される放熱装置に広く適用可能である。特に、放熱装置自体が狭い内部空間に設置が求められる放熱装置として、本発明は好適である。 The present invention is widely applicable to a heat dissipation device mounted on an electronic device or the like. In particular, the present invention is suitable as a heat dissipation device that is required to be installed in a narrow internal space.
１Ａ，１Ｂ（１） 放熱装置、２ 基板、３ 振動板、３ａ 一端部、３ｂ 他端部、６ クランプ、７，９ 給電電極層、８ 溝、１０ 高分子アクチュエータ、１１ 導電層、１２ 電解質層、１４ スペーサ、２０ リード線。 1A, 1B (1) Heat dissipation device, 2 substrate, 3 diaphragm, 3a one end, 3b other end, 6 clamp, 7, 9 feeding electrode layer, 8 groove, 10 polymer actuator, 11 conductive layer, 12 electrolyte layer , 14 Spacer, 20 Lead wire.
Claims (7)
前記振動板は、短冊形状をなし、その長手方向の一端部が前記基板の一面側に固設されて固定端を、長手方向の他端部が自由端をそれぞれ成しており、前記自由端側が前記固定端側に対して振動可能とされていること、を特徴とする放熱装置。 A substrate, and a plurality of diaphragms individually provided on one surface of the substrate, each made of a polymer actuator,
The diaphragm has a strip shape, and one end portion in the longitudinal direction is fixed to one surface side of the substrate to form a fixed end, and the other end portion in the longitudinal direction forms a free end. A heat dissipating device characterized in that the side is capable of vibrating with respect to the fixed end side.
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| WO2016060423A1 (en) * | 2014-10-13 | 2016-04-21 | 조한용 | Finned tubular heat sink and production method therefor |
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