WO2015033691A1 - Cooling device - Google Patents

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淳 柳原
三浦　忠将
是如 山下
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株式会社村田製作所
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Abstract

The present invention provides a cooling device which efficiently absorbs heat and does not require all-around coating. This cooling device is configured to have at least one ceramic sheet configured to include a ceramic material having, as a main ingredient, vanadium oxide that absorbs heat with electric/magnetic/structural phase transition.

Description

冷却デバイスCooling device
　本発明は、冷却デバイスに関する。 The present invention relates to a cooling device.
　従来、発熱する電子部品等の過熱を抑制するために、発熱源で生じた熱を吸収または外部に伝達し放熱する冷却デバイスが用いられている。このような冷却デバイスは、発熱源で発生した熱を効率的に吸収または外部に伝達し放熱することが求められる。 Conventionally, in order to suppress overheating of electronic parts that generate heat, a cooling device that absorbs heat transmitted from a heat generation source or transmits the heat to the outside to dissipate heat is used. Such a cooling device is required to efficiently absorb the heat generated in the heat source or transmit it to the outside for heat dissipation.
　例えば、このような冷却デバイスとして、特許文献１には、パラフィンワックスパウダーと熱伝導フィラーとが充填されたシリコーンエラストマに、コート材によるコーティングを施してなる熱対策部材（即ち、冷却デバイス）が開示されている。 For example, as such a cooling device, Patent Document 1 discloses a heat countermeasure member (that is, a cooling device) obtained by coating a silicone elastomer filled with paraffin wax powder and a heat conductive filler with a coating material. Has been.
特開２０１２－１０２２６４号公報JP 2012-102264 A
　特許文献１に記載のような冷却デバイスは、熱でパラフィンワックスパウダーが融解した場合に、融解パラフィンワックスが外部にしみ出さないように、全周がコート材で覆われている。このような構成では、熱を吸収するパラフィンワックスパウダーと、熱を伝達する熱伝導性フィラーがコート材で覆われているため、熱を吸収する効率および熱を放出する効率が低下する。さらに、このような冷却デバイスは、コーティングを施すための工程が別途必要になり、製造上およびコスト上不利である。 In the cooling device described in Patent Document 1, when the paraffin wax powder is melted by heat, the entire circumference is covered with a coating material so that the molten paraffin wax does not bleed out. In such a configuration, since the paraffin wax powder that absorbs heat and the thermally conductive filler that transmits heat are covered with the coating material, the efficiency of absorbing heat and the efficiency of releasing heat are reduced. Further, such a cooling device requires a separate process for coating, which is disadvantageous in terms of manufacturing and cost.
　したがって、本発明の目的は、効率よく熱を吸収し、全周コーティングを必要としない冷却デバイスを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cooling device that efficiently absorbs heat and does not require an all-around coating.
　本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、熱を吸収する部材として、固体－固体相転移により熱を吸収し得る酸化バナジウムを主成分とするセラミック材料を用いることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have used a ceramic material mainly composed of vanadium oxide capable of absorbing heat by a solid-solid phase transition as a member that absorbs heat. The present inventors have found that the problem can be solved and have reached the present invention.
　本発明の要旨によれば、酸化バナジウムを主成分とするセラミック材料を含んで成る少なくとも１つのセラミックシートを有して成る冷却デバイスが提供される。 According to the gist of the present invention, there is provided a cooling device comprising at least one ceramic sheet comprising a ceramic material mainly composed of vanadium oxide.
　本発明によれば、固体－固体相転移に伴い熱を吸収する酸化バナジウムを主成分とするセラミック材料を用いることにより、効率よく熱源を冷却し、全周コーティングを必要としない冷却デバイスが提供される。 According to the present invention, by using a ceramic material mainly composed of vanadium oxide that absorbs heat in accordance with a solid-solid phase transition, a cooling device that efficiently cools a heat source and does not require an all-around coating is provided. The
図１は、本発明の冷却デバイスの種々の実施態様を示す概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view showing various embodiments of the cooling device of the present invention. 図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、試験例における実施例１および実施例２の冷却デバイスの配置を示す模式図である。FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams showing the arrangement of the cooling devices of Example 1 and Example 2 in the test example, respectively. 図３（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、比較例、実施例１および実施例２の筺体表面の温度分布を示す。3 (a) to 3 (c) show temperature distributions on the surfaces of the casings of the comparative example, example 1, and example 2, respectively.
　本明細書において、「シート」とは、面としての広がりを持ち、厚さが薄いものを意味し、例えば、面の最大幅に対して、厚みが５０％以下、好ましくは３０％以下であるものを意味する。 In the present specification, the “sheet” means a sheet having a spread as a surface and a small thickness. For example, the thickness is 50% or less, preferably 30% or less with respect to the maximum width of the surface. Means things.
　本発明の冷却デバイスは、電気・磁気・構造相転移に伴い熱を吸収する酸化バナジウムを主成分とするセラミック材料を含んで成る少なくとも１つのセラミックシートを有して成る。ここに、酸化バナジウムを主成分とするセラミック材料とは、ＶおよびＯを含んだセラミック材料を意味し、例えばＶＯ２、Ｖ２Ｏ３、Ｖ４Ｏ７、Ｖ６Ｏ１１等に加え、他の原子がドープされたものも含む。 The cooling device of the present invention comprises at least one ceramic sheet comprising a ceramic material mainly composed of vanadium oxide that absorbs heat in accordance with an electrical / magnetic / structural phase transition. Here, the ceramic material mainly composed of vanadium oxide means a ceramic material containing V and O. For example, in addition to VO 2 , V 2 O 3 , V 4 O 7 , V 6 O 11, etc. Including those doped with the above atoms.
　上記セラミック材料は、固体－固体相転移に伴う潜熱、例えば結晶構造相転移や磁気相転移等に伴う潜熱を有し、この潜熱により熱源で生じた熱を吸収する。上記セラミック材料は、好ましくは５Ｊ／ｇ以上、より好ましくは２０Ｊ／ｇ以上の潜熱量を有する。このように大きな潜熱量を有することにより、より小さな体積で大きな冷却効果を発揮できるので、小型化の点で有利である。ここに、「潜熱」とは、物質の相が変化するときに必要とされる熱エネルギーの総量であり、一般的に相の変化に伴う吸発熱量の事をいう。また、「熱源」とは、投入されたエネルギーの一部が熱に変換されて、発熱することにより失われる電子部品を意味する。熱源の例としては、中央処理装置（ＣＰＵ）、パワーマネージメントＩＣ（ＰＭＩＣ）、パワーアンプ（ＰＡ）、トランシーバーＩＣ、ボルテージレギュレータ（ＶＲ）などの集積回路（ＩＣ）；発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱電球、半導体レーザーなどの発光素子；電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などが挙げられるが、これらに限定されない。また、本発明において、熱源は、上記の電子部品と一体的に用いられる要素、例えばＣＰＵの場合シールドケース等も含む。 The ceramic material has latent heat accompanying solid-solid phase transition, for example, latent heat accompanying crystal structure phase transition or magnetic phase transition, and absorbs heat generated by the heat source due to this latent heat. The ceramic material preferably has a latent heat amount of 5 J / g or more, more preferably 20 J / g or more. By having such a large amount of latent heat, a large cooling effect can be exhibited with a smaller volume, which is advantageous in terms of downsizing. Here, “latent heat” is the total amount of thermal energy required when the phase of a substance changes, and generally refers to the amount of heat absorbed and exothermed with the change of phase. In addition, the “heat source” means an electronic component that is lost when a part of the input energy is converted into heat and generates heat. Examples of heat sources include central processing unit (CPU), power management IC (PMIC), power amplifier (PA), transceiver IC, integrated circuit (IC) such as voltage regulator (VR); light emitting diode (LED), incandescent light bulb And a light emitting device such as a semiconductor laser; a field effect transistor (FET) and the like, but are not limited thereto. In the present invention, the heat source also includes an element used integrally with the electronic component, for example, a shield case in the case of a CPU.
　具体的なセラミック材料としては、特に限定されないが、例えば特開２０１０－１６３５１０号公報に記載のセラミック材料、具体的には、ＶＯ２、ＬｉＶＳ２、ＬｉＶＯ２、Ｖ２Ｏ３、Ｖ４Ｏ７、Ｖ６Ｏ１１、ＡｙＶＯ２（式中、ＡはＬｉまたはＮａであり、０．１≦ｙ≦２．０、好ましくは０．５≦ｙ≦１．０）、Ｖ１－ｘＭｘＯ２（式中、Ｍは、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＲｕまたはＲｅであり、０≦ｘ≦０．２、好ましくは０≦ｘ≦０．０５）等が挙げられる。 Specific ceramic material is not particularly limited, for example, JP-ceramic material described in JP 2010-163510, specifically, VO 2, LiVS 2, LiVO 2, V 2 O 3, V 4 O 7 , V 6 O 11 , A y VO 2 (wherein A is Li or Na, 0.1 ≦ y ≦ 2.0, preferably 0.5 ≦ y ≦ 1.0), V 1-x M x O 2 (wherein M is W, Ta, Mo, Nb, Ru or Re, and 0 ≦ x ≦ 0.2, preferably 0 ≦ x ≦ 0.05).
　好ましい態様において、本発明の冷却デバイスに用いられるセラミック材料はバナジウムＶおよびＭ（ここに、Ｍは、Ｗ、Ｔａ、ＭｏおよびＮｂから選ばれる少なくとも一種である）を含む酸化物であって、ＶとＭの合計を１００モル部としたときのＭの含有モル部が約０モル部以上約５モル部以下である。なお、Ｍは必須成分ではなく、Ｍの含有モル部は０であってもよい。 In a preferred embodiment, the ceramic material used in the cooling device of the present invention is an oxide containing vanadium V and M (where M is at least one selected from W, Ta, Mo and Nb), When the total of M and M is 100 mol parts, the molar content of M is from about 0 mol parts to about 5 mol parts. Note that M is not an essential component, and the content molar part of M may be 0.
　別の好ましい態様において、本発明の冷却デバイスに用いられるセラミック材料は、Ａ（ここに、ＡはＬｉまたはＮａである）およびバナジウムＶを含む酸化物であって、Ｖを１００モル部としたときのＡの含有モル部が約５０モル部以上約１００モル部以下である。 In another preferred embodiment, the ceramic material used in the cooling device of the present invention is an oxide containing A (where A is Li or Na) and vanadium V, where V is 100 mole parts. The A mole content of A is from about 50 mole parts to about 100 mole parts.
　また、別の好ましい態様において、本発明の冷却デバイスに用いられるセラミック材料は、組成式：
　　　Ｖ１－ｘＭｘＯ２
（式中、Ｍは、Ｗ、Ｔａ、ＭｏまたはＮｂであり、０≦ｘ≦０．０５）
または、組成式：
　　　　ＡｙＶＯ２
　（式中、ＡはＬｉまたはＮａであり、０．５≦ｙ≦１．０）
で表される１種またはそれ以上の物質を主成分として含む。 In another preferred embodiment, the ceramic material used in the cooling device of the present invention has a composition formula:
V 1-x M x O 2
(Wherein, M is W, Ta, Mo or Nb, 0 ≦ x ≦ 0.05)
Or the composition formula:
A y VO 2
(Wherein, A is Li or Na, 0.5 ≦ y ≦ 1.0)
As a main component, one or more substances represented by the formula:
　より好ましい態様において、本発明の冷却デバイスに用いられるセラミック材料は、組成式：
　　　Ｖ１－ｘＷｘＯ２
（式中、０≦ｘ≦０．０１）
で示される物質を主成分として含む。 In a more preferred embodiment, the ceramic material used in the cooling device of the present invention has a composition formula:
V 1-x W x O 2
(Where 0 ≦ x ≦ 0.01)
The substance shown by is included as a main component.
　ここで、主成分とは、セラミック材料中に５０質量％以上含まれる成分を意味し、特に６０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９８質量％以上、例えば９８．０～９９．８質量％含むことを意味する。その他の成分としては、ＶＯ２と酸素量の異なるＶＯｘが挙げられる。 Here, the main component means a component contained in the ceramic material by 50% by mass or more, particularly 60% by mass or more, preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and further preferably 98% by mass. For example, it means 98.0 to 99.8% by mass. Other components include VO x having a different oxygen content from VO 2 .
　セラミック材料の潜熱を示す温度、即ち、セラミック材料が相転移する温度は、添加（ドープ）する元素の添加量により調節することができる。 The temperature indicating the latent heat of the ceramic material, that is, the temperature at which the ceramic material undergoes phase transition can be adjusted by the amount of element to be added (dope).
　例えば、セラミック材料が、組成式：
　　　Ｖ１－ｘＷｘＯ２
で示される場合、ｘを０．００５とすると、相転移は約５０℃で起こり、ｘを０．０１とすると、相転移は約４０℃で起こる。 For example, the ceramic material has the composition formula:
V 1-x W x O 2
When x is 0.005, the phase transition occurs at about 50 ° C., and when x is 0.01, the phase transition occurs at about 40 ° C.
　上記セラミック材料は好ましくは相転移の前後で熱伝導率が変化することが好ましい。これにより潜熱に起因する吸熱により冷却だけでなく、熱拡散・放熱の観点でより効率よく冷却することができるデバイスを実現することが可能となる。 The ceramic material preferably has a change in thermal conductivity before and after the phase transition. As a result, it is possible to realize a device that can be cooled more efficiently from the viewpoint of not only cooling but also heat diffusion and heat dissipation due to heat absorption caused by latent heat.
　一の態様において、セラミックシートは、金属粒子（例えば、粉末）を含んでいてもよい。この金属粒子は、上記セラミック材料よりも熱伝導率が高いので、金属粒子を用いることにより熱源で生じた熱を効率的にセラミック部の広範な領域に伝えることが可能になる。また、この場合、化学的、物理的手法を用いてセラミック粒子に金属をコーティングした紛体を使用してもよい。 In one embodiment, the ceramic sheet may contain metal particles (for example, powder). Since the metal particles have a higher thermal conductivity than the ceramic material, the heat generated by the heat source can be efficiently transferred to a wide area of the ceramic portion by using the metal particles. In this case, a powder obtained by coating a ceramic particle with a metal using a chemical or physical method may be used.
　上記金属粒子は、セラミック材料と接触していればよく、例えば、セラミックシートに分散して存在し、均一で存在しても不均一で存在してもよい。 The metal particles may be in contact with the ceramic material, for example, dispersed in the ceramic sheet and present uniformly or non-uniformly.
　上記金属粒子としては、上記セラミック材料よりも熱伝導率が高いものであれば特に限定されず、例えば、スズ、ニッケル、銀、銅およびアルミニウムなどからなる粒子が挙げられる。この金属粒子は、単独で用いてもよく、または２種以上の金属粒子を組み合わせて用いてもよい。好ましい金属粒子は、スズ、銀、または銅粒子である。 The metal particles are not particularly limited as long as they have higher thermal conductivity than the ceramic material, and examples thereof include particles made of tin, nickel, silver, copper, and aluminum. These metal particles may be used alone or in combination of two or more metal particles. Preferred metal particles are tin, silver, or copper particles.
　上記金属粒子（粉末）の粒度は、特に限定されないが、例えば平均粒子径が、０．５～１００μｍであり、好ましくは、１～５０μｍである。かかる平均粒子径は、レーザー回折・散乱式 粒子径・粒度分布測定装置または走査電子顕微鏡を用いて測定することができる。平均粒子系は、取り扱いの容易性の観点から、１μｍ以上であることが好ましく、粒子間の空隙率を小さくする観点から、５０μｍ以下であることが好ましい。 The particle size of the metal particles (powder) is not particularly limited. For example, the average particle size is 0.5 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm. Such an average particle diameter can be measured using a laser diffraction / scattering soot particle diameter / particle size distribution measuring apparatus or a scanning electron microscope. The average particle system is preferably 1 μm or more from the viewpoint of ease of handling, and is preferably 50 μm or less from the viewpoint of reducing the porosity between particles.
　上記セラミック材料と金属粒子の混合比は、特に限定されないが、例えば、体積比で８：２～２：８であり、好ましくは６：４～３：７である。なお、セラミック材料と金属粒子の体積比は、それぞれの重量を測定して理論密度から体積を算出することにより得ることができる。金属粒子の割合を多くすることにより、セラミックシート内部の熱伝導性を向上させることができ、冷却効率を高めることができる。さらに、成形後の冷却デバイスの強度を高めることができる。他方、セラミック材料の割合を多くすることにより、吸収できる熱量を大きくすることができる。 The mixing ratio of the ceramic material and the metal particles is not particularly limited. For example, the volume ratio is 8: 2 to 2: 8, preferably 6: 4 to 3: 7. The volume ratio between the ceramic material and the metal particles can be obtained by measuring the respective weights and calculating the volume from the theoretical density. By increasing the ratio of the metal particles, the thermal conductivity inside the ceramic sheet can be improved, and the cooling efficiency can be increased. Furthermore, the strength of the cooling device after molding can be increased. On the other hand, the amount of heat that can be absorbed can be increased by increasing the proportion of the ceramic material.
　好ましい態様において、本発明の冷却デバイスは、さらに１つまたはそれ以上の熱伝導性シートおよび／または１つまたはそれ以上の絶縁性シートを有してもよい。 In a preferred embodiment, the cooling device of the present invention may further comprise one or more thermally conductive sheets and / or one or more insulating sheets.
　上記熱伝導性シートは、熱を冷却デバイス全体に広げる機能を有し、これにより熱の吸収または放出の効率を向上させることができる。 The heat conductive sheet has a function of spreading heat over the entire cooling device, thereby improving the efficiency of heat absorption or release.
　熱伝導性シートは、特に限定されないが、銅、アルミニウムおよびステンレス鋼から選択される金属ならびにグラファイトから選択される熱伝導性材料から構成される。 The heat conductive sheet is not particularly limited, and is composed of a metal selected from copper, aluminum and stainless steel, and a heat conductive material selected from graphite.
　上記絶縁性シートは、冷却デバイスが他の電子要素に触れた場合に、別の電子要素または冷却デバイスが設置された電子機器の外部などに電流が伝わることを防止する機能を有する。 The insulating sheet has a function of preventing current from being transmitted to the outside of an electronic device in which another electronic element or cooling device is installed when the cooling device touches another electronic element.
　絶縁性シートは、絶縁性であることが好ましいが、高抵抗、例えばシートの両主表面間の抵抗が、１×１０６Ωｃｍ以上の抵抗を有するものも使用することができる。 The insulating sheet is preferably insulative, but a sheet having a high resistance, for example, a resistance between both main surfaces of the sheet of 1 × 10 6 Ωcm or more can also be used.
　絶縁性シートは、特に限定されないが、ガラス、酸化物、窒化物および硫化物から選択される絶縁性セラミックならびに樹脂から選択される絶縁性材料から構成される。 The insulating sheet is not particularly limited, but is composed of an insulating ceramic selected from glass, oxide, nitride and sulfide, and an insulating material selected from resin.
　好ましい態様において、上記したセラミックシート、熱伝導性シートおよび絶縁性シートは、それぞれ、樹脂を含んでいてもよい。これらのシートに樹脂を含有させることにより、シートに柔軟性を与えることができ、また、強度を高めることができる。 In a preferred embodiment, each of the ceramic sheet, the heat conductive sheet, and the insulating sheet described above may contain a resin. By containing a resin in these sheets, the sheets can be given flexibility and the strength can be increased.
　上記樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えばアクリル系樹脂、エポキシ、ポリエステル、シリコン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。 The resin is not particularly limited, and examples thereof include acrylic resin, epoxy, polyester, silicon, polyurethane, polyethylene, polypropylene, polystyrene, nylon, polycarbonate, and polybutylene terephthalate.
　上記樹脂の含有量は、特に限定されないが、例えば、セラミックシート、熱伝導性シートおよび絶縁性シートにおいて、それぞれ、セラミック材料、熱伝導性材料および絶縁性材料１００体積部に対して、１０～６０体積部であり、２０～４０体積部が好ましい。 The content of the resin is not particularly limited. For example, in the ceramic sheet, the heat conductive sheet, and the insulating sheet, 10 to 60 parts per 100 parts by volume of the ceramic material, the heat conductive material, and the insulating material, respectively. The volume is preferably 20 to 40 parts by volume.
　一の態様において、本発明の冷却デバイスは、１つまたはそれ以上のセラミックシートおよび１つまたはそれ以上の熱伝導性シートを有して成る。これらのシートの積層順は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、熱伝導性シートを熱源側に配置し、セラミックシートを放熱側に配置することにより、熱源で生じた熱を効率的に冷却デバイスの主表面全体に伝えることができ、その結果、セラミックシートの熱吸収の効率が向上する。一方、セラミックシートを熱源側に配置し、熱伝導性シートを放熱側に配置することにより、セラミックシートを介して熱伝導性シートに伝わった熱が効率的に冷却デバイスの放熱側の主表面全体に伝わり、その結果、放熱の効率が向上する。 In one embodiment, the cooling device of the present invention comprises one or more ceramic sheets and one or more thermally conductive sheets. The order of lamination of these sheets is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, by disposing the heat conductive sheet on the heat source side and the ceramic sheet on the heat dissipation side, the heat generated by the heat source can be efficiently transferred to the entire main surface of the cooling device. As a result, the ceramic sheet The efficiency of heat absorption is improved. On the other hand, by disposing the ceramic sheet on the heat source side and the heat conductive sheet on the heat dissipation side, the heat transmitted to the heat conductive sheet through the ceramic sheet is efficiently transferred to the entire main surface on the heat dissipation side of the cooling device. As a result, the efficiency of heat dissipation is improved.
　一の態様において、本発明の冷却デバイスは、１つまたはそれ以上のセラミックシートおよび１つまたはそれ以上の絶縁性シートを有して成る。これらのシートの積層順は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、絶縁性シートを熱源側に配置し、セラミックシートを放熱側に配置することにより、何らかの原因により冷却デバイスの固定が外れた場合にも、他の電子要素に接触して、それらを短絡させることを防止することができる。また、セラミックシートを熱源側に配置し、絶縁性シートを放熱側に配置することにより、冷却デバイスが何らかの電子要素に触れた場合にも、外部への電流の漏れを防止することができ、その結果、感電などの危険を防止することができる。 In one embodiment, the cooling device of the present invention comprises one or more ceramic sheets and one or more insulating sheets. The order of lamination of these sheets is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, by disposing an insulating sheet on the heat source side and a ceramic sheet on the heat dissipation side, even if the cooling device is unfixed for some reason, it contacts other electronic elements and shorts them. This can be prevented. In addition, by arranging the ceramic sheet on the heat source side and the insulating sheet on the heat dissipation side, even when the cooling device touches any electronic element, it is possible to prevent leakage of current to the outside. As a result, danger such as electric shock can be prevented.
　さらに好ましい態様において、本発明の冷却デバイスは、１つまたはそれ以上のセラミックシート、１つまたはそれ以上の熱伝導性シートおよび１つまたはそれ以上の絶縁性シートを有してもよい。これらのシートの積層順は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、セラミックシートよりも熱伝導性シートが熱源側に配置し、熱伝導性シートよりも絶縁性シートが熱源側に配置してもよい。このように配置することにより、熱源で生じた熱を効率的に冷却デバイスの主表面全体に伝えることができ、かつ、何らかの原因により冷却デバイスの固定が外れた場合にも、他の電子要素に接触して、それらを短絡させることを防止することができる。 In a further preferred embodiment, the cooling device of the present invention may comprise one or more ceramic sheets, one or more thermally conductive sheets and one or more insulating sheets. The order of lamination of these sheets is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, the heat conductive sheet may be disposed closer to the heat source than the ceramic sheet, and the insulating sheet may be disposed closer to the heat source than the heat conductive sheet. With this arrangement, the heat generated by the heat source can be efficiently transferred to the entire main surface of the cooling device, and even if the cooling device is unfixed for some reason, It can be prevented from touching and shorting them.
　本発明の冷却デバイスに用いられるセラミックシート、熱伝導性シートおよび絶縁性シートは、当業者に公知の方法により製造することができる。例えば、セラミック材料、熱伝導性材料または絶縁性材料を、必要に応じて他の成分と混合し、プレス成形することにより作製することができる。別法として、セラミック材料、熱伝導性材料または絶縁性材料を含むスラリーからグリーンシートとして作製することができる。 The ceramic sheet, heat conductive sheet and insulating sheet used in the cooling device of the present invention can be produced by methods known to those skilled in the art. For example, a ceramic material, a heat conductive material, or an insulating material can be produced by mixing with other components as necessary and press-molding. Alternatively, it can be made as a green sheet from a slurry containing a ceramic material, a thermally conductive material or an insulating material.
　一の態様において、熱伝導性シートは、熱伝導性ペーストを、セラミックシートまたは絶縁性シート上に塗布し、次いで熱処理することにより形成してもよい。熱伝導性ペーストは、当該分野における一般的な製法で、例えば、所定量の熱伝導性材料を秤量し、バインダー等の他の成分および溶剤から別途調製したワニスと混合することにより調製することができる。 In one embodiment, the heat conductive sheet may be formed by applying a heat conductive paste on a ceramic sheet or an insulating sheet and then heat-treating it. The heat conductive paste can be prepared by a general manufacturing method in the field, for example, by weighing a predetermined amount of heat conductive material and mixing it with a varnish separately prepared from other components such as a binder and a solvent. it can.
　別の態様において、熱伝導性シートを単独で調製し、次いで、セラミックシートまたは絶縁性シートに対して圧着することにより固着してもよい。この場合、好ましくは、圧着されるシートの少なくとも一方がバインダーを含んでいてもよい。例えば一方のシートのみがバインダーを含んでいてもよく、または両方のシートがバインダーを含んでいてもよい。 In another embodiment, the heat conductive sheet may be prepared alone and then fixed by pressure bonding to the ceramic sheet or the insulating sheet. In this case, preferably, at least one of the sheets to be pressure-bonded may contain a binder. For example, only one sheet may contain a binder, or both sheets may contain a binder.
　一の態様において、絶縁性シートは、絶縁性ペーストを、セラミックシートまたは熱伝導性シート上に塗布し、次いで熱処理することにより形成してもよい。絶縁性ペーストは、当該分野における一般的な製法で、例えば、所定量の絶縁性材料を秤量し、バインダー等の他の成分および溶剤から別途調製したワニスと混合することにより調製することができる。 In one embodiment, the insulating sheet may be formed by applying an insulating paste on a ceramic sheet or a heat conductive sheet, and then performing a heat treatment. The insulating paste can be prepared by a general manufacturing method in this field, for example, by weighing a predetermined amount of an insulating material and mixing it with a varnish separately prepared from other components such as a binder and a solvent.
　別の態様において、絶縁性シートを単独で調製し、次いで、セラミックシートまたは熱伝導性シートに対して圧着することにより固着してもよい。この場合、好ましくは、圧着されるシートの少なくとも一方がバインダーを含んでいてもよい。例えば一方のシートのみがバインダーを含んでいてもよく、または両方のシートがバインダーを含んでいてもよい。 In another embodiment, the insulating sheet may be prepared alone and then fixed by pressure bonding to the ceramic sheet or the heat conductive sheet. In this case, preferably, at least one of the sheets to be pressure-bonded may contain a binder. For example, only one sheet may contain a binder, or both sheets may contain a binder.
　上記バインダーとしては、特に限定されないが、例えば樹脂等が挙げられる。 The binder is not particularly limited, and examples thereof include a resin.
　なお、２つのシートの接着は、上記の圧着に限定されるものではなく、他の公知の方法、例えば接着剤を用いて行ってもよい。 Note that the bonding of the two sheets is not limited to the above-described pressure bonding, and may be performed using another known method, for example, an adhesive.
　本発明の冷却デバイスは、さらに、接着剤層または粘着性シートを有していてもよい。好ましくは、接着剤層または粘着性シートは、冷却デバイスの少なくとも１つの主表面（即ち、最外層）に位置する。このような構成とすることにより、冷却デバイスの、熱源または筐体などの他の要素への取り付けが容易になる。上記接着剤層および粘着性シートは、絶縁性であることが好ましい。 The cooling device of the present invention may further have an adhesive layer or an adhesive sheet. Preferably, the adhesive layer or the adhesive sheet is located on at least one major surface (ie, outermost layer) of the cooling device. With such a configuration, the cooling device can be easily attached to another element such as a heat source or a housing. The adhesive layer and the adhesive sheet are preferably insulating.
　好ましい態様において、本発明の冷却デバイスは弾性を有し得る。弾性を有することにより、例えば他の部材に挟むことによる冷却デバイスの固定をより容易かつ安定に行うことができる。本発明の冷却デバイスに弾性を与える方法は、特に限定されないが、例えば１つまたはそれ以上のシートに樹脂を含有させる方法が挙げられる。 In a preferred embodiment, the cooling device of the present invention may have elasticity. By having elasticity, for example, the cooling device can be fixed more easily and stably by being sandwiched between other members. A method for imparting elasticity to the cooling device of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a method of incorporating a resin into one or more sheets.
　本発明の冷却デバイスとしては、図１に示すような種々の態様であってもよい。図１に示すように、本発明の冷却デバイス１は、セラミックシート２を必須要素とし、所望により熱伝導性シート４、絶縁シート６および／または接着剤層８を有し得る。なお、セラミックシート、熱伝導性シート、絶縁シート、接着剤層および粘着性シートの数および積層順は、図示する例に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。 The cooling device of the present invention may have various modes as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the cooling device 1 of the present invention includes a ceramic sheet 2 as an essential element, and may have a heat conductive sheet 4, an insulating sheet 6 and / or an adhesive layer 8 as desired. In addition, the number of ceramic sheets, heat conductive sheets, insulating sheets, adhesive layers, and pressure-sensitive adhesive sheets and the order of lamination are not limited to the illustrated examples, and can be appropriately selected according to the purpose.
　本発明の冷却デバイスは、その主表面が、熱源よりも大きいことが好ましい。このように主表面を大きくすることにより、熱の吸収および放熱を効率よく行うことができる。また、熱源で生じた熱が冷却デバイス全体に広がるので、電子機器のケース、例えば筐体などに存在し得るヒートスポット温度を低減することができる。 The cooling device of the present invention preferably has a main surface larger than the heat source. Thus, by increasing the main surface, it is possible to efficiently absorb and dissipate heat. Moreover, since the heat generated by the heat source spreads over the entire cooling device, it is possible to reduce the heat spot temperature that may exist in the case of the electronic device, for example, the housing.
　一の態様において、本発明の冷却デバイスは、熱源に直接または間接的に接触するように配置してもよい。例えば、ＣＰＵのような熱源に両面テープなどで貼り付けてもよい。 In one embodiment, the cooling device of the present invention may be arranged so as to be in direct or indirect contact with a heat source. For example, you may affix on a heat source like CPU with a double-sided tape.
　別の態様において、本発明の冷却デバイスは、熱源と離隔して配置してもよい。例えば、熱源の上方にある筐体に貼り付けてもよい。熱源と離隔して配置する場合、冷却デバイスと熱源とは互いに対向するように配置することが好ましい。 In another aspect, the cooling device of the present invention may be arranged separately from the heat source. For example, you may affix on the housing | casing above a heat source. When arrange | positioning away from a heat source, it is preferable to arrange | position so that a cooling device and a heat source may mutually oppose.
　実施例１
・冷却デバイス（セラミックシート）の作製
　セラミック原料として、三酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３）、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、および酸化タングステン（ＷＯ３）を用い、これらをＶ：Ｗ：Ｏ＝０．９９５：０．００５：２（モル比）となるように秤量し、乾式混合した。その後、窒素／水素／水雰囲気下で１０００℃、４時間熱処理し、セラミック材料としてＶ０．９９５Ｗ０．００５Ｏ２（０．５ａｔ％ＷドープＶＯ２）の粉末を調製した。 Example 1
-Production of cooling device (ceramic sheet) Vanadium trioxide (V 2 O 3 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), and tungsten oxide (WO 3 ) were used as ceramic raw materials, and these were used as V: W: O = 0.995: 0.005: 2 (molar ratio) and weighed and dry-mixed. Thereafter, nitrogen / hydrogen / 1000 ° C. under a water atmosphere, heat treated 4 hours, the powder of V 0.995 W 0.005 O 2 (0.5at % W -doped VO 2) was prepared as a ceramic material.
　次に、純水、部分安定化ジルコニウム（Partial Stabilized Zirconia；ＰＳＺ）ボール、分散剤（サンノプコ製：ＳＮ５４６８）および上記で得られたセラミック材料の粉末をポリポットに加えて、２４時間粉砕混合を行い、その後ウレタン系バインダー、可塑剤および消泡剤を加え、再度２時間混合を行い、シート成形用スラリーを得た。 Next, pure water, partially stabilized zirconium (PSZ) balls, a dispersant (manufactured by San Nopco: SN5468) and the ceramic material powder obtained above are added to a polypot and pulverized and mixed for 24 hours. Thereafter, a urethane-based binder, a plasticizer, and an antifoaming agent were added and mixed again for 2 hours to obtain a sheet-forming slurry.
　次に、ドクターブレード法を使用し、シート成形用スラリーをシート成形して、グリーンシートを作製し、その後短冊カットし、圧着プロセスにより、セラミックシート（５ｃｍ×８ｃｍ×０．５ｃｍサイズ）を作製した。 Next, using a doctor blade method, a sheet forming slurry was formed into a sheet to produce a green sheet, then cut into strips, and a ceramic sheet (5 cm × 8 cm × 0.5 cm size) was prepared by a crimping process. .
　実施例２
　実施例１で得られたセラミックシートに、同寸法の銅シート（熱伝導性シート）を圧着して、実施例２の冷却デバイスを調製した。 Example 2
The cooling sheet of Example 2 was prepared by crimping a copper sheet (thermally conductive sheet) of the same size to the ceramic sheet obtained in Example 1.
　試験例
　図２（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれ、実施例１および実施例２で得られた冷却デバイスを、ＣＰＵを含む筐体（内寸１３ｃｍ×７ｃｍ×１５ｃｍ）の内壁に、アクリル系の両面接着性フィルム（日東電工TP5600）を用いて接着した。なお、実施例２は、セラミックシート面を筐体に接着した。即ち、銅シートが、セラミックシートよりもＣＰＵ側に存在する。冷却デバイスと熱源との距離は、実施例１が約０．３ｍｍであり、実施例２が約０．５ｍｍであった。 Test Example As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the cooling devices obtained in Example 1 and Example 2 were placed on the inner wall of a casing (inner dimensions: 13 cm × 7 cm × 15 cm) containing a CPU, respectively. Adhesion was made using an acrylic double-sided adhesive film (Nitto Denko TP5600). In Example 2, the ceramic sheet surface was bonded to the housing. That is, the copper sheet exists on the CPU side than the ceramic sheet. The distance between the cooling device and the heat source was about 0.3 mm in Example 1 and about 0.5 mm in Example 2.
　ついで、ＣＰＵを動作させ、筐体外表面の温度を、サーモビューアー（型番FSV-1200、APISTE社製）を用いて測定した。また、比較例として、冷却デバイスなしの場合の筐体温度も測定した。比較例、実施例１および実施例２の結果を、それぞれ、図３（ａ）～（ｃ）に示す。 Next, the CPU was operated, and the temperature of the outer surface of the housing was measured using a thermo viewer (model number FSV-1200, manufactured by APISTE). Further, as a comparative example, the case temperature without the cooling device was also measured. The results of Comparative Example, Example 1 and Example 2 are shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c), respectively.
　上記の結果から、実施例１および実施例２の冷却デバイスを備えた筐体は、冷却デバイスを有さない筐体と比較して、ヒートスポット温度が低減されることが確認された。中でも、銅シートを有する実施例２の冷却デバイスは、ヒートスポット温度がより低減されることが確認された。 From the above results, it was confirmed that the heat spot temperature was reduced in the case provided with the cooling devices of Example 1 and Example 2 compared to the case having no cooling device. Especially, it was confirmed that the cooling device of Example 2 which has a copper sheet reduces heat spot temperature more.
　本発明の冷却デバイスは、例えば、熱対策問題が顕著化している小型通信端末の冷却デバイスとして利用することができる。 The cooling device of the present invention can be used, for example, as a cooling device for a small communication terminal in which a thermal countermeasure problem has become prominent.
　　１…冷却デバイス
　　２…セラミックシート
　　４…熱伝導性シート
　　６…絶縁シート
　　８…粘着シート
　　１０…筐体
　　１２…ＣＰＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cooling device 2 ... Ceramic sheet 4 ... Thermally conductive sheet 6 ... Insulating sheet 8 ... Adhesive sheet 10 ... Case 12 ... CPU

Claims (22)

  1. 　酸化バナジウムを主成分とするセラミック材料を含んで成る少なくとも１つのセラミックシートを有して成る冷却デバイス。 A cooling device comprising at least one ceramic sheet comprising a ceramic material mainly composed of vanadium oxide.
  2. 　セラミック材料が、バナジウムＶおよびＭ（ここに、Ｍは、Ｗ、Ｔａ、ＭｏおよびＮｂから選ばれる少なくとも一種である）を含む酸化物であって、ＶとＭの合計を１００モル部としたときのＭの含有モル部が約０モル部以上約５モル部以下であることを特徴とする、請求項１に記載の冷却デバイス。 When the ceramic material is an oxide containing vanadium V and M (where M is at least one selected from W, Ta, Mo and Nb), and the total of V and M is 100 mol parts 2. The cooling device according to claim 1, wherein the molar part of M is from about 0 to about 5 parts by mole.
  3. 　セラミック材料が、Ａ（ここに、ＡはＬｉまたはＮａである）およびバナジウムＶを含む酸化物であって、Ｖを１００モル部としたときのＡの含有モル部が約５０モル部以上約１００モル部以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の冷却デバイス。 The ceramic material is an oxide containing A (where A is Li or Na) and vanadium V, and when V is 100 mole parts, the content mole part of A is about 50 mole parts or more and about 100 mole parts. The cooling device according to claim 1, wherein the cooling device is a molar part or less.
  4. 　セラミック材料が、式：
    　　　Ｖ１－ｘＭｘＯ２
    （式中、Ｍは、Ｗ、Ｔａ、ＭｏまたはＮｂであり、ｘは、０以上０．０５以下である）
    または、式：
    　　　ＡｙＶＯ２
    （式中、Ａは、ＬｉまたはＮａであり、ｙは、０．５以上１．０以下である）
    で表される１種またはそれ以上の材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の冷却デバイス。     Ceramic material has the formula:
    V 1-x M x O 2
    (In the formula, M is W, Ta, Mo or Nb, and x is 0 or more and 0.05 or less)
    Or the formula:
    A y VO 2
    (In the formula, A is Li or Na, and y is 0.5 or more and 1.0 or less)
    The cooling device according to claim 1, comprising one or more materials represented by:
  5. 　さらに、１つまたはそれ以上の熱伝導性シートおよび／または１つまたはそれ以上の絶縁性シートを有することを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の冷却デバイス。 The cooling device according to any one of claims 1 to 4, further comprising one or more thermally conductive sheets and / or one or more insulating sheets.
  6. 　１つまたはそれ以上のセラミックシート、１つまたはそれ以上の熱伝導性シートおよび１つまたはそれ以上の絶縁性シートを有して成る、請求項１～５のいずれかに記載の冷却デバイス。 A cooling device according to any of claims 1 to 5, comprising one or more ceramic sheets, one or more thermally conductive sheets and one or more insulating sheets.
  7. 　熱伝導性シートが、銅、アルミニウムおよびステンレス鋼から選択される金属ならびにグラファイトから選択される熱伝導性材料から構成されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の冷却デバイス。 The cooling device according to claim 5 or 6, wherein the heat conductive sheet is made of a metal selected from copper, aluminum and stainless steel and a heat conductive material selected from graphite.
  8. 　絶縁性シートが、ガラス、酸化物、窒化物および硫化物から選択される絶縁性セラミックならびに樹脂から選択される絶縁性材料から構成されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の冷却デバイス。 The insulating sheet is composed of an insulating ceramic selected from glass, oxide, nitride and sulfide, and an insulating material selected from a resin. Cooling device.
  9. 　熱伝導性シートが、熱伝導性ペーストを、セラミックシートまたは絶縁性シート上に塗布し、次いで熱処理することにより形成されていることを特徴とする、請求項５～８のいずれかに記載の冷却デバイス。 The cooling according to any one of claims 5 to 8, wherein the heat conductive sheet is formed by applying a heat conductive paste on a ceramic sheet or an insulating sheet and then heat-treating the heat conductive paste. device.
  10. 　絶縁性シートが、絶縁性ペーストを、セラミックシートまたは熱伝導性シート上に塗布し、次いで熱処理することにより形成されていることを特徴とする、請求項５～８のいずれかに記載の冷却デバイス。 The cooling device according to any one of claims 5 to 8, wherein the insulating sheet is formed by applying an insulating paste onto a ceramic sheet or a heat conductive sheet and then heat-treating the insulating paste. .
  11. 　熱伝導性シートが、セラミックシートまたは絶縁性シートに対して圧着することにより固着されていることを特徴とする、請求項５～８のいずれかに記載の冷却デバイス。 The cooling device according to any one of claims 5 to 8, wherein the heat conductive sheet is fixed to the ceramic sheet or the insulating sheet by pressure bonding.
  12. 　絶縁性シートが、セラミックシートまたは熱伝導性シートに対して圧着することにより固着されていることを特徴とする、請求項５～８のいずれかに記載の冷却デバイス。 9. The cooling device according to claim 5, wherein the insulating sheet is fixed to the ceramic sheet or the heat conductive sheet by pressure bonding.
  13. 　圧着されるシートの少なくとも一方が、バインダーを含むことを特徴とする、請求項１１または１２に記載の冷却デバイス。 The cooling device according to claim 11 or 12, wherein at least one of the sheets to be crimped contains a binder.
  14. 　圧着されるシートの両方が、バインダーを含むことを特徴とする、請求項１１～１３のいずれかに記載の冷却デバイス。 The cooling device according to any one of claims 11 to 13, characterized in that both of the sheets to be crimped contain a binder.
  15. 　バインダーが樹脂であることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の冷却デバイス。 The cooling device according to claim 13 or 14, wherein the binder is a resin.
  16. 　冷却デバイスが、少なくとも１つの主表面に接着剤層または粘着性シートを有することを特徴とする、請求項１～１５のいずれかに記載の冷却デバイス。 The cooling device according to any one of claims 1 to 15, wherein the cooling device has an adhesive layer or an adhesive sheet on at least one main surface.
  17. 　接着剤層または粘着性シートが、熱源側の主表面とは別のもう一つの主表面に存在することを特徴とする、請求項１６に記載の冷却デバイス。 The cooling device according to claim 16, wherein the adhesive layer or the adhesive sheet is present on another main surface different from the main surface on the heat source side.
  18. 　接着剤層または粘着性シートが絶縁性であることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の冷却デバイス。 The cooling device according to claim 16 or 17, characterized in that the adhesive layer or the adhesive sheet is insulative.
  19. 　セラミックシートおよび熱伝導性シートを有し、セラミックシートよりも熱伝導性シートが熱源側に位置することを特徴とする、請求項１～１８のいずれかに記載の冷却デバイス。 The cooling device according to any one of claims 1 to 18, comprising a ceramic sheet and a heat conductive sheet, wherein the heat conductive sheet is located closer to the heat source than the ceramic sheet.
  20. 　セラミックシートおよび熱伝導性シートを有し、熱伝導性シートよりもセラミックシートが熱源側に位置することを特徴とする、請求項１～１８のいずれかに記載の冷却デバイス。 The cooling device according to any one of claims 1 to 18, comprising a ceramic sheet and a heat conductive sheet, wherein the ceramic sheet is located closer to the heat source than the heat conductive sheet.
  21. 　セラミックシートおよび絶縁性シートを有し、セラミックシートよりも絶縁性シートが熱源側に位置することを特徴とする、請求項１～２０のいずれかに記載の冷却デバイス。 The cooling device according to any one of claims 1 to 20, further comprising a ceramic sheet and an insulating sheet, wherein the insulating sheet is located closer to the heat source than the ceramic sheet.
  22. 　セラミックシート、熱伝導性シートおよび絶縁性シートを有し、セラミックシートよりも熱伝導性シートが熱源側に位置し、熱伝導性シートよりも絶縁性シートが熱源側に位置することを特徴とする、請求項１～１９および２１のいずれかに記載の冷却デバイス。 It has a ceramic sheet, a heat conductive sheet and an insulating sheet, wherein the heat conductive sheet is located on the heat source side of the ceramic sheet, and the insulating sheet is located on the heat source side of the heat conductive sheet. The cooling device according to any one of claims 1 to 19 and 21.
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