WO2015118783A1 - 冷却デバイス - Google Patents

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WO2015118783A1
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ceramic material
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淳 柳原
博 丸澤
是如 山下
三浦　忠将
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a cooling device.
  • the cooling device combining the heat sink and the fan or the Peltier element as described above has a relatively complicated structure, and the size of the device is large. Is also disadvantageous. Moreover, since power is consumed, it is also disadvantageous from the viewpoint of low power consumption (battery life). Therefore, there is a strong demand for a cooling device that can be used without a power source and that is small.
  • a heat sink or a graphite sheet is used as a cooling device without a power source.
  • the heat sink simply assists in heat dissipation, and the graphite sheet only has the effect of diffusing heat and eliminating heat spots.
  • the installation location is limited in accordance with the shape. For example, the graphite sheet is difficult to install in a place where the surface is uneven.
  • an object of the present invention is to provide a cooling device that can be used without a power source and can freely design the shape according to the shape of the installation location in order to effectively use a limited space. .
  • the present inventors have cooled using a composition comprising a ceramic material particle and an insulating resin that absorbs heat accompanying a crystal structure phase transition or a magnetic phase transition.
  • the inventors have found that the above problems can be solved by forming a device, and have reached the present invention.
  • a cooling device manufacturing composition comprising ceramic material particles that absorb heat by latent heat and an insulating resin.
  • a cooling device obtained by using the above-mentioned composition for manufacturing a cooling device.
  • an electronic component comprising the cooling device.
  • a composition comprising particles of a ceramic material that absorbs heat accompanying a crystal structure phase transition or a magnetic phase transition and an insulating resin is used, and this composition is provided in the space of an electronic component. Therefore, by curing, a cooling device that can be used without a power source can be installed in a limited space.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electronic component in which a cooling device is formed in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows the measurement results of the temperature of the surface of the fixed resistance heater measured in Test Example 1.
  • the composition for manufacturing a cooling device of the present invention (hereinafter also simply referred to as “the composition of the present invention”) has fluidity and may be in the form of a liquid or a paste. When it does not have fluidity at room temperature, it may be fluidized, for example, by heating or adding a solvent.
  • the cooling device can be obtained by providing the composition of the present invention to a predetermined portion of an electronic component or an electronic device, where the composition is cured and / or solidified there.
  • the composition of the present invention When the composition of the present invention is provided to a predetermined part of an electronic component or electronic device, the composition of the present invention has a shape corresponding to the part provided by its fluidity, and is substantially cured and solidified in that shape. And become a cooling device. Therefore, by using the composition of the present invention, it is possible to install a cooling device at a location having a fine and complicated shape.
  • the composition for manufacturing a cooling device of the present invention comprises a ceramic material that absorbs heat by latent heat (hereinafter, also simply referred to as “ceramic material”).
  • ceramic material that absorbs heat by latent heat
  • the heat absorption of this ceramic material is done by absorbing latent heat.
  • Such a ceramic material obtains a high cooling effect as compared with a conventional cooling device such as a graphite sheet by temporarily absorbing excess heat by latent heat to standardize temporal heat. It becomes possible.
  • the ceramic material a ceramic material mainly composed of vanadium oxide is preferable.
  • the ceramic material mainly composed of vanadium oxide means a ceramic material containing V and O.
  • V and O a ceramic material containing V and O.
  • VO 2 , V 2 O 3 , V 4 O 7 , V 6 O 11, etc. Including those doped with the above atoms.
  • the ceramic material preferably has a latent heat amount of 5 J / g or more, more preferably 20 J / g or more.
  • latent heat is the total amount of thermal energy required when the phase of a substance changes, and in this specification, solid-solid phase transitions such as electrical, magnetic, and structural phase transitions are used. This refers to the amount of heat generated and absorbed.
  • 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).
  • the ceramic material included in the cooling device used in the present invention is an oxide containing vanadium V and M (where M is at least one selected from W, Ta, Mo and Nb).
  • M is at least one selected from W, Ta, Mo and Nb.
  • the total content of V and M is from 0 to about 5 parts by mole, preferably 1 part by mole or less, when the total of V and M is 100 parts by mole.
  • M is not an essential component, and the content molar part of M may be 0.
  • the ceramic material included in the cooling device used in the present invention is an oxide containing A (where A is Li or Na) and vanadium V, and V is 100 mole parts.
  • A is Li or Na
  • V vanadium
  • the content mole part of A is about 50 mole parts or more and about 100 mole parts or less.
  • the ceramic material contained in the cooling device used in 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)
  • V 1-x M x O 2 wherein, M is W, Ta, Mo or Nb, 0 ⁇ x ⁇ 0.05
  • a y VO 2 wherein, A is Li or Na, 0.5 ⁇ y ⁇ 1.0
  • the ceramic material contained in the cooling device used in 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.
  • 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 or substantially 100% by mass.
  • Other components include VO x having a different oxygen content from VO 2 .
  • 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).
  • 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.
  • the temperature at which the ceramic material undergoes phase transition is appropriately selected according to the object to be cooled, the purpose of cooling, and the like.
  • the temperature is 20 to 100 ° C., preferably 30 to 70 ° C. It is preferable to undergo phase transition.
  • the ceramic material may be in the form of particles (powder).
  • the ceramic material By using the ceramic material as particles, the occurrence of cracks can be suppressed even when the phase transition is repeated, and the durability of the cooling device is enhanced.
  • the ceramic material is in the form of particles (powder).
  • the average particle size of the ceramic material particles (D50: the particle size distribution at which the cumulative value is 50% in the cumulative curve obtained by obtaining the particle size distribution on a volume basis and the total volume being 100%) is not particularly limited. 0.1 to several hundred ⁇ m, specifically 0.1 to 900 ⁇ m, typically 0.2 to 50 ⁇ m, and preferably 0.5 to 50 ⁇ m. Such an average particle diameter can be measured using a laser diffraction / scattering soot particle diameter / particle size distribution measuring apparatus or an electronic scanning microscope.
  • the average particle diameter is preferably 0.2 ⁇ m or more from the viewpoint of ease of handling, and is preferably 50 ⁇ m or less from the viewpoint of being applicable to more complicated surface shapes and narrow spaces.
  • the content of the ceramic material in the composition of the present invention is preferably 20 vol% or more, more preferably 30 vol% or more, and more preferably 50 vol% or more based on the whole composition from the viewpoint of obtaining a larger endothermic amount. Further preferred. Moreover, it is preferable that it is 90 vol% or less with respect to the whole composition from a viewpoint of ensuring the intensity
  • the ceramic material particles may be coated with an insulating substance.
  • the insulating property of the cooling device obtained using the composition of the present invention can be further enhanced. Specifically, even when the ceramic material particles are in contact with each other for some reason, the particles themselves have insulating properties, so that short-circuiting between electrodes or wirings of electronic devices can be more reliably prevented. be able to.
  • the composition of the present invention is used in an extremely fine space, for example, a space having a width equivalent to the particle diameter of the ceramic material, it is possible to more reliably prevent short-circuiting caused by the ceramic material particles. become.
  • the insulating material is not particularly limited as long as it is an insulating material, and may be a resin or an inorganic material.
  • Examples of the resin used as the insulating material include a fluororesin, a silicone resin, and a silica resin.
  • Examples of the inorganic substance used as the insulating substance include silicon compounds such as SiO x (x is 1.5 to 2.5, typically SiO 2 ), TiO 2 , Al 2 O 3 , and Cr oxidation. Things.
  • the shape of the coating covering the ceramic material particles is not limited as long as insulation between the ceramic material particles and between the ceramic material particles and the electronic component or electronic device can be secured.
  • the particles of the ceramic material may be substantially completely covered with the insulating substance, or may be coated, for example, in a mesh form so that a part of the particles of the ceramic material is exposed.
  • the ceramic material particles may be covered with insulating material particles.
  • the thickness of the coating is not particularly limited, but is preferably in the range of, for example, 5 nm to 1 ⁇ m. By setting the thickness to 5 nm or more, it is possible to ensure the insulation more reliably. Further, by setting the thickness to 1 ⁇ m or less, the ceramic particles can be made smaller, and the ceramic particles can be provided even in a finer region.
  • the coating method is not particularly limited, and is performed using a coating method known to those skilled in the art, for example, a sol-gel method, a mechanochemical method, a spray drying method, a fluidized bed granulation method, an atomizing method, a barrel sputtering method, or the like. be able to.
  • composition for manufacturing a cooling device of the present invention contains an insulating resin.
  • the insulating resin is not particularly limited, and for example, various thermosetting resins and thermoplastic resins can be used.
  • thermosetting resin is not particularly limited, and examples thereof include urethane resins, epoxy resins, polyimide resins, silicone resins, fluorine resins, liquid crystal polymer resins, and polyphenyl sulfide resins. These may be used alone or in admixture of two or more.
  • the cooling device manufacturing composition may contain a curing agent, if desired.
  • a curing agent is not particularly limited, and examples thereof include phenol resins, polyamines, and imidazoles.
  • thermoplastic resin is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinyl acetate, acrylic resin, nylon, and polyester. These may be used alone or in admixture of two or more.
  • the insulating resin to be used can be appropriately selected according to the type and application of the electronic device in which the cooling device is installed using the composition of the present invention.
  • an epoxy resin or polyimide resin having solder heat resistance and high versatility is preferable.
  • a glass such as a phenol novolac type epoxy resin or polyimide resin is used.
  • a resin having a transition temperature of 150 ° C. or higher is preferred.
  • the insulating resin can have elasticity, the stress applied to the electronic device due to temperature change can be relaxed.
  • composition for manufacturing a cooling device of the present invention may further contain a solvent.
  • the solvent can be appropriately selected from general-purpose solvents according to various factors such as the type and amount of the insulating resin to be used and the characteristics required for the cooling device manufacturing composition. For example, dipropylene methyl ether acetate , Toluene, methyl ethyl ketone and the like are used.
  • composition for manufacturing a cooling device of the present invention may further contain additives such as a dispersant, a curing accelerator, and an antifoaming agent.
  • additives such as a dispersant, a curing accelerator, and an antifoaming agent.
  • a dispersing agent, a hardening accelerator, an antifoaming agent, etc. can be suitably selected as needed from what is used in a general polymer composition.
  • composition for producing a cooling device of the present invention is not particularly limited, and can be produced, for example, by mixing the ceramic material, the insulating resin, and optionally a curing agent, a solvent, and an additive with a commercially available mixer or the like. .
  • the composition for manufacturing a cooling device of the present invention preferably has fluidity, that is, it is preferably liquid or pasty.
  • the preferable range of the viscosity of the composition for manufacturing a cooling device of the present invention can vary depending on the method of providing the composition to an electronic device, the shape of the cooling device to be obtained, and the like.
  • the viscosity of the composition for manufacturing a cooling device of the present invention can be adjusted by various methods. For example, it can adjust by adjusting the kind, combination, and compounding quantity of insulating resin to be used, chemically modifying insulating resin, adding an additive, adding a solvent, etc.
  • the viscosity of the composition for manufacturing a cooling device may be high and may not have fluidity at room temperature.
  • the fluidity can be improved by adding a solvent as described above, but the fluidity at the time of provision is ensured by setting the temperature at the time of provision to the electronic equipment high. May be.
  • the composition for producing a cooling device of the present invention is provided in a place where it comes into contact with a heat source of an electronic component or an electronic device, or in the vicinity of the heat source, for example, a place affected by heat from the heat source. Since the composition for manufacturing a cooling device of the present invention can have fluidity as described above, it can be provided on a surface and / or space having a fine and complicated shape. Therefore, it can also be provided in places that have conventionally been dead spaces. Moreover, since the composition for cooling device manufacture of this invention uses insulating resin, it can also provide directly on an electronic component.
  • the method for providing the composition for manufacturing a cooling device of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include dispenser application, dispenser injection, screen printing, electrostatic application, inkjet printing, spray spraying, dipping, die coating, blade coating, and the like. It is done.
  • composition for manufacturing a cooling device formed a cooling device by curing and solidifying there. Therefore, this invention also provides the cooling device manufactured using the composition for cooling device manufacture.
  • the cooling device of the present invention obtained by curing and solidifying the composition can have any shape and size.
  • the cooling device of the present invention can be in the form of a thin film.
  • a thin film By forming a thin film, it is possible to improve the effect of absorbing heat from the heat source, the effect of diffusing heat to other parts, and the effect of releasing heat to the outside.
  • the thickness of the thin film is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 1 mm, for example. From the viewpoint of increasing the volume of the cooling device and further improving the cooling effect, the thickness is preferably 0.01 mm or more. Further, from the viewpoint of downsizing the device, the thickness is preferably 1 mm or less. Further, the thickness of the film does not necessarily have to be uniform, and a portion having a spatial margin may be thickened and the others may be thinned. The thickness of the thin film can be controlled by the viscosity of the cooling device manufacturing composition, the method of providing the cooling device manufacturing composition, or the like.
  • the cooling device of the present invention may have elasticity (or flexibility). By having elasticity, for example, the cooling device can be fixed more easily and stably by being sandwiched between other members.
  • the method for imparting elasticity to the cooling device of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a method of containing a resin.
  • the cooling device of the present invention can be molded into a desired shape and can be given elasticity, it can also be used as another member such as a cushioning material while having a function as a cooling device. .
  • the present invention also provides an electronic component and an electronic apparatus having the cooling device of the present invention.
  • the electronic component is not particularly limited, but for example, an integrated circuit (IC) such as a central processing unit (CPU), a power management IC (PMIC), a power amplifier (PA), a transceiver IC, and a voltage regulator (VR).
  • IC integrated circuit
  • CPU central processing unit
  • PMIC power management IC
  • PA power amplifier
  • TFT field effect transistors
  • the electronic device is not particularly limited, and examples thereof include a mobile phone, a smartphone, a personal computer (PC), and a tablet terminal.
  • V 2 O 3 vanadium trioxide
  • V 2 O 5 vanadium pentoxide
  • WO 3 tungsten oxide
  • the obtained paste for manufacturing a cooling device contains 53.5 vol% (80.8 wt%) ceramic powder, and the E-type viscosity of the paste is 9.4 Pa ⁇ s at a shear rate of 10 s ⁇ 1 at 150 ° C.
  • the glass transition temperature when cured for 1 hour was 115 ° C. as the tan ⁇ peak temperature of the dynamic viscoelastic device.
  • the resulting paste for manufacturing a cooling device was diluted by adding 110 g of dipropylene methyl ether acetate as a solvent to a viscosity of about 1 Pa ⁇ s.
  • a dispenser nozzle inner diameter 250 ⁇ m
  • a fixed resistance heater 4 assuming two heat generating components on a substrate 2 (two 1 ⁇ resistors connected in series) 2 heaters (that is, 4 resistors of 1 ⁇ ) are applied to a coating thickness of about 0.2 mm, dried at 80 ° C., and heat treated at 150 ° C. for 1 hour to cure the paste.
  • the cooling device 6 was formed on the fixed resistance heater.
  • Test example 1 The fixed resistance heater of Example 1 was operated with a power of 4 W, and the temperature of the surface of the fixed resistance heater was measured with a thermocouple. As a comparative example, the temperature of the surface of a fixed resistance heater not having a cooling device was measured with a thermocouple. The results are shown in FIG.
  • the fixed resistance heater of Example 1 having a cooling device has an excellent cooling effect because its surface temperature is 2-5 ° C. lower than that of the fixed resistance heater of Comparative Example 1 having no cooling device. It was confirmed.
  • Example 2 The ceramic powder produced in the same manner as in Example 1 was dispersed in a 9: 1 mixed solution of alcohol and water to form a slurry, and 1 wt% of a silane coupling agent (TORAY, Z-6040) was added to the ceramic powder. . Next, the mixture was stirred with a stirrer for 10 minutes, and filtered with a stainless mesh having an opening of 10 ⁇ m. Subsequently, the drying process was performed for 30 minutes at 150 degreeC. In this way, a coated ceramic powder having a surface coated with a silane coupling agent was obtained.
  • TORAY, Z-6040 silane coupling agent
  • the obtained coating ceramic powder is mixed with a resin or the like in the same manner as in Example 1 to obtain a paste for manufacturing a cooling device of the present invention, which is then applied on a fixed resistance heater and cured to obtain a cooling device. Formed.
  • Test example 2 When the fixed resistance heater of Example 2 was heated in the same manner as in Test Example 1, a temperature profile similar to that of the fixed resistance heater of Example 1 was obtained. Further, the surface resistance of the cooling device formed on the fixed resistance heater was measured using a digital multimeter CDM-2000D (CUSTOM), and as a result, it was 1.0 ⁇ 10 6 ⁇ /.
  • CDM-2000D digital multimeter
  • 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.

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Abstract

　本発明は、潜熱により熱を吸収するセラミック材料の粒子および絶縁性樹脂を含んで成る、冷却デバイス製造用組成物に関する。本発明によれば、電力を必要としない、高効率かつ形状変化の自由度が高い冷却デバイスを提供することができる。

Description

冷却デバイス
　本発明は、冷却デバイスに関する。
　近年、小型通信機器の進歩により薄くて軽いスマートフォンやタブレット型端末が広く普及し始めている。このような機器においてもパーソナルコンピューターと同様に高性能化が進められ、それに伴いＣＰＵなどの発熱に関する問題が顕著化しており、機器の内部温度を、より高度に制御することが求められている。このような課題に対しては、従来からヒートシンクとファンまたはペルチェ素子を組み合わせた冷却装置が知られている（特許文献１を参照）。
特開２０１０－２２３４９７号公報
　上記のようなヒートシンクとファンまたはペルチェ素子を組み合わせた冷却装置は、構造が比較的複雑であることに加え、機器が大きくなり、特に薄型の機器には使用しにくく、機器の小型化の観点からも不利である。また、電力を消費するので、低消費電力（バッテリーの持ち時間）の観点からも不利である。したがって、無電源で使用可能で、かつ小型な冷却デバイスが強く望まれている。
　無電源での冷却デバイスとしては、一般的に、ヒートシンクまたはグラファイトシートが用いられる。しかしながら、ヒートシンクは単に放熱を補助するだけであり、グラファイトシートは熱を拡散し、ヒートスポットをなくすという効果しかない。また、ヒートシンクまたはグラファイトシートは、特定の形状を有していることから、その形状に合わせて設置箇所が限定され、例えばグラファイトシートは、表面に凹凸があるような場所に設置しづらい。
　したがって、本発明の目的は、無電源で使用可能であり、限られた空間を有効に利用するために、設置箇所の形状に合わせて、形状を自由に設計できる冷却デバイスを提供することにある。
　本発明者らは、上記問題を解消すべく鋭意検討した結果、結晶構造相転移や磁気相転移等に伴う熱を吸収するセラミック材料の粒子および絶縁性樹脂を含んで成る組成物を用いて冷却デバイスを形成することにより、上記の問題を解決できることを見出し、本発明に至った。
　本発明の第１の要旨によれば、潜熱により熱を吸収するセラミック材料の粒子および絶縁性樹脂を含んで成る、冷却デバイス製造用組成物が提供される。
　また、本発明の第２の要旨によれば、上記冷却デバイス製造用組成物を用いて得られる冷却デバイスが提供される。
　本発明の第３の要旨によれば、上記冷却デバイスを有して成る電子部品が提供される。
　本発明によれば、結晶構造相転移や磁気相転移等に伴う熱を吸収するセラミック材料の粒子および絶縁性樹脂を含んで成る組成物を用い、この組成物を電子部品の空間に提供し、そこで硬化させることにより、限られた空間に無電源で使用可能な冷却デバイスを設置することができる。
図１は、本発明の実施例において冷却デバイスを形成した電子部品の概略断面図である。 図２は、試験例１で測定した固定抵抗ヒーター表面の温度の測定結果を示す。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物（以下、単に「本発明の組成物」ともいう）は、流動性を有し、液状またはペースト状の形態であり得る。常温下で流動性を有しない場合、例えば、加熱する、あるいは溶剤を添加することにより流動性を持たせてもよい。この本発明の組成物を、電子部品または電子機器の所定の箇所に提供し、そこで硬化および／または固化させることにより冷却デバイスが得られる。本発明の組成物を電子部品または電子機器の所定の箇所に提供した場合、本発明の組成物は、その流動性により提供される箇所に応じた形状となり、実質的にその形状で硬化・固化して冷却デバイスとなる。したがって、本発明の組成物を用いることにより、微細で複雑な形状を有する箇所にも、冷却デバイスを設置することが可能になる。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物は、潜熱により熱を吸収するセラミック材料（以下、単に「セラミック材料」ともいう）を含んで成る。このセラミック材料の熱の吸収は、潜熱を吸収することにより為される。このようなセラミック材料は、過剰な熱を潜熱により一時的に吸収することにより、時間的な熱の標準化をすることで、グラファイトシートのような従来の冷却デバイスと比較して高い冷却効果を得ることが可能になる。
　上記セラミック材料としては、酸化バナジウムを主成分とするセラミック材料が好ましい。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。
　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、本明細書においては、固体－固体の相転移、例えば電気・磁気・構造相転移に伴う吸発熱量の事をいう。
　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。
　好ましい態様において、本発明で用いられる冷却デバイスに含ま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０モル部以上約５モル部以下、好ましくは１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。
　別の好ましい態様において、本発明で用いられる冷却デバイスに含ま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。
　また、別の好ましい態様において、本発明で用いられる冷却デバイスに含ま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。
　より好ましい態様において、本発明で用いられる冷却デバイスに含ま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。
　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％または実質的に１００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。
　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。
　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。
　上記セラミック材料が相転移する温度は、冷却対象物、冷却目的などに応じて適宜選択され、例えば冷却対象物がＣＰＵである場合、昇温時、２０～１００℃、好ましくは３０～７０℃で相転移することが好ましい。
　好ましい態様において、上記セラミック材料は、粒子（粉末）状であり得る。セラミック材料を粒子として用いることにより、相転移を繰り返した場合にもクラックの発生を抑制することができ、冷却デバイスの耐久性が高くなる。
　上記セラミック材料は、粒子（粉末）状である。セラミック材料の粒子の平均粒子径（Ｄ５０：体積基準で粒度分布を求め、全体積を１００％とした累積曲線において、累積値が５０％となる点の粒径）は、特に限定されないが、例えば、０．１～数百μｍ、具体的には０．１～９００μｍ、代表的には０．２～５０μｍであり、好ましくは、０．５～５０μｍ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電子走査顕微鏡を用いて測定することができる。平均粒子径は、取り扱いの容易性の観点から、０．２μｍ以上であることが好ましく、より複雑な表面形状、より狭い空間にも適用できるという観点から、５０μｍ以下であることが好ましい。
　本発明の組成物中のセラミック材料の含有量は、より大きな吸熱量を得る観点から、組成物全体に対して、２０ｖｏｌ％以上が好ましく、３０ｖｏｌ％以上がより好ましく、５０ｖｏｌ％以上であることがさらに好ましい。また、本発明の組成物を用いて得られる冷却デバイスの強度を確保する観点から、組成物全体に対して９０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、８０ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。
　好ましい態様において、上記セラミック材料の粒子は、絶縁性物質によりコーティングされていてもよい。セラミック材料の粒子を絶縁性物質によりコーティングすることにより、本発明の組成物を用いて得られる冷却デバイスの絶縁性をより高めることができる。具体的には、何らかの原因によりセラミック材料の粒子が相互接触した場合であっても、粒子自体が絶縁性を有しているので、電子機器の電極間または配線間のショートをより確実に防止することができる。また、本発明の組成物を極微細な空間、例えばセラミック材料の粒子径と同等の幅である空間に用いた場合であっても、セラミック材料の粒子によるショートをより確実に防止することが可能になる。
　上記絶縁性物質としては、絶縁性を有する物質であれば特に限定されず、樹脂であっても、無機物であってもよい。
　上記絶縁性物質として用いられる樹脂としては、例えばフッ素樹脂、シリコーン系樹脂、シリカ樹脂が挙げられる。
　上記絶縁性物質として用いられる無機物としては、例えば、ケイ素系化合物、例えばＳｉＯｘ（ｘは１．５以上２．５以下、代表的にはＳｉＯ２）、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ酸化物が挙げられる。
　この態様において、セラミック材料の粒子を被覆するコーティングは、セラミック材料の粒子間およびセラミック材料の粒子と電子部品または電子機器間の絶縁性が確保可能な限り、その形状は限定されない。例えば、セラミック材料の粒子を、絶縁性物質により実質的に完全に被覆してもよく、あるいはセラミック材料の粒子の一部が露出するように、例えば網目状に被覆してもよい。また、セラミック材料の粒子を、絶縁性物質の粒子で覆うように被覆してもよい。
　コーティングの厚み（絶縁性物質の粒子でコーティングする場合は、絶縁性物質の粒子の平均粒子径）は、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ～１μｍの範囲であることが好ましい。厚みを５ｎｍ以上とすることにより、絶縁性をより確実に確保することができる。また、厚みを１μｍ以下とすることにより、セラミック粒子をより小さくすることができ、より微細な領域にもセラミック粒子を提供することが可能になる。
　コーティングの方法は、特に限定されず、当業者に公知のコーティング法、例えば、ゾル－ゲル法、メカノケミカル法、スプレードライ法、流動層造粒法、アトマイズ法、バレルスパッタ法等を用いて行うことができる。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物は、絶縁性樹脂を含む。
　上記絶縁性樹脂としては、特に限定されず、例えば、種々の熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂を用いることができる。
　上記熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂、液晶ポリマー樹脂およびポリフェニルサルファイド樹脂が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、または２種以上を混合して用いてもよい。
　絶縁性樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、所望により、冷却デバイス製造用組成物は、硬化剤を含んでいてもよい。かかる硬化剤としては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、ポリアミン、およびイミダゾールが挙げられる。
　上記熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ナイロンおよびポリエステルが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、または２種以上を混合して用いてもよい。
　用いる絶縁性樹脂は、本発明の組成物を用いて冷却デバイスを設置する電子機器の種類・用途等に応じて適宜選択することができる。例えば、一般的な電子機器に用いる場合、半田耐熱性があり、汎用性が高いエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂が好ましく、耐熱性を要する機器に用いる場合、フェノールノボラック型エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂のようなガラス転移温度が１５０℃以上の樹脂が好ましい。また、冷却デバイスの熱伝導性を高めるためには、メソゲン基を有する液晶ポリマー樹脂を用いることが好ましい。
　絶縁性樹脂は、弾性を有し得るので、温度変化により電子機器に加わる応力を緩和できる。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物は、さらに溶剤を含んでいてもよい。
　上記溶剤は、用いる絶縁性樹脂の種類および量、冷却デバイス製造用組成物に要求される特性等の種々の因子に応じて汎用の溶媒から適宜選択することができ、例えば、ジプロピレンメチルエーテルアセテート、トルエン、メチルエチルケトン等が用いられる。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物は、さらに分散剤、硬化促進剤、消泡剤等の添加剤を含んでいてもよい。分散剤、硬化促進剤、消泡剤等は、一般的なポリマー組成物において用いられるものから、必要に応じて適宜選択することができる。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物は、特に限定されないが、例えば、上記セラミック材料、絶縁性樹脂および所望により硬化剤、溶剤、添加剤を市販のミキサー等で混合することにより製造することができる。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物は、流動性を有することが好ましく、即ち液状またはペースト状であることが好ましい。本発明の冷却デバイス製造用組成物の粘度の好ましい範囲は、当該組成物の電子機器への提供方法、得ようとする冷却デバイスの形状等に応じて変化し得る。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物の粘度は、種々の方法により調整することができる。例えば、用いる絶縁性樹脂の種類、組み合わせおよび配合量を調整する、絶縁性樹脂を化学修飾する、添加剤を加える、溶剤を加えること等により調整することができる。
　また、特に絶縁性樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合、冷却デバイス製造用組成物の粘度が高くなり、常温では流動性を有しない場合がある。このような場合は、上記のように溶剤を加える等の処理を行って流動性を高めることもできるが、電子機器への提供時の温度を高く設定することにより、提供時の流動性を確保してもよい。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物は、電子部品または電子機器の熱源と接触する箇所、または熱源近傍、例えば熱源からの熱の影響を受ける箇所に提供される。本発明の冷却デバイス製造用組成物は、上記のように流動性を有し得るので、微細で複雑な形状を有する表面および／または空間に提供することができる。したがって、従来、デッドスペースであった箇所にも提供することができる。また、本発明の冷却デバイス製造用組成物は、絶縁性樹脂を用いていることから、電子部品上に直接提供することもできる。
　本発明の冷却デバイス製造用組成物の提供方法は、特に限定されないが、例えば、ディスペンサ塗布、ディスペンサ注入、スクリーン印刷、静電塗布、インクジェット印刷、スプレー噴霧、ディッピング、ダイコーティング、ブレードコーティング等が挙げられる。
　上記のように提供された冷却デバイス製造用組成物は、そこで硬化・固化することにより、冷却デバイスを形成する。したがって、本発明は、冷却デバイス製造用組成物を用いて製造された冷却デバイスも提供する。
　上記したように、冷却デバイス製造用組成物は流動性を有することから、これを硬化・固化して得られる本発明の冷却デバイスは、任意の形状および大きさとすることができる。
　好ましい態様において、本発明の冷却デバイスは、薄膜状であり得る。薄膜状とすることにより、熱源からの吸熱効果、他の部位への熱の拡散効果、および外部への放熱効果を向上させることができる。
　上記薄膜の厚みは、特に限定されないが、例えば０．０１～１ｍｍが好ましい。冷却デバイスの体積を大きくし、より冷却効果を向上させる観点から、厚みは０．０１ｍｍ以上とすることが好ましい。また、機器の小型化の観点から、厚みは１ｍｍ以下とすることが好ましい。また、膜の厚みは必ずしも均一である必要はなく、空間的に余裕がある部分を厚くし、他を薄くしてもよい。薄膜の厚みは、冷却デバイス製造用組成物の粘度、または冷却デバイス製造用組成物の提供方法等により、制御することができる。
　好ましい態様において、本発明の冷却デバイスは弾性（または柔軟性）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、例えば樹脂を含有させる方法が挙げられる。
　本発明の冷却デバイスは、所望の形状に成形することができ、さらに弾性を与えることもできるので、冷却デバイスとしての機能を有しつつ、緩衝材等の他の部材としても利用することができる。
　本発明は、本発明の冷却デバイスを有する電子部品および電子機器をも提供する。
　電子部品としては、特に限定するものではないが、例えば、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）などの熱源となり得る部品、および、その他の部品、例えば、基板、ヒートシンク、筐体等の電子機器に一般的に用いられる部品が挙げられる。
　電子機器としては、特に限定するものではないが、例えば、携帯電話、スマートフォン、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型端末等が挙げられる。
　実施例１
　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；比重４．３３９）の粉末を調製した。
　得られたセラミック粉末１５０．０ｇに対して、エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量４７５）２５．５ｇ、硬化剤としてフェノール樹脂（水酸基当量１０４）５．６ｇ、その他添加剤として分散剤および硬化促進剤、シランカップリング剤をプラネタリー型ミキサーで約２時間混合して、本発明の冷却デバイス製造用ペーストを得た。
　得られた冷却デバイス製造用ペーストは、セラミック粉末を５３．５ｖｏｌ％（８０．８ｗｔ％）含有し、ペーストのＥ型粘度は、せん断速度１０ｓ－１で９．４Ｐａ・ｓであり、１５０℃で１時間硬化した場合のガラス転移温度は動的粘弾性装置のｔａｎδピーク温度で１１５℃であった。
　得られた冷却デバイス製造用ペーストに、溶剤としてジプロピレンメチルエーテルアセテート１１０ｇを添加して希釈し、粘度を約１Ｐａ・ｓとした。これをディスペンサ（ノズル内径２５０μｍ）を用いて、図１に示されるように、基板２上において発熱部品を想定した固定抵抗ヒーター４（１Ωの抵抗２つを直列に接続したものを、並列に２つ接続したヒーター、即ち、１Ωの抵抗４つを含む）の周囲に塗布厚約０．２ｍｍとなるように塗布し、８０℃で乾燥し、１５０℃で１時間熱処理して、ペーストを硬化させて固定抵抗ヒーター上に冷却デバイス６を形成した。
　試験例１
　実施例１の固定抵抗ヒーターを４Ｗの電力で動作させ、固定抵抗ヒーター表面の温度を熱電対で測定した。比較例として、冷却デバイスを有していない固定抵抗ヒーター表面の温度を熱電対で測定した。結果を図２に示す。
　図２から、冷却デバイスを有する実施例１の固定抵抗ヒーターは、冷却デバイスを有しない比較例１の固定抵抗ヒーターと比較して、その表面温度が２～５℃低く、優れた冷却効果を有することが確認された。
　実施例２
　実施例１と同様に製造したセラミック粉末を、アルコールと水の９：１混合溶液に分散させスラリー状態とし、セラミック粉末に対して１ｗｔ％のシランカップリング剤（ＴＯＲＡＹ、Ｚ－６０４０）を添加した。次いで、撹拌機にて１０分間撹拌処理をし、目開き１０μｍのステンレスメッシュにてろ過処理を行った。次いで、１５０℃にて３０分間乾燥処理を行った。このようにして、表面がシランカップリング剤でコートされたコーティングセラミック粉末を得た。
　得られたコーティングセラミック粉末を、実施例１と同様に樹脂等と混合し、本発明の冷却デバイス製造用ペーストを得、次いで、これを固定抵抗ヒーター上に塗布し、硬化させて、冷却デバイスを形成した。
　試験例２
　実施例２の固定抵抗ヒーターを、試験例１と同様に加熱したところ、実施例１の固定抵抗ヒーターと同様の温度プロファイルが得られた。また、固定抵抗ヒーター上に形成された冷却デバイスの表面抵抗をデジタルマルチメータＣＤＭ－２０００Ｄ（ＣＵＳＴＯＭ社）を用いて測定した結果、１．０×１０６Ω／であった。
　試験例２の結果から、表面を絶縁性物質でコーティングしたセラミック粉末を用いることにより、優れた冷却効果に加え、高い絶縁性を得ることができることが確認された。
　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。
　　２　…　基板
　　４　…　固定抵抗ヒーター
　　６　…　冷却デバイス

Claims (13)

  1. 　潜熱により熱を吸収するセラミック材料の粒子および絶縁性樹脂を含んで成る、冷却デバイス製造用組成物。
  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に記載の組成物。
  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に記載の組成物。
  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に記載の組成物。
  5. 　セラミック材料の含有量が、組成物全体に対して、２０ｖｏｌ％以上であることを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の組成物。
  6. 　セラミック材料の粒子の平均粒子径が、０．１～９００μｍであることを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載の組成物。
  7. 　セラミック材料の粒子が、絶縁性物質によりコーティングされていることを特徴とする、請求項１～６のいずれかに記載の組成物。
  8. 　絶縁性樹脂が、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂、液晶ポリマー樹脂およびポリフェニルサルファイド樹脂から選択される１種またはそれ以上の熱硬化性樹脂であることを特徴とする、請求項１～７のいずれかに記載の組成物。
  9. 　絶縁性樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ナイロンおよびポリエステルから選択される１種またはそれ以上の熱可塑性樹脂であることを特徴とする、請求項１～７のいずれかに記載の組成物。
  10. 　さらに溶剤を含んで成ることを特徴とする、請求項１～９のいずれかに記載の組成物。
  11. 　請求項１～１０のいずれかに記載の組成物を用いて得られる冷却デバイス。
  12. 　請求項１１に記載の冷却デバイスを有する電子部品。
  13. 　請求項１１に記載の冷却デバイスまたは請求項１２に記載の電子部品を備えた電子機器。
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