(57)【要約】【課題】装置全体のサイズを抑制することができ、騒音が発生することを防止可能な半導体チップ用冷却装置を提供する。【解決手段】イオン交換樹脂層１０の表面に金属電極層１１が形成された高分子アクチュエータ１と、この高分子アクチュエータ１の固定端１ａ側を片持ち支持する支持部材２と、高分子アクチュエータ１に対して周期的に変化する電圧を印加させる駆動部５と、を備え、高分子アクチュエータ１を駆動部５により駆動することで、その自由端１ｂを往復運動させて風を発生させるように構成した。支持部材２は半導体チップＣの形状に対応した枠型形状を有し、枠の内部に複数の高分子アクチュエータ１を取り付け、各高分子アクチュエータ１が互いに干渉しないように駆動部５により駆動制御する。自由端１ｂが往復運動する方向は、半導体チップＣの表面に沿った方向である。【選択図】図２
2008060367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換樹脂層の表面に金属電極層が形成された高分子アクチュエータと、
この高分子アクチュエータの固定端側を片持ち支持する支持部材と、
高分子アクチュエータに対して周期的に変化する電圧を印加させる駆動部と、を備え、
高分子アクチュエータを駆動部により駆動することで、その自由端を往復運動させて風を発生させるように構成したことを特徴とする半導体チップ用冷却装置。
【請求項２】
前記支持部材は半導体チップの形状に対応した枠型形状を有し、枠の内部に複数の高分子アクチュエータを取り付け、各高分子アクチュエータが互いに干渉しないように駆動部により駆動制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体チップ用冷却装置。
【請求項３】
自由端が往復運動する方向は、半導体チップの表面に沿った方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体チップ用冷却装置。
【請求項４】
自由端が往復運動する方向は、半導体チップの表面に垂直な方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体チップ用冷却装置。
【請求項５】
高分子アクチュエータを駆動する電圧の周波数は、高分子アクチュエータの形状により決まる固有周波数に基づいて設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体チップ用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換樹脂層の表面に金属電極層が形成された高分子アクチュエータを利用した半導体チップ用冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＵやＬＳＩ，ＩＣなどの半導体チップは動作中に温度が上昇することがあり、適宜のタイミングで冷却する必要がある。半導体チップを冷却する装置として、ファンを用いた冷却（例えば、下記特許文献１）やヒートシンクを用いた冷却（例えば、下記特許文献２）が公知である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４７７０７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５９７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファンによる冷却は、動作時に騒音が発生するという問題があった。そして、ファンを駆動するためのモータも必要であり、ある程度のサイズや重量を必要としていた。また、ヒートシンクによる冷却は、自然冷却によるものであり、効果的に冷却しようとすれば、ヒートシンクのサイズを大型化しなければならない。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、装置全体のサイズを抑制することができ、騒音が発生することを防止可能な半導体チップ用冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明に係る半導体チップ用冷却装置は、
イオン交換樹脂層の表面に金属電極層が形成された高分子アクチュエータと、
この高分子アクチュエータの固定端側を片持ち支持する支持部材と、
高分子アクチュエータに対して周期的に変化する電圧を印加させる駆動部と、を備え、
高分子アクチュエータを駆動部により駆動することで、その自由端を往復運動させて風を発生させるように構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
この構成による半導体チップ用冷却装置の作用・効果を説明する。冷却するためのアクチュエータとして、高分子アクチュエータを使用する。高分子アクチュエータとして、イオン交換樹脂層と、このイオン交換樹脂層の表面に相互に絶縁状態で形成された金属電極層とを備えたイオン伝導アクチュエータが知られている（例えば、特開２００６−１７２６３５号公報）。この高分子アクチュエータは、金属電極層の間に電位差をかけて、イオン交換樹脂層に湾曲及び変形を生じさせることで、アクチュエータとして機能させるものである。
【０００８】
そこで、アクチュエータを片持ち梁の形に形成し、固定端側を支持部材により支持し、自由端側を往復運動可能に構成する。高分子アクチュエータは、駆動部により周期的に変化する電圧が印加される。高分子アクチュエータを駆動する時は、金属電極層に印加させる電圧の方向を変えることで、自由端が変形する方向が変わる。従って、周期的に変化する電圧を印加することで、高分子アクチュエータの自由端を往復運動させることができる。これにより、風を発生させることができ、半導体チップを冷却することができる。高分子アクチュエータの変形はイオンの移動により生じるものであり、原理的に音を発生することなく自由端が往復運動する。また、高分子アクチュエータそのものはサイズは小型であり、別途モータを必要としないので、装置全体の小型化に寄与することができる。その結果、装置全体のサイズを抑制することができ、騒音が発生することを防止可能な半導体チップ用冷却装置を提供することができる。
【０００９】
本発明において、前記支持部材は半導体チップの形状に対応した枠型形状を有し、枠の内部に複数の高分子アクチュエータを取り付け、各高分子アクチュエータが互いに干渉しないように駆動部により駆動制御することが好ましい。
【００１０】
高分子アクチュエータを支持するための支持部材を半導体チップの形状に対応した枠型形状に形成する。これにより、周囲に無駄な空間を必要することなく、高分子アクチュエータを半導体チップに取り付けることができる。また、枠の内部に複数の高分子アクチュエータを取り付けることで、より冷却効果を高めることができる。更に、複数の高分子アクチュエータは、互いに干渉しないように駆動制御される。従って、騒音を発生させることなく、複数の高分子アクチュエータを取り付けることができる。
【００１１】
本発明において、自由端が往復運動する方向は、半導体チップの表面に沿った方向であることが好ましい。
【００１２】
かかる方向に設定することで、効率よく半導体チップに対する冷却作用を行わせることができる。
【００１３】
本発明において、自由端が往復運動する方向は、半導体チップの表面に垂直な方向であることが好ましい。
【００１４】
かかる方向についても、効率よく半導体チップに対する冷却作用をおこなわせることができる。
【００１５】
本発明において、高分子アクチュエータを駆動する電圧の周波数は、高分子アクチュエータの形状により決まる固有周波数に基づいて設定されることが好ましい。
【００１６】
かかる構成により、高分子アクチュエータの自由端を大きく往復運動させることができ、より大きな風を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る高分子アクチュエータを利用した半導体チップ用冷却装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。まず、高分子アクチュエータの構造について説明する。
【００１８】
＜高分子アクチュエータの構成＞
高分子アクチュエータの１つであるイオン伝導アクチュエータは、イオン交換樹脂層の表面に金属電極層が形成された構造を有しており、更に詳しく言うと、対向する金属電極層の間に、イオン交換樹脂と、塩を含有する分極性有機溶媒またはイオン性液体である液状有機化合物とが含まれるものである。原理的には、イオン交換樹脂に金属電極を通じて、当該イオン交換樹脂に電位差が与えられると、イオン交換樹脂に含まれている液状有機化合物中のイオン性物質が、いずれかの電極方向に移動することにより、変形が生じる現象を利用するものである。
【００１９】
（イオン交換樹脂）
本発明に用いる高分子アクチュエータ素子のイオン交換樹脂は、特に限定されるものではなく、公知のイオン交換樹脂を用いることができる。現に効果が確認されたのは、アクチュエータのイオン交換樹脂が陽イオン交換樹脂のものである。ただし、イオン交換樹脂が陽イオン型でも陰イオン型でも電位差の与え方を変更することで同様の効果が期待できる。陽イオン交換樹脂を用いる場合には、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂などにスルホン酸基、カルボキシル基などの親水性官能基を導入したものを用いることができる。このような樹脂としては、例えばパーフルオロスルホン酸樹脂（商品名「Ｎａｆｉｏｎ」、ＤｕＰｏｎｔ社製）、パーフルオロカルボン酸樹脂（商品名「フレミオン」、旭硝子社製）、ＡＣＩＰＬＥＸ（旭化成工業社製）、ＮＥＯＳＥＰＴＡ（トクヤマ社製）を用いることができる。
【００２０】
本発明に用いる高分子アクチュエータの屈曲・変位量を大きくするために、前記イオン交換樹脂は柔軟性を有していることが好ましい。イオン交換樹脂に柔軟性を付与するため、液状有機化合物によってイオン交換樹脂を膨潤させる。前記イオン交換樹脂は、膨潤した状態となることで、ゲル電解質となることができる。前記膨潤の度合いは、特に限定されるものではないが、前記高分子アクチュエータの膨潤度、つまり、前記高分子電解質が乾燥した状態での厚さに対して高分子アクチュエータの膨潤した状態での厚さの増加率が、３〜２００％であることが好ましく、５〜６０％であることがより好ましい。前記膨潤度が３％未満である場合には、変位屈曲性能が劣り、前記膨潤度が２００％よりも大きい場合にも、変位屈曲性能が劣り、さらに大きく引張り強度が低下することとなってしまう。なお、前記有機化合物は、イオン交換樹脂中に含まれるが、金属電極が多孔性である場合には、前記溶媒の一部が、塩とともに前記金属電極に含まれても良い。
【００２１】
（液状有機化合物）
本発明に用いられる液状有機化合物には、塩を含有する分極性有機溶媒か、イオン性液体を用いる。イオン性液体は単独で用いることができるが、分極性有機溶媒の場合には、電荷のキャリアとなるイオンを含む塩が必要とされる。ただし塩として前記イオン性液体を用いてもよい。これらの液状有機化合物であれば、イオン交換樹脂に電位差が与えられた場合、容易に当該イオン交換樹脂内での移動が生じるからである。液状有機化合物は、常温常圧において液状の有機化合物であり、特に、１８０℃以上の沸点または分解温度を有するものが好ましい。この場合、溶媒の気化が起こりにくくなる。
【００２２】
（分極性有機溶媒）
前記分極性有機溶媒は、１８０℃以上の沸点または分解温度を有する有機化合物であることが好ましいが、特に２４５℃以上の沸点を有する分極性有機溶媒であることがより好ましい。好ましい分極性有機溶媒の具体例として、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン又はこれらの混合物を挙げることができる。中でもジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン又はこれらの混合物であることが特に好ましい。
【００２３】
前記分極性有機溶媒に含まれる塩は、当該分極性有機溶媒に溶解しうる塩であれば特に制限されるものではないが、特に前記イオン交換樹脂がカチオンと対イオンを形成する場合には、１〜３価のカチオンの塩を用いることができ、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋等の１価のカチオンを用いることが大きな屈曲若しくは変位をすることができるために好ましく、イオン半径の大きなアルキルアンモニウムイオンを用いることがより大きな屈曲若しくは変位をすることができるために更に好ましい。前記アルキルアンモニウムイオンとしては、ＣＨ3Ｎ+Ｈ3、Ｃ2Ｈ5Ｎ+Ｈ3、(ＣＨ3)2Ｎ+Ｈ2、(Ｃ2Ｈ5)2Ｎ+Ｈ2、(ＣＨ3)3Ｎ+Ｈ、(Ｃ2Ｈ5)3Ｎ+Ｈ、(ＣＨ3)4Ｎ+、(Ｃ2Ｈ5)4Ｎ+、(Ｃ3Ｈ7)4Ｎ+、(Ｃ4Ｈ9)4Ｎ+、Ｈ3Ｎ+(ＣＨ2)4Ｎ+Ｈ3、Ｈ2Ｃ＝ＣＨＣＨ2Ｎ+ＨＣＨ3、Ｈ3Ｎ+(ＣＨ2)4Ｎ+Ｈ2(ＣＨ2)4Ｎ+Ｈ3、ＨＣ≡ＣＣＨ2Ｎ+Ｈ2、ＣＨ3ＣＨ(ＯＨ)ＣＨ2Ｎ+Ｈ3、Ｈ3Ｎ+(ＣＨ2)5ＯＨ、Ｈ3Ｎ+ＣＨ(ＣＨ2ＯＨ)2、(ＨＯＣＨ2)2Ｃ(ＣＨ2Ｎ+Ｈ3)2、Ｃ2Ｈ5ＯＣＨ2ＣＨ2Ｎ+Ｈ3や脂肪族炭化水素を置換基として備えるアンモニウムイオン、または官能基として炭化水素の他に脂環式の環状炭化水素をも有するアンモニウムイオンを用いることができる。このとき、前記の塩の濃度としては、イオン交換樹脂の官能基と等量以上の濃度として含まれていればよく、十分な屈曲乃至変位を得るために０.０１〜１０ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、０.１〜１.０ｍｏｌ／ｌであることがより好ましい。
【００２４】
（イオン性液体）
前記イオン性液体の好ましい具体例としては、テトラアルキルアンモニウムイオン、イミダゾリウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリニウムイオン、ピロリジニウムイオン、及びピペリジニウムイオンからなる群より少なくとも一種選ばれたカチオンと、
ＰＦ６−、ＢＦ４−、ＡｌＣｌ４−、ＣｌＯ４−、及び下式（１）で表されるスルホニウムイミドアニオンからなる群より少なくとも一種選ばれたアニオンとの組み合わせからなる塩を挙げることができる。下式（１）中、ｎ及びｍは任意の整数である。
（ＣｎＦ（２ｎ＋１）ＳＯ２）（ＣｍＦ（２ｍ＋１）ＳＯ２）Ｎ−（１）
前記テトラアルキルアンモニウムカチオンとしては、特に限定されるものではないが、トリメチルプロピルアンモニウム、トリメチルヘキシルアンモニウム、テトラペンチルアンモニウムを用いることができる。
【００２５】
前記イミダゾリウムカチオンは、ジアルキルイミダゾリウムイオン及び／またはトリアルキルイミダゾリウムイオンを用いることができる。例えば、前記イミダゾリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−ヘキシル−３メチルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１，２，３−トリメチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオンを例示することができる。
【００２６】
前記アルキルピリジニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、Ｎ−ブチルピリジニウムイオン、Ｎ−メチルピリジニウムイオン、Ｎ−エチルピリジニウムイオン、Ｎ−プロピルピリジニウムイオン、１−エチル−２−メチルピリジニウム、１−ブチル−４−メチルピリジニウム、１−ブチル−２，４−ジメチルピリジニウムを例示することができる。
【００２７】
前記ピラゾリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，２−ジメチルピラゾリウムイオン、１−エチル−２−メチルピラゾリウムイオン、１−プロピル−２−メチルピラゾリウムイオン、１−ブチル−２−メチルピラゾリウムイオンを例示することができる。
【００２８】
前記ピロリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，１−ジメチルピロリウムイオン、１−エチル−１−メチルピロリウムイオン、１−メチル−１−プロピルピロリウムイオン、１−ブチル−１−メチルピロリウムイオンを例示することができる。
【００２９】
前記ピロリニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，２−ジメチルピロリニウムイオン、１−エチル−２−メチルピロリニウムイオン、１−プロピル−２−メチルピロリニウムイオン、１−ブチル−２−メチルピロリニウムイオンを例示することができる。
【００３０】
前記ピロリジニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，１−ジメチルピロリジニウムイオン、１−エチル−１−メチルピロリジニウムイオン、１−メチル−１−プロピルピロリジニウムイオン、１−ブチル−１−メチルピロリジニウムイオンを例示することができる。
【００３１】
前記ピペリジニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，１−ジメチルピぺリジニウムイオン、１−エチル−１−メチルピぺリジニウムイオン、１−メチル−１−プロピルピぺリジニウムイオン、１−ブチル−１−メチルピぺリジニウムイオンを例示することができる。
【００３２】
前記イオン性液体は、上記アニオンと上記カチオンとの組み合わせが特に限定されるものではないが、例えば、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホイミド（ＥＭＩＴＦＳＩ）、１−メチル−３−イミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＥＭＩＢＦ４）、１−メチル−３−イミダゾリウムヘキサフルオロリン酸（ＥＭＩＰＦ６）、トリメチルプロピルアンモニウムトリフルオロメタンスルホイミド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホイミドを用いることができる。
【００３３】
（金属電極）
本発明においてイオン交換樹脂の表面には、当該イオン交換樹脂に電位差を与えることができるように、対向する位置に一組以上の金属電極が設けられている。金属電極に用いられる金属は、水銀のような液体金属を除き、導電性のよい個体金属であれば制限なく用いることができ、また合金であってもよい。用いるイオン交換樹脂や液状有機化合物など種類によって、それぞれ適当な金属を選ぶことができる。
【００３４】
金属電極が対向するとは、一組の金属電極が平行を保って存在する状態を理想とするものである。ただし、両電極は完全に平行である必要はなく、当該両金属電極に電圧を与えることでアクチュエータ素子が変位できる限りにおいて、平行から多少ずれていてもよい。ただし、平行からずれるに従って、クーロン量あたりの屈曲や変形の効率に変化が生じる。
【００３５】
一組の金属電極が平行を保って存在する状態にするには、イオン交換樹脂の形状を平行な平面側壁を有する板形状または棒形状として、この平行に対向する前記平面側壁表面に、対となる金属電極をメッキ法、中でも無電解メッキ法で設けることが好ましい。後述のように、イオン交換樹脂の表面に無電解メッキ法で金属電極になりうる金属膜を形成した場合、イオン交換樹脂と金属電極の接触面積が大きくなり、このためアクチュエータとしての屈曲や変位の量も大きくできるからである。
【００３６】
（被覆樹脂）
本発明に用いる高分子アクチュエータは、被覆をせずに長時間駆動することができるが、更に、可撓性を有する樹脂で被覆されてもよい。前記樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリウレタン樹脂及び／又はシリコン樹脂を用いることができる。前記ポリウレタン樹脂は、特に限定されるものではないが、柔軟な熱可塑性ポリウレタンを用いることが、柔軟度が大きく密着性が良好であるために特に好ましい。柔軟な熱可塑性ポリウレタンとしては、商品名「アサフレックス ８２５」（柔軟度２００％、旭化成社製）、商品名「ペレセン ２３６３−８０Ａ」（柔軟度５５０％）、「ペレセン ２３６３−８０ＡＥ」（柔軟度６５０％）、「ペレセン ２３６３−９０Ａ」（柔軟度５００％）、「ペレセン ２３６３−９０ＡＥ」（柔軟度５５０％）、（以上、ダウ・ケミカル社製）を用いることができる。また、前記シリコン樹脂は、特に限定されるものではないが、柔軟度が５０％以上である樹脂が、柔軟度が大きいので密着性が良好であるために、特に好ましい。前記シリコン樹脂としては、例えば、「シラシール３ＦＷ」、「シラシールＤＣ７３８ＲＴＶ」、「ＤＣ３１４５」、及び「ＤＣ３１４０」（以上、ダウコーニング社製）を用いることができる。なお、本願において、柔軟度とは、ＡＳＴＭ Ｄ４１２に準拠する引張破断伸び（Ｕｌｔｉｍａｔｅ  Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ％）をいうものである。
【００３７】
＜高分子アクチュエータの構造＞
まず高分子アクチュエータ１の構造を図１に模式図として表わしている。高分子アクチュエータ１は、イオン交換樹脂層１０の表面に金属電極層１１が形成されている。図例では、イオン交換樹脂層１０の表裏両面に金属電極層１１が形成される。電圧を印加しない状態では、図１（ａ）に示すような真っ直ぐな状態である。そこで、高分子アクチュエータ１を片持ち梁の形で固定端側を支持する。電圧を印加すると、印加する方向に従って（ｂ）または（ｃ）のように自由端側が湾曲する。これは、電圧の印加により、イオン交換樹脂層１０におけるイオン（陽イオンもしくは陰イオン）が金属電極層１１の方向へ移動し、表裏において膨潤に差が生じるためである。
【００３８】
このような変位特性は、高分子アクチュエータ１を駆動する時の条件を変えることにより決まるものである。例えば、高分子アクチュエータ１の幾何学的形状、大きさ、イオンの種類、印加電圧波形などにより変位特性を制御することができる。
【００３９】
高分子アクチュエータ１の形状は、シート状、角柱形状、円柱形状など種々の形状が考えられるが、本発明としては、特定の形状に限定されるものではない。また、イオン交換樹脂層１０や金属電極層１１の層の厚みなどについても、特定の大きさなどに限定されるものではない。
【００４０】
＜冷却装置の構成＞
次に、図１に示す高分子アクチュエータ１を利用した半導体チップ用冷却装置の構成を図２に示す。高分子アクチュエータ１を支持するための支持部材２が設けられており、第１支持部材部分２０と第２支持部材部分２１により構成される。第１支持部材部分２０と第２支持部材部分２１とを組み合わせることで、全体的に枠型形状となる。支持部材２は、半導体チップＣの表面上に載置される。支持部材２の枠型形状は、半導体チップＣの形状に対応しており、正方形もしくは矩形となる。両者の形状を合わせておくことで、余分な空間を必要とすることなく、冷却装置を構成することができる。また、予め冷却装置と半導体チップＣとをユニット化しておくことも可能である。冷却装置と半導体チップＣの結合は、接着剤や両面テープなどの適宜の方法で行なうことができる。
【００４１】
高分子アクチュエータ１は、全体的に細長い薄い板状であり、その一端部は固定端１ａに相当し、他端部は自由端１ｂに相当する。固定端１ａを支持部材２により固定し、自由端１ｂが往復運動するように駆動される。図３は、高分子アクチュエータ１の配線接続構造を示す図である。
【００４２】
高分子アクチュエータ１の固定端１ａにおいて、金属電極層１１の上に配線接続領域が設定される。配線接続領域は、高分子アクチュエータ１の表裏両面に設定されている。高分子アクチュエータ１の表裏両側には、一対の配線用の金属電極板３が配置され、更にその表面側に一対の押圧部材４が配置される。
【００４３】
配線用の金属電極板３は、金属箔（金など）や金メッキされた銅箔により形成することで厚さを薄くすることができ好ましい。また、箔で形成することで、柔軟性を有し容易に変形することができる。あるいは、板金プレス加工された厚さの薄い金属電極板３を用いてもよい。金属電極板３の厚さは、１０μｍ〜０．１ｍｍ程度の厚さにすることが好ましい。かかる金属電極板３にリード線を半田付けすることで、駆動部５との接続が可能である。
【００４４】
押圧部材４は、金属電極板３を高分子アクチュエータ１の金属電極層１１に対して押圧するために設けられる。押圧部材４は、スポンジやゴムなどの圧縮しやすい材質により形成される。第１支持部材部分２０と第２支持部材部分２１を結合する時に、押圧部材４を圧縮させた状態で結合する。これにより、金属電極層１１と配線用の金属電極板３の間に与圧を作用させることができ、良好な電機接触状態を維持することができる。なお、第１支持部材部分２０と第２支持部材部分２１の結合は、適宜の方法で行なうことができる。例えば、両者をテープで接着したり、結合用の部品により結合することができる。あるいは、第１支持部材部分２０と第２支持部材部分２１が一体化された樹脂成形部品で形成されていてもよい。この場合は、高分子アクチュエータ１を取り付けるための溝（凹部）を形成し、この溝の中に、押圧部材４を圧縮させながら、高分子アクチュエータ１を組み立てることになる。
【００４５】
図２に示すように、枠型形状に形成された支持部材２の内部空間２ａに２つの高分子アクチュエータ１が配置される。枠型形状の互いに向かい合う２辺に夫々の固定端１ａが取り付けられる。駆動していない状態で、高分子アクチュエータ１の自由端１ｂは固定端１ａに対して直線的に真っ直ぐ伸びている。２つの高分子アクチュエータ１は平行に配置され、高分子アクチュエータ１同士の間隔は、枠型形状の１辺の長さの約１／３である。かかる配置構成によれば、スペース効率上、最も合理的な配置であるといえる。
【００４６】
駆動部５は、各高分子アクチュエータ１を駆動制御するための駆動回路により構成される。高分子アクチュエータ１を駆動する時の駆動電圧の波形を図４に示す。図示するように、駆動電圧は矩形波であり、２５Ｈｚの周波数となっている。なお駆動周波数については、目的に応じて、適宜変更可能である。ただし、駆動周波数は、高分子アクチュエータ１の形状により決まる固有周波数に一致させることで、大きく振動させることができ、効率がよい。
【００４７】
＜冷却装置の動作＞
次に、図２に示す半導体チップ用冷却装置の動作を図５により説明する。図５（ａ）は電圧を印加していない状態を示す。図５（ｂ）は、図示する極性の電圧を印加した場合の変形状態を示している。２つの高分子アクチュエータ１が互いに干渉しないように自由端１ｂが変形している。図５（ｃ）は、（ｂ）とは逆極性の電圧を印加した状態であり、（ｂ）とは反対方向の変形が生じている。従って、周期的に変化する電圧を印加することで、図５（ｂ）と（ｃ）の状態が周期的に繰り返されるので、風が発生し、半導体チップＣに対する冷却作用（強制冷却）を行うことができる。
【００４８】
高分子アクチュエータ１の寸法例を説明する。この図例では、全体形状は薄板状であり、厚さは０．２ｍｍ、本体の大きさは高さ２ｍｍ、長さが１５ｍｍの矩形である。なお、寸法は、半導体チップの大きさに合わせて任意に決めることができる。
【００４９】
本発明による冷却装置によれば、高分子アクチュエータ１を駆動することで風を発生するものである。原理的に高分子アクチュエータ１は騒音を発生せず、半導体チップが利用されるコンピュータを使用するに際して、騒音発生による不快感を与えないようにすることができる。また、上記寸法例からも理解されるように、冷却装置のサイズを小型化でき、使い勝手のよいものとすることができる。
【００５０】
高分子アクチュエータ１の自由端１ｂが往復運動する方向は、半導体チップＣの表面に沿った方向であり、かかる方向に設定することで、発生する風の方向が適切になり、効率よく半導体チップＣを冷却させることができる。
【００５１】
＜別実施形態に係る冷却装置の構成＞
別実施形態にかかる冷却装置の構成を図６の模式図に示す。この例では、高分子アクチュエータ１は１つのみ使用される。高分子アクチュエータ１の固定端１ａを支持するための支持部材２は矩形状に形成される。配線接続構造については、第１実施形態と同じとすることができる。
【００５２】
＜更に別の実施形態＞
冷却装置として使用される高分子アクチュエータ１の数については、特定の数値に限定されるものではなく、３個以上を使用してもよい。複数の高分子アクチュエータ１を使用する場合、異なる大きさ・形状のものを混在させて使用してもよい。
【００５３】
冷却対象となる半導体チップについては、特定の種類のチップに限定されるものではない。また、チップの大きさについても種々のものに対して適用することができる。また、１つの冷却装置で冷却させる半導体チップは１つだけでなく、複数の半導体チップを同時に冷却できるように構成してもよい。
【００５４】
本実施形態において、高分子アクチュエータ１の自由端１ｂが往復運動する方向は、半導体チップＣの表面に沿った方向であるが、これに代えて、半導体チップＣの表面に垂直な方向になるように高分子アクチュエータ１を取り付けてもよい。この場合も、高分子アクチュエータ１の配置個数は適宜とすることができる。また、１つだけ配置する場合は、半導体チップＣの表面の中心に配置することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】高分子アクチュエータの構造を示す模式図
【図２】半導体チップ用冷却装置の構成を示す模式図
【図３】高分子アクチュエータの配線接続構造を示す図
【図４】高分子アクチュエータの駆動電圧波形を示す図
【図５】半導体チップ用冷却装置の動作を説明する図
【図６】別実施形態に係る半導体チップ用冷却装置の構成を示す模式図
【符号の説明】
【００５６】
１        高分子アクチュエータ
１ａ      固定端
１ｂ      自由端
２        支持部材
２ａ      内部空間
３        金属電極板
４        押圧部材
１０      イオン交換樹脂層
１１      金属電極層
２０      第１支持部材部分
２１      第２支持部材部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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