(57)【要約】【課題】外部電源なしで動作する吸／放熱半導体モジュールを提供する。【解決手段】吸／放熱半導体モジュール１は、Ｐ、Ｎ半導体１２、１３を導電接続部材１４で交互に直列接続して内部回路を形成し、この内部回路の終端を接続させるとともに、それらの導電接続部材１４を交互に表側絶縁層１０と裏側絶縁層１１とに接合させるようにして、前記内部回路の表、裏面に表側絶縁層１０と裏側絶縁層１１とを被せた構成にしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ、Ｎ半導体を導電接続部材で交互に直列接続して内部回路を形成し、この内部回路の終端を接続させるとともに、それらの導電接続部材を交互に表側絶縁層と裏側絶縁層とに接合させるようにして、前記内部回路の表、裏面に前記表側絶縁層と前記裏側絶縁層とを被せた構成にしている吸／放熱半導体モジュール。
【請求項２】
前記表側絶縁層が放熱作用をなし、かつ前記裏側絶縁層が吸熱作用をなすように前記内部回路の終端にダイオード素子を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の吸／放熱半導体モジュール。
【請求項３】
前記裏側絶縁層の外側に電熱体を配置させ、該電熱体を前記内部回路の終端に介在させている請求項２に記載の吸／放熱半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載の吸／放熱半導体モジュールを２以上、整列させて上下に積層させてなる吸／放熱半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の吸／放熱半導体モジュールを備えたことを特徴とする解凍装置。
【請求項６】
請求項３記載の吸／放熱半導体モジュールを備えたことを特徴とする融雪装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸／放熱半導体モジュールと、その半導体モジュールを用いて構成される吸／放熱半導体装置、解凍装置、融雪装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
解凍装置に係る従来技術の例として、次の特許文献には、冷凍された食材を解凍する解凍器において、ケースに支持された解凍板の裏面にフィン状の突起を設け、そこにケース外の空気を強制的に供給して解凍板から食材への熱の伝導を促進することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２０２０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記特許文献に記載の解凍器は、器外から空気を吸込んで解凍板の裏面側に送るための送風装置やその空気の通路となるケース等を備えるために大型化してしまう、又送風装置を作動させるための電源を必要とする等の問題があった。本発明はこのような問題に着目してなされたものであって、外部電源なしで動作する吸／放熱半導体モジュールと、その応用製品として解凍装置、融雪装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による吸／放熱半導体モジュールは、Ｐ、Ｎ半導体を導電接続部材で交互に直列接続して内部回路を形成し、この内部回路の終端を接続させるとともに、それらの導電接続部材を交互に表側絶縁層と裏側絶縁層とに接合させるようにして、前記内部回路の表、裏面に前記表側絶縁層と前記裏側絶縁層とを被せた構成にしている。
前記表側絶縁層が放熱作用をなし、かつ前記裏側絶縁層が吸熱作用をなすように前記内部回路の終端にダイオード素子を介在させてもよい。
前記裏側絶縁層の外側に電熱体を配置させ、該電熱体を前記内部回路の終端に介在させてもよい。
本発明による吸／放熱半導体装置は、前記吸／放熱半導体モジュールを２以上、整列させて上下に積層させてなる。
本発明による解凍装置は、前記吸／放熱半導体モジュールを備えている。
本発明による融雪装置は、前記吸／放熱半導体モジュールを備えている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による吸／放熱半導体モジュールは、表面と裏面との間に温度差が与えられると、ゼーベック効果によって、前記内部回路に自発的に電流が流れるので、外部電源等なしで動作する。そのため解凍装置、融雪装置等、この半導体モジュールの応用製品が簡単、かつコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の一例とされる吸／放熱半導体モジュールの分解図である。
【図２】図１に示した吸／放熱半導体モジュールの正面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はいずれも前記半導体モジュールを複数枚積層してなる吸／放熱半導体装置の斜視図である
【図４】実施形態の他例とされる吸／放熱半導体モジュールの分解図である。
【図５】図４に示した吸／放熱半導体モジュールの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は実施形態の一例とされる吸／放熱半導体モジュールの分解図、図２はその吸／放熱半導体モジュールの正面図である。
【０００９】
半導体モジュール１は、平坦なパネル形状であり、その表面、裏面はそれぞれ表面絶縁層１０、裏面絶縁層１１になっている。表面絶縁層１０と裏面絶縁層１１との間には、Ｐ、N半導体１２、１３が導電接続部材１４によって交互に直列接続されて内部回路を形成している。内部回路の終端は接続されてループ状の閉回路になっている。導電性接続部材１４は例えば金属片等であって、これらを交互に表側絶縁層１０と裏側絶縁層１１とに接合させるようにして、前記内部回路の表、裏面に表側絶縁層１０と裏側絶縁層１１とを被せた構成になっている。このような基本構成とされた半導体モジュール１は、後述のように、表面と裏面との間に温度差が与えられると、ゼーベック効果によってこの内部回路に電流が流れるので、外部電源なしで自発的に動作する。又特別な制御回路等も必要とされない。そのため例えば解凍装置等の半導体モジュール１の応用製品が簡単かつコンパクトに構成できる。
【００１０】
表面絶縁層１０、裏面絶縁層１１は例えばアルミナ等のセラミックからなる。半導体モジュール１は更にその外表面全体、又は表面絶縁層１０、裏面絶縁層１１の間隙を含む外周面全体が樹脂等によって防水処理されていてもよい。
【００１１】
半導体１２、１３はいずれも微小な長方体形状である。内部回路は途中で交差せずに一筆書できる経路によって全ての半導体１２、１３を直列接続している。そのような経路の一例を破線によって示している。直列接続の各接続点では、半導体１２、１３が導電接続部材１４を介して電気接続されており、この導電接続部材１４が表面絶縁層１０又は裏面絶縁層１１に接合されている。この接合は、導電接続部材１４と、表面絶縁層１０又は裏面絶縁層１１との間で良好な熱伝導がなされる方法によるものとする。
【００１２】
半導体モジュール１は、前記の通り、その表面と裏面との間に温度差が与えられると、半導体１２、１３の各々にゼーベック効果による起電力が生じて内部回路に自発的な電流が流れる。
【００１３】
前記作用をより詳細に説明する。半導体１２、１３の上下両端に温度差が与えられると、各半導体１２、１３では高温部分に多くのキャリアーが生じ、このキャリアーが低温部分に拡散していく現象が生じる。半導体１２のキャリアーは正孔であり、半導体１３のキャリアーは電子である。そのため低温側の接続点では半導体１２から半導体１３に向けて電流が流れ、逆に高温側の接続点は、半導体１３から半導体１２に向けて電流が流れることになる。又高温部分でキャリアーが生じる際にエネルギーが吸収され、低温部分でキャリアーが消滅する際にそのエネルギーが放出されることも同時に起きる。つまり半導体モジュール１は、その表面と裏面との間に温度差が与えられると、半導体１２、１３からなる内部回路に電流が流れ、かつ高温側の面で吸熱しその熱を低温側の面で放熱するという特異な吸／放熱作用をなす。
【００１４】
前記のような特異な吸／放熱作用を活かす半導体モジュール１の用途としては、例えば冷凍された食品を解凍する解凍装置が考えられる。具体的には、半導体モジュール１によって構成された解凍装置をテーブルにセットして、その表面に解凍すべき食品等を載せる。すると解凍装置に前記吸／放熱作用が生じて食品等の解凍が促進される（自然解凍よりも早く解凍できる）。ここで特筆すべきは半導体モジュール１が外部電源も、特段の制御も必要としない点である。又食品が解凍されると、前記吸／放熱作用はやがて自然停止するので食品が熱くなるおそれもない。
【００１５】
図３（ａ）、（ｂ）はいずれも前記半導体モジュールを複数枚積層してなる吸／放熱半導体装置の斜視図である。半導体装置２を構成する半導体モジュール１の数に特段の制限はない。又半導体装置２の外表面全体、又は外周面全体が樹脂等によって防水処理されていてもよい。
【００１６】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように半導体モジュール１を複数枚積層すれば、半導体装置２の表面と裏面との温度差を、半導体モジュール１の各々が分担することになる。前記の吸／放熱作用ではその前提となる温度差に最適な範囲があるので、半導体モジュール１の各々が担う温度差を調節することは、半導体装置２の使用環境等によっては非常に有効である。
【００１７】
図３（ａ）に示す例では、前記半導体モジュールが複数枚積層されている。モジュール間はそこに気泡を含めないように接着剤等で結合させるとよい。この構成では前記半導体モジュール１をそのまま積層しているので製造が容易であるという効果がある。
【００１８】
図３（ａ）に示す例では、中間部に配置される半導体モジュール１の表面絶縁層１０、裏面絶縁層１１が、その上下に隣接するモジュールと共用されている。この構成では、絶縁層１０、１１の数が少なくなるので、吸／放熱作用が迅速になるという効果がある。ただし製造は前記よりも難しくなると考えられる。
【００１９】
図４は実施形態の他例とされる半導体モジュールの分解図、図５はその半導体モジュールの正面図である。
この例では、二種類の半導体１２、１３が交互に直列接続されて形成された内部回路の終端に、ダイオード素子１５と電熱体１６とを介在させている。ダイオード素子１５は一例としてチップタイプとしており、そのアノード、カソード端子は導電接続部材１４に接続されている。ダイオード素子１５は、表面絶縁層１０に接合されている接続点が放熱作用をなし、かつ裏面絶縁層１１に接合されている接続点が吸熱作用をなすように内部回路の電流方向を規制するように向けられている。なおダイオード素子１５は、表面絶縁層１０と裏面絶縁層１１との間に配置せず外側に配置してもよい。
電熱体１６は、裏面絶縁層１１の外側面全体に広がるように配置されている。具体的には、導電接続部材１４に接続された導電線１８が裏面絶縁層１１の縁部に形成された切欠部又は孔部１１ａから導出されており、電熱体１６はその導電線１８に接続されて、裏面絶縁層１１の外側面全体に広がっている（一点鎖線参照）。電熱体１６はニクロム線等で予め形成したパターンを裏面絶縁層１１に貼り付けたものでもよいし、導電性塗料等によって裏面絶縁層１１に印刷形成したものでもよい。
更に、電熱体１６が配置された裏面絶縁層１１の全体を覆うように断熱層１７が形成されている。断熱層１７は電熱体１６の発熱を外部に逃さないためのものである。断熱層１７の素材等は特に制限されない。例えば断熱層１７として発泡スチロール等を用いていてもよい。なお半導体モジュール１は更にその外表面全体、又は外周面全体が樹脂等によって防水処理されていてもよい。
【００２０】
この半導体モジュール１は、内部回路にダイオード素子１５が挿入されているので、ゼーベック効果による電流が許容されるのは、表面が低温、裏面が高温の場合のときのみである。この電流によって電熱体１６が発熱し、その熱が半導体モジュール１の裏面側から吸熱されて表面から放熱される。つまり本実施形態では、半導体モジュール１は表面と裏面との温度差が小さい場合でも確実に作動する。なおダイオード素子１５は、表面に熱が与えられたときに、その熱と電熱体１６の発熱とによって半導体モジュール１全体が高温になってしまう状況を防止する目的がある。
【００２１】
本実施形態の半導体モジュール１の好ましい用途としては、例えば融雪装置（融雪瓦）が考えられる。具体的には、融雪装置の表面側に半導体モジュール１を組み込めばよい。そうすれば気温が低いときでも外部電源なしで融雪装置上に積もった雪を融雪できるという効果が得られる。なおこの半導体モジュール１はもちろん解凍装置にも応用できる。
【符号の説明】
【００２２】
１            吸／放熱半導体モジュール
１０          表面絶縁層
１１          裏面絶縁層
１２、１３    Ｐ、Ｎ半導体
１４          導電接続部材
１５          ダイオード素子
１６          電熱体
【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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