(57)【要約】【課題】ノートＰＣの多機能化、高性能化に伴い、ノートＰＣの消費電力は増加傾向にある。以上のような薄型軽量のノートＰＣでの長時間使用には、バッテリー以外の給電手段が必要であるという課題が発生した。さらには、これらノートＰＣの台数は急激に増加しており、これら廃棄の際の電子部品のリサイクルが大きな課題となってきている。【解決手段】モジュール封止材料層を２つ以上の動作領域からなる半導体素子と熱電発電素子の接合面よりも上部に形成し、半導体素子内の２つ以上の動作領域間での温度差により熱起電力を得る。また、本発明の熱電発電素子は分離可能でかつ分離後、再使用可能な構造を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と熱電発電素子とからなるモジュールであって、前記半導体素子と前記熱電発電素子との接合面より上部にモジュール封止材料層が形成されていることを特徴とするモジュール。
【請求項２】
２つ以上の動作領域からなる半導体素子と熱電発電素子からなるモジュールであって、前記動作領域のうち一方に前記熱電発電素子の低温接合面が配置され、他方に高温接合面が配置されていることを特徴とするモジュール。
【請求項３】
半導体素子と熱電発電素子からなるモジュールであって、前記熱電発電素子の出力配線が前記半導体素子の給電配線と接続されていることを特徴とするモジュール。
【請求項４】
前記熱電発電素子の出力配線と、前記半導体素子の給電配線との間に電圧変換素子が配置されていることを特徴とする請求項３記載のモジュール。
【請求項５】
前記熱電発電素子の出力配線が前記半導体素子以外の電子部品の給電配線に接続されていることを特徴とする請求項３記載のモジュール。
【請求項６】
前記電子部品が表示装置であることを特徴とする請求項５記載のモジュール。
【請求項７】
前記電子部品が通信モジュールであることを特徴とする請求項５記載のモジュール。
【請求項８】
熱電発電素子による２つ以上の動作領域からなる半導体素子からの発熱を利用する給電方法であって、前記動作領域間の温度差により熱起電力を得ることを特徴とする電子部品への給電方法。
【請求項９】
前記電子部品が前記半導体素子であることを特徴とする請求項８記載の電子部品への給電方法。
【請求項１０】
前記電子部品が表示装置であることを特徴とする請求項８記載の電子部品への給電方法。
【請求項１１】
前記電子部品が通信モジュールであることを特徴とする請求項８記載の電子部品への給電方法。
【請求項１２】
半導体素子の上面に接合された熱電発電素子であって、前記半導体素子から分離可能でかつ分離後再使用可能な構造を有することを特徴とする熱電発電素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動作状態において発熱する半導体素子などの電子部品、特にコンパクトサイズの装置に装着される半導体素子などの発熱を利用して給電を行うモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱電発電素子は、放熱器を介して冷却用のファンモーターに接続されて、その熱起電力はファンモーターの駆動に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、熱発電素子を停電時もしくは意図的なスタンバイ時に情報処理機器に必要な補助電力装置として使用したり、電力蓄積手段に電力を供給するために使用しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３４００６６号公報（第９〜１０頁、第１図および第２図）
【特許文献２】
特開２００１−７５６８１号公報（第４頁、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ノートブックタイプのパーソナルコンピューター（以下、ノートＰＣ）等を長時間使用するためには、リチウムイオン２次電池などのバッテリーパックをより使用する必要がある。他方、近年のモバイルネットワーク環境の進展に伴い、より薄型軽量のノートＰＣが求められるようになってきている。また、ノートＰＣの心臓部であるマイクロプロセッサーユニットＭＰＵ（以下、ＭＰＵ）の動作周波数の性能向上に伴い、消費電力は増加傾向にある。さらに、ノートＰＣの多機能化、高性能化に伴い、ノートＰＣの消費電力は増加傾向にある。以上のような薄型軽量のノートＰＣでの長時間使用には、バッテリー以外の給電手段が必要であるという課題が発生した。さらには、これらノートＰＣの台数は急激に増加しており、これら廃棄の際の電子部品のリサイクルが大きな課題となってきている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、本発明に係る第一のモジュールでは、モジュール封止材料層が半導体素子と前記熱電発電素子との接合面より上部に形成されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る第二のモジュールでは、２つ以上の動作領域からなる半導体素子のうち、一方に熱電発電素子の低温接合面が配置され、他方に高温接合面が配置されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る第三のモジュールでは、熱電発電素子の出力配線が半導体素子の給電配線と接続されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る熱電発電素子では、熱電発電素子が分離可能でかつ分離後再使用可能な構造を有することを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る給電方法では、半導体素子内の２つ以上の動作領域間での温度差により熱起電力を得ること特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明におけるモジュール１の断面図を示した図である。モジュール１は、半導体素子２と熱電発電素子５とからなっている。半導体素子２は、集積回路部３と封止材料層４とからなっている。熱電発電素子５としてＳｉＧｅ合金系のものを用いた。熱電発電素子５を絶縁層を介して集積回路部３に接合した。この際、絶縁層として厚み３０μｍのエポキシ系樹脂を用いた。熱電発電素子５は集積回路部３と封止材料層４を介さずに接合している。このため、従来の構造よりも封止材料層４での熱損失が小さく、容量の大きい電力及び高い熱起電力を得ることができた。
【００１３】
本実施の形態１では、集積回路部３と熱電発電素子５の間には層間絶縁膜としてエポキシ系樹脂を用いたが、より絶縁性が高く、低誘電率の材料でも同様に実施可能である。
【００１４】
（実施の形態２）
図２は本実施の形態２におけるモジュール６の正面を示した図である。モジュール６は、いくつかの動作領域からなる半導体素子７と熱電発電素子８から構成されている。ＭＰＵなど高周波数動作を行う半導体素子７は、発生する熱が特定の場所に集中し、信頼性の低下を招かないように、半導体素子７の機能を２つ以上に分割し、同じ機能を得るために動作部位を移動させている。すなわち、図３に示すように、半導体素子７は、４つの動作領域９、１０、１１、１２からなっており、その機能は全く同等とした。最初に、動作領域９のみを動作させる。その他の動作領域は動作していないので動作領域９と動作領域１０、１１、１２との間では温度差が生じた。室温下では、動作領域９は動作中に７０℃まで上昇した。しばらくして、動作領域を図３の動作領域１０に移した。動作領域１０も暫くすると７０℃まで上昇した。このように、動作領域の温度がある程度まで上昇すると、９→１０→１１→１２というように動作領域を移し、非動作領域との温度差により熱起電力を得ることができた。
【００１５】
なお、本実施の形態２では、動作領域を４つとし、同じ機能を有する例について述べたが、２つ以上で温度差が生じる構造になっていれば、同一機能でなくとも同様に実施可能である。
【００１６】
また、本実施の形態２での構成により得られた熱起電力について、コントローラに給電することによりある一定以上の電位で動作領域の切り換えを行い得る構成としても同様に実施可能である。すなわち、熱起電力を半導体素子７内での動作領域の切り換えの温度センサー代わりに用いても同様に実施可能である。
【００１７】
（実施の形態３）
図４は、本実施の形態３における熱電発電素子１３と半導体素子１４との関係を示す回路図である。熱電発電素子１３は、半導体素子１４上面に接合されており、半導体素子１４の動作時の発熱と熱電発電素子１３上方との温度差を利用して、熱起電力を発生させている。半導体素子１４は、初期動作時には電源１６からの給電電力によって動作させるが、動作により発熱を生じると、熱電発電素子１３からの熱起電力が生じる。この熱起電力を給電配線１５により半導体素子１４に給電することで、半導体素子１４を動作させる。この熱電発電素子１３からの熱起電力が半導体素子１４への電源１６からの電力供給を抑制することができる。
【００１８】
なお、図５に示すように、熱電発電素子１３と半導体素子１４との間に接続されている給電配線１５との間に電圧変換素子１７を配置することにより、半導体素子１４に最適の電位に変換しながら熱起電力を供給しても同様に実施可能である。
【００１９】
また、本実施の形態３では、熱電発電素子からの熱起電力を接合された半導体素子そのものに給電している系について説明したが、その他、電子部品、例えば、表示装置や無線モジュールなどに給電する系であっても同様に実施可能である。また、前記電子部品が熱電発電素子に接合されていない半導体素子であっても同様に実施可能である。
【００２０】
（実施の形態４）
図６は、本実施の形態４におけるモジュール１８の断面を示す図である。モジュール１８は熱電発電素子１９と半導体素子２０とからなっている。半導体素子２０には放熱のためのアルミニウムからなる放熱板２１が集積回路部２２上に接合され、封入樹脂２３によって封入された構造となっている。また、熱電発電素子１９は、放熱板２１にちょうど填め込めるように設計されたアルミニウムからなる集熱板２４を備えた構造となっている。図６（ａ）に示したように、熱電発電素子１９と半導体素子２０は、初期では分離した構造となっており、ノートＰＣなどの情報処理機器に組み込む際に組み立てる。熱電発電素子１９と半導体素子２０とは両者に予め組み込まれた放熱板２１と集熱板２４同士を填め込んだ図６（ｂ）に示した状態にて使用する。図６（ｂ）の状態で、半導体素子２０が動作状態にあるときの発熱による熱電発電素子１９の両面の温度差を利用して熱起電力を生じさせる。そして、生じさせた熱起電力を他の電子部品などに利用する事ができる。
【００２１】
さらに、ノートＰＣなど情報処理機器が廃棄される際には、前述の放熱板２１と集熱板２４との填め込み構造を利用して、熱電発電素子１９を半導体素子２０から分離することが可能である（図６（ｃ））。そして、分離した熱電発電素子は、同じ形状をした放熱板２１を有する別の半導体素子に使用することが可能である。
【００２２】
以上のように、互いに填め込み構造を有する放熱板ならびに集熱板を有することにより、熱電効率が高く、分離再利用可能な熱電発電素子を実現することができた。
【００２３】
なお、本実施の形態４では、アルミニウムからなる放熱板と集熱板との填め込み構造によって分離再利用可能な熱電発電素子について述べたが、熱伝導効率が良好で、接着分離可能な構造体であれば、同様に実施可能である。
【００２４】
本実施の形態１から４において、熱電発電素子はＳｉＧｅ系のものに限らず、ビスマステルル系Ｂｉ２Ｔｅ３、鉛テルルＰｂＴｅ等の合金系、ナトリウムコバルト酸化物ＮａｘＣｏＯ２等の熱電発電素子でも同様に利用可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、熱電発電素子の利用によりバッテリー以外の給電手段の提供が可能になり、より薄型軽量のノートＰＣなどの情報処理機器の実現が可能となった。また、熱電発電素子を分離可能な構造とすることにより、熱電発電素子を再利用可能とし、省資源化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモジュールの断面構造を示す図
【図２】本発明の実施の形態２におけるモジュールの正面構造を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における半導体素子の正面構造を示す図
【図４】本発明の実施の形態３における熱電発電素子と半導体素子との関係を示す回路図
【図５】本発明の実施の形態３における熱電発電素子と半導体素子との関係を示す回路図
【図６】本発明の実施の形態４における熱電発電素子と半導体素子とからなるモジュールの断面図
【符号の説明】
１  モジュール
２  半導体素子
３  集積回路部
４  封止材料層
５  熱電発電素子
６  モジュール
７  半導体素子
８  熱電発電素子
９  動作領域１
１０  動作領域２
１１  動作領域３
１２  動作領域４
１３  熱電発電素子
１４  半導体素子
１５  給電配線
１６  電源
１７  電圧変換素子
１８  モジュール
１９  熱電発電素子
２０  半導体素子
２１  放熱板
２２  集積回路部
２３  封入樹脂
２４  集熱板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004158531.tif 000006
【図５】
2004158531.tif 000007
【図６】
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