JP6802450B2 - Absorption / heat dissipation semiconductor module, defroster and snow melting device - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a heat absorbing / radiating semiconductor module, and an absorbing / radiating semiconductor device, a defrosting device, and a snow melting device configured by using the semiconductor module.
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。 As an example of the prior art relating to a thawing device, the following patent document states that in a thawing device for thawing frozen foodstuffs, fin-shaped protrusions are provided on the back surface of a thawing plate supported by a case, and the outside of the case is provided there. It is described that air is forcibly supplied to promote the conduction of heat from the thaw plate to the food.
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。 However, the defroster described in the patent document is enlarged because it is provided with a blower for sucking air from the outside of the device and sending it to the back surface side of the thaw plate, a case serving as an air passage, and the like. There was a problem such as the need for a power supply to operate. The present invention has been made focusing on such a problem, and an object of the present invention is to provide an absorption / heat dissipation semiconductor module that operates without an external power source, and a defrosting device and a snow melting device as its application products.
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、
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いる。
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。
In the absorption / heat dissipation semiconductor module according to the present invention, P and N semiconductors are alternately connected in series by conductive connecting members to form an internal circuit, the ends of the internal circuits are connected, and the conductive connecting members are alternately connected to the front side. The front side of the internal circuit, which is joined to the insulating layer and the backside insulating layer,
The back surface is covered with the front-side insulating layer and the back-side insulating layer .
A diode element is interposed at the end of the internal circuit so that the front-side insulating layer has a heat-dissipating action and the back-side insulating layer has an endothermic action .
An electric heater may be arranged outside the backside insulating layer, and the electric heater may be interposed at the end of the internal circuit.
The absorption / heat dissipation semiconductor device according to the present invention is formed by aligning two or more of the absorption / heat dissipation semiconductor modules and stacking them one above the other.
The defrosting device according to the present invention includes the absorption / heat dissipation semiconductor module.
The snow melting device according to the present invention includes the absorption / heat dissipation semiconductor module.
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。 When a temperature difference is applied between the front surface and the back surface, the absorption / heat dissipation semiconductor module according to the present invention operates without an external power source or the like because a current spontaneously flows through the internal circuit due to the Seebeck effect. Therefore, application products of this semiconductor module such as a defrosting device and a snow melting device can be easily and compactly configured.
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。 FIG. 1 is an exploded view of an absorption / heat dissipation semiconductor module as an example of an embodiment, and FIG. 2 is a front view of the absorption / heat dissipation semiconductor module.
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。
The
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。
The front
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。
The
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。
As described above, when a temperature difference is applied between the front surface and the back surface of the
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。
The above action will be described in more detail. When a temperature difference is given to the upper and lower ends of the
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。
As an application of the
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。
3 (a) and 3 (b) are both perspective views of an absorption / heat dissipation semiconductor device in which a plurality of the semiconductor modules are laminated. There is no particular limitation on the number of
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。
If a plurality of
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。
In the example shown in FIG. 3A, a plurality of the semiconductor modules are stacked. It is advisable to bond the modules with an adhesive or the like so as not to include air bubbles there. In this configuration, since the
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。
In the example shown in FIG. 3A, the front
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。
FIG. 4 is an exploded view of a semiconductor module as another example of the embodiment, and FIG. 5 is a front view of the semiconductor module.
In this example, a
The
Further, the
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。
Since the
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。
As a preferable application of the
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
1 Absorption / heat
Claims (5)
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吸/放熱半導体モジュール。 P and N semiconductors are alternately connected in series with conductive connecting members to form an internal circuit, the ends of the internal circuit are connected, and the conductive connecting members are alternately joined to the front side insulating layer and the back side insulating layer. In this way, the front and back surfaces of the internal circuit are covered with the front-side insulating layer and the back-side insulating layer .
An endothermic / heat-dissipating semiconductor module in which a diode element is interposed at the end of the internal circuit so that the front-side insulating layer has a heat-dissipating action and the back-side insulating layer has a heat-absorbing action.
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