JP2013026618A - 熱電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱電モジュールの熱伝達効率を増大させるための手段を提供する。
【解決手段】熱電モジュール１００は、一面に複数の溝が形成された上部基板１１０及び下部基板１２０と、前記複数の溝に埋め込まれるように形成される複数の放熱パッド１３２，１３４と、前記複数の放熱パッドの表面に形成され、前記複数の放熱パッドと一対一に対応するように形成される複数の電極１４２，１４４と、前記複数の電極と電気的に連結されるｐ型及びｎ型熱電素子とを含む。上部基板及び下部基板の夫々に形成された溝の内部に放熱パッドが埋め込まれるように形成することにより、熱伝達効率を極大化することができ、基板と電極との間の電気的ショート（Ｓｈｏｒｔ）が発生しないように絶縁体として用いることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱電モジュールに関し、特に、放熱パッドを含む熱電モジュールに関する。

化石エネルギー使用の急増は地球温暖化及びエネルギー枯渇の問題を引き起こしており、これにより、熱電モジュール（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｏｄｕｌｅ）に対する関心が高まっている。

熱電モジュールは、大気汚染を引き起こす原因物質の一つであるフロンガスなどに代えて冷却手段として活用されているだけでなく、ゼーベック効果（Ｓｅｅｂｅｃｋ Ｅｆｆｅｃｔ）による小型発電機としても広く用いられている素子である。

熱電モジュールは、熱電素子を介して金属が相互接地されて形成されたループに電流が流れると、フェルミエネルギー差により電位差が発生するようになり、電子が一方の金属面から他方に移動するために必要なエネルギーを持っていくため、吸熱または冷却が起こるようになる。

一方、他の金属面は前記電子が持ってきたエネルギーだけの熱エネルギーを逃がすことによって熱が発生するが、これがペルチェ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ Ｅｆｆｅｃｔ）であり、熱電素子による冷却装置の作動原理となる。

この際、前記半導体の種類及び電流の流れる方向によって吸熱と放熱の位置が決まり、材質によってその効果にも差が発生する。

図１は、一般的な構造の熱電モジュールを示す概略的な断面図である。

通常の熱電モジュール１０は、Ｎ型熱電素子１１とＰ型熱電素子１２とが電極３、６によって電気的に連結されており、これに直流電流が加えられると、上部基板１３では吸熱が、下部基板１４では放熱が起こる。この場合、上述したように、電流の方向によって吸熱と放熱の位置は変更されることができる。

一方、上部基板１３及び下部基板１４は、高い熱伝達性を有する同時に、熱絶縁性を有するように形成され、熱伝達効率を極大化する必要がある。

韓国公開特許第１０−２０１０−００２５０６７号公報

本発明の実施形態は熱電モジュールに関するものであり、熱伝達効率を増大させるための手段を提供することをその目的とする。

前記課題を解決するための本発明の実施形態による熱電モジュールは、一面に複数の溝が形成された上部基板及び下部基板と、前記複数の溝に埋め込まれるように形成される複数の放熱パッドと、前記複数の放熱パッドの表面に形成され、前記複数の放熱パッドと一対一に対応するように形成される複数の電極と、ｐ型素子及びｎ型素子を含み、前記複数の電極と電気的に連結される熱電素子と、を含む。

また、前記課題を解決するための本発明の実施形態による熱電モジュールは、下面に第１の溝が形成された上部基板と、前記上部基板と対向する上面に第２の溝が形成された下部基板と、前記上部及び下部基板の前記第１及び第２の溝に夫々埋め込まれるように形成される第１及び第２の放熱パッドと、前記第１及び第２の放熱パッドの夫々と一対一に対応するように形成され、熱電モジュールに電源が印加される時、電源の流れを案内する第１及び第２の電極と、互いに対向するように形成された第１及び第２の電極の間に形成される熱電素子と、を含む。

本発明の実施形態は、上部基板及び下部基板の夫々に形成された溝の内部に放熱パッドが埋め込まれるように形成することにより、熱伝達効率を極大化することができ、基板と電極との間の電気的ショート（Ｓｈｏｒｔ）が発生しないように絶縁体として用いられることができる。

通常の熱電モジュールを示す断面図である。 本発明の一実施形態による熱電モジュールを示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を説明する。しかし、これは例示に過ぎず、本発明はこれに限定されない。

本発明を説明するにあたり、本発明に係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は本発明においての機能を考慮して定義された用語であり、これは使用者、運用者の意図または慣例などによって変わることができる。従って、その定義は本明細書の全体における内容を基に下すべきであろう。

本発明の技術的思想は請求範囲によって決まり、以下の実施形態は本発明の技術的思想を本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に効率的に説明するための一つの手段に過ぎない。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による熱電モジュールを説明すると、次のとおりである。

図２は本発明の一実施形態による熱電モジュールを示す図面である。

図２に図示されたように、本発明による熱電モジュール１００は、基板１１０、１２０と、放熱パッド１３２、１３４と、電極１４２、１４４と、熱電素子１５０と、を含む。

基板１１０、１２０は、上部基板１１０及び下部基板１２０で構成され、この上部基板１１０及び下部基板１２０によって上／下面の外観が形成される。

上述した上部基板１１０及び下部基板１２０は、熱電モジュール１００に電源が印加される時、発熱または吸熱反応を起こすものであり、熱伝導性の高い材質で形成される。一例として、上部基板１１０及び下部基板１２０は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及びアルミナ（Ａｌｕｍｉｎａ）の何れか一つの導電性金属で形成されることができる。

上部基板１１０の下面及び下部基板１２０の上面の夫々には、一定の間隔を隔てて複数の溝１２５が形成されることができる。この際、溝１２５は、湿式または乾式エッチング工程により形成されることができる。

本発明による溝１２５は、後程説明される放熱パッド１３２、１３４を埋め込むための空間として用いられる。

また、上部基板１１０及び下部基板１２０の夫々の厚さが一例として１００μｍであると仮定すると、溝の深さは一例として、１０μｍであることができる。

放熱パッド１３２、１３４は、上部基板１１０及び下部基板１２０の夫々に形成された溝１２５の内部に埋め込まれるように形成され、熱伝達効率を極大化することができ、基板１１０、１２０と電極１４２、１４４との間の電気的ショート（Ｓｈｏｒｔ）が発生しないように、絶縁体として用いられることができる。

放熱パッド１３２、１３４は、上部基板１１０の下面の溝に形成される上部放熱パッド１３２と、下部基板１２０の上面の溝に形成される下部放熱パッド１３４と、を含んで構成されることができる。

放熱パッド１３２、１３４は、一例として、高分子樹脂で形成されることができる。本発明における高分子樹脂は、シリコン樹脂に熱伝導性フィラーを分散して形成されたものである。

より具体的には、放熱パッド１３２、１３４は、ゲル（Ｇｅｌ）化させたシロキサンポリマー（Ｓｉｌｏｘａｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）に、熱伝導率（Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）の高いアルミナ（Ａｌｕｍｉｎａ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の何れか一つの熱伝導性フィラーを組み合わせて放熱用ペーストに形成されることができる。

このような放熱パッド１３２、１３４は、スクリーン印刷及び乾燥方式を利用して完成されることができる。

電極１４２、１４４は、熱電モジュール１００に電源が印加される時、電源の流れを案内することができる。

電極１４２、１４４は、一例として、電気伝導度の高い導電性金属である銅（Ｃｕ）で形成されることができ、電極１４２、１４４の厚さは、一例として、１００μｍであることができる。

電極１４２、１４４は、上部基板１１０の下面と接触する上部電極１４２と、下部基板１２０の上面と接触する下部電極１４４と、を含んで構成されることができる。

より具体的には、上部電極１４２は上部基板１１０の溝に形成された上部放熱パッド１３２夫々と一対一に対応するように形成され、下部電極１４４は下部基板１２０の溝に形成された下部放熱パッド１３４夫々と一対一に対応するように形成されることができる。

この際、上部電極１４２及び下部電極１４４の長側の長さは、一例として、夫々と対応する放熱パッド１３２、１３４の長側の長さより小さく形成されることができる。

これは、電極１４２、１４４の長側の長さを放熱パッド１３２、１３４の長側の長さより小さく形成することにより、基板１１０、１２０と所定の距離を置いて離隔するようにし、電極１４２、１４４と基板１１０、１２０との間のショート（Ｓｈｏｒｔ）を防止するためである。

熱電素子１５０は電極１４２、１４４と電気的に連結され、電極１４２、１４４に直流電流が加えられると、上部基板１１０では放熱、下部基板１２０では吸熱が発生する。しかし、本発明の一実施形態はこれに限定されず、下部基板１２０では放熱、上部基板１１０では吸熱が発生することもできる。

このような熱電素子１５０は、Ｐ型熱電素子ＰとＮ型熱電素子Ｎとを含んで構成されることができる。

このように、本発明による熱電モジュール１００は、上部基板１１０及び下部基板１２０の夫々に形成された溝１２５の内部に放熱パッド１３２、１３４が埋め込まれるように形成することにより、熱伝達効率を極大化することができ、基板１１０、１２０と電極１４２、１４４との間の電気的ショート（Ｓｈｏｒｔ）が発生しないように、絶縁体として用いられることができる。

１００ 熱電モジュール

Claims (12)

1. 一面に複数の溝が形成された一対の基板と、
   前記複数の溝に埋め込まれるように形成される複数の放熱パッドと、
   前記複数の放熱パッドの表面に形成され、前記複数の放熱パッドと一対一に対応するように形成される複数の電極と、
   ｐ型素子及びｎ型素子を含み、前記複数の電極のうち対応する電極と電気的に連結される熱電素子と
   を含む熱電モジュール。
2. 前記一対の基板の厚さは、１００μｍである請求項１に記載の熱電モジュール。
3. 前記複数の溝の深さは、１０μｍである請求項２に記載の熱電モジュール。
4. 前記放熱パッドの長手方向の長さは、前記電極の長手方向の長さより長く形成される請求項１から３の何れか１項に記載の熱電モジュール。
5. 前記放熱パッドは、高分子樹脂で形成される請求項１から４の何れか１項に記載の熱電モジュール。
6. 前記高分子樹脂は、
   ゲル（Ｇｅｌ）化させたシロキサンポリマー（Ｓｉｌｏｘａｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）に、熱伝導率の高いアルミナ（Ａｌｕｍｉｎａ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の何れか一つの熱伝導性フィラーを組み合わせて放熱性ペーストに形成されたものである請求項５に記載の熱電モジュール。
7. 一方の面に第１の溝が形成された一方の基板と、
   前記一方の基板の一方の面と対向する面に第２の溝が形成された他方の基板と、
   前記一方の基板の前記第１の溝に夫々埋め込まれるように形成される第１の放熱パッドと、
   前記他方の基板の前記第２の溝に夫々埋め込まれるように形成される第２の放熱パッドと、
   前記第１の放熱パッドの夫々と一対一に対応するように形成され、熱電モジュールに電源が印加される時、電源の流れを案内する第１の電極と、
   前記第２の放熱パッドの夫々と一対一に対応するように形成され、熱電モジュールに電源が印加される時、電源の流れを案内する第２の電極と、
   互いに対向するように形成された第１の電極及び第２の電極の間に形成される熱電素子と
   を含む熱電モジュール。
8. 前記第１の放熱パッドの長手方向の長さは、前記第１の電極の長手方向の長さより長く形成され、前記第２の放熱パッドの長手方向の長さは、前記第２の電極の長手方向の長さより長く形成される請求項７に記載の熱電モジュール。
9. 前記第１の放熱パッド及び前記第２の放熱パッドは、高分子樹脂で形成される請求項７または８に記載の熱電モジュール。
10. 前記高分子樹脂は、
    ゲル（Ｇｅｌ）化させたシロキサンポリマー（Ｓｉｌｏｘａｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）に、熱伝導率の高いアルミナ（Ａｌｕｍｉｎａ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の何れか一つの熱伝導性フィラーを組み合わせて放熱性ペーストに形成されたものである請求項９に記載の熱電モジュール。
11. 前記一方の基板及び前記他方の基板の夫々の厚さは、１００μｍである請求項７から１０の何れか１項に記載の熱電モジュール。
12. 前記第１の溝及び前記第２の溝の深さは、１０μｍである請求項７から１１の何れか１項に記載の熱電モジュール。

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