KR100705354B1 - 열전모듈 냉각부 가이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전반도체 모듈의 냉각부 가이드를 갖는 열전모듈에 관한 것으로, 열전반도체의 냉각부의 열에너지의 흐름을 가이드 하는 것과, 열전반도체 모듈이 흡열부의 냉각시에 냉각대상체와 냉각부 가이드와 열적 결합을 이루어 냉각대상체에서 이슬점맺침 현상이 나타나지 않는 특징이 있다. 열전반도체 모듈 냉각부 가이드 구성은, 제 1 열전도체(100)와 제 2 절연단열체(200)를 접합하고, 제2 절연단열체(200)와 방열부 기판(400)이 접합되어 열전모듈 냉각부 가이드 형상 구성되며, 열전반도체 모듈이 가이드 내부에 위치하여 열전반도체 모듈과 냉각부 가이드와의 공간에는 씰링(700)을 하여 열전반도체 모듈 냉각부 가이드가 형성되는 것을 특징으로 한다.

열전반도체, 가이드,

Description

열전모듈 냉각부 가이드 {Thermoelectric module naenggagbu guide}

도 1 은 종래의 열전반도체 모듈 구성을 개략적으로 도시한 단면도.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 열전반도체 모듈 냉각부 가이드 구성을 개략적으로 도시한 단면도.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 열전반도체 모듈 냉각부 가이드 구성을 개략적으로 도시한 평면도.

도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 열전반도체 모듈의 알루미나기판 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열전반도체 모듈의 알루미나기판 도시한 평면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열전반도체 모듈 냉각부 가이드를 실시한 단면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 열전반도체 모듈 냉각부 가이드를 실시한 단면도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열전반도체 모듈 냉각부 가이드를 실시한 단면도.

도 9는 본 발명의 실시에에 따른 열전반도체 모듈 냉각부 가이드를 실시하여 온도변화를 나타낸 단면도 및 온도 분포도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 접합면 20: 전극리드

100: 제1 열전도체 가이드 200: 제2 절연단열체 가이드

300: 냉각부 알루미나 기판 400: 방열부 알루미나 기판

500: 열전소자 600: 전극(전도판)

700: 실링 공간

본 발명은 열전반도체 모듈에 냉각부 가이드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전반도체 모듈의 냉각부와 냉각대상체와 기계적 및 열적으로 접합되어 열전모듈의 냉각시에 외부와의 기계적 및 열적 차단을 하는 것이다.

제 1열전도체(100)를 제 2단열절연체(200)와 접합하여 가이드를 형성하고 열전모듈의 방열부 기판에 접합하며 그 내부에 열전모듈이 형성되는며 열전모듈과 냉각부 가이드 사이의 공간에는 씰링으로 하여 열전모듈 냉각부 가이드를 형성한 것이다.

이러한 열전반도체 모듈은 냉각부의 열에너지의 흐름을 가이드 하는 역할을 하고, 열전반도체 모듈의 냉각부와 냉각대상체 간의 열적 결합을 하여 외부온도와의 열전 차단이 이루어져 냉각 대상체의 이슬점 맺힘 현상이 나타나지 않게 하는 것이다.

일반적으로 열전반도체 모듈은 서로 다른 종류의 반도체소자를 접합하여 전기 회로를 형성하고, 직류 전류를 흘리면 한쪽 접합부에서는 발열 현상이 발생하고, 다른 쪽 접합부에서는 흡열 현상이 발생한다. 이러한 현상은 펠티어 효과(Peltier effect)라 불린다. 펠티어 효과를 이용하여 대상물을 전자적으로 냉각하는 것을 열전 냉각이라 하고, 이러한 목적으로 구성된 소자를 열전 냉각 소자 또는 펠티어 소자라 한다. 또한, 두 개의 접합부 사이에 온도차를 발생시키면 온도차에 비례한 기전력이 발생한다. 이 현상을 제백 효과(Seebeck effect)라 하고, 발생한 기전력을 이용하여 행하는 발전은 열전 발전이라 한다.

열전 냉각은 고체 소자에 의한 냉각이기 때문에 유해한 냉매 가스를 사용할 필요가 없고, 소음 발생도 없으며 국부 냉각도 가능하다는 특징이 있다. 또한, 전류 방향의 전환으로 펠티어 효과에 의한 가열도 가능하기 때문에 정밀한 온도 조절이 가능하다. 게다가 구조가 간단하여 다른 발전 장치나 냉각 장치에 비해서 소형화에도 유리한 조건을 구비하고 있어 유용성이 높다.

상기와 같은 열전모듈은 일반적으로 p형과 n형으로 이루어진 두 종류의 열전반도체 소자를 배열하고, 열전 반도체 소자를 금속전도 판에 납땜하여 접합하여, π형 직렬회로를 구성하고, 이렇게 구성된 열전 반도체소자 및 금속 전도판을 세라믹 기판에 끼워서 구성한 것이 열전모듈로서 넓게 사용되고 있다.

종래의 열전반도체 모듈은 냉각부 기판의 크기와 방열부 기판의 크기가 같고 흡열과 발열을 이루어 냉각 대상체의 일면에 밀착 하여 사용하였다. 그러나 이러한 모듈은 냉각 대상체의 열에너지 펌핑에는 효과 적으로 사용할 수있으나 반도체 칩 과 같은 전기적 회로가 있는 대상체에는 급격한 냉각을 할 경우는 이슬점이하의 온도차에 의한 이슬맺힘 이라는 큰 문제를 않고 있어 사실상 사용이 불가능 하다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명이 안출 된 것으로. 냉각대상체의 열전모듈 간의 기계적 및 열적으로 결합하여 열에너지의 흐름을 유도하고 냉각대상체에 이슬맺힘 형상을 방지하여 전자회로가 있는 반도체칩의 원활한 운용을 목적 으로 한다.

상기의 목적을 달성하고자 본 발명의 열전반도체 모듈 냉각부 가이드 구성은, 제 1 열전도체(100)와 제 2 절연단열체(200)를 접합하고, 제2 절연단열체(200)와 방열부 기판(400)이 접합되어 열전모듈 냉각부 가이드 형상 구성되며, 열전반도체 모듈이 가이드 내부에 위치하여 열전반도체 모듈과 냉각부 가이드와의 공간에는 씰링(700)을 하여 열전반도체 모듈 냉각부 가이드가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 열전반도체 모듈에 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 개략적인 단면도이다.

제 1열전도체(100)를 열전반도체 모듈의 단면으로 가이드를 형성하고 제 1열전도체와 크기가 같게 제 2절연단열체(200)를 형성하여 메탈라이징(10) 또는 에폭시게열의 접합체로 접합하다. 그리고 제 2단열절연체(200) 가이드를 열전반도체 모듈의 방열부 기판(400)에 접합한다. 열전모듈의 냉각부 기판(300)이 방열부 기판보다 적은 크기로 하여 냉각부 가이드와 냉가부 기판이 포함한 크기가 방열부 크기와 같으며, 냉각부 기판과 제 1열전도체(100) 가이드와는 평행을 유지하게 가이드르 압착 하여 접합하다. 또한, 냉가부 면과 냉각부 가이드 내부면 사이에는 일정한 공간(700)이 형성되며 그 내부에 에폭시 및 실리콘 계열의 단열성과 절열성을 갖는 접합체로 씰링(700)을 한다.

도 3 을 참조하면, 제1 열전도체(100)와 제2 단열절연체(200)가 사각형의 형태로 구성되며 크기는 제 1열전도체와 제2 단열체가 같고, 그 내부에 열전모듈이 삽입되어 진다. 냉가부 기판(300)과 전극(전도판)의 패턴과 방열부 기판(400)의 전극(전도판)(600) 패턴 을 도시 한 것이다.

도 4를 참조 하면, 방열부 기판에 전극패턴과 전류 인가 리드(20)이 있고 방열부 기판(400) 외각으로 제 2절연단열체를 접합하기위한 메탈라이칭(10) 을 도시한 방열부 기판이다.

도 5를 참조 하면 . 냉각부 기판에 전극(전도판) 팬턴을 도시한 것이다.

도 6. 7. 8를 참조하며, 열전반도체 모듈 냉각부 가이드가 있는 열전모듈을 유니드에 적용하여 작용을 나타낸 것를 도시한 것이다. 다양한 냉가대상물에 적합한 형상을 갖고자 제 1열전도체(100)는 다양한 형상을 하여 제 2절연단열체(200)에 접합하여 사용된다.

도 9를 참조 하면, 제 1열전도체 가이드에서 냉각대상체에서 발열하는 열에너지가 열전도를 이루어지고 냉각대상체와 열적결합을 하여 외부와의 열적 보호막을 형성하고 그 내부의 열전모듈에서 흡열을 하는 것을 나타낸 것을 도시한 것과 이의 온도분포도를 나타낸 것이다. 이는 열전모듈에서 냉각을 하기위한 열에너지 흐름이 열전모듈로 집중되어지고 제 열전도체와 냉각대상체가 열적결합을 이루어 외부와의 열적 보호막을 형성하는 것이다.

따라서, 본 발명의 바람직한 구성은 방열부 기판(400)에 전극(전도판)(600) 페던과 접합이 이루지고 방열부 외각으로 메탈라이칭(10)하여 제 2절연단열체(200)를 접합하고 그 후 제 2절연단열체(200)와 크기가 같은 제1 열전도체(100)를 제 2절연단열체(200)에 접합한다. 그내부의 방열부 기판(400) 전극 패턴에 n.p type 소자(500)가 교대로 직렬배열되며 소자 상부에 냉각부 전극(전도판)이 포함된 알루미나 기판(300)이 접합된다. 냉각부 기판은 제 1열전도체(100) 내부로 위치하여 일정한 공간(700)이 유지된다. 냉각부 열전모듈과 제 1열전도체(100)와 제2 절연단열체(200) 사이에 에폭시 및 실리콘 계열의 재료를 포함한 접합체를 삽입하여 열전모듈과 냉각부 가이드를 열적을 단열 전기적을로 절연 시킴과 동시에 접합된다. 방열부 기판의 전류리드선(20)은 제 2절연단열체(200) 내부에 단면을 통과하여 전류 인가리드 선으로 사용된다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해 져야 한다.

상기의 같은 열전반도체모듈 냉각부 가이드는 냉각대상체에 열에너지를 효과적으로 펌핑 하기위한 것으로 열에너지 흐름이 열전모듈로 집중되어지고 제1 열전도체와 냉각대상체가 열적결합을 이루어 외부와의 열적 보호막을 형성하는 것으로 열에너지의 흐름을 원활하게 하고 냉각대상체에서 발생하는 이슬맺힘 현상을 방지 하는 효과 있다.

Claims (3)

1. 열전반도체 모듈냉각부 가이드에 있어서 , 방열부 기판(400)에 전극(전도판)(600) 페던과 접합이 이루지고 방열부 외각으로 메탈라이칭(10)하여 제 2절연단열체(200)를 접합하고 그 후 제 2절연단열체(200)와 크기가 같은 제1 열전도체(100)를 제 2절연단열체(200)에 접합하는 것과, 그 내부의 방열부 기판(400) 전극 패턴에 n.p type 소자(500)가 교대로 직렬배열되며 소자 상부에 냉각부 전극(전도판)이 포함된 알루미나 기판(300)이 접합되며, 냉각부 기판은 제 1열전도체(100) 내부로 위치하여 일정한 공간(700)이 있고. 냉각부 열전모듈과 제 1열전도체(100)와 제2 절연단열체(200) 사이에 에폭시 및 실리콘 계열의 재료를 포함한 접합체를 삽입하여 열전모듈과 냉각부 가이드를 열적을 단열 전기적을로 절연 시킴과 동시에 접합된는 것과, 방열부 기판의 전류리드선(20)은 제 2절연단열체(200) 내부에 단면을 통과하여 전류 인가리드 선으로 사용되는 것을 특징으로 하는 열전반도체 모듈 냉가부 가이드.
2. 제 1항에 있어서, 제 1열전도체는 구리 또는 알류미늄 금속으로 제작되는 것과, 알루미나(AL2O3)의 재료를 포함하여 세라믹 형태로 제작되는 것과, 제 2절연단열체는 에폭시 계열과 실리콘 및 세락믹 계열의 제료를 주 재료로 하여 제작 되는 것과 제 1열전도체와 제 2절연단열체와 방열부 기판과의 접합은 메탈라이칭 방법 또는 접합수지에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 열전반도체 모듈 냉각부 가이드.
3. 제 1항에 있어서, 냉가부 알루미나 기판과 방열부 알루미나 기판의 크기가 서로 다른 것과, 냉각부 가이드가 열전모듈 냉각부 기판 외각에 형성되는 것을 특징으르 하는 열전 모듈 냉각부 가이드.

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