KR101195674B1 - Heat exchange unit - Google Patents

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유마 호리오
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야마하 가부시키가이샤
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Abstract

열교환 유닛은 열전 모듈 및 열교환기로 구성된다. 열전 모듈은 상부 전극, 하부 전극, 및 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 개재된 복수의 열전 소자를 포함하며, 상기 열교환기는 열전도율이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 절연층을 통해 상기 상부 전극 및/또는 상기 하부 전극에 부착된다. 절연층에 연접한 열교환기의 표면 조도는 4.7 ㎛ 미만 0.1 ㎛ 초과로 제어된다. 이로 인해, 절연층에 균열 및 파열이 생기는 것이 방지되며, 따라서 열교환기의 접착성이 향상된다. 따라서, 열전 모듈과 열교환기 사이의 열저항의 감소로 인해, 열교환 유닛에 있어서 높은 열흡수/방출 성능 및 높은 신뢰성이 입증될 수 있다.The heat exchange unit consists of a thermoelectric module and a heat exchanger. The thermoelectric module includes an upper electrode, a lower electrode, and a plurality of thermoelectric elements interposed between the upper electrode and the lower electrode. The heat exchanger is made of aluminum or an aluminum alloy having high thermal conductivity, and the upper electrode is formed through an insulating layer. And / or attached to the lower electrode. The surface roughness of the heat exchanger connected to the insulating layer is controlled to less than 4.7 μm and more than 0.1 μm. This prevents the occurrence of cracking and rupture in the insulating layer, thereby improving the adhesiveness of the heat exchanger. Therefore, due to the reduction in the thermal resistance between the thermoelectric module and the heat exchanger, high heat absorption / release performance and high reliability in the heat exchange unit can be demonstrated.

Description

열교환 유닛{HEAT EXCHANGE UNIT}Heat exchange unit {HEAT EXCHANGE UNIT}

본 발명은 열흡수 전극과 열방출 전극 사이에 여러가지 종류의 열전 소자가 교대로 정렬되며 전기적으로 직렬로 접속된 열전 모듈을 포함하는 열교환 유닛에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchange unit including a thermoelectric module in which various kinds of thermoelectric elements are alternately arranged between the heat absorption electrodes and the heat dissipating electrodes and electrically connected in series.

본 출원은 일본 특허 출원 제2009-18498호에 대해 우선권을 주장하며, 상기 출원의 내용은 본원에 참고로 도입된다.This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2009-18498, the contents of which are incorporated herein by reference.

종래, 열전 모듈은, P형 반도체와 N형 반도체로 이루어진 열전 소자가 교대로 정렬되며 전기적으로 직렬로 접속되고, 납땜 금속과 같은 금속을 통해 열흡수 전극과 열방출 전극 사이에 보유되도록 개발 및 설계되어 왔다. 열전 모듈의 열흡수 전극 또는 열방출 전극에 열교환기를 접합시켜 열방출 효율을 개선시킨 열교환 유닛은 다양한 문헌에 개시되어 있다.Conventionally, thermoelectric modules have been developed and designed such that thermoelectric elements composed of P-type semiconductors and N-type semiconductors are alternately aligned and electrically connected in series, and held between the heat absorbing electrode and the heat-emitting electrode through a metal such as a solder metal. Has been. Heat exchange units that improve heat dissipation efficiency by bonding a heat exchanger to a heat absorbing electrode or a heat dissipation electrode of a thermoelectric module have been disclosed in various documents.

(특허문헌 1) 일본 미심사 특허 출원 제2003-332642호(Patent Document 1) Japanese Unexamined Patent Application No. 2003-332642

(특허문헌 2) 일본 미심사 특허 출원 제2006-234362호(Patent Document 2) Japanese Unexamined Patent Application No. 2006-234362

특허문헌 1에는, 열전 변환기 유닛, 즉 도 14에 나타낸 열교환 유닛(40)이 개시되어 있다. 상기 열교환 유닛(40)에서는, 알루미늄판으로 이루어진 열교환 부재(방열판)(41) 상에 알루마이트(또는 양극산화 알루미늄)로 이루어진 절연층(42)이 형성되고; 상기 절연층(42) 상에 금속 도금층(43)이 금속 전극(44)과 동일한 정렬 패턴으로 일체식으로 형성되고; 상기 금속 도금층(43) 상에 상기 금속 전극(44)이 결합된다. "하부" 금속 전극(44)과 "상부" 금속 전극(46) 사이에는 P형 열전 소자(45a) 및 N형 열전 소자(45b)가 교대로 정렬되며 전기적으로 직렬로 접속된다. 열전 모듈(40a)은 하부 금속 전극(44)과 상부 금속 전극(46) 뿐만 아니라 열전 소자(45a 및 45b)로 구성된다.In patent document 1, the thermoelectric converter unit, ie, the heat exchange unit 40 shown in FIG. 14, is disclosed. In the heat exchange unit 40, an insulating layer 42 made of alumite (or anodized aluminum) is formed on a heat exchange member (heat sink) 41 made of an aluminum plate; A metal plating layer 43 is integrally formed on the insulating layer 42 in the same alignment pattern as the metal electrode 44; The metal electrode 44 is coupled to the metal plating layer 43. Between the "lower" metal electrode 44 and the "upper" metal electrode 46, the P-type thermoelectric element 45a and the N-type thermoelectric element 45b are alternately aligned and electrically connected in series. The thermoelectric module 40a is composed of the thermoelectric elements 45a and 45b as well as the lower metal electrode 44 and the upper metal electrode 46.

특허문헌 2에는, 열교환기, 즉 도 15에 나타낸 열교환 유닛(50)이 개시되어 있다. 상기 열교환 유닛(50)은 열방출 부재(또는 방열판)(51)와 열흡수 부재(또는 방열판)(52) 사이에 개재된 열전 변환기 모듈(또는 열전 모듈)(50a)을 포함하며, 열방출 전극(53)과 열흡수 전극(54) 사이에 복수의 열전 소자(55)가 개재된다. 여기서, 열방출 부재(51)와 열방출 전극(53) 사이에는 수지(56a), 금속 호일(56b) 및 땜납(56c)이 개재되고, 열흡수 부재(52)와 열흡수 전극(54) 사이에는 수지(57a) 및 그리스(57b)가 개재된다. 수지(56a)는 열방출 부재(51)의 표면 상에 침착되고, 수지(57a)는 열흡수 부재(52)의 표면 상에 침착된다. 침착되는 동안, 수지(56a 및 57a)가 연화되어 열방출 부재(51)와 열흡수 부재(52)의 표면 상에 형성된 공동과 틈에 부분적으로 침투되고, 그 후 경화된다.In patent document 2, the heat exchanger, ie, the heat exchange unit 50 shown in FIG. 15, is disclosed. The heat exchange unit 50 includes a thermoelectric converter module (or thermoelectric module) 50a interposed between the heat dissipation member (or heat sink) 51 and the heat absorbing member (or heat sink) 52, and a heat dissipation electrode. A plurality of thermoelectric elements 55 are interposed between the 53 and the heat absorption electrodes 54. Here, the resin 56a, the metal foil 56b, and the solder 56c are interposed between the heat dissipation member 51 and the heat dissipation electrode 53, and between the heat absorption member 52 and the heat absorption electrode 54. Resin 57a and grease 57b are interposed. Resin 56a is deposited on the surface of the heat dissipation member 51, and resin 57a is deposited on the surface of the heat absorbing member 52. During deposition, the resins 56a and 57a soften and partially penetrate into cavities and gaps formed on the surfaces of the heat dissipating member 51 and the heat absorbing member 52, and then are cured.

최근, 열전도율을 향상시키기 위해, 알루미나 분체와 질화알루미늄으로 이루어진 충전제를 사용하고, 이를 절연 수지층(원래는 열전도율이 불량함)에 균일하게 분산시키고 있다. 특허문헌 1에 개시된 열교환 유닛(40)은 열교환기(41)의 표면 조도, 절연층(42)의 두께, 및 절연층(42)(절연 수지층으로서 기능함)에 첨가되는 충전제를 고려하여 설계된 것은 아니다. 열교환기(41)의 표면이 양극 산화물 코팅 처리된 알루미늄 합금으로 이루어지는 경우라 할지라도, 열교환기(41)와 절연층(42) 사이의 접착성을 향상시키고 이들 사이의 열저항을 감소시키는 것은 곤란하다.In recent years, in order to improve thermal conductivity, the filler which consists of alumina powder and aluminum nitride is used, and this is disperse | distributed uniformly to the insulating resin layer (originally poor thermal conductivity). The heat exchange unit 40 disclosed in Patent Document 1 is designed in consideration of the surface roughness of the heat exchanger 41, the thickness of the insulating layer 42, and the filler added to the insulating layer 42 (functioning as an insulating resin layer). It is not. Even if the surface of the heat exchanger 41 is made of an aluminum alloy coated with an anodized oxide, it is difficult to improve the adhesion between the heat exchanger 41 and the insulating layer 42 and to reduce the thermal resistance therebetween. Do.

열방출 부재(51)와 열흡수 부재(52)의 표면은 조면화되어 있어, 수지(56a 및 57a)가 공동과 틈에 쉽게 침투될 수 있고, 여기서 열전도율을 향상시키기 위해 충전제를 분산시킨 절연 수지층에 균열 및 파열이 발생할 수 있다. 이는, "경질" 충전제를 분산시키면, 열압착 결합 동안의 압박으로 인해 절연 수지층에 작은 균열 및 파열이 생기기 때문이다. 이러한 문제점은 절연 수지층이 바니시 수지를 도포함으로써 경화된 경우라 할지라도 반복 발생한다.The surfaces of the heat dissipating member 51 and the heat absorbing member 52 are roughened so that the resins 56a and 57a can easily penetrate into the cavities and gaps, where the number of insulated fillers is dispersed to improve the thermal conductivity. Cracks and tears can occur in the strata. This is because dispersing the "hard" filler results in small cracks and ruptures in the insulating resin layer due to compression during thermocompression bonding. This problem occurs repeatedly even when the insulating resin layer is cured by applying the varnish resin.

본 발명의 목적은, 열교환기를 표면 조도의 관점에서 제어하여, 절연 수지층에 균열 및 파열이 생기는 것을 방지함으로써, 열교환기와 절연 수지층 사이의 접착성을 향상시킨 열교환 유닛을 제공하는 것이다. 상기 열교환 유닛은 열교환기와 절연 수지층 사이의 열저항의 감소로 인해 높은 신뢰성을 갖는다.An object of the present invention is to provide a heat exchange unit which improves the adhesiveness between the heat exchanger and the insulating resin layer by controlling the heat exchanger in terms of surface roughness and preventing cracks and rupture from occurring in the insulating resin layer. The heat exchange unit has a high reliability due to the reduction of the thermal resistance between the heat exchanger and the insulating resin layer.

열교환 유닛은 열교환기, 및 상부 전극, 하부 전극 및 복수의 열전 소자를 포함하는 열전 모듈로 구성된다. 열전 소자는 상부 전극과 하부 전극 사이에 개재되고 전기적으로 직렬로 접속된다. 열교환기는 절연층을 통해 상부 전극의 표면 및/또는 하부 전극의 표면에 부착된다. 절연층에 연접한 열교환기의 표면 조도는 4.7 ㎛ 미만이 되도록 제어된다. 여기서, 표면 조도(Ra)는 예를 들어 일본 산업 규격, 즉 JIS B0601에 따라 추산된다. The heat exchange unit is composed of a heat exchanger and a thermoelectric module including an upper electrode, a lower electrode and a plurality of thermoelectric elements. The thermoelectric element is interposed between the upper electrode and the lower electrode and electrically connected in series. The heat exchanger is attached to the surface of the upper electrode and / or the surface of the lower electrode through the insulating layer. The surface roughness of the heat exchanger connected to the insulating layer is controlled to be less than 4.7 mu m. Here, surface roughness Ra is estimated, for example according to Japanese Industrial Standard, ie JIS B0601.

열교환 유닛의 시험예에 대한 측정 결과에 따르면, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛ 이하(Ra≤4.7 ㎛) 및 표면 조도(Ra)가 0.1 ㎛ 이상(Ra≥0.1 ㎛)이면 절연층과 열교환기 사이의 계면에 균열 및 파열이 생기는 것을 방지할 수 있고, 절연층을 소정 두께로 균일하게 형성할 수 있다. 심지어 절연층의 두께가 100 ㎛ 미만인 경우라 할지라도, 절연층에 균열 및 파열이 생기는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 절연층의 두께를 더욱 감소시킬 수 있어 열저항이 감소되고, 따라서 열흡수/방출 성능이 향상된다.According to the measurement result for the test example of the heat exchange unit, when the surface roughness Ra is 4.7 μm or less (Ra ≦ 4.7 μm) and the surface roughness Ra is 0.1 μm or more (Ra ≧ 0.1 μm), the insulating layer and the heat exchanger Cracks and ruptures can be prevented from occurring at the interface, and the insulating layer can be formed uniformly to a predetermined thickness. Even if the thickness of the insulating layer is less than 100 μm, it is possible to prevent cracks and tears from occurring in the insulating layer. As a result, the thickness of the insulating layer can be further reduced, thereby reducing the thermal resistance, thereby improving the heat absorption / release performance.

제조성과 제조 비용을 고려하면, 열교환기는 열전도율이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 절연층은 열전도율이 높은 단독의 절연 수지층, 또는 알루마이트층 상에 절연 수지층이 적층된 복합층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 절연층에 사용하기 위한 절연 수지 또는 바니시상(狀)의 절연 수지에는 충전제를 분산시키는 것이 바람직하다. 충전제는 알루미나 분체, 질화알루미늄 분체, 산화마그네슘 분체 또는 탄화규소 분체로 이루어지는 것이 바람직하다. 절연 수지는 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 이런 관계로, 절연 수지를 크림핑(crimping)을 통해 시트와 같은 형상으로 형성하거나, 또는 바니시를 도포하고 고화시킨다.In consideration of manufacturability and manufacturing cost, the heat exchanger is preferably made of aluminum or aluminum alloy having high thermal conductivity. It is preferable that an insulating layer consists of a single insulated resin layer with high thermal conductivity, or the composite layer which laminated | stacked the insulated resin layer on the alumite layer. It is preferable to disperse a filler in an insulating resin for use in an insulating layer or an insulating resin in a varnish phase. The filler is preferably composed of alumina powder, aluminum nitride powder, magnesium oxide powder or silicon carbide powder. The insulated resin is preferably selected from polyimide resins or epoxy resins. In this relationship, the insulating resin is formed into a sheet-like shape through crimping, or the varnish is applied and solidified.

열교환기의 표면 조도를 최적화함으로써, 절연층에 균열 및 파열이 생기는 것을 방지할 수 있고, 열교환기와 절연층 사이의 접착성을 향상시킬 수 있으며, 열저항을 감소시킬 수 있어 열교환 유닛의 열흡수/방출 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.By optimizing the surface roughness of the heat exchanger, it is possible to prevent the occurrence of cracks and tears in the insulating layer, to improve the adhesion between the heat exchanger and the insulating layer, and to reduce the thermal resistance, so that the heat absorption / Release performance and reliability can be improved.

상기 및 기타의 본 발명의 목적, 양상 및 실시양태를 하기 도면을 참고로 보다 상세하게 설명한다.
도 1a는 절연층을 통해 하부 전극에 연접한 제1 열교환기를 나타내는 종단면도이다.
도 1b는 제1 열교환기의 하부 전극 상에 복수의 열전 소자가 정렬 및 결합된 종단면도이다.
도 1c는 절연층을 통해 상부 전극에 연접한 제2 열교환기가 도 1b에 나타낸 제1 열교환기와 결합되고, 제1 열교환기의 하부 전극과 제2 열교환기의 상부 전극 사이에 열전 소자가 개재되어, 본 발명의 제1 실시양태에 따른 열전 모듈을 포함하는 열교환 유닛을 형성하는 종단면도이다.
도 2a는 하부 전극의 정렬 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 2b는 상부 전극의 정렬 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 3은 제1 실시양태의 열교환 유닛에 대한 최대 열흡수값(Qmax)을 측정하는 데 사용되는 단열 박스를 나타내는 개략도이다.
도 4는 제1 실시양태의 열교환 유닛의 내전압(WS)의 측정 방법을 나타내는 개략도이다.
도 5는 제1 실시양태의 열교환 유닛의 시험예에 대한, 표면 조도(Ra) 대비 내전압(WS)의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시양태에 따른 열교환 유닛에서 절연층을 통해 수냉식 제1 열교환기의 표면 상에 하부 전극이 형성된 것을 나타내는 측면도이다.
도 6b는 도 6a에 나타낸 제1 열교환기의 하부 전극 상에 정렬된 열전 소자의 상단부에 상부 전극이 부착된 것을 나타내는 측면도이다.
도 6c는 절연층을 통해 상부 전극에 수냉식 제2 열교환기가 연접한 것을 나타내는 측면도이다.
도 7a는 하부 전극의 정렬 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 7b는 상부 전극의 정렬 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 8은 제2 실시양태의 열교환 유닛에 대한 최대 열흡수값(Qmax)을 측정하는 데 사용되는 진공 챔버를 나타내는 개략도이다.
도 9는 제2 실시양태의 열교환 유닛의 시험예에 대한, 표면 조도(Ra) 대비 내전압(WS)의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 제3 실시양태에 따른 열교환 유닛에서 절연층을 통해 수냉식 제1 열교환기의 표면 및 배면 상에 제1 하부 전극 및 제1 상부 전극이 형성된 것을 나타내는 측면도이다.
도 10b는 제1 하부 전극 상에 정렬된 제1 열전 소자의 상단부에 제2 상부 전극이 부착되고, 제1 상부 전극 아래에 정렬된 제2 열전 소자의 하단부에 제2 하부 전극이 부착된 것을 나타내는 측면도이다.
도 10c는 절연층을 통해 제2 상부 전극에 수냉식 제2 열교환기가 연접하고, 제2 하부 전극에 수냉식 제3 열교환기가 연접한 것을 나타내는 측면도이다.
도 11a는 제1 하부 전극 및 제1 상부 전극의 정렬 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 11b는 제2 하부 전극 및 제2 상부 전극의 정렬 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 12는 제3 실시양태의 열교환 유닛에 대한 최대 열흡수값(Qmax)을 측정하는 데 사용되는 진공 챔버를 나타내는 개략도이다.
도 13은 제3 실시양태의 열교환 유닛의 시험예에 대한, 표면 조도(Ra) 대비 내전압(WS)의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 열교환 유닛의 일례의 종단면도이다.
도 15는 열교환 유닛의 또다른 일례의 종단면도이다.The objects, aspects and embodiments of these and other inventions are described in more detail with reference to the following drawings.
1A is a longitudinal sectional view showing a first heat exchanger connected to a lower electrode through an insulating layer.
1B is a longitudinal sectional view in which a plurality of thermoelectric elements are aligned and coupled on a lower electrode of the first heat exchanger.
FIG. 1C illustrates a second heat exchanger connected to an upper electrode through an insulating layer, coupled to the first heat exchanger illustrated in FIG. 1B, and a thermoelectric element is interposed between the lower electrode of the first heat exchanger and the upper electrode of the second heat exchanger. A longitudinal cross-sectional view of forming a heat exchange unit comprising a thermoelectric module according to a first embodiment of the invention.
2A is a plan view illustrating an alignment pattern of a lower electrode.
2B is a plan view illustrating the alignment pattern of the upper electrode.
3 is a schematic diagram showing an insulating box used to measure the maximum heat absorption value Qmax for the heat exchange unit of the first embodiment.
4 is a schematic view showing a method of measuring the breakdown voltage WS of the heat exchange unit of the first embodiment.
5 is a graph showing measurement results of breakdown voltage WS versus surface roughness Ra of a test example of the heat exchange unit of the first embodiment.
6A is a side view showing that a lower electrode is formed on a surface of a water-cooled first heat exchanger through an insulating layer in a heat exchange unit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6B is a side view illustrating that an upper electrode is attached to an upper end of a thermoelectric element aligned on a lower electrode of the first heat exchanger illustrated in FIG. 6A.
6C is a side view illustrating that a water-cooled second heat exchanger is connected to an upper electrode through an insulating layer.
7A is a plan view illustrating an alignment pattern of a lower electrode.
7B is a plan view illustrating the alignment pattern of the upper electrode.
8 is a schematic diagram showing a vacuum chamber used to measure the maximum heat absorption value Qmax for the heat exchange unit of the second embodiment.
9 is a graph showing measurement results of breakdown voltage WS versus surface roughness Ra for a test example of a heat exchange unit of a second embodiment.
10A is a side view illustrating a first lower electrode and a first upper electrode formed on a surface and a rear surface of a water-cooled first heat exchanger through an insulating layer in a heat exchange unit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10B illustrates that the second upper electrode is attached to the upper end of the first thermoelectric element aligned on the first lower electrode, and the second lower electrode is attached to the lower end of the second thermoelectric element aligned below the first upper electrode. Side view.
10C is a side view illustrating that a water-cooled second heat exchanger is connected to a second upper electrode through an insulating layer and a water-cooled third heat exchanger is connected to a second lower electrode.
11A is a plan view illustrating an alignment pattern of a first lower electrode and a first upper electrode.
11B is a plan view illustrating an alignment pattern of a second lower electrode and a second upper electrode.
12 is a schematic diagram showing a vacuum chamber used to measure the maximum heat absorption value Qmax for the heat exchange unit of the third embodiment.
It is a graph which shows the measurement result of withstand voltage WS with respect to surface roughness Ra about the test example of the heat exchange unit of 3rd embodiment.
14 is a longitudinal sectional view of an example of a heat exchange unit.
15 is a longitudinal cross-sectional view of another example of a heat exchange unit.

본 발명을 첨부된 도면을 참고로 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다.The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

1. 제1 실시양태1. First embodiment

본 발명의 제1 실시양태에 따른 열교환 유닛(10)을 도 1a 내지 1c를 참고로 설명한다. 도 1c에 나타낸 바와 같이, 열교환 유닛(10)은 제1 열교환기(열방출 또는 열흡수 공냉식 방열판으로서 기능함)(11), 상기 제1 열교환기(11)의 표면 상에 형성된 절연층(12), 상기 절연층(12) 상에 배치된 하부 전극(열방출 또는 열흡수 전극으로서 기능함)(13), 상기 하부 전극(13) 상에 결합된 복수의 열전 소자(14), 상기 열전 소자(14) 상에 결합된 상부 전극(열방출 또는 열흡수 전극으로서 기능함)(15), 제2 열교환기(열방출 또는 열흡수 공냉식 방열판으로서 기능함)(16), 및 상기 제2 열교환기(16)의 표면 상에 형성된 절연층(17)으로 구성된다. 하부 전극(13)의 일단부에는, 한 쌍의 터미널이 한 쌍의 리드(양자 모두 도시되지 않음)에 연결되어 형성된다.The heat exchange unit 10 according to the first embodiment of the present invention is described with reference to Figs. 1A to 1C. As shown in FIG. 1C, the heat exchange unit 10 includes a first heat exchanger (functioning as a heat dissipation or heat absorption air-cooled heat sink) 11, and an insulating layer 12 formed on the surface of the first heat exchanger 11. ), A lower electrode disposed on the insulating layer 12 (functioning as a heat dissipation or heat absorption electrode) 13, a plurality of thermoelectric elements 14 coupled to the lower electrode 13, and the thermoelectric element An upper electrode (functioning as a heat dissipation or heat absorbing electrode) 15 coupled to the top 14, a second heat exchanger (functioning as a heat dissipation or heat absorption air cooling heat sink) 16, and the second heat exchanger It consists of the insulating layer 17 formed on the surface of 16. As shown in FIG. At one end of the lower electrode 13, a pair of terminals are formed by being connected to a pair of leads (both not shown).

열전 모듈(M)(도 3 참조)은 땜납과 같은 접합 금속을 통해 하부 전극(13)과 상부 전극(15) 사이에 전기적으로 직렬로 접속된 열전 소자(14)로 구성된다.The thermoelectric module M (see FIG. 3) consists of a thermoelectric element 14 electrically connected in series between the lower electrode 13 and the upper electrode 15 through a bonding metal such as solder.

제1 열교환기(11) 및 제2 열교환기(16)는 각각 열전도율이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 제1 열교환기(11)의 표면(절연층(12)에 연접함) 및 제2 열교환기(16)의 표면(절연층(17)에 연접함)은 각각 표면 조도(Ra)가 5 ㎛ 이하로 되도록 피니싱된다. 또한, 제1 열교환기(11)로부터 하방으로 다수의 핀(11a)이 돌출되고, 제2 열교환기(16)로부터 상방으로 다수의 핀(16a)이 돌출된다.The first heat exchanger 11 and the second heat exchanger 16 are made of aluminum or an aluminum alloy having high thermal conductivity, respectively, and the surface of the first heat exchanger 11 (connected to the insulating layer 12) and the second The surface of the heat exchanger 16 (connected to the insulating layer 17) is finished so that the surface roughness Ra is 5 mu m or less, respectively. In addition, a plurality of fins 11a protrude downward from the first heat exchanger 11, and a plurality of fins 16a protrude upward from the second heat exchanger 16.

절연층(12 및 17)은 각각 두께 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 폴리이미드 수지, 에폭시 수지 또는 알루마이트로 이루어진다. 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지로 이루어진 절연층(12 및 17)에는 평균 입경 15 ㎛ 이하의 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화마그네슘(MgO) 또는 탄화규소(SiC)로 이루어진 충전제를 분산시켜 열전도율을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한, 알루마이트로 이루어진 절연층(12 및 17) 상에는 충전제를 분산시킨 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지를 적층하는 것이 바람직하다.The insulating layers 12 and 17 are each made of polyimide resin, epoxy resin or alumite having a thickness of 10 µm to 100 µm, respectively. Insulating layers 12 and 17 made of polyimide resin or epoxy resin have fillers of alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), magnesium oxide (MgO) or silicon carbide (SiC) with an average particle diameter of 15 μm or less. It is preferable to disperse | distribute and improve thermal conductivity. Moreover, it is preferable to laminate | stack the polyimide resin or epoxy resin which disperse | distributed the filler on the insulating layers 12 and 17 which consist of an alumite.

하부 전극(13)이 열방출 전극으로서 기능할 때 상부 전극(15)은 열흡수 전극으로서 기능하거나, 또는 하부 전극(13)이 열흡수 전극으로서 기능할 때 상부 전극(15)은 열방출 전극으로서 기능한다. 하부 전극(13) 및 상부 전극(15)은 각각 두께 70 ㎛ 내지 200 ㎛의 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진다. 하부 전극(13)은 도 2a에 나타낸 정렬 패턴을 갖고, 상부 전극(15)은 도 2b에 나타낸 정렬 패턴을 갖는다. 하부 전극(13)의 각 세그먼트는 긴 변의 길이가 3 mm이고 짧은 변의 길이가 1.8 mm인 직사각형 형상으로 형성된다. 유사하게, 상부 전극(15)의 각 세그먼트는 긴 변의 길이가 3 mm이고 짧은 변의 길이가 1.8 mm인 직사각형 형상으로 형성된다.When the lower electrode 13 functions as a heat dissipation electrode, the upper electrode 15 functions as a heat absorbing electrode, or when the lower electrode 13 functions as a heat absorbing electrode, the upper electrode 15 acts as a heat dissipating electrode. Function. The lower electrode 13 and the upper electrode 15 each consist of a copper film or a copper alloy film having a thickness of 70 µm to 200 µm. The lower electrode 13 has an alignment pattern shown in FIG. 2A, and the upper electrode 15 has an alignment pattern shown in FIG. 2B. Each segment of the lower electrode 13 is formed into a rectangular shape having a long side of 3 mm and a short side of 1.8 mm. Similarly, each segment of the upper electrode 15 is formed into a rectangular shape with a long side of 3 mm in length and a short side of 1.8 mm in length.

P형 반도체 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(14)는, P형 반도체 및 N형 반도체가 교대로 정렬되는 방식으로 하부 전극(13)과 상부 전극(15) 사이에 전기적으로 직렬로 접속된다. 열전 소자(14)는 SnSb 합금, AuSn 합금 또는 SnAgCu 합금을 통해 하부 전극(13) 및 상부 전극(15)에 납땜된다. 열전 소자(14)의 말단부에는 니켈 도금을 행하여, 열전 소자(14)가 하부 전극(13) 및 상부 전극(15)에 용이하게 납땜될 수 있도록 한다.The thermoelectric element 14 made of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor is electrically connected in series between the lower electrode 13 and the upper electrode 15 in such a manner that the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are alternately aligned. The thermoelectric element 14 is soldered to the lower electrode 13 and the upper electrode 15 via a SnSb alloy, AuSn alloy or SnAgCu alloy. Nickel plating is applied to the distal end of the thermoelectric element 14 so that the thermoelectric element 14 can be easily soldered to the lower electrode 13 and the upper electrode 15.

열전 소자(14)는 실온에서의 열전 성능이 높은 Bi-Te 소결 열전 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, Bi-Sb-Te의 3가 화합물로 이루어진 P형 반도체, 및 Bi-Sb-Te-Se의 4가 화합물로 이루어진 N형 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시양태에서, P형 반도체는 Bi0 .5Sb1 .5Te3으로 이루어지고, N형 반도체는 Bi1 .9Sb0 .1Te2 .6Se0 .4로 이루어지며, 여기서 이들 반도체를 액상 켄칭하여 호일 분체를 생성한 후, 이를 핫프레싱하여 벌크를 형성하고, 그 후 이를 각각 길이 1.35 mm, 폭 1.35 mm, 높이 1.5 mm의 소정 치수를 갖는 조각으로 절단한다.The thermoelectric element 14 is preferably made of a Bi-Te sintered thermoelectric material having high thermoelectric performance at room temperature. Specifically, it is preferable to use a P-type semiconductor composed of a trivalent compound of Bi-Sb-Te, and an N-type semiconductor composed of a tetravalent compound of Bi-Sb-Te-Se. In this embodiment, P-type semiconductor is Bi 0 .5 Sb 1 .5 made of a Te 3, N-type semiconductor is made of a Bi 1 .9 Sb 0 .1 Te 2 .6 Se 0 .4, where these semiconductor After liquid quenching to form a foil powder, it is hot pressed to form a bulk, which is then cut into pieces having predetermined dimensions of 1.35 mm in length, 1.35 mm in width and 1.5 mm in height, respectively.

(a) 열교환 유닛(10)의 제조(a) Manufacture of heat exchange unit 10

열교환 유닛(10)은 하기 절차에 의해 제조된다.The heat exchange unit 10 is manufactured by the following procedure.

먼저, 제1 열교환기(11)(열방출 공냉식 방열판으로서 기능함)를, 그의 한쪽 면에는 접착 특성을 갖는 절연층(12)이 형성되고, 그의 반대쪽 면에는 핀(11a)이 형성되도록 준비한다. 유사하게, 제2 열교환기(16)(열흡수 공냉식 방열판으로서 기능함)를, 그의 한쪽 면에는 접착 특성을 갖는 절연층(17)이 형성되고, 그의 반대쪽 면에는 핀(16a)이 형성되도록 준비한다. 또한, 하부 전극(13)(열방출 전극으로서 기능함) 및 상부 전극(15)(열흡수 전극으로서 기능함)을 미리 준비한다. 또한, P형 반도체 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(14)를 미리 준비한다.First, the first heat exchanger 11 (functioning as a heat dissipating air-cooled heat sink) is prepared such that an insulating layer 12 having adhesive properties is formed on one side thereof and a fin 11a is formed on the opposite side thereof. . Similarly, a second heat exchanger 16 (functioning as a heat absorbing air-cooled heat sink) is prepared such that an insulating layer 17 having adhesive properties is formed on one side thereof and a fin 16a is formed on the opposite side thereof. do. In addition, the lower electrode 13 (functioning as a heat dissipation electrode) and the upper electrode 15 (functioning as a heat absorption electrode) are prepared in advance. In addition, a thermoelectric element 14 made of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor is prepared in advance.

제1 열교환기(11) 및 제2 열교환기(16)는 각각 열전도율이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 제1 열교환기(11)의 표면(절연층(12)에 연접함) 및 제2 열교환기(16)의 표면(절연층(17)에 연접함)은 각각 표면 조도(Ra)가 5 ㎛ 이하로 되도록 피니싱된다. 절연층(12 및 17)은 접착 특성을 갖는 폴리이미드 수지층 또는 에폭시 수지층에 Al2O3, AlN, MgO 또는 SiC로 이루어진 분체의 충전제를 분산시킴으로써 형성된다. 대안적으로, 절연층은 충전제를 분산시킨 폴리이미드 수지층 또는 에폭시 수지층을 알루마이트층 상에 형성시킨 복합층을 이용하여 형성된다. 여기서, 절연층(12 및 17)은 시트형 재료를 크림핑함으로써 형성된다. 대안적으로, 시트형 재료에 바니시를 도포한 후, 고화시켜 절연층(12 및 17)을 형성한다. 하부 전극(13) 및 상부 전극(15)은 각각 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어지고, 각각 70 ㎛ 내지 200 ㎛의 소정 두께로 소정 전극 패턴으로 성형된다. P형 및 N형 반도체의 말단부(또는 종방향으로 대향 단부)에는 니켈 도금을 행한다.The first heat exchanger 11 and the second heat exchanger 16 are each made of aluminum or aluminum alloy having high thermal conductivity. The surface roughness Ra of the surface of the first heat exchanger 11 (connected to the insulating layer 12) and the surface of the second heat exchanger 16 (connected to the insulating layer 17) are each 5 μm or less. Finished to be. The insulating layers 12 and 17 are formed by dispersing a filler of powder made of Al 2 O 3 , AlN, MgO or SiC in a polyimide resin layer or an epoxy resin layer having adhesive properties. Alternatively, the insulating layer is formed using a polyimide resin layer in which the filler is dispersed or a composite layer in which an epoxy resin layer is formed on the alumite layer. Here, the insulating layers 12 and 17 are formed by crimping the sheet-like material. Alternatively, the varnish is applied to the sheet-like material and then solidified to form the insulating layers 12 and 17. The lower electrode 13 and the upper electrode 15 are each made of a copper film or a copper alloy film, and each is molded into a predetermined electrode pattern with a predetermined thickness of 70 μm to 200 μm. Nickel plating is performed on the terminal portions (or opposite ends in the longitudinal direction) of the P-type and N-type semiconductors.

도 2a에 나타낸 소정 전극 패턴을 갖는 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진 하부 전극(13)을 제1 열교환기(11)의 절연층(12) 상에 결합한다. 이어서, 도 1b에 나타낸 바와 같이, P형 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(14)를 하부 전극(13) 상에 교대로 정렬하며, 여기서 열전 소자(14)의 하단부를 땜납 합금(예를 들어, SnSb 합금, AuSn 합금 및 SnAgCu 합금)을 통해 하부 전극(13) 상에 부착한다. 또한, 도 2b에 나타낸 소정 전극 패턴을 갖는 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진 상부 전극(15)을 열전 소자(14)의 상단부 상에 배치한다.A lower electrode 13 made of a copper film or a copper alloy film having a predetermined electrode pattern shown in FIG. 2A is bonded onto the insulating layer 12 of the first heat exchanger 11. Subsequently, as shown in FIG. 1B, the thermoelectric elements 14 made of P-type and N-type semiconductors are alternately arranged on the lower electrode 13, where the lower end of the thermoelectric element 14 is a solder alloy (for example). , SnSb alloy, AuSn alloy and SnAgCu alloy) are attached onto the lower electrode 13. In addition, an upper electrode 15 made of a copper film or a copper alloy film having a predetermined electrode pattern shown in FIG. 2B is disposed on the upper end of the thermoelectric element 14.

그 후, 상부 전극(15)을 땜납 합금(예를 들어, SnSb 합금, AuSn 합금 및 SnAgCu 합금)을 통해 열전 소자(14)의 상단부 상에 부착한다. 이렇게 하여, 하부 전극(13)과 상부 전극(15) 사이에 P형 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(14)가 교대로 정렬되며 전기적으로 직렬로 접속된다.The upper electrode 15 is then attached onto the top end of the thermoelectric element 14 via a solder alloy (eg, SnSb alloy, AuSn alloy and SnAgCu alloy). In this way, the thermoelectric elements 14 made of P-type and N-type semiconductors are alternately arranged and electrically connected in series between the lower electrode 13 and the upper electrode 15.

마지막으로, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 제2 열교환기(16)의 절연층(17)을 상부 전극(15)과 접촉시키고, 이어서 상부 전극(15)을 절연층(17)에 부착한다. 이로써 제1 실시양태의 열교환 유닛(10)의 제조가 완료된다.Finally, as shown in FIG. 1C, the insulating layer 17 of the second heat exchanger 16 is brought into contact with the upper electrode 15, and then the upper electrode 15 is attached to the insulating layer 17. This completes the manufacture of the heat exchange unit 10 of the first embodiment.

(b) 열교환 유닛(10)의 사용(b) Use of heat exchange unit 10

제1 실시양태의 열교환 유닛(10)은 가스상 물질의 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 즉, 열교환 유닛(10)은 제2 열교환기(16)(열흡수 공냉식 방열판으로서 기능함)의 핀(16a)이 가스상 물질을 온도 제어 처리하도록 배열된다. 이러한 상태에서, "열방출" 하부 전극(13)과 "열흡수" 상부 전극(15) 사이에 열전 소자(14)가 전기적으로 직렬로 접속된 열전 모듈(M)에 전기를 인가함으로써, 상부 전극(15)을 냉각시켜 제2 열교환기(16)의 핀(16a)에 의해 온도 제어 처리된 가스상 물질로부터의 열을 흡수한다. 이런 관계로, 가열된 하부 전극(13)에서는 열이 발생하지만, 이 열은 제1 열교환기(11)의 핀(11a)을 통해 방출된다.The heat exchange unit 10 of the first embodiment can be used to control the temperature of the gaseous material. That is, the heat exchange unit 10 is arranged such that the fins 16a of the second heat exchanger 16 (functioning as a heat absorption air-cooled heat sink) control the gaseous substance to temperature control. In this state, the upper electrode is applied by applying electricity to the thermoelectric module M in which the thermoelectric element 14 is electrically connected in series between the "heat dissipation" lower electrode 13 and the "heat absorption" upper electrode 15. Cooling (15) absorbs heat from the gaseous substance that is temperature controlled by fins (16a) of second heat exchanger (16). In this relationship, heat is generated in the heated lower electrode 13, but this heat is released through the fin 11a of the first heat exchanger 11.

(c) 최대 열흡수값(Qmax)의 측정(c) Determination of the maximum heat absorption value (Qmax)

제1 실시양태의 열교환 유닛(10)을 사용하여, 하기 절차에 의해, 성능 평가 기준을 구성하는 최대 열흡수(또는 흡열)값(Qmax)을 측정할 수 있다. 시험예 A1 내지 A3, B1 내지 B4, 및 C1 내지 C3을 열교환 유닛(10)을 기초로 제조한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 단열 박스(X)를 이용하여 그의 개구에 열교환 유닛(10)(즉, 열교환 유닛 A1 내지 A3, B1 내지 B4, 및 C1 내지 C3의 시험예)을 설치한다.Using the heat exchange unit 10 of the first embodiment, the maximum heat absorption (or endothermic) value Qmax constituting the performance evaluation criteria can be measured by the following procedure. Test Examples A1 to A3, B1 to B4, and C1 to C3 are prepared based on the heat exchange unit 10. As shown in FIG. 3, the heat exchange unit 10 (namely, the test examples of heat exchange units A1 to A3, B1 to B4, and C1 to C3) is installed in its opening using the heat insulation box X. As shown in FIG.

열교환 유닛(10)은, 단열 박스(X)의 내부에는 제2 열교환기(16)(열흡수기로서 기능함)의 핀(16a)이 배치되고, 단열 박스(X)의 외부에는 제1 열교환기(11)(열방출기로서 기능함)의 핀(11a)이 배치되도록, 단열 박스(X) 내에 설치되며, 여기서 열은 단열 박스(X)의 내부에서 외부로 전달된다. 단열 박스(X)의 내부에는 소정 가열값을 생성하는 가상 열원으로서 기능하는 히터(H)가 배열된다. In the heat exchange unit 10, the fin 16a of the second heat exchanger 16 (functioning as a heat absorber) is disposed inside the heat insulation box X, and the first heat exchanger outside the heat insulation box X. It is installed in the heat insulation box X so that the fin 11a of 11 (functioning as a heat radiator) is arrange | positioned, where heat is transmitted from the inside of the heat insulation box X to the outside. Inside the heat insulation box X, the heater H which functions as a virtual heat source which produces | generates a predetermined heating value is arranged.

열교환 유닛(10)을 구동하여, 단열 박스(X)의 내부 온도가 외부 온도와 일치하게 되는 최대 가열값(W)을 최대 열흡수값(Qmax)으로서 측정한다. 측정 결과는, 열교환 유닛 A1은 Qmax=113 W를 나타내고, 열교환 유닛 A2는 Qmax=114 W를 나타내고, 열교환 유닛 A3은 Qmax=113 W를 나타냄을 보여준다. 또한, 열교환 유닛 B1은 Qmax=116 W를 나타내고, 열교환 유닛 B2는 Qmax=115 W를 나타내고, 열교환 유닛 B3은 Qmax=114 W를 나타내고, 열교환 유닛 B4는 Qmax=115 W를 나타낸다. 또한, 열교환 유닛 C1은 Qmax=110 W를 나타내고, 열교환 유닛 C2는 Qmax=111 W를 나타내고, 열교환 유닛 C3은 Qmax=110 W를 나타낸다.The heat exchange unit 10 is driven to measure the maximum heating value W at which the internal temperature of the thermal insulation box X coincides with the external temperature as the maximum heat absorption value Qmax. The measurement result shows that the heat exchange unit A1 represents Qmax = 113 W, the heat exchange unit A2 represents Qmax = 114 W, and the heat exchange unit A3 represents Qmax = 113 W. FIG. In addition, heat exchange unit B1 represents Qmax = 116 W, heat exchange unit B2 represents Qmax = 115 W, heat exchange unit B3 represents Qmax = 114 W, and heat exchange unit B4 represents Qmax = 115 W. FIG. In addition, heat exchange unit C1 represents Qmax = 110W, heat exchange unit C2 represents Qmax = 111W, and heat exchange unit C3 represents Qmax = 110W.

상기에서, 열교환 유닛 A1은 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 폴리이미드 수지 시트에 분산시켜 두께 15 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 A2는 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 바니시상의 폴리이미드 수지에 분산시켜 두께 15 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 A3은 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 에폭시 수지 시트에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다.In the above, the heat exchange unit A1 is manufactured to disperse the filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in the polyimide resin sheet to form the insulating layers 12 and 17 having a thickness of 15 μm. The heat exchange unit A2 is produced to disperse the filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in the polyimide resin on the varnish to form the insulating layers 12 and 17 having a thickness of 15 μm. The heat exchange unit A3 is manufactured to disperse a filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in an epoxy resin sheet to form insulating layers 12 and 17 having a thickness of 20 μm.

또한, 열교환 유닛 B1은 질화알루미늄(AlN) 분체로 이루어진 충전제를 에폭시 수지 시트에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 B2는 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 바니시상의 에폭시 수지에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 B3은 산화마그네슘(MgO) 분체로 이루어진 충전제를 바니시상의 에폭시 수지에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 B4는 탄화규소(SiC) 분체로 이루어진 충전제를 바니시상의 에폭시 수지에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다.In addition, the heat exchange unit B1 is manufactured to disperse the filler made of aluminum nitride (AlN) powder in the epoxy resin sheet to form the insulating layers 12 and 17 having a thickness of 20 µm. The heat exchange unit B2 is manufactured to disperse the filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in the epoxy resin of the varnish to form the insulating layers 12 and 17 having a thickness of 20 μm. The heat exchange unit B3 is made to disperse the filler made of magnesium oxide (MgO) powder in the epoxy resin of the varnish to form the insulating layers 12 and 17 having a thickness of 20 mu m. The heat exchange unit B4 is made to disperse the filler made of silicon carbide (SiC) powder in the epoxy resin of the varnish to form the insulating layers 12 and 17 having a thickness of 20 탆.

또한, 열교환 유닛 C1은 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 두께 10 ㎛의 알루마이트층 상의 폴리이미드 수지 시트에 분산시켜 두께 100 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 C2는 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 두께 10 ㎛의 알루마이트층 상의 에폭시 수지 시트에 분산시켜 두께 50 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 C3은 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 두께 10 ㎛의 알루마이트층 상의 바니시상의 에폭시 수지에 분산시켜 두께 50 ㎛의 절연층(12 및 17)을 형성하도록 제조된다.In addition, the heat exchange unit C1 is manufactured by dispersing a filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in a polyimide resin sheet on an aluminite layer having a thickness of 10 μm to form insulating layers 12 and 17 having a thickness of 100 μm. The heat exchange unit C2 is manufactured to disperse a filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in an epoxy resin sheet on an aluminite layer having a thickness of 10 μm to form insulating layers 12 and 17 having a thickness of 50 μm. The heat exchange unit C3 is manufactured by dispersing a filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in a varnish-like epoxy resin on an aluminite layer having a thickness of 10 μm to form insulating layers 12 and 17 having a thickness of 50 μm.

(d) 내전압(WS)의 측정(d) Measurement of breakdown voltage (WS)

열교환 유닛 A11 내지 A19, A21 내지 A29, 및 A31 내지 A39를, 열교환 유닛 A1, A2 및 A3을 기초로, 절연층(12)에 연접한 제1 열교환기(11)의 표면 및 절연층(17)에 연접한 제2 열교환기(16)의 표면 상의 표면 조도(Ra)를 변화시킴으로써 제조한다. 여러가지 값의 표면 조도(Ra)를 이용하여 열교환 유닛 A11 내지 A19, A21 내지 A29, 및 A31 내지 A39에 대해 내전압(WS)을 측정한다.Surface and insulating layer 17 of first heat exchanger 11 in which heat exchange units A11 to A19, A21 to A29, and A31 to A39 are connected to insulating layer 12 on the basis of heat exchange units A1, A2 and A3. It manufactures by changing the surface roughness Ra on the surface of the 2nd heat exchanger 16 connected to. The withstand voltage WS is measured for the heat exchange units A11 to A19, A21 to A29, and A31 to A39 using various values of surface roughness Ra.

구체적으로, 열교환 유닛 A1에 대해, (절연층(12)에 연접한 제1 열교환기(11)의 표면 및 절연층(17)에 연접한 제2 열교환기(16)의 표면 상의) 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 A11의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 A12의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 A13의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 A14의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 A15의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 A16의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 A17의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 A18의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 A19의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 A1a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 A1b를 열교환 유닛 A1을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 1-1에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 15 ㎛의 폴리이미드 시트이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.Specifically, surface roughness (on the surface of the first heat exchanger 11 in contact with the insulating layer 12 and the surface of the second heat exchanger 16 in contact with the insulating layer 17) with respect to the heat exchange unit A1 ( Ra), the surface roughness of the heat exchange unit A11 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit A12 is 0.5 µm, the surface roughness of the heat exchange unit A13 is 1.0 µm, the surface roughness of the heat exchange unit A14 is 1.6 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit A15 is Is 2.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit A16 is 3.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit A17 is 4.4 µm, the surface roughness of the heat exchange unit A18 is 4.7 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit A19 is 5.1 µm. In addition, a heat exchange unit A1a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit A1b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit A1, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 1-1, wherein the insulating layer 12 (17) is a polyimide sheet having a thickness of 15 µm, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 1-1><Table 1-1>

Figure 112010005137326-pat00001
Figure 112010005137326-pat00001

또한, 열교환 유닛 A2에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 A21의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 A22의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 A23의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 A24의 표면 조도는 1.3 ㎛, 열교환 유닛 A25의 표면 조도는 2.4 ㎛, 열교환 유닛 A26의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 A27의 표면 조도는 4.3 ㎛, 열교환 유닛 A28의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 A29의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 A2a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 A2b를 열교환 유닛 A2를 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 1-2에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 15 ㎛의 폴리이미드 바니시이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit A2 is 0.3 μm, the surface roughness of the heat exchange unit A22 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit A23 is 1.0 μm, and the surface of the heat exchange unit A24 is 1.0 μm. Roughness is 1.3 μm, surface roughness of heat exchange unit A25 is 2.4 μm, surface roughness of heat exchange unit A26 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit A27 is 4.3 μm, surface roughness of heat exchange unit A28 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit A29 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit A2a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit A2b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit A2, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 1-2, wherein the insulating layer 12 (17) is a polyimide varnish having a thickness of 15 µm, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 1-2><Table 1-2>

Figure 112010005137326-pat00002
Figure 112010005137326-pat00002

또한, 열교환 유닛 A3에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 A31의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 A32의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 A33의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 A34의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 A35의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 A36의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 A37의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 A38의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 A39의 표면 조도는 5.0 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 A3a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 A3b를 열교환 유닛 A3을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 1-3에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 20 ㎛의 에폭시 시트이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit A3 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit A31 is 0.5 µm, the surface roughness of the heat exchange unit A33 is 1.0 µm, and the surface of the heat exchange unit A34 is 1.0 µm. Roughness is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit A35 is 2.2 μm, surface roughness of heat exchange unit A36 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit A37 is 4.4 μm, surface roughness of heat exchange unit A38 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit A39 The roughness is changed to 5.0 μm. Further, a heat exchange unit A3a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit A3b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit A3, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 1-3, wherein the insulating layer 12 (17) is an epoxy sheet having a thickness of 20 µm, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 1-3><Table 1-3>

Figure 112010005137326-pat00003
Figure 112010005137326-pat00003

도 4에 나타낸 바와 같이, 내전압(WS)의 측정은, 소정 패턴으로 전극(13(15))이 형성된 절연층(12(17))에 연접한 열교환기(11(16))를 이용하여 행하며, 여기서 전극(13(15))의 소정 위치에 복수의 프로브(P)를 배치한 후, 이를 전극(13(15))과 접촉시킨다. 프로브(P)에 소정 전압(V)을 5초 동안 인가하여, 누설 전류가 5 mA를 초과할 때의 내전압(WS)을 측정한다.As shown in FIG. 4, the measurement of the withstand voltage WS is performed by using a heat exchanger 11 (16) connected to an insulating layer 12 (17) on which electrodes 13 (15) are formed in a predetermined pattern. Here, the plurality of probes P are disposed at predetermined positions of the electrodes 13 (15), and then contacted with the electrodes 13 (15). A predetermined voltage V is applied to the probe P for 5 seconds to measure the withstand voltage WS when the leakage current exceeds 5 mA.

표 1-1, 1-2 및 1-3에서의 열교환 유닛 A11 내지 A19, A21 내지 A29, 및 A31 내지 A39에 대한 측정 결과를 도 5의 그래프(그래프의 수평축은 표면 조도(Ra)(㎛)를 나타내고, 수직축은 내전압(WS)(kV)을 나타냄) 상에 플롯팅하여, 측정 곡선(또는 점선) A1, A2 및 A3을 그린다. 도 5 및 표 1-1 내지 1-3에 나타낸 상기 측정 결과는, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛ 미만이면 내전압(WS)이 우수하지만, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛를 초과할 경우에는 급속히 감소됨을 명백히 나타낸다. 따라서, 열교환기(11(16))의 표면 조도(Ra)는 4.7 ㎛ 미만인 것이 바람직하다. The measurement results for the heat exchange units A11 to A19, A21 to A29, and A31 to A39 in Tables 1-1, 1-2 and 1-3 are shown in the graph of FIG. 5 (horizontal axis of the graph is surface roughness Ra (µm)). The vertical axis is plotted on the withstand voltage WS (kV) to draw the measurement curves (or dotted lines) A1, A2 and A3. The measurement results shown in FIGS. 5 and Tables 1-1 to 1-3 show that the breakdown voltage WS is excellent when the surface roughness Ra is less than 4.7 μm, but rapidly when the surface roughness Ra exceeds 4.7 μm. Is clearly shown. Therefore, it is preferable that the surface roughness Ra of the heat exchanger 11 (16) is less than 4.7 micrometers.

다음으로, 열교환 유닛 B11 내지 B19, B21 내지 B29, B31 내지 B39, 및 B41 내지 B49를, 열교환 유닛 B1, B2, B3 및 B4를 기초로, 절연층(12)에 연접한 제1 열교환기(11)의 표면 및 절연층(17)에 연접한 제2 열교환기(16)의 표면 상의 표면 조도(Ra)를 변화시킴으로써 제조한다. 여러가지 값의 표면 조도(Ra)를 이용하여 열교환 유닛 B11 내지 B19, B21 내지 B29, B31 내지 B39, 및 B41 내지 B49에 대해 내전압(WS)을 측정한다.Next, the first heat exchanger 11 in which the heat exchange units B11 to B19, B21 to B29, B31 to B39, and B41 to B49 are connected to the insulating layer 12 on the basis of the heat exchange units B1, B2, B3, and B4. It manufactures by changing the surface roughness Ra on the surface of the () and the surface of the 2nd heat exchanger 16 which were connected to the insulating layer 17. The withstand voltage WS is measured for the heat exchange units B11 to B19, B21 to B29, B31 to B39, and B41 to B49 using various values of surface roughness Ra.

구체적으로, 열교환 유닛 B1에 대해, (절연층(12)에 연접한 제1 열교환기(11)의 표면 및 절연층(17)에 연접한 제2 열교환기(16)의 표면 상의) 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 B11의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 B12의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 B13의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 B14의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 B15의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 B16의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 B17의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 B18의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 B19의 표면 조도는 5.2 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 B1a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 B1b를 열교환 유닛 B1을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 2-1에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 20 ㎛의 에폭시 시트이고, 충전제는 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진다.Specifically, surface roughness (on the surface of the first heat exchanger 11 in contact with the insulating layer 12 and the surface of the second heat exchanger 16 in contact with the insulating layer 17) with respect to the heat exchange unit B1 ( Ra), the surface roughness of the heat exchange unit B11 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B12 is 0.5 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B13 is 1.0 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B14 is 1.6 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit B15 is Is 2.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B16 is 3.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B17 is 4.4 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B18 is 4.7 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit B19 is 5.2 µm. In addition, a heat exchange unit B1a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit B1b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit B1, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 2-1, where the insulating layer 12 (17) is an epoxy sheet having a thickness of 20 µm, and the filler is made of aluminum nitride (AlN).

<표 2-1>TABLE 2-1

Figure 112010005137326-pat00004
Figure 112010005137326-pat00004

또한, 열교환 유닛 B2에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 B21의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 B22의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 B23의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 B24의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 B25의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 B26의 표면 조도는 3.3 ㎛, 열교환 유닛 B27의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 B28의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 B29의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 B2a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 B2b를 열교환 유닛 B2를 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 2-2에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 20 ㎛의 에폭시 바니시이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit B2 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B22 is 0.5 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B23 is 1.0 µm, and the surface of the heat exchange unit B24 is 1.0 µm. Roughness is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit B25 is 2.1 μm, surface roughness of heat exchange unit B26 is 3.3 μm, surface roughness of heat exchange unit B27 is 4.4 μm, surface roughness of heat exchange unit B28 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit B29 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit B2a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit B2b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit B2, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 2-2, wherein the insulating layer 12 (17) is an epoxy varnish having a thickness of 20 µm, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 2-2>TABLE 2-2

Figure 112010005137326-pat00005
Figure 112010005137326-pat00005

또한, 열교환 유닛 B3에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 B31의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 B32의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 B33의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 B34의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 B35의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 B36의 표면 조도는 3.3 ㎛, 열교환 유닛 B37의 표면 조도는 4.5 ㎛, 열교환 유닛 B38의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 B39의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 B3a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 B3b를 열교환 유닛 B3을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 2-3에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 20 ㎛의 에폭시 바니시이고, 충전제는 산화마그네슘(MgO)으로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit B3 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B31 is 0.5 µm, the surface roughness of the heat exchange unit B33 is 1.0 µm, and the surface of the heat exchange unit B34 is 1.0 µm. Roughness is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit B35 is 2.2 μm, surface roughness of heat exchange unit B36 is 3.3 μm, surface roughness of heat exchange unit B37 is 4.5 μm, surface roughness of heat exchange unit B38 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit B39 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit B3a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit B3b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit B3, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 2-3, wherein the insulating layer 12 (17) is an epoxy varnish having a thickness of 20 mu m, and the filler is made of magnesium oxide (MgO).

<표 2-3>TABLE 2-3

Figure 112010005137326-pat00006
Figure 112010005137326-pat00006

또한, 열교환 유닛 B4에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 B41의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 B42의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 B43의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 B44의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 B45의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 B46의 표면 조도는 3.4 ㎛, 열교환 유닛 B47의 표면 조도는 4.5 ㎛, 열교환 유닛 B48의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 B49의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 B4a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 B4b를 열교환 유닛 B4를 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 2-4에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 20 ㎛의 에폭시 바니시이고, 충전제는 탄화규소(SiC)로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit B4 is 0.3 μm, the surface roughness of the heat exchange unit B42 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit B43 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit B43 is 1.0 μm, and the surface of the heat exchange unit B44. Roughness is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit B45 is 2.2 μm, surface roughness of heat exchange unit B46 is 3.4 μm, surface roughness of heat exchange unit B47 is 4.5 μm, surface roughness of heat exchange unit B48 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit B49 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit B4a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit B4b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit B4, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 2-4, wherein the insulating layer 12 (17) is an epoxy varnish having a thickness of 20 mu m, and the filler is made of silicon carbide (SiC).

<표 2-4>TABLE 2-4

Figure 112010005137326-pat00007
Figure 112010005137326-pat00007

표 2-1, 2-2, 2-3 및 2-4에서의 열교환 유닛 B11 내지 B19, B21 내지 B29, B31 내지 B39, 및 B41 내지 B49에 대한 측정 결과를 도 5의 그래프 상에 플롯팅하여, 측정 곡선(또는 점선) B1, B2, B3 및 B4를 그린다. 도 5 및 표 2-1 내지 2-4에 나타낸 상기 측정 결과는, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛ 미만이면 내전압(WS)이 우수하지만, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛를 초과할 경우에는 급속히 감소됨을 명백히 나타낸다. 따라서, 열교환기(11(16))의 표면 조도(Ra)는 4.7 ㎛ 미만인 것이 바람직하다.The measurement results for the heat exchange units B11 to B19, B21 to B29, B31 to B39, and B41 to B49 in Tables 2-1, 2-2, 2-3 and 2-4 are plotted on the graph of FIG. , Draw the measurement curves (or dashed lines) B1, B2, B3 and B4. The measurement results shown in FIGS. 5 and Tables 2-1 to 2-4 show that the breakdown voltage WS is excellent when the surface roughness Ra is less than 4.7 μm, but rapidly when the surface roughness Ra exceeds 4.7 μm. Is clearly shown. Therefore, it is preferable that the surface roughness Ra of the heat exchanger 11 (16) is less than 4.7 micrometers.

다음으로, 열교환 유닛 C11 내지 C19, C21 내지 C29, 및 C31 내지 C39를, 열교환 유닛 C1, C2 및 C3을 기초로, 절연층(12)에 연접한 제1 열교환기(11)의 표면 및 절연층(17)에 연접한 제2 열교환기(16)의 표면 상의 표면 조도(Ra)를 변화시킴으로써 제조한다. 여러가지 값의 표면 조도(Ra)를 이용하여 열교환 유닛 C11 내지 C19, C21 내지 C29, 및 C31 내지 C39에 대해 내전압(WS)을 측정한다.Next, the surface and the insulating layer of the first heat exchanger 11 in which the heat exchange units C11 to C19, C21 to C29, and C31 to C39 are connected to the insulating layer 12 on the basis of the heat exchange units C1, C2 and C3. It manufactures by changing surface roughness Ra on the surface of the 2nd heat exchanger 16 connected to (17). The withstand voltage WS is measured for the heat exchange units C11 to C19, C21 to C29, and C31 to C39 using various values of surface roughness Ra.

구체적으로, 열교환 유닛 C1에 대해, (절연층(12)에 연접한 제1 열교환기(11)의 표면 및 절연층(17)에 연접한 제2 열교환기(16)의 표면 상의) 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 C11의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 C12의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 C13의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 C14의 표면 조도는 1.5 ㎛, 열교환 유닛 C15의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 C16의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 C17의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 C18의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 C19의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.06 ㎛인 열교환 유닛 C1a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 C1b를 열교환 유닛 C1을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 3-1에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 100 ㎛의 폴리이미드 시트에 두께 10 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.Specifically, surface roughness (on the surface of the first heat exchanger 11 in contact with the insulating layer 12 and the surface of the second heat exchanger 16 in contact with the insulating layer 17) with respect to the heat exchange unit C1 ( Ra), the surface roughness of the heat exchange unit C11 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit C12 is 0.5 µm, the surface roughness of the heat exchange unit C13 is 1.0 µm, the surface roughness of the heat exchange unit C14 is 1.5 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit C15 is Is 2.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit C16 is 3.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit C17 is 4.4 µm, the surface roughness of the heat exchange unit C18 is 4.7 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit C19 is 5.1 µm. In addition, a heat exchange unit C1a having a surface roughness of 0.06 μm and a heat exchange unit C1b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit C1, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 3-1, wherein the insulating layer 12 (17) is obtained by adding an aluminite layer having a thickness of 10 μm to a polyimide sheet having a thickness of 100 μm, and the filler made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 3-1><Table 3-1>

Figure 112010005137326-pat00008
Figure 112010005137326-pat00008

또한, 열교환 유닛 C2에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 C21의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 C22의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 C23의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 C24의 표면 조도는 1.5 ㎛, 열교환 유닛 C25의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 C26의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 C27의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 C28의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 C29의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.06 ㎛인 열교환 유닛 C2a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 C2b를 열교환 유닛 C2를 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 3-2에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 50 ㎛의 에폭시 시트에 두께 10 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.In addition, with respect to heat exchange unit C2, surface roughness Ra is 0.3 micrometer in surface roughness of heat exchange unit C21, 0.5 micrometer in surface roughness of heat exchange unit C22, 1.0 micrometer in surface roughness of heat exchange unit C23, and surface of heat exchange unit C24. Roughness is 1.5 μm, surface roughness of heat exchange unit C25 is 2.2 μm, surface roughness of heat exchange unit C26 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit C27 is 4.4 μm, surface roughness of heat exchange unit C28 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit C29 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit C2a having a surface roughness of 0.06 μm and a heat exchange unit C2b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit C2, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 3-2, wherein the insulating layer 12 (17) is obtained by adding an aluminite layer having a thickness of 10 μm to an epoxy sheet having a thickness of 50 μm, and the filler made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 3-2>TABLE 3-2

Figure 112010005137326-pat00009
Figure 112010005137326-pat00009

또한, 열교환 유닛 C3에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 C31의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 C32의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 C33의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 C34의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 C35의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 C36의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 C37의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 C38의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 C39의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.06 ㎛인 열교환 유닛 C3a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 C3b를 열교환 유닛 C3을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 3-3에 나타내며, 여기서 절연층(12(17))은 두께 50 ㎛의 에폭시 바니시에 두께 10 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit C3 is 0.3 μm, the surface roughness of the heat exchange unit C31 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit C33 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit C33 is 1.0 μm, and the surface of the heat exchange unit C34. Roughness is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit C35 is 2.2 μm, surface roughness of heat exchange unit C36 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit C37 is 4.4 μm, surface roughness of heat exchange unit C38 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit C39 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit C3a having a surface roughness of 0.06 μm and a heat exchange unit C3b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit C3, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 3-3, wherein the insulating layer 12 (17) is obtained by adding an aluminite layer having a thickness of 10 µm to an epoxy varnish having a thickness of 50 µm, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 3-3>TABLE 3-3

Figure 112010005137326-pat00010
Figure 112010005137326-pat00010

표 3-1, 3-2 및 3-3에서의 열교환 유닛 C11 내지 C19, C21 내지 C29, 및 C31 내지 C39에 대한 측정 결과를 도 5의 그래프 상에 플롯팅하여, 측정 곡선(또는 점선) C1, C2 및 C3을 그린다. 도 5 및 표 3-1 내지 3-3에 나타낸 상기 측정 결과는, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛ 미만이면 내전압(WS)이 우수하지만, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛를 초과할 경우에는 급속히 감소됨을 명백히 나타낸다. 따라서, 열교환기(11(16))의 표면 조도(Ra)는 4.7 ㎛ 미만인 것이 바람직하다.The measurement results for the heat exchange units C11 to C19, C21 to C29, and C31 to C39 in Tables 3-1, 3-2 and 3-3 are plotted on the graph of FIG. Draw C2 and C3. The measurement results shown in FIG. 5 and Tables 3-1 to 3-3 are excellent in breakdown voltage WS when the surface roughness Ra is less than 4.7 μm, but rapidly when the surface roughness Ra exceeds 4.7 μm. Is clearly shown. Therefore, it is preferable that the surface roughness Ra of the heat exchanger 11 (16) is less than 4.7 micrometers.

2. 제2 실시양태2. Second Embodiment

제1 실시양태는, 각각 공냉식 방열판으로서 기능하는 제1 열교환기(11) 및 제2 열교환기(16)로 구성되는 열교환 유닛(10)에 관한 것이지만, 이에 제한되지는 않으며, 따라서 수냉식 방열판을 채용하는 것도 가능하다. 제2 실시양태는 제1 및 제2 열교환기로서 수냉식 방열판을 사용하여 설계된 것이다.The first embodiment relates to a heat exchange unit 10 composed of a first heat exchanger 11 and a second heat exchanger 16, each functioning as an air-cooled heat sink, but is not limited thereto, and thus employs a water-cooled heat sink. It is also possible. The second embodiment is designed using water cooled heat sinks as the first and second heat exchangers.

본 발명의 제2 실시양태에 따른 열교환 유닛(20)을 도 6a 내지 6c를 참고로 설명한다. 도 6c에 나타낸 바와 같이, 열교환 유닛(20)은 제1 열교환기(열방출 또는 열흡수 수냉식 방열판으로서 기능함)(21), 상기 제1 열교환기(21)의 표면 상에 형성된 절연층(22), 상기 절연층(22) 상에 배치된 하부 전극(열방출 또는 열흡수 전극으로서 기능함)(23), 상기 하부 전극(23) 상에 결합된 복수의 열전 소자(24), 상기 열전 소자(24) 상에 결합된 상부 전극(열방출 또는 열흡수 전극으로서 기능함)(25), 제2 열교환기(열방출 또는 열흡수 수냉식 방열판으로서 기능함)(26), 및 상기 제2 열교환기(26)의 표면 상에 형성된 절연층(27)으로 구성된다. 하부 전극(23)의 일단부에는, 한 쌍의 터미널이 한 쌍의 리드(양자 모두 도시되지 않음)에 연결되어 형성된다.The heat exchange unit 20 according to the second embodiment of the present invention is described with reference to Figs. 6A to 6C. As shown in FIG. 6C, the heat exchange unit 20 includes a first heat exchanger (functioning as a heat dissipation or heat absorption water-cooling heat sink) 21, and an insulating layer 22 formed on the surface of the first heat exchanger 21. ), A lower electrode disposed on the insulating layer 22 (functioning as a heat dissipation or heat absorbing electrode) 23, a plurality of thermoelectric elements 24 coupled to the lower electrode 23, and the thermoelectric element An upper electrode (functioning as a heat-dissipating or heat-absorbing electrode) 25, a second heat exchanger (functioning as a heat-dissipating or heat-absorbing water-cooled heat sink) 26, and the second heat exchanger coupled on the 24. It consists of the insulating layer 27 formed on the surface of 26. At one end of the lower electrode 23, a pair of terminals are formed by being connected to a pair of leads (both not shown).

열전 모듈(M)(도 8 참조)은 땜납과 같은 접합 금속을 통해 하부 전극(23)과 상부 전극(25) 사이에 전기적으로 직렬로 접속된 열전 소자(24)로 구성된다.The thermoelectric module M (see FIG. 8) is composed of a thermoelectric element 24 electrically connected in series between the lower electrode 23 and the upper electrode 25 through a bonding metal such as solder.

제1 열교환기(21) 및 제2 열교환기(26)는 각각 열전도율이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 여기서 제1 열교환기(21)의 표면(절연층(22)에 연접함) 및 제2 열교환기(26)의 표면(절연층(27)에 연접함)은 각각 표면 조도(Ra)가 5 ㎛ 이하로 되도록 피니싱된다. 또한, 제1 열교환기(21)에는 복수의 채널(21a)(냉각 매체, 즉 물이 이를 통해 소정 방향, 즉 우측에서 좌측으로 흐르게 함)이 형성되고, 제2 열교환기(26)에는 복수의 채널(26a)이 형성된다. 도 7a에 나타낸 바와 같이, 제1 열교환기(21)의 표면 상에는, 그 위에 하부 전극(23) 및 상부 전극(25)이 정렬될 수 없도록 복수의 마운팅홀(21b)이 형성된다. 도 7b에 나타낸 바와 같이, 제2 열교환기(26)의 표면 상에는, 그 위에 하부 전극(23) 및 상부 전극(25)이 정렬될 수 없도록 복수의 마운팅홀(26b)이 형성된다.The first heat exchanger 21 and the second heat exchanger 26 are each made of aluminum or an aluminum alloy having high thermal conductivity, wherein the surface of the first heat exchanger 21 (connected to the insulating layer 22) and the first heat exchanger 21 are made of aluminum or aluminum alloy. 2 The surface of the heat exchanger 26 (connected to the insulating layer 27) is finished so that the surface roughness Ra becomes 5 micrometers or less, respectively. In addition, a plurality of channels 21a (a cooling medium, that is, water flows through a predetermined direction, ie, right to left) are formed in the first heat exchanger 21, and a plurality of channels 21a are formed in the second heat exchanger 26. Channel 26a is formed. As shown in FIG. 7A, a plurality of mounting holes 21b are formed on the surface of the first heat exchanger 21 such that the lower electrode 23 and the upper electrode 25 cannot be aligned thereon. As shown in FIG. 7B, on the surface of the second heat exchanger 26, a plurality of mounting holes 26b are formed so that the lower electrode 23 and the upper electrode 25 cannot be aligned thereon.

절연층(22 및 27)은 각각 두께 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 폴리이미드 수지, 에폭시 수지 또는 알루마이트로 이루어진다. 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지로 이루어진 절연층(22 및 27)에는 평균 입경 15 ㎛ 이하의 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화마그네슘(MgO) 또는 탄화규소(SiC)로 이루어진 충전제를 분산시켜 열전도율을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한, 알루마이트로 이루어진 절연층(22 및 27) 상에는 충전제를 분산시킨 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지를 적층하는 것이 바람직하다.The insulating layers 22 and 27 are each made of polyimide resin, epoxy resin or alumite having a thickness of 10 µm to 100 µm, respectively. Insulation layers 22 and 27 made of polyimide resin or epoxy resin have fillers of alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), magnesium oxide (MgO) or silicon carbide (SiC) with an average particle diameter of 15 μm or less. It is preferable to disperse | distribute and improve thermal conductivity. Moreover, it is preferable to laminate | stack the polyimide resin or epoxy resin which disperse | distributed the filler on the insulating layers 22 and 27 which consist of an alumite.

하부 전극(23)이 열방출 전극으로서 기능할 때 상부 전극(25)은 열흡수 전극으로서 기능하거나, 또는 하부 전극(23)이 열흡수 전극으로서 기능할 때 상부 전극(25)은 열방출 전극으로서 기능한다. 하부 전극(23) 및 상부 전극(25)은 각각 두께 70 ㎛ 내지 200 ㎛의 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진다. 하부 전극(23)은 도 7a에 나타낸 정렬 패턴을 갖고, 상부 전극(25)은 도 7b에 나타낸 정렬 패턴을 갖는다. 하부 전극(23)의 각 세그먼트는 긴 변의 길이가 3 mm이고 짧은 변의 길이가 1.8 mm인 직사각형 형상으로 형성된다. 유사하게, 상부 전극(25)의 각 세그먼트는 긴 변의 길이가 3 mm이고 짧은 변의 길이가 1.8 mm인 직사각형 형상으로 형성된다.When the lower electrode 23 functions as a heat dissipation electrode, the upper electrode 25 functions as a heat absorption electrode, or when the lower electrode 23 functions as a heat absorption electrode, the upper electrode 25 is a heat dissipation electrode. Function. The lower electrode 23 and the upper electrode 25 each consist of a copper film or a copper alloy film having a thickness of 70 µm to 200 µm. The lower electrode 23 has the alignment pattern shown in FIG. 7A, and the upper electrode 25 has the alignment pattern shown in FIG. 7B. Each segment of the lower electrode 23 is formed into a rectangular shape having a long side of 3 mm and a short side of 1.8 mm. Similarly, each segment of the upper electrode 25 is formed into a rectangular shape having a long side of 3 mm in length and a short side of 1.8 mm in length.

P형 반도체 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(24)는, P형 반도체 및 N형 반도체가 교대로 정렬되는 방식으로 하부 전극(23)과 상부 전극(25) 사이에 전기적으로 직렬로 접속된다. 열전 소자(24)는 SnSb 합금, AuSn 합금 또는 SnAgCu 합금을 통해 하부 전극(23) 및 상부 전극(25)에 납땜된다. 열전 소자(24)의 말단부에는 니켈 도금을 행하여, 열전 소자(24)가 하부 전극(23) 및 상부 전극(25)에 용이하게 납땜될 수 있도록 한다.The thermoelectric element 24 made of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor is electrically connected in series between the lower electrode 23 and the upper electrode 25 in such a manner that the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are alternately aligned. The thermoelectric element 24 is soldered to the lower electrode 23 and the upper electrode 25 through a SnSb alloy, AuSn alloy or SnAgCu alloy. Nickel plating is applied to the distal end of the thermoelectric element 24 so that the thermoelectric element 24 can be easily soldered to the lower electrode 23 and the upper electrode 25.

열전 소자(24)는 실온에서의 열전 성능이 높은 Bi-Te 소결 열전 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, Bi-Sb-Te의 3가 화합물로 이루어진 P형 반도체, 및 Bi-Sb-Te-Se의 4가 화합물로 이루어진 N형 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시양태에서, P형 반도체는 Bi0 .5Sb1 .5Te3으로 이루어지고, N형 반도체는 Bi1 .9Sb0 .1Te2 .6Se0 .4로 이루어지며, 여기서 이들 반도체를 액상 켄칭하여 호일 분체를 생성한 후, 이를 핫프레싱하여 벌크를 형성하고, 그 후 이를 각각 길이 1.35 mm, 폭 1.35 mm, 높이 1.5 mm의 소정 치수를 갖는 조각으로 절단한다.The thermoelectric element 24 is preferably made of a Bi-Te sintered thermoelectric material having high thermoelectric performance at room temperature. Specifically, it is preferable to use a P-type semiconductor composed of a trivalent compound of Bi-Sb-Te, and an N-type semiconductor composed of a tetravalent compound of Bi-Sb-Te-Se. In this embodiment, P-type semiconductor is Bi 0 .5 Sb 1 .5 made of a Te 3, N-type semiconductor is made of a Bi 1 .9 Sb 0 .1 Te 2 .6 Se 0 .4, where these semiconductor After liquid quenching to form a foil powder, it is hot pressed to form a bulk, which is then cut into pieces having predetermined dimensions of 1.35 mm in length, 1.35 mm in width and 1.5 mm in height, respectively.

(a) 열교환 유닛(20)의 제조(a) Manufacture of heat exchange unit 20

열교환 유닛(20)은 하기 절차에 의해 제조된다.The heat exchange unit 20 is manufactured by the following procedure.

먼저, 제1 열교환기(21)(열방출 수냉식 방열판으로서 기능함)를, 그의 표면 상에는 접착 특성을 갖는 절연층(22)이 형성되고, 그의 내부에는 복수의 채널(21a)이 형성되어 냉각 매체(즉, 물)가 이를 통해 흐르게 하도록 준비한다. 유사하게, 제2 열교환기(26)(열흡수 수냉식 방열판으로서 기능함)를, 그의 표면 상에는 접착 특성을 갖는 절연층(27)이 형성되고, 그의 내부에는 복수의 채널(26a)이 형성되어 냉각 매체(즉, 물)가 이를 통해 흐르게 하도록 준비한다. 또한, 하부 전극(23)(열방출 전극으로서 기능함) 및 상부 전극(25)(열흡수 전극으로서 기능함)을 미리 준비한다. 또한, P형 반도체 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(24)를 미리 준비한다.First, an insulating layer 22 having an adhesive property is formed on the surface of the first heat exchanger 21 (functioning as a heat dissipating water-cooling heat sink), and a plurality of channels 21a are formed inside the cooling medium. Prepare to let (i.e. water) flow through it. Similarly, the second heat exchanger 26 (functioning as a heat absorption water-cooling heat sink) is formed on its surface with an insulating layer 27 having adhesive properties, and a plurality of channels 26a are formed inside thereof to cool it. Prepare the medium (ie water) to flow through it. In addition, the lower electrode 23 (functioning as a heat dissipation electrode) and the upper electrode 25 (functioning as a heat absorption electrode) are prepared in advance. In addition, a thermoelectric element 24 made of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor is prepared in advance.

제1 열교환기(21) 및 제2 열교환기(26)는 각각 열전도율이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 제1 열교환기(21)의 표면(절연층(22)에 연접함) 및 제2 열교환기(26)의 표면(절연층(27)에 연접함)은 각각 표면 조도(Ra)가 5 ㎛ 이하로 되도록 피니싱된다. 절연층(22 및 27)은 접착 특성을 갖는 폴리이미드 수지층 또는 에폭시 수지층에 Al2O3, AlN, MgO 또는 SiC로 이루어진 충전제를 분산시킴으로써 형성된다. 대안적으로, 절연층은 충전제를 분산시킨 폴리이미드 수지층 또는 에폭시 수지층을 알루마이트층 상에 형성시킨 복합층을 이용하여 형성된다. 여기서, 절연층(22 및 27)은 시트형 재료를 크림핑함으로써 형성된다. 대안적으로, 시트형 재료에 바니시를 도포한 후, 고화시켜 절연층(22 및 27)을 형성한다. 하부 전극(23) 및 상부 전극(25)은 각각 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어지고, 각각 70 ㎛ 내지 200 ㎛의 소정 두께로 소정 전극 패턴으로 성형된다. P형 및 N형 반도체의 말단부(또는 종방향으로 대향 단부)에는 니켈 도금을 행한다.The first heat exchanger 21 and the second heat exchanger 26 are each made of aluminum or aluminum alloy with high thermal conductivity. The surface roughness Ra of the surface of the first heat exchanger 21 (connected to the insulating layer 22) and the surface of the second heat exchanger 26 (connected to the insulating layer 27) are each 5 μm or less. Finished to be. The insulating layers 22 and 27 are formed by dispersing a filler made of Al 2 O 3 , AlN, MgO or SiC in a polyimide resin layer or an epoxy resin layer having adhesive properties. Alternatively, the insulating layer is formed using a polyimide resin layer in which the filler is dispersed or a composite layer in which an epoxy resin layer is formed on the alumite layer. Here, the insulating layers 22 and 27 are formed by crimping the sheet-like material. Alternatively, the varnish is applied to the sheet-like material and then solidified to form the insulating layers 22 and 27. The lower electrode 23 and the upper electrode 25 are each made of a copper film or a copper alloy film, and each is molded into a predetermined electrode pattern with a predetermined thickness of 70 μm to 200 μm. Nickel plating is performed on the terminal portions (or opposite ends in the longitudinal direction) of the P-type and N-type semiconductors.

도 6a에 나타낸 바와 같이, 도 7a에 나타낸 소정 전극 패턴을 갖는 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진 하부 전극(23)을 제1 열교환기(21)의 절연층(22) 상에 결합한다. 이어서, 도 6b에 나타낸 바와 같이, P형 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(24)를 하부 전극(23) 상에 교대로 정렬하며, 여기서 열전 소자(24)의 하단부를 땜납 합금(예를 들어, SnSb 합금, AuSn 합금 및 SnAgCu 합금)을 통해 하부 전극(23) 상에 부착한다. 또한, 도 7b에 나타낸 소정 전극 패턴을 갖는 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진 상부 전극(25)을 열전 소자(24)의 상단부 상에 배치한다.As shown in FIG. 6A, the lower electrode 23 made of a copper film or a copper alloy film having a predetermined electrode pattern shown in FIG. 7A is bonded onto the insulating layer 22 of the first heat exchanger 21. Subsequently, as shown in FIG. 6B, the thermoelectric elements 24 made of P-type and N-type semiconductors are alternately arranged on the lower electrode 23, where the lower end of the thermoelectric element 24 is a solder alloy (for example). , SnSb alloy, AuSn alloy and SnAgCu alloy) are attached onto the lower electrode 23. In addition, an upper electrode 25 made of a copper film or a copper alloy film having a predetermined electrode pattern shown in FIG. 7B is disposed on the upper end of the thermoelectric element 24.

그 후, 상부 전극(25)을 땜납 합금(예를 들어, SnSb 합금, AuSn 합금 및 SnAgCu 합금)을 통해 열전 소자(24)의 상단부 상에 부착한다. 이렇게 하여, 하부 전극(23)과 상부 전극(25) 사이에 P형 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(24)가 교대로 정렬되며 전기적으로 직렬로 접속된다.The upper electrode 25 is then attached onto the upper end of the thermoelectric element 24 via a solder alloy (eg, SnSb alloy, AuSn alloy and SnAgCu alloy). In this way, the thermoelectric elements 24 made of P-type and N-type semiconductors are alternately arranged and electrically connected in series between the lower electrode 23 and the upper electrode 25.

마지막으로, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 제2 열교환기(26)의 절연층(27)을 상부 전극(25)과 접촉시키고, 이어서 상부 전극(25)을 절연층(27)에 부착한다. 이로써 제2 실시양태의 열교환 유닛(20)의 제조가 완료된다.Finally, as shown in FIG. 6C, the insulating layer 27 of the second heat exchanger 26 is brought into contact with the upper electrode 25, and then the upper electrode 25 is attached to the insulating layer 27. This completes the manufacture of the heat exchange unit 20 of the second embodiment.

(b) 열교환 유닛(20)의 사용(b) Use of heat exchange unit 20

제2 실시양태의 열교환 유닛(20)은 소정 대상(즉, 온도가 제어될 필요가 있는 대상, 도시되지 않음)의 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, "열흡수" 제2 열교환기(26)의 채널(26a)의 주입구에 소정 대상으로부터 열이 흡수됨으로써 가온된 온수가 공급되고, 채널(26a)의 배출구는 상기 소정 대상에 연결된다. 또한, 제1 열교환기(21)의 채널(21a)의 주입구에 냉각수가 공급되고, 채널(21a)의 배출구는 배수구로서 사용된다. 이러한 상태에서, "열방출" 하부 전극(23)과 "열흡수" 상부 전극(25) 사이에 열전 소자(24)가 전기적으로 직렬로 접속된 열전 모듈(M)에 전기를 인가함으로써, 상부 전극(25)을 냉각시켜 상기 소정 대상에 공급된 온수로부터의 열을 "열흡수" 제2 열교환기(26)를 통해 흡수하고, "열방출" 하부 전극(23)을 가열시켜 그의 열을 "열방출" 제1 열교환기(21)의 채널(21a)을 통해 흐르는 냉각수를 통해 방출시킨다.The heat exchange unit 20 of the second embodiment can be used to control the temperature of a given object (ie, the object for which the temperature needs to be controlled, not shown). For example, warm water is supplied to the inlet of the channel 26a of the "heat absorption" second heat exchanger 26 by absorbing heat from a predetermined object, and the outlet of the channel 26a is connected to the predetermined object. . In addition, cooling water is supplied to the inlet of the channel 21a of the first heat exchanger 21, and the outlet of the channel 21a is used as a drain. In this state, the upper electrode is applied by applying electricity to the thermoelectric module M in which the thermoelectric element 24 is electrically connected in series between the "heat dissipation" lower electrode 23 and the "heat absorption" upper electrode 25. Cooling the 25 to absorb heat from the hot water supplied to the predetermined object through the "heat absorption" second heat exchanger 26, heat the "heat-dissipation" lower electrode 23 to heat its heat "heat" Discharge "is discharged through the cooling water flowing through the channel 21a of the first heat exchanger 21.

(c) 최대 열흡수값(Qmax)의 측정(c) Determination of the maximum heat absorption value (Qmax)

제2 실시양태의 열교환 유닛(20)을 사용하여, 하기 절차에 의해, 성능 평가 기준을 구성하는 최대 열흡수(또는 흡열)값(Qmax)을 측정할 수 있다. 시험예 D1 내지 D3, 및 E1 및 E2를 열교환 유닛(20)을 기초로 제조한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 진공 챔버(Y)를 사용하여 그 안에 열교환 유닛(20)(즉, 열교환 유닛 D1 내지 D3, E1 및 E2의 시험예)을 설치한다. 그 후, 제2 열교환기(26)의 채널(26a)의 주입구에 온수 파이프(도시되지 않음)를 연결하고, 채널(26a)의 배출구에 배수 파이프(도시되지 않음)를 연결한다.Using the heat exchange unit 20 of the second embodiment, the maximum heat absorption (or endothermic) value Qmax constituting the performance evaluation criteria can be measured by the following procedure. Test examples D1 to D3, and E1 and E2 are prepared based on the heat exchange unit 20. As shown in Fig. 8, the heat exchange unit 20 (that is, test examples of the heat exchange units D1 to D3, E1 and E2) is installed therein using the vacuum chamber Y. Thereafter, a hot water pipe (not shown) is connected to the inlet of the channel 26a of the second heat exchanger 26, and a drain pipe (not shown) is connected to the outlet of the channel 26a.

또한, 제1 열교환기(21)의 채널(21a)의 주입구에 냉각수 파이프(도시되지 않음)를 연결하고, 채널(21a)의 배출구에 배수 파이프(도시되지 않음)를 연결한다.In addition, a cooling water pipe (not shown) is connected to the inlet of the channel 21a of the first heat exchanger 21, and a drain pipe (not shown) is connected to the outlet of the channel 21a.

열교환 유닛(20)을 구동하여 채널(21a)의 주입구 온도 및 배출구 온도, 및 채널(26a)의 주입구 온도 및 배출구 온도를 10분 동안 측정하며, 여기서 측정은 주입구 온도를 증가시켜 배출구 온도의 평균값을 측정하고, 그에 의해 최대 열흡수값(Qmax)을 추산함으로써 행한다. 측정 결과는, 열교환 유닛 D1은 Qmax=218 W를 나타내고, 열교환 유닛 D2는 Qmax=222 W를 나타내고, 열교환 유닛 D3은 Qmax=220 W를 나타냄을 보여준다. 또한, 열교환 유닛 E1은 Qmax=225 W를 나타내고, 열교환 유닛 E2는 Qmax=224 W를 나타낸다.The heat exchange unit 20 is driven to measure the inlet and outlet temperatures of the channel 21a, and the inlet and outlet temperatures of the channel 26a for 10 minutes, wherein the measurement increases the inlet temperature to determine the average value of the outlet temperature. The measurement is performed by estimating the maximum heat absorption value Qmax. The measurement result shows that the heat exchange unit D1 represents Qmax = 218 W, the heat exchange unit D2 represents Qmax = 222 W, and the heat exchange unit D3 represents Qmax = 220 W. FIG. In addition, the heat exchange unit E1 represents Qmax = 225 W, and the heat exchange unit E2 represents Qmax = 224 W. FIG.

상기에서, 열교환 유닛 D1은 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 두께 5 ㎛의 알루마이트층 상의 폴리이미드 수지 시트에 분산시켜 두께 30 ㎛의 절연층(22 및 27)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 D2는 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 두께 5 ㎛의 알루마이트층 상의 에폭시 수지 시트에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(22 및 27)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 D3은 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 두께 5 ㎛의 알루마이트층 상의 바니시상의 에폭시 수지에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(22 및 27)을 형성하도록 제조된다.In the above, the heat exchange unit D1 is manufactured to disperse a filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in a polyimide resin sheet on an aluminite layer having a thickness of 5 μm to form insulating layers 22 and 27 having a thickness of 30 μm. The heat exchange unit D2 is manufactured by dispersing a filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in an epoxy resin sheet on an aluminite layer having a thickness of 5 μm to form insulating layers 22 and 27 having a thickness of 20 μm. The heat exchange unit D3 is manufactured by dispersing a filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in a varnish-like epoxy resin on an aluminite layer having a thickness of 5 μm to form insulating layers 22 and 27 having a thickness of 20 μm.

또한, 열교환 유닛 E1은 산화마그네슘(MgO) 분체로 이루어진 충전제를 에폭시 수지 시트에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(22 및 27)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 E2는 탄화규소(SiC) 분체로 이루어진 충전제를 에폭시 수지 시트에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(22 및 27)을 형성하도록 제조된다.In addition, the heat exchange unit E1 is manufactured to disperse the filler made of magnesium oxide (MgO) powder in the epoxy resin sheet to form the insulating layers 22 and 27 having a thickness of 20 µm. The heat exchange unit E2 is manufactured to disperse the filler made of silicon carbide (SiC) powder in an epoxy resin sheet to form the insulating layers 22 and 27 having a thickness of 20 탆.

(d) 내전압(WS)의 측정(d) Measurement of breakdown voltage (WS)

열교환 유닛 D11 내지 D19, D21 내지 D29, 및 D31 내지 D39를, 열교환 유닛 D1, D2 및 D3을 기초로, 절연층(22)에 연접한 제1 열교환기(21)의 표면 및 절연층(27)에 연접한 제2 열교환기(26)의 표면 상의 표면 조도(Ra)를 변화시킴으로써 제조한다. 여러가지 값의 표면 조도(Ra)를 이용하여 열교환 유닛 D11 내지 D19, D21 내지 D29, 및 D31 내지 D39에 대해 내전압(WS)을 측정한다.The surface and insulating layer 27 of the first heat exchanger 21 in which the heat exchange units D11 to D19, D21 to D29, and D31 to D39 are connected to the insulating layer 22 based on the heat exchange units D1, D2, and D3. It manufactures by changing surface roughness Ra on the surface of the 2nd heat exchanger 26 connected to. The withstand voltage WS is measured for the heat exchange units D11 to D19, D21 to D29, and D31 to D39 using various values of surface roughness Ra.

구체적으로, 열교환 유닛 D1에 대해, (절연층(22)에 연접한 제1 열교환기(21)의 표면 및 절연층(27)에 연접한 제2 열교환기(26)의 표면 상의) 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 D11의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 D12의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 D13의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 D14의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 D15의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 D16의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 D17의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 D18의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 D19의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.06 ㎛인 열교환 유닛 D1a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 D1b를 열교환 유닛 D1을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 4-1에 나타내며, 여기서 절연층(22(27))은 두께 30 ㎛의 폴리이미드 시트에 두께 5 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.Specifically, surface roughness (on the surface of the first heat exchanger 21 in contact with the insulating layer 22 and the surface of the second heat exchanger 26 in contact with the insulating layer 27) with respect to the heat exchange unit D1. Ra), the surface roughness of the heat exchange unit D11 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit D12 is 0.5 µm, the surface roughness of the heat exchange unit D13 is 1.0 µm, the surface roughness of the heat exchange unit D14 is 1.6 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit D15 is Is 2.1 µm, the surface roughness of the heat exchange unit D16 is 3.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit D17 is 4.4 µm, the surface roughness of the heat exchange unit D18 is 4.7 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit D19 is 5.1 µm. In addition, a heat exchange unit D1a having a surface roughness of 0.06 μm and a heat exchange unit D1b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit D1, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 4-1, wherein the insulating layer 22 (27) is a polyimide sheet having a thickness of 30 µm and an aluminite layer having a thickness of 5 µm is added, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 4-1>TABLE 4-1

Figure 112010005137326-pat00011
Figure 112010005137326-pat00011

또한, 열교환 유닛 D2에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 D21의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 D22의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 D23의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 D24의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 D25의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 D26의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 D27의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 D28의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 D29의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.06 ㎛인 열교환 유닛 D2a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 D2b를 열교환 유닛 D2를 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 4-2에 나타내며, 여기서 절연층(22(27))은 두께 20 ㎛의 에폭시 시트에 두께 5 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit D2 is 0.3 μm, the surface roughness of the heat exchange unit D21 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit D22 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit D23 is 1.0 μm, and the surface of the heat exchange unit D24. Roughness is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit D25 is 2.1 μm, surface roughness of heat exchange unit D26 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit D27 is 4.4 μm, surface roughness of heat exchange unit D28 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit D29 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit D2a having a surface roughness of 0.06 μm and a heat exchange unit D2b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit D2, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 4-2, wherein the insulating layer 22 (27) is an epoxy sheet having a thickness of 20 µm and an aluminite layer having a thickness of 5 µm is added, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 4-2>TABLE 4-2

Figure 112010005137326-pat00012
Figure 112010005137326-pat00012

또한, 열교환 유닛 D3에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 D31의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 D32의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 D33의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 D34의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 D35의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 D36의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 D37의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 D38의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 D39의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.06 ㎛인 열교환 유닛 D3a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 D3b를 열교환 유닛 D3을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 4-3에 나타내며, 여기서 절연층(22(27))은 두께 20 ㎛의 에폭시 바니시에 두께 5 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것이고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit D3 is 0.3 μm, the surface roughness of the heat exchange unit D31 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit D33 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit D33 is 1.0 μm, and the surface of the heat exchange unit D34. Roughness is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit D35 is 2.1 μm, surface roughness of heat exchange unit D36 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit D37 is 4.4 μm, surface roughness of heat exchange unit D38 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit D39 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit D3a having a surface roughness of 0.06 μm and a heat exchange unit D3b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit D3, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 4-3, wherein the insulating layer 22 (27) is an epoxy varnish having a thickness of 20 µm and an aluminite layer having a thickness of 5 µm is added, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 4-3>TABLE 4-3

Figure 112010005137326-pat00013
Figure 112010005137326-pat00013

표 4-1, 4-2 및 4-3에서의 열교환 유닛 D11 내지 D19, D21 내지 D29, 및 D31 내지 D39에 대한 측정 결과를 도 9의 그래프(그래프의 수평축은 표면 조도(Ra)(㎛)를 나타내고, 수직축은 내전압(WS)(kV)을 나타냄) 상에 플롯팅하여, 측정 곡선(또는 점선) D1, D2 및 D3을 그린다. 도 9 및 표 4-1 내지 4-3에 나타낸 상기 측정 결과는, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛ 미만이면 내전압(WS)이 우수하지만, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛를 초과할 경우에는 급속히 감소됨을 명백히 나타낸다. 따라서, 열교환기(21(26))의 표면 조도(Ra)는 4.7 ㎛ 미만인 것이 바람직하다. Measurement results for the heat exchange units D11 to D19, D21 to D29, and D31 to D39 in Tables 4-1, 4-2, and 4-3 are shown in the graph of FIG. 9 (horizontal axis of the graph is surface roughness Ra (µm)). The vertical axis is plotted on the withstand voltage WS (kV) to draw the measurement curves (or dotted lines) D1, D2 and D3. 9 and Tables 4-1 to 4-3 show that the breakdown voltage WS is excellent when the surface roughness Ra is less than 4.7 μm, but rapidly when the surface roughness Ra exceeds 4.7 μm. Is clearly shown. Therefore, the surface roughness Ra of the heat exchanger 21 (26) is preferably less than 4.7 mu m.

유사하게, 열교환 유닛 E1에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 E11의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 E12의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 E13의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 E14의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 E15의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 E16의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 E17의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 E18의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 E19의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 E1a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 E1b를 열교환 유닛 E1을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 5-1에 나타내며, 여기서 절연층(22(27))은 두께 20 ㎛의 에폭시 시트이고, 충전제는 산화마그네슘(MgO)으로 이루어진다.Similarly, for the heat exchange unit E1, the surface roughness Ra is 0.3 μm, the surface roughness of the heat exchange unit E11 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit E12 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit E13 is 1.0 μm, and The surface roughness is 1.6 µm, the surface roughness of the heat exchange unit E15 is 2.1 µm, the surface roughness of the heat exchange unit E16 is 3.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit E17 is 4.4 µm, the surface roughness of the heat exchange unit E18 is 4.7 µm, The surface roughness is changed to be 5.1 mu m. Further, a heat exchange unit E1a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit E1b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit E1, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 5-1, wherein the insulating layer 22 (27) is an epoxy sheet having a thickness of 20 µm, and the filler is made of magnesium oxide (MgO).

<표 5-1>TABLE 5-1

Figure 112010005137326-pat00014
Figure 112010005137326-pat00014

또한, 열교환 유닛 E2에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 E21의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 E22의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 E23의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 E24의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 E25의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 E26의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 E27의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 E28의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 E29의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 E2a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 E2b를 열교환 유닛 E2를 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 5-2에 나타내며, 여기서 절연층(22(27))은 두께 20 ㎛의 에폭시 시트이고, 충전제는 탄화규소(SiC)로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit E2 is 0.3 μm, the surface roughness of the heat exchange unit E21 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit E22 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit E23 is 1.0 μm, and the surface of the heat exchange unit E24. Roughness is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit E25 is 2.1 μm, surface roughness of heat exchange unit E26 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit E27 is 4.4 μm, surface roughness of heat exchange unit E28 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit E29 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit E2a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit E2b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit E2, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 5-2, wherein the insulating layer 22 (27) is an epoxy sheet having a thickness of 20 µm, and the filler is made of silicon carbide (SiC).

<표 5-2>TABLE 5-2

Figure 112010005137326-pat00015
Figure 112010005137326-pat00015

표 5-1 및 5-2에서의 열교환 유닛 E11 내지 E19, 및 E21 내지 E29에 대한 측정 결과를 도 9의 그래프 상에 플롯팅하여, 측정 곡선(또는 점선) E1 및 E2를 그린다. 도 9 및 표 5-1 및 5-2에 나타낸 상기 측정 결과는, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛ 미만이면 내전압(WS)이 우수하지만, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛를 초과할 경우에는 급속히 감소됨을 명백히 나타낸다. 따라서, 열교환기(21(26))의 표면 조도(Ra)는 4.7 ㎛ 미만인 것이 바람직하다.The measurement results for the heat exchange units E11 to E19 and E21 to E29 in Tables 5-1 and 5-2 are plotted on the graph of FIG. 9 to draw measurement curves (or dotted lines) E1 and E2. The measurement results shown in FIGS. 9 and Tables 5-1 and 5-2 show that the breakdown voltage WS is excellent when the surface roughness Ra is less than 4.7 μm, but rapidly when the surface roughness Ra exceeds 4.7 μm. Is clearly shown. Therefore, the surface roughness Ra of the heat exchanger 21 (26) is preferably less than 4.7 mu m.

3. 제3 실시양태3. Third embodiment

제1 실시양태의 열교환 유닛(10) 및 제2 실시양태의 열교환 유닛(20)은 전극(13, 15, 23 및 25)이 열교환기(11, 16, 21 및 26)의 표면 상에 균일하게 형성되도록 설계된 것이지만, 열교환기의 표면 상의 소정 영역에서 그 위에 전극이 균일하게 정렬되지 못하는 경우는, 열교환기의 표면 상의 상기 소정 영역의 밖에 전극을 유지하여 정렬시키는 것도 가능하다. 본 발명의 제3 실시양태는 이러한 개념을 기초로 설계된 것이다.The heat exchange unit 10 of the first embodiment and the heat exchange unit 20 of the second embodiment have electrodes 13, 15, 23, and 25 uniformly on the surface of the heat exchangers 11, 16, 21, and 26. Although designed to be formed, when the electrodes are not evenly aligned on a predetermined area on the surface of the heat exchanger, it is also possible to hold and align the electrodes outside the predetermined area on the surface of the heat exchanger. The third embodiment of the present invention is designed based on this concept.

본 발명의 제3 실시양태에 따른 열교환 유닛(30)을 도 10a 내지 10c를 참고로 설명한다. 도 10c에 나타낸 바와 같이, 열교환 유닛(30)은 제1 열교환기(열방출 또는 열흡수 수냉식 방열판으로서 기능함)(31), 상기 제1 열교환기(31)의 표면 및 배면 상에 형성된 절연층(32a 및 32b), 상기 절연층(32a) 상에 형성된 제1 하부 전극(열방출 또는 열흡수 전극으로서 기능함)(33a), 상기 절연층(32b) 상에 형성된 제1 상부 전극(열방출 또는 열흡수 전극으로서 기능함)(33b), 상기 제1 하부 전극(33a)에 연접한 복수의 제1 열전 소자(34a), 상기 제1 상부 전극(33b)에 연접한 복수의 제2 열전 소자(34b), 상기 제1 열전 소자(34a)의 상단부에 연접한 제2 상부 전극(열방출 또는 열흡수 전극으로서 기능함)(35a), 상기 제2 열전 소자(34b)의 하단부에 연접한 제2 하부 전극(열방출 또는 열흡수 전극으로서 기능함)(35b), 제2 열교환기(열방출 또는 열흡수 수냉식 방열판으로서 기능함)(36), 상기 제2 상부 전극(35a) 위의 상기 제2 열교환기(36)의 표면 상에 형성된 절연층(37), 제3 열교환기(열방출 또는 열흡수 방열판으로서 기능함)(38), 및 상기 제2 하부 전극(35b) 아래의 상기 제3 열교환기(38)의 표면 상에 형성된 절연층(39)으로 구성된다. 제1 하부 전극(33a)의 일단부에는, 한 쌍의 터미널이 한 쌍의 리드(양자 모두 도시되지 않음)에 연결되어 형성된다.The heat exchange unit 30 according to the third embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. 10A to 10C. As shown in FIG. 10C, the heat exchange unit 30 includes a first heat exchanger (functioning as a heat dissipation or heat absorption water-cooling heat sink) 31, and an insulating layer formed on the surface and the rear surface of the first heat exchanger 31. 32a and 32b, a first lower electrode (functioning as a heat dissipation or heat absorption electrode) 33a formed on the insulating layer 32a, and a first upper electrode (heat dissipation) formed on the insulating layer 32b. Or as a heat absorbing electrode) 33b, a plurality of first thermoelectric elements 34a connected to the first lower electrode 33a, and a plurality of second thermoelectric elements connected to the first upper electrode 33b. 34b, a second upper electrode (functioning as a heat dissipation or heat absorption electrode) 35a in contact with an upper end of the first thermoelectric element 34a, and a second in contact with a lower end of the second thermoelectric element 34b. 2 lower electrode (functioning as heat dissipation or heat absorption electrode) 35b, second heat exchanger (functioning as heat dissipation or heat absorption water cooling heat sink) 36, phase An insulating layer 37 formed on the surface of the second heat exchanger 36 on the second upper electrode 35a, a third heat exchanger (functioning as a heat dissipation or heat absorption heat sink) 38, and the It is composed of an insulating layer 39 formed on the surface of the third heat exchanger 38 below the second lower electrode 35b. At one end of the first lower electrode 33a, a pair of terminals are formed by being connected to a pair of leads (both not shown).

도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 열전 모듈(M1)은 땜납과 같은 접합 금속을 통해 제1 하부 전극(33a)과 제2 상부 전극(35a) 사이에 전기적으로 직렬로 접속된 제1 열전 소자(34a)로 구성된다. 또한, 제2 열전 모듈(M2)은 땜납과 같은 접합 금속을 통해 제1 상부 전극(33b)과 제2 하부 전극(35b) 사이에 전기적으로 직렬로 접속된 제2 열전 소자(34b)로 구성된다. As shown in FIG. 12, the first thermoelectric module M1 includes a first thermoelectric element electrically connected in series between the first lower electrode 33a and the second upper electrode 35a through a bonding metal such as solder. 34a). Further, the second thermoelectric module M2 is composed of a second thermoelectric element 34b electrically connected in series between the first upper electrode 33b and the second lower electrode 35b through a bonding metal such as solder. .

열교환기(31, 36 및 38)(수냉식 방열판으로서 기능함)는 각각 열전도율이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 여기서 제1 열교환기(31)의 표면 및 배면(절연층(32a 및 32b)에 연접함), 제2 열교환기(36)의 표면(절연층(37)에 연접함), 및 제3 열교환기(38)의 표면(절연층(39)에 연접함)은 각각 표면 조도(Ra)가 5 ㎛ 이하로 되도록 피니싱된다. 또한, 제1 열교환기(31)에는 복수의 채널(31a)(냉각 매체, 즉 물이 이를 통해 소정 방향, 즉 우측에서 좌측으로 흐르게 함)이 형성된다. 유사하게, 제2 열교환기(36)에는 복수의 채널(36a)이 형성되고, 제3 열교환기(38)에는 복수의 채널(38a)이 형성된다. 여기서, 열교환기(31, 36 및 38)의 표면 상에는, 성형(또는 주조)하도록 기구를 이용하여 공동 또는 오목부가 형성된다. 이러한 이유로, 도 11a 및 11b에 나타낸 바와 같이, 열교환기(31, 36 및 38)의 표면 상에는 전극(33a, 33b, 35a 및 35b)의 형성을 방지하도록 바이패스 영역(31c, 36c 및 38c)이 형성된다. 또한, 열교환기(31, 36 및 38)의 코너에는 복수의 마운팅홀(31b, 36b 및 38b)이 형성된다.The heat exchangers 31, 36 and 38 (functioning as water-cooled heat sinks) are each made of aluminum or aluminum alloy with high thermal conductivity, whereby the surface and back of the first heat exchanger 31 (insulating layers 32a and 32b) Junction), the surface of the second heat exchanger 36 (connected to the insulating layer 37), and the surface of the third heat exchanger 38 (connected to the insulating layer 39), respectively. ) Is finished so that it becomes 5 micrometers or less. In addition, the first heat exchanger 31 is formed with a plurality of channels 31a (cooling medium, ie, water flows through it in a predetermined direction, ie from right to left). Similarly, a plurality of channels 36a are formed in the second heat exchanger 36 and a plurality of channels 38a are formed in the third heat exchanger 38. Here, on the surfaces of the heat exchangers 31, 36 and 38, a cavity or a recess is formed by using a mechanism to mold (or cast). For this reason, as shown in Figs. 11A and 11B, the bypass regions 31c, 36c and 38c are formed on the surfaces of the heat exchangers 31, 36 and 38 to prevent the formation of the electrodes 33a, 33b, 35a and 35b. Is formed. In addition, a plurality of mounting holes 31b, 36b, and 38b are formed at the corners of the heat exchangers 31, 36, and 38.

절연층(32a, 32b, 37 및 39)은 각각 두께 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 폴리이미드 수지, 에폭시 수지 또는 알루마이트로 이루어진다. 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지로 이루어진 절연층(32a, 32b, 37 및 39)에는 평균 입경 15 ㎛ 이하의 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화마그네슘(MgO) 또는 탄화규소(SiC)로 이루어진 충전제를 분산시켜 열전도율을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한, 알루마이트로 이루어진 절연층(32a, 32b, 37 및 39) 상에는 충전제를 분산시킨 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지를 적층하는 것이 바람직하다.The insulating layers 32a, 32b, 37 and 39 are each made of polyimide resin, epoxy resin or alumite having a thickness of 10 µm to 100 µm, respectively. The insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 made of polyimide resin or epoxy resin have alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), magnesium oxide (MgO), or silicon carbide (SiC) having an average particle diameter of 15 μm or less. It is desirable to disperse the filler consisting of) to improve the thermal conductivity. Moreover, it is preferable to laminate | stack the polyimide resin or epoxy resin which disperse | distributed the filler on the insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 which consist of an alumite.

전극(33a, 33b, 35a 및 35b)은 각각 두께 70 ㎛ 내지 200 ㎛의 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진다. 제1 하부 전극(33a) 및 제1 상부 전극(33b) 각각은 도 11a에 나타낸 정렬 패턴을 가지며, 제2 상부 전극(35a) 및 제2 하부 전극(35b) 각각은 도 11b에 나타낸 정렬 패턴을 갖는다. 전극(33a, 33b, 35a 및 35b)의 각 세그먼트는 긴 변의 길이가 3 mm이고 짧은 변의 길이가 1.8 mm인 직사각형 형상으로 형성된다. 또한, 인접한 세그먼트 사이의 최소 거리(t)는 각 직사각형 세그먼트의 짧은 변의 길이(예를 들어, 1.8 mm)보다 짧다.The electrodes 33a, 33b, 35a and 35b each consist of a copper film or a copper alloy film having a thickness of 70 µm to 200 µm. Each of the first lower electrode 33a and the first upper electrode 33b has the alignment pattern shown in FIG. 11A, and each of the second upper electrode 35a and the second lower electrode 35b has the alignment pattern shown in FIG. 11B. Have Each segment of the electrodes 33a, 33b, 35a, and 35b is formed into a rectangular shape having a long side of 3 mm and a short side of 1.8 mm. In addition, the minimum distance t between adjacent segments is shorter than the length of the short side of each rectangular segment (eg 1.8 mm).

P형 반도체 및 N형 반도체로 이루어진 제1 열전 소자(34a)는, P형 반도체 및 N형 반도체가 교대로 정렬되는 방식으로 제1 하부 전극(33a)과 제2 상부 전극(35a) 사이에 전기적으로 직렬로 접속된다. 유사하게, P형 반도체 및 N형 반도체로 이루어진 제2 열전 소자(34b)는, P형 반도체 및 N형 반도체가 교대로 정렬되는 방식으로 제1 상부 전극(33b)과 제2 하부 전극(35b) 사이에 전기적으로 직렬로 접속된다. 열전 소자(34a 및 34b)는 SnSb 합금, AuSn 합금 또는 SnAgCu 합금을 통해 전극(33a, 33b, 35a 및 35b)에 납땜된다. 열전 소자(34a 및 34b)의 말단부에는 니켈 도금을 행하여, 열전 소자(34a 및 34b)가 전극(33a, 33b, 35a 및 35b)에 용이하게 납땜될 수 있도록 한다.The first thermoelectric element 34a made of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor is electrically connected between the first lower electrode 33a and the second upper electrode 35a in such a manner that the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are alternately aligned. Connected in series. Similarly, the second thermoelectric element 34b made of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor has the first upper electrode 33b and the second lower electrode 35b in such a manner that the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are alternately aligned. Are electrically connected in series. Thermoelectric elements 34a and 34b are soldered to electrodes 33a, 33b, 35a and 35b via a SnSb alloy, AuSn alloy or SnAgCu alloy. The terminal portions of the thermoelectric elements 34a and 34b are nickel plated so that the thermoelectric elements 34a and 34b can be easily soldered to the electrodes 33a, 33b, 35a and 35b.

열전 소자(34a 및 34b)는 실온에서의 열전 성능이 높은 Bi-Te 소결 열전 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, Bi-Sb-Te의 3가 화합물로 이루어진 P형 반도체, 및 Bi-Sb-Te-Se의 4가 화합물로 이루어진 N형 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시양태에서, P형 반도체는 Bi0 .5Sb1 .5Te3으로 이루어지고, N형 반도체는 Bi1.9Sb0.1Te2.6Se0.4로 이루어지며, 여기서 이들 반도체를 액상 켄칭하여 호일 분체를 생성한 후, 이를 핫프레싱하여 벌크를 형성하고, 그 후 이를 각각 길이 1.35 mm, 폭 1.35 mm, 높이 1.5 mm의 소정 치수를 갖는 조각으로 절단한다.The thermoelectric elements 34a and 34b are preferably made of a Bi-Te sintered thermoelectric material having high thermoelectric performance at room temperature. Specifically, it is preferable to use a P-type semiconductor composed of a trivalent compound of Bi-Sb-Te, and an N-type semiconductor composed of a tetravalent compound of Bi-Sb-Te-Se. In this embodiment, P-type semiconductor is Bi 0 .5 Sb 1 .5 made of a Te 3, N-type semiconductor is made of a Bi 1.9 Sb 0.1 Te 2.6 Se 0.4 , here referred to as the liquid phase of these semiconductor Ken produce a foil powder This is then hot pressed to form a bulk, which is then cut into pieces having predetermined dimensions of 1.35 mm in length, 1.35 mm in width and 1.5 mm in height, respectively.

(a) 열교환 유닛(30)의 제조(a) Manufacture of heat exchange unit 30

열교환 유닛(30)은 하기 절차에 의해 제조된다.The heat exchange unit 30 is manufactured by the following procedure.

먼저, 제1 열교환기(31)(열흡수 수냉식 방열판으로서 기능함)를, 그의 표면 및 배면 상에는 접착 특성을 갖는 절연층(32a 및 32b)이 형성되고, 그의 내부에는 복수의 채널(31a)이 형성되어 냉각 매체(즉, 물)가 이를 통해 흐르게 하도록 준비한다. 제2 열교환기(36)(열방출 수냉식 방열판으로서 기능함)를, 그의 표면 상에는 접착 특성을 갖는 절연층(37)이 형성되고, 그의 내부에는 복수의 채널(36a)이 형성되어 냉각 매체(즉, 물)가 이를 통해 흐르게 하도록 준비한다. 제3 열교환기(38)(열방출 수냉식 방열판으로서 기능함)를, 그의 표면 상에는 접착 특성을 갖는 절연층(39)이 형성되고, 그의 내부에는 복수의 채널(38a)이 형성되어 냉각 매체(즉, 물)가 이를 통해 흐르게 하도록 준비한다. 또한, 제1 하부 전극(33a), 제1 상부 전극(33b), 제2 상부 전극(35a) 및 제2 하부 전극(35b)을 미리 준비한다. 또한, P형 반도체 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(34a 및 34b)를 미리 준비한다.First, insulating layers 32a and 32b having adhesive properties are formed on the surface and the back of the first heat exchanger 31 (functioning as a heat absorption water-cooling heat sink), and a plurality of channels 31a are formed therein. Formed to prepare a cooling medium (ie, water) to flow through it. On the surface of the second heat exchanger 36 (functioning as a heat dissipating water-cooling heat sink), an insulating layer 37 having adhesive properties is formed, and a plurality of channels 36a are formed inside the cooling medium (that is, Prepare water to flow through it. On the surface of the third heat exchanger 38 (functioning as a heat dissipating water-cooling heat sink), an insulating layer 39 having adhesive properties is formed, and a plurality of channels 38a are formed therein to form a cooling medium (i.e. Prepare water to flow through it. In addition, the first lower electrode 33a, the first upper electrode 33b, the second upper electrode 35a, and the second lower electrode 35b are prepared in advance. In addition, thermoelectric elements 34a and 34b made of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are prepared in advance.

열교환기(31, 36 및 38)는 각각 열전도율이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 제1 열교환기(31)의 표면 및 배면(절연층(32a 및 32b)에 연접함), 제2 열교환기(36)의 표면(절연층(37)에 연접함) 및 제3 열교환기(38)의 표면(절연층(39)에 연접함)은 각각 표면 조도(Ra)가 5 ㎛ 이하로 되도록 피니싱된다. 절연층(32a, 32b, 37 및 39)은 접착 특성을 갖는 폴리이미드 수지층 또는 에폭시 수지층에 Al2O3, AlN, MgO 또는 SiC로 이루어진 충전제를 분산시킴으써 형성된다. 대안적으로, 절연층은 충전제를 분산시킨 폴리이미드 수지층 또는 에폭시 수지층을 알루마이트층 상에 형성시킨 복합층을 이용하여 형성된다. 여기서, 절연층(32a, 32b, 37 및 39)은 시트형 재료를 크림핑함으로써 형성된다. 대안적으로, 시트형 재료에 바니시를 도포한 후, 고화시켜 절연층(32a, 32b, 37 및 39)을 형성한다. 전극(33a, 33b, 35a 및 35b)은 각각 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어지고, 각각 70 ㎛ 내지 200 ㎛의 소정 두께로 소정 전극 패턴으로 성형된다. P형 및 N형 반도체의 말단부(또는 종방향으로 대향 단부)에는 니켈 도금을 행한다.The heat exchangers 31, 36 and 38 are each made of aluminum or aluminum alloy with high thermal conductivity. Surface and back of first heat exchanger 31 (connected to insulating layers 32a and 32b), surface of second heat exchanger 36 (connected to insulating layer 37) and third heat exchanger 38 The surface (connected to the insulating layer 39) is finished so that the surface roughness Ra becomes 5 micrometers or less, respectively. The insulating layers 32a, 32b, 37 and 39 are formed by dispersing a filler made of Al 2 O 3 , AlN, MgO or SiC in a polyimide resin layer or an epoxy resin layer having adhesive properties. Alternatively, the insulating layer is formed using a polyimide resin layer in which the filler is dispersed or a composite layer in which an epoxy resin layer is formed on the alumite layer. Here, the insulating layers 32a, 32b, 37 and 39 are formed by crimping the sheet-like material. Alternatively, the varnish is applied to the sheet-like material and then solidified to form the insulating layers 32a, 32b, 37 and 39. The electrodes 33a, 33b, 35a, and 35b are each made of a copper film or a copper alloy film, and each is molded into a predetermined electrode pattern with a predetermined thickness of 70 µm to 200 µm. Nickel plating is performed on the terminal portions (or opposite ends in the longitudinal direction) of the P-type and N-type semiconductors.

도 10a에 나타낸 바와 같이, 도 11a에 나타낸 소정 전극 패턴을 갖는 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진 제1 하부 전극(33a)을 제1 열교환기(31)의 절연층(32a) 상에 결합한다. 도 11a에 나타낸 소정 전극 패턴을 갖는 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진 제1 상부 전극(33b)을 제1 열교환기(31)의 절연층(32b) 상에 결합한다. 이어서, 도 10b에 나타낸 바와 같이, P형 및 N형 반도체로 이루어진 열전 소자(34a)를 제1 하부 전극(33a) 상에 교대로 정렬하며, 여기서 열전 소자(34a)의 하단부를 땜납 합금(예를 들어, SnSb 합금, AuSn 합금 및 SnAgCu 합금)을 통해 제1 하부 전극(33a)에 부착한다. P형 및 N형 반도체로 이루어진 제2 열전 소자(34b)를 제1 상부 전극(33b)의 아래에 교대로 정렬하며, 여기서 열전 소자(34b)의 상단부를 땜납 합금(예를 들어, SnSb 합금, AuSn 합금 및 SnAgCu 합금)을 통해 제1 상부 전극(33b)에 부착한다. 소정 전극 패턴(도 11b 참조)을 갖는 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진 제2 상부 전극(35a)을 제1 열전 소자(34a)의 상단부 상에 배치하고, 소정 전극 패턴(도 11b 참조)을 갖는 구리막 또는 구리 합금막으로 이루어진 제2 하부 전극(35b)을 제2 열전 소자(34b)의 하단부의 아래에 배치한다.As shown in Fig. 10A, a first lower electrode 33a made of a copper film or a copper alloy film having a predetermined electrode pattern shown in Fig. 11A is bonded onto the insulating layer 32a of the first heat exchanger 31. Figs. A first upper electrode 33b made of a copper film or a copper alloy film having a predetermined electrode pattern shown in FIG. 11A is bonded onto the insulating layer 32b of the first heat exchanger 31. Subsequently, as shown in FIG. 10B, thermoelectric elements 34a made of P-type and N-type semiconductors are alternately arranged on the first lower electrode 33a, where a lower end portion of the thermoelectric element 34a is a solder alloy (eg, For example, it attaches to the 1st lower electrode 33a through SnSb alloy, AuSn alloy, and SnAgCu alloy. The second thermoelectric element 34b made of P-type and N-type semiconductors is alternately arranged under the first upper electrode 33b, where the upper end of the thermoelectric element 34b is a solder alloy (e.g., a SnSb alloy, AuSn alloy and SnAgCu alloy) to the first upper electrode 33b. A second upper electrode 35a made of a copper film or a copper alloy film having a predetermined electrode pattern (see FIG. 11B) is disposed on the upper end of the first thermoelectric element 34a, and has a predetermined electrode pattern (see FIG. 11B). The second lower electrode 35b made of a copper film or a copper alloy film is disposed below the lower end of the second thermoelectric element 34b.

그 후, 땜납 합금(예를 들어, SnSb 합금, AuSn 합금 및 SnAgCu 합금)을 통해, 제2 상부 전극(35a)을 제1 열전 소자(34a)의 상단부에 부착하고, 제2 하부 전극(35b)을 제2 열전 소자(34b)의 하단부에 부착한다. 이렇게 하여, 제1 하부 전극(33a)과 제2 상부 전극(35a) 사이에 P형 및 N형 반도체로 이루어진 제1 열전 소자(34a)가 교대로 정렬되며 전기적으로 직렬로 접속되고, 제1 상부 전극(33b)과 제2 하부 전극(35b) 사이에 P형 및 N형 반도체로 이루어진 제2 열전 소자(34b)가 교대로 정렬되며 전기적으로 직렬로 접속된다.Thereafter, the second upper electrode 35a is attached to the upper end of the first thermoelectric element 34a through a solder alloy (for example, a SnSb alloy, an AuSn alloy, and a SnAgCu alloy), and the second lower electrode 35b. Is attached to the lower end of the second thermoelectric element 34b. In this way, the first thermoelectric elements 34a made of P-type and N-type semiconductors are alternately aligned and electrically connected between the first lower electrode 33a and the second upper electrode 35a, and the first upper portion Between the electrode 33b and the second lower electrode 35b, the second thermoelectric elements 34b made of P-type and N-type semiconductors are alternately aligned and electrically connected in series.

마지막으로, 도 10c에 나타낸 바와 같이, 제2 열교환기(36)의 절연층(37)을 제2 상부 전극(35a)과 접촉시키고, 제3 열교환기(38)의 절연층(39)을 제2 하부 전극(35b)과 접촉시킨 후, 제2 상부 전극(35a)을 절연층(37)에 결합하고, 제2 하부 전극(35b)을 절연층(39)에 결합한다. 이로써, 제3 실시양태의 열교환 유닛(30)의 제조가 완료된다.Finally, as shown in FIG. 10C, the insulating layer 37 of the second heat exchanger 36 is brought into contact with the second upper electrode 35a, and the insulating layer 39 of the third heat exchanger 38 is removed. After contacting the second lower electrode 35b, the second upper electrode 35a is coupled to the insulating layer 37, and the second lower electrode 35b is coupled to the insulating layer 39. Thereby, manufacture of the heat exchange unit 30 of 3rd Embodiment is completed.

(b) 열교환 유닛(30)의 사용(b) Use of heat exchange unit 30

제3 실시양태의 열교환 유닛(30)은 소정 대상(즉, 온도가 제어될 필요가 있는 대상, 도시되지 않음)의 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, "열흡수" 제1 열교환기(31)의 채널(31a)의 주입구에 소정 대상으로부터 열이 흡수됨으로써 가온된 온수가 공급되고, 채널(31a)의 배출구는 상기 소정 대상에 연결된다. 또한, 제2 열교환기(36)의 채널(36a)의 주입구 및 제3 열교환기(38)의 채널(38a)의 주입구에 냉각수가 공급되고, 채널(36a 및 38a)의 배출구는 배수구로서 사용된다. The heat exchange unit 30 of the third embodiment can be used to control the temperature of a given object (ie, the object for which the temperature needs to be controlled, not shown). For example, warm water is supplied to the inlet of the channel 31a of the "heat absorption" first heat exchanger 31 by absorbing heat from a predetermined object, and the outlet of the channel 31a is connected to the predetermined object. . In addition, cooling water is supplied to the inlet of the channel 36a of the second heat exchanger 36 and the inlet of the channel 38a of the third heat exchanger 38, and the outlets of the channels 36a and 38a are used as drains. .

이러한 상태에서, "열방출" 제2 상부 전극(35a)과 "열흡수" 제1 하부 전극(33a) 사이에 제1 열전 소자(34a)가 전기적으로 직렬로 접속된 제1 열전 모듈(M1)에 전기를 인가함으로써, 제1 하부 전극(33a)을 냉각시켜 상기 소정 대상에 공급된 온수로부터의 열을 "열흡수" 제1 열교환기(31)를 통해 흡수하고, 제2 상부 전극(35a)을 가열시켜 그의 열을 제2 열교환기(36)의 채널(36a)을 통해 흐르는 냉각수를 통해 방출시킨다.In this state, the first thermoelectric module M1 in which the first thermoelectric element 34a is electrically connected in series between the “heat dissipation” second upper electrode 35a and the “heat absorption” first lower electrode 33a. By applying electricity to the first lower electrode 33a, the first lower electrode 33a is cooled to absorb heat from the hot water supplied to the predetermined object through the “heat absorption” first heat exchanger 31, and the second upper electrode 35a is provided. Is heated to release its heat through the cooling water flowing through the channel 36a of the second heat exchanger 36.

"열방출" 제2 하부 전극(35b)과 "열흡수" 제1 상부 전극(33b) 사이에 제2 열전 소자(34b)가 전기적으로 직렬로 접속된 제2 열전 모듈(M2)에 전기를 인가함으로써, 제1 상부 전극(33b)을 냉각시켜 상기 소정 대상에 공급된 온수로부터의 열을 제1 열교환기(31)를 통해 흡수하고, 제2 하부 전극(35b)을 가열시켜 그의 열을 제3 열교환기(38)의 채널(38a)을 통해 흐르는 냉각수를 통해 방출시킨다.Electricity is applied to the second thermoelectric module M2 in which the second thermoelectric element 34b is electrically connected in series between the “heat radiating” second lower electrode 35b and the “heat absorbing” first upper electrode 33b. Thus, the first upper electrode 33b is cooled to absorb heat from the hot water supplied to the predetermined object through the first heat exchanger 31, and the second lower electrode 35b is heated to heat the third heat. It is discharged through the cooling water flowing through the channel 38a of the heat exchanger 38.

(c) 최대 열흡수값(Qmax)의 측정(c) Determination of the maximum heat absorption value (Qmax)

제3 실시양태의 열교환 유닛(30)을 사용하여, 하기 절차에 의해, 성능 평가 기준을 구성하는 최대 열흡수(또는 흡열)값(Qmax)을 측정할 수 있다. 시험예 F1, F2, 및 G1 내지 G4를 열교환 유닛(30)을 기초로 제조한다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 진공 챔버(Z)를 사용하여 그 안에 열교환 유닛(30)(즉, 열교환 유닛 F1, F2, 및 G1 내지 G4의 시험예)을 설치한다. Using the heat exchange unit 30 of the third embodiment, the maximum heat absorption (or endothermic) value Qmax constituting the performance evaluation criteria can be measured by the following procedure. Test Examples F1, F2, and G1 to G4 are prepared based on the heat exchange unit 30. As shown in FIG. 12, the heat exchange unit 30 (that is, test examples of heat exchange units F1, F2, and G1 to G4) is installed therein using the vacuum chamber Z. As shown in FIG.

제1 열교환기(31)의 채널(31a)의 주입구에 온수 파이프(도시되지 않음)를 연결하고, 채널(31a)의 배출구에 배수 파이프(도시되지 않음)를 연결한다. 제2 열교환기(36)의 채널(36a)의 주입구에 냉각수 파이프(도시되지 않음)를 연결하고, 채널(36a)의 배출구에 배수 파이프(도시되지 않음)를 연결한다. 제3 열교환기(38)의 채널(38a)의 주입구에 냉각수 파이프를 연결하고, 채널(38a)의 배출구에 배수 파이프를 연결한다.The hot water pipe (not shown) is connected to the inlet of the channel 31a of the first heat exchanger 31, and the drain pipe (not shown) is connected to the outlet of the channel 31a. A cooling water pipe (not shown) is connected to the inlet of the channel 36a of the second heat exchanger 36 and a drain pipe (not shown) is connected to the outlet of the channel 36a. The cooling water pipe is connected to the inlet of the channel 38a of the third heat exchanger 38 and the drain pipe is connected to the outlet of the channel 38a.

열교환 유닛(30)을 구동하여 채널(31a)의 주입구 온도 및 배출구 온도, 채널(36a)의 주입구 온도 및 배출구 온도, 및 채널(38a)의 주입구 온도 및 배출구 온도를 10분 동안 측정하며, 여기서 측정은 주입구 온도를 증가시켜 배출구 온도의 평균값을 측정하고, 그에 의해 최대 열흡수값(Qmax)을 추산함으로써 행한다. 측정 결과는, 열교환 유닛 F1은 Qmax=435 W를 나타내고, 열교환 유닛 F2는 Qmax=440 W를 나타냄을 보여준다. 또한, 열교환 유닛 G1은 Qmax=432 W를 나타내고, 열교환 유닛 G2는 Qmax=434 W를 나타내고, 열교환 유닛 G3은 Qmax=430 W를 나타내고, 열교환 유닛 G4는 Qmax=430 W를 나타낸다.The heat exchange unit 30 is driven to measure the inlet and outlet temperatures of the channel 31a, the inlet and outlet temperatures of the channel 36a, and the inlet and outlet temperatures of the channel 38a for 10 minutes, where the measurement Is performed by increasing the inlet temperature and measuring the average value of the outlet temperature, thereby estimating the maximum heat absorption value Qmax. The measurement result shows that the heat exchange unit F1 represents Qmax = 435 W, and the heat exchange unit F2 represents Qmax = 440 W. In addition, the heat exchange unit G1 represents Qmax = 432 W, the heat exchange unit G2 represents Qmax = 434 W, the heat exchange unit G3 represents Qmax = 430 W, and the heat exchange unit G4 represents Qmax = 430 W. FIG.

상기에서, 열교환 유닛 F1은 알루미나(Al2O3) 분체로 이루어진 충전제를 폴리이미드 수지 시트에 분산시켜 두께 15 ㎛의 절연층(32a, 32b, 37 및 39)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 F2는 알루미나 분체로 이루어진 충전제를 바니시상의 폴리이미드 수지에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(32a, 32b, 37 및 39)을 형성하도록 제조된다. In the above, the heat exchange unit F1 is manufactured to disperse the filler made of alumina (Al 2 O 3 ) powder in the polyimide resin sheet to form the insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 having a thickness of 15 μm. The heat exchange unit F2 is manufactured to disperse the filler made of alumina powder into the varnish-like polyimide resin to form the insulating layers 32a, 32b, 37 and 39 having a thickness of 20 m.

열교환 유닛 G1은 알루미나(Al2O3) 분체 및 질화알루미늄(AlN) 분체로 이루어진 충전제를 두께 10 ㎛의 알루마이트층 상의 에폭시 수지 시트에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(32a, 32b, 37 및 39)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 G2는 알루미나(Al2O3) 분체 및 질화알루미늄(AlN) 분체로 이루어진 충전제를 두께 10 ㎛의 알루마이트층 상의 바니시상의 에폭시 수지에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(32a, 32b, 37 및 39)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 G3은 알루미나(Al2O3) 분체 및 산화마그네슘(MgO) 분체로 이루어진 충전제를 두께 10 ㎛의 알루마이트층 상의 에폭시 수지 시트에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(32a, 32b, 37 및 39)을 형성하도록 제조된다. 열교환 유닛 G4는 알루미나(Al2O3) 분체 및 탄화규소(SiC) 분체로 이루어진 충전제를 두께 10 ㎛의 알루마이트층 상의 바니시상의 에폭시 수지에 분산시켜 두께 20 ㎛의 절연층(32a, 32b, 37 및 39)을 형성하도록 제조된다.The heat exchange unit G1 disperses a filler consisting of alumina (Al 2 O 3 ) powder and aluminum nitride (AlN) powder in an epoxy resin sheet on an aluminite layer having a thickness of 10 μm, thereby insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 having a thickness of 20 μm. To form). The heat exchange unit G2 disperses a filler consisting of alumina (Al 2 O 3 ) powder and aluminum nitride (AlN) powder in a varnish-like epoxy resin on an aluminite layer having a thickness of 10 μm, thereby insulating layers 32a, 32b, 37 and a thickness of 20 μm. 39). The heat exchange unit G3 disperses a filler consisting of alumina (Al 2 O 3 ) powder and magnesium oxide (MgO) powder in an epoxy resin sheet on an aluminite layer having a thickness of 10 μm, thereby insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 having a thickness of 20 μm. To form). The heat exchange unit G4 disperses a filler consisting of alumina (Al 2 O 3 ) powder and silicon carbide (SiC) powder in a varnish-like epoxy resin on an aluminite layer having a thickness of 10 μm, thereby insulating layers 32a, 32b, 37 and a thickness of 20 μm. 39).

(d) 내전압(WS)의 측정(d) Measurement of breakdown voltage (WS)

열교환 유닛 F11 내지 F19, 및 F21 내지 F29를, 열교환 유닛 F1 및 F2를 기초로, 절연층(32a 및 32b)에 연접한 제1 열교환기(31)의 표면 및 배면, 절연층(37)에 연접한 제2 열교환기(36)의 표면, 및 절연층(39)에 연접한 제3 열교환기(38)의 표면 상의 표면 조도(Ra)를 변화시킴으로써 제조한다. 여러가지 값의 표면 조도(Ra)를 이용하여 열교환 유닛 F11 내지 F19, 및 F21 내지 F29에 대해 내전압(WS)을 측정한다.The heat exchange units F11 to F19 and F21 to F29 are connected to the surface and the back and the insulating layer 37 of the first heat exchanger 31 which are connected to the insulation layers 32a and 32b based on the heat exchange units F1 and F2. It manufactures by changing the surface roughness Ra on the surface of one 2nd heat exchanger 36, and the surface of the 3rd heat exchanger 38 connected to the insulating layer 39. As shown in FIG. The withstand voltage WS is measured for the heat exchange units F11 to F19 and F21 to F29 using various values of surface roughness Ra.

구체적으로, 열교환 유닛 F1에 대해, (절연층(32a 및 32b)에 연접한 제1 열교환기(31)의 표면 및 배면, 절연층(37)에 연접한 제2 열교환기(36)의 표면, 및 절연층(39)에 연접한 제3 열교환기(38)의 표면 상의) 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 F11의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 F12의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 F13의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 F14의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 F15의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 F16의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 F17의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 F18의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 F19의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.08 ㎛인 열교환 유닛 F1a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 F1b를 열교환 유닛 F1을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 6-1에 나타내며, 여기서 절연층(32a, 32b, 37 및 39)은 각각 두께 15 ㎛의 폴리이미드 시트로 구성되고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.Specifically, with respect to the heat exchange unit F1, (the surface and the back of the first heat exchanger 31 in contact with the insulating layers 32a and 32b, the surface of the second heat exchanger 36 in contact with the insulating layer 37, And surface roughness Ra (on the surface of the third heat exchanger 38 in contact with the insulating layer 39), the surface roughness of the heat exchange unit F11 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit F12 is 0.5 µm, and the heat exchange unit F13. Surface roughness of 1.0 μm, surface roughness of heat exchange unit F14 is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit F15 is 2.2 μm, surface roughness of heat exchange unit F16 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit F17 is 4.4 μm, heat exchange unit F18 The surface roughness of is 4.7 µm and the surface roughness of the heat exchange unit F19 is changed to 5.1 µm. In addition, a heat exchange unit F1a having a surface roughness of 0.08 μm and a heat exchange unit F1b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit F1, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 6-1, wherein the insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 each consist of a polyimide sheet having a thickness of 15 µm, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 6-1><Table 6-1>

Figure 112010005137326-pat00016
Figure 112010005137326-pat00016

또한, 열교환 유닛 F2에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 F21의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 F22의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 F23의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 F24의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 F25의 표면 조도는 2.2 ㎛, 열교환 유닛 F26의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 F27의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 F28의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 F29의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.08 ㎛인 열교환 유닛 F2a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 F2b를 열교환 유닛 F2를 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 6-2에 나타내며, 여기서 절연층(32a, 32b, 37 및 39)은 각각 두께 20 ㎛의 폴리이미드 바니시로 구성되고, 충전제는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.In addition, with respect to heat exchange unit F2, surface roughness Ra is 0.3 micrometer in surface roughness of heat exchange unit F21, 0.5 micrometer in surface roughness of heat exchange unit F22, 1.0 micrometer in surface roughness of heat exchange unit F23, and surface of heat exchange unit F24. Roughness is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit F25 is 2.2 μm, surface roughness of heat exchange unit F26 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit F27 is 4.4 μm, surface roughness of heat exchange unit F28 is 4.7 μm, surface of heat exchange unit F29 The roughness is changed to be 5.1 mu m. In addition, a heat exchange unit F2a having a surface roughness of 0.08 μm and a heat exchange unit F2b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit F2, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 6-2, wherein the insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 each consist of a polyimide varnish having a thickness of 20 µm, and the filler is made of alumina (Al 2 O 3 ).

<표 6-2><Table 6-2>

Figure 112010005137326-pat00017
Figure 112010005137326-pat00017

표 6-1 및 6-2에서의 열교환 유닛 F11 내지 F19, 및 F21 내지 F29에 대한 측정 결과를 도 13의 그래프(그래프의 수평축은 표면 조도(Ra)(㎛)를 나타내고, 수직축은 내전압(WS)(kV)을 나타냄) 상에 플롯팅하여, 측정 곡선(또는 점선) F1 및 F2를 그린다. 도 13 및 표 6-1 및 6-2에 나타낸 상기 측정 결과는, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛ 미만이면 내전압(WS)이 우수하지만, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛를 초과할 경우에는 급속히 감소됨을 명백히 나타낸다. 따라서, 열교환기(31, 36 및 38)의 표면 조도(Ra)는 4.7 ㎛ 미만인 것이 바람직하다. Measurement results of the heat exchange units F11 to F19 and F21 to F29 in Tables 6-1 and 6-2 are shown in the graph of FIG. 13 (horizontal axis of the graph shows surface roughness (Ra) (µm), and vertical axis is the breakdown voltage (WS)). (kV)) to draw the measurement curves (or dashed lines) F1 and F2. 13 and Tables 6-1 and 6-2 show that the breakdown voltage WS is excellent when the surface roughness Ra is less than 4.7 μm, but rapidly when the surface roughness Ra exceeds 4.7 μm. Is clearly shown. Therefore, the surface roughness Ra of the heat exchangers 31, 36, and 38 is preferably less than 4.7 μm.

유사하게, 열교환 유닛 G11 내지 G19, G21 내지 G29, G31 내지 G39, 및 G41 내지 G49를, 열교환 유닛 G1, G2, G3 및 G4를 기초로, 절연층(32a 및 32b)에 연접한 제1 열교환기(31)의 표면 및 배면, 절연층(37)에 연접한 제2 열교환기(36)의 표면, 및 절연층(39)에 연접한 제3 열교환기(38)의 표면 상의 표면 조도(Ra)를 변화시킴으로써 제조한다. 여러가지 값의 표면 조도(Ra)를 이용하여 열교환 유닛 G11 내지 G19, G21 내지 G29, G31 내지 G39, 및 G41 내지 G49의 내전압(WS)을 측정한다.Similarly, a first heat exchanger in which heat exchange units G11 to G19, G21 to G29, G31 to G39, and G41 to G49 are connected to insulating layers 32a and 32b based on heat exchange units G1, G2, G3, and G4. Surface roughness Ra on the surface and back of the surface 31, the surface of the second heat exchanger 36 in contact with the insulating layer 37, and the surface of the third heat exchanger 38 in contact with the insulating layer 39. It is prepared by changing the. The withstand voltages WS of the heat exchange units G11 to G19, G21 to G29, G31 to G39, and G41 to G49 are measured using various values of surface roughness Ra.

구체적으로, 열교환 유닛 G1에 대해, (절연층(32a 및 32b)에 연접한 제1 열교환기(31)의 표면 및 배면, 절연층(37)에 연접한 제2 열교환기(36)의 표면, 및 절연층(39)에 연접한 제3 열교환기(38)의 표면 상의) 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 G11의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 G12의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 G13의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 G14의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 G15의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 G16의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 G17의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 G18의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 G19의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 G1a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 G1b를 열교환 유닛 G1을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 7-1에 나타내며, 여기서 절연층(32a, 32b, 37 및 39)은 각각 두께 20 ㎛의 에폭시 시트에 두께 10 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것으로 구성되고, 충전제는 알루미나(Al2O3)에 질화알루미늄(AlN)이 더해진 것으로 이루어진다.Specifically, with respect to the heat exchange unit G1 (the surface and the back of the first heat exchanger 31 in contact with the insulating layers 32a and 32b, the surface of the second heat exchanger 36 in contact with the insulating layer 37, And surface roughness Ra (on the surface of the third heat exchanger 38 connected to the insulating layer 39), the surface roughness of the heat exchange unit G11 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G12 is 0.5 µm, and the heat exchange unit G13. Surface roughness of 1.0 μm, surface roughness of heat exchange unit G14 is 1.6 μm, surface roughness of heat exchange unit G15 is 2.1 μm, surface roughness of heat exchange unit G16 is 3.2 μm, surface roughness of heat exchange unit G17 is 4.4 μm, heat exchange unit G18 The surface roughness of is 4.7 µm and the surface roughness of the heat exchange unit G19 is changed to 5.1 µm. In addition, a heat exchange unit G1a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit G1b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit G1, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 7-1, wherein the insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 each consist of an epoxy sheet having a thickness of 20 µm and an aluminite layer having a thickness of 10 µm, respectively, and the filler is alumina (Al 2 O). 3 ) aluminum nitride (AlN) is added.

<표 7-1>TABLE 7-1

Figure 112010005137326-pat00018
Figure 112010005137326-pat00018

열교환 유닛 G2에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 G21의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 G22의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 G23의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 G24의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 G25의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 G26의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 G27의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 G28의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 G29의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 G2a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 G2b를 열교환 유닛 G2를 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 7-2에 나타내며, 여기서 절연층(32a, 32b, 37 및 39)은 각각 두께 20 ㎛의 에폭시 바니시에 두께 10 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것으로 구성되고, 충전제는 알루미나(Al2O3)에 질화알루미늄(AlN)이 더해진 것으로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit G2 is 0.3 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G22 is 0.5 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G23 is 1.0 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit G24 is 1.0 µm. 1.6 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G25 is 2.1 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G26 is 3.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G27 is 4.4 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G28 is 4.7 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit G29 is Change to 5.1 μm. Further, a heat exchange unit G2a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit G2b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit G2, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 7-2, wherein the insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 are each composed of an aluminite layer having a thickness of 10 μm added to an epoxy varnish having a thickness of 20 μm, and the filler is alumina (Al 2 O). 3 ) aluminum nitride (AlN) is added.

<표 7-2>TABLE 7-2

Figure 112010005137326-pat00019
Figure 112010005137326-pat00019

열교환 유닛 G3에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 G31의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 G32의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 G33의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 G34의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 G35의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 G36의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 G37의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 G38의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 G39의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 G3a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 G3b를 열교환 유닛 G3을 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 7-3에 나타내며, 여기서 절연층(32a, 32b, 37 및 39)은 각각 두께 20 ㎛의 에폭시 시트에 두께 10 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것으로 구성되고, 충전제는 알루미나(Al2O3)에 산화마그네슘(MgO)이 더해진 것으로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit G3 is 0.3 μm, the surface roughness of the heat exchange unit G31 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit G33 is 1.0 μm, and the surface roughness of the heat exchange unit G33 is 1.0 μm. 1.6 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G35 is 2.1 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G36 is 3.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G37 is 4.4 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G38 is 4.7 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit G39 is Change to 5.1 μm. In addition, a heat exchange unit G3a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit G3b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit G3, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 7-3, wherein the insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 are each composed of an epoxy sheet having a thickness of 20 µm and an aluminite layer having a thickness of 10 µm, and the filler is alumina (Al 2 O). 3 ) magnesium oxide (MgO) is added.

<표 7-3>TABLE 7-3

Figure 112010005137326-pat00020
Figure 112010005137326-pat00020

열교환 유닛 G4에 대해, 표면 조도(Ra)를, 열교환 유닛 G41의 표면 조도는 0.3 ㎛, 열교환 유닛 G42의 표면 조도는 0.5 ㎛, 열교환 유닛 G43의 표면 조도는 1.0 ㎛, 열교환 유닛 G44의 표면 조도는 1.6 ㎛, 열교환 유닛 G45의 표면 조도는 2.1 ㎛, 열교환 유닛 G46의 표면 조도는 3.2 ㎛, 열교환 유닛 G47의 표면 조도는 4.4 ㎛, 열교환 유닛 G48의 표면 조도는 4.7 ㎛, 열교환 유닛 G49의 표면 조도는 5.1 ㎛가 되도록 변화시킨다. 또한, 표면 조도가 0.07 ㎛인 열교환 유닛 G4a 및 표면 조도가 0.1 ㎛인 열교환 유닛 G4b를 열교환 유닛 G4를 기초로 제조하고, 내전압(WS)을 측정한다. 측정 결과를 표 7-4에 나타내며, 여기서 절연층(32a, 32b, 37 및 39)은 각각 두께 20 ㎛의 에폭시 바니시에 두께 10 ㎛의 알루마이트층이 더해진 것으로 구성되고, 충전제는 알루미나(Al2O3)에 탄화규소(SiC)가 더해진 것으로 이루어진다.The surface roughness Ra of the heat exchange unit G4 is 0.3 μm, the surface roughness of the heat exchange unit G42 is 0.5 μm, the surface roughness of the heat exchange unit G43 is 1.0 μm, and the surface roughness of the heat exchange unit G44 is 1.0 μm. 1.6 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G45 is 2.1 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G46 is 3.2 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G47 is 4.4 µm, the surface roughness of the heat exchange unit G48 is 4.7 µm, and the surface roughness of the heat exchange unit G49 is Change to 5.1 μm. In addition, a heat exchange unit G4a having a surface roughness of 0.07 μm and a heat exchange unit G4b having a surface roughness of 0.1 μm are manufactured based on the heat exchange unit G4, and the withstand voltage WS is measured. The measurement results are shown in Table 7-4, wherein the insulating layers 32a, 32b, 37, and 39 are each composed of an aluminite layer having a thickness of 10 μm added to an epoxy varnish having a thickness of 20 μm, respectively, and the filler is alumina (Al 2 O). 3 ) silicon carbide (SiC) is added.

<표 7-4><Table 7-4>

Figure 112010005137326-pat00021
Figure 112010005137326-pat00021

표 7-1 내지 7-4에서의 열교환 유닛 G11 내지 G19, G21 내지 G29, G31 내지 G39, 및 G41 내지 G49에 대한 측정 결과를 도 13의 그래프 상에 플롯팅하여, 측정 곡선(또는 점선) G1, G2, G3 및 G4를 그린다. 도 13 및 표 7-1 내지 7-4에 나타낸 상기 측정 결과는, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛ 미만이면 내전압(WS)이 우수하지만, 표면 조도(Ra)가 4.7 ㎛를 초과할 경우에는 급속히 감소됨을 명백히 나타낸다. 따라서, 열교환기(31, 36 및 38)의 표면 조도(Ra)는 4.7 ㎛ 미만인 것이 바람직하다.The measurement results for the heat exchange units G11 to G19, G21 to G29, G31 to G39, and G41 to G49 in Tables 7-1 to 7-4 are plotted on the graph of FIG. Draw, G2, G3 and G4. 13 and Tables 7-1 to 7-4 show that the breakdown voltage WS is excellent when the surface roughness Ra is less than 4.7 μm, but rapidly when the surface roughness Ra exceeds 4.7 μm. Is clearly shown. Therefore, the surface roughness Ra of the heat exchangers 31, 36, and 38 is preferably less than 4.7 μm.

열교환 유닛 A1a 내지 A3a, A1b 내지 A3b, C1a 내지 C3a, C1b 내지 C3b, D1a 내지 D3a, D1b 내지 D3b, E1a 내지 E2a, E1b 내지 E2b, F1a 내지 F2a, F1b 내지 F2b, G1a 내지 G4a, 및 G1b 내지 G4b에 대한 추가의 측정 결과에 따르면, 표면 조도(Ra)가 0.1 ㎛ 미만이 될 경우, 최대 열흡수값(Qmax)이 크게 감소되어 열흡수/방출 성능이 열화된다. 이는, 표면 조도(Ra)가 0.1 ㎛ 미만이 될 경우, 열교환기의 표면이 거울 표면으로서 기능할 수 있고, 이것이 절연층과 열교환기의 표면 사이에 형성된 계면 영역을 감소시켜 상기 계면 영역에서의 열저항을 증가시키며, 이것이 열교환 효율을 감소시키기 때문이다. 따라서, 절연층과 열교환기 사이의 계면에서의 표면 조도(Ra)는 0.1 ㎛ 초과인 것이 바람직하다.Heat exchange unit A1a to A3a, A1b to A3b, C1a to C3a, C1b to C3b, D1a to D3a, D1b to D3b, E1a to E2a, E1b to E2b, F1a to F2a, F1b to F2b, G1a to G4a, and G1b to G4b According to a further measurement result for, when the surface roughness Ra is less than 0.1 μm, the maximum heat absorption value Qmax is greatly reduced to deteriorate the heat absorption / release performance. This means that when the surface roughness Ra is less than 0.1 μm, the surface of the heat exchanger can function as a mirror surface, which reduces the interface area formed between the insulating layer and the surface of the heat exchanger, thereby reducing heat at the interface area. Because it increases resistance, which reduces heat exchange efficiency. Therefore, the surface roughness Ra at the interface between the insulating layer and the heat exchanger is preferably more than 0.1 mu m.

4. 산업상 이용가능성4. Industrial availability

상기 실시양태는 폴리이미드 수지 및 에폭시 수지와 같은 합성 수지 재료를 사용하여 구성된 것이다. 물론, 아라미드 수지 및 BT(비스말레이미드-트리아진) 수지와 같은 다른 재료를 사용하는 것도 가능하며, 상술한 것과 마찬가지의 효과가 입증된다. This embodiment is constructed using synthetic resin materials such as polyimide resins and epoxy resins. Of course, it is also possible to use other materials such as aramid resins and BT (bismaleimide-triazine) resins, and the same effects as described above are demonstrated.

상기 실시양태는 알루미나 분체, 질화알루미늄 분체, 산화마그네슘 분체 및 탄화규소와 같은 충전제를 사용하여 구성된 것이지만, 이에 제한되지는 않으며, 따라서, 탄소 분체, 탄화규소 분체 및 질화규소와 같은 열전도율이 높은 다른 충전제 재료를 사용하는 것도 가능하다. 상기 실시양태에서는 단독의 충전제 재료로도 충분할 수 있지만, 2종 이상의 충전제 재료의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 충전제는 구 형상 및 침 형상, 및 이들의 조합과 같은 임의의 형상으로 형성될 수 있다.The above embodiments are constructed using, but not limited to, fillers such as alumina powder, aluminum nitride powder, magnesium oxide powder, and silicon carbide, and thus, other filler materials having high thermal conductivity such as carbon powder, silicon carbide powder, and silicon nitride. It is also possible to use. In the above embodiment, a single filler material may be sufficient, but it is also possible to use a mixture of two or more filler materials. The filler can also be formed in any shape, such as spherical and needle-like, and combinations thereof.

마지막으로, 본 발명은 반드시 상기 실시양태에 제한되지는 않으며, 첨부된 특허청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 다양한 방식으로 추가로 변형될 수 있다.Finally, the invention is not necessarily limited to the above embodiments, but may be further modified in various ways within the scope of the invention as defined in the appended claims.

열교환 유닛: 10, 20, 30
제1 열교환기: 11, 21, 31
절연층: 12, 17, 22, 27, 32a, 32b, 37, 39
하부 전극: 13, 23
열전 소자: 14, 24
상부 전극: 15, 25
제2 열교환기: 16, 26, 36
제1 하부 전극: 33a
제1 상부 전극: 33b
제1 열전 소자: 34a
제2 열전 소자: 34b
제2 상부 전극: 35a
제2 하부 전극: 35b
제3 열교환기: 38Heat exchange unit: 10, 20, 30
1st heat exchanger: 11, 21, 31
Insulation layer: 12, 17, 22, 27, 32a, 32b, 37, 39
Bottom electrode: 13, 23
Thermoelectric elements: 14, 24
Upper electrode: 15, 25
2nd heat exchanger: 16, 26, 36
First lower electrode: 33a
First upper electrode: 33b
First thermoelectric element: 34a
Second thermoelectric element: 34b
Second upper electrode: 35a
Second lower electrode: 35b
3rd heat exchanger: 38

Claims (11)

상부 전극;
하부 전극;
상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 개재되고, 전기적으로 직렬로 접속된 복수의 열전 소자; 및
절연층을 통해 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 부착된 열교환기를 포함하는 열교환 유닛이며,
상기 열교환기는 금속으로 이루어지고, 상기 절연층에 연접한 상기 열교환기의 표면 조도가 0.1㎛ 이상 4.7㎛ 이하이며,
상기 절연층의 두께는 10㎛ 내지 100㎛인, 열교환 유닛.Upper electrode;
Lower electrode;
A plurality of thermoelectric elements interposed between the upper electrode and the lower electrode and electrically connected in series; And
A heat exchange unit including a heat exchanger attached to the upper electrode or the lower electrode through an insulating layer,
The heat exchanger is made of metal, and the surface roughness of the heat exchanger connected to the insulating layer is 0.1 µm or more and 4.7 µm or less,
The thickness of the insulating layer is a heat exchange unit, 10㎛ to 100㎛. 제1항에 있어서, 상기 열교환기가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는, 열교환 유닛.The heat exchange unit according to claim 1, wherein the heat exchanger is made of aluminum or an aluminum alloy. 제1항에 있어서, 상기 절연층이 절연 수지층으로 이루어지는, 열교환 유닛.The heat exchange unit according to claim 1, wherein the insulating layer is made of an insulating resin layer. 제1항에 있어서, 상기 절연층이 알루마이트층 상에 절연 수지층이 적층된 복합층인, 열교환 유닛.The heat exchange unit according to claim 1, wherein the insulating layer is a composite layer in which an insulating resin layer is laminated on an anodized layer. 제1항에 있어서, 상기 절연층이 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지로 이루어지는, 열교환 유닛.The heat exchange unit according to claim 1, wherein the insulating layer is made of a polyimide resin or an epoxy resin. 제1항에 있어서, 상기 절연층이 바니시상(狀)의 폴리이미드 수지 또는 바니시상의 에폭시 수지로 이루어지는, 열교환 유닛.The heat exchange unit according to claim 1, wherein the insulating layer is made of a varnish-like polyimide resin or a varnish-like epoxy resin. 제1항에 있어서, 상기 절연층이 충전제를 분산시킨 절연 수지로 이루어지는, 열교환 유닛.The heat exchange unit according to claim 1, wherein the insulating layer is made of an insulating resin in which a filler is dispersed. 제1항에 있어서, 상기 절연층이 충전제를 분산시킨 바니시상의 절연 수지로 이루어지는, 열교환 유닛.The heat exchange unit according to claim 1, wherein the insulating layer is made of a varnish insulating resin in which filler is dispersed. 제7항에 있어서, 상기 충전제가 알루미나 분체, 질화알루미늄 분체, 산화마그네슘 분체 또는 탄화규소 분체로 이루어지는, 열교환 유닛.The heat exchange unit according to claim 7, wherein the filler is made of alumina powder, aluminum nitride powder, magnesium oxide powder or silicon carbide powder. 제8항에 있어서, 상기 충전제가 알루미나 분체, 질화알루미늄 분체, 산화마그네슘 분체 또는 탄화규소 분체로 이루어지는, 열교환 유닛.The heat exchange unit according to claim 8, wherein the filler is made of alumina powder, aluminum nitride powder, magnesium oxide powder or silicon carbide powder. 삭제delete
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