KR101266449B1 - 열전모듈의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전모듈의 저온부 전극 접합시 열전소자와 전극용 단자의 양 단면에 치밀하고 연속적인 도전층을 형성하고, 용가제(Filler metal)에 의한 브레이징(Brazing) 접합방법을 이용하여 열전모듈을 제조할 수 있는 열전모듈의 제조방법에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 열전모듈의 저온부 전극 접합시 열전소자(1)와 전극용 단자(4)의 양단면에 치밀하고 연속적인 도전층(2)을 형성하는 단계; 상기 도전층(2)의 사이에 용가제(3)를 도포하는 단계; 및 상기 용가제(3)에 의해서 도전층(2)이 접합되도록 브레이징 작업을 수행하는 단계를 포함하여서 된 것이다.
열전소자, 용가제, 브레이징, 전극용 단자, 도전층
Description
도 1은 본 발명의 열전모듈 저온부 전극접합의 구조를 나타내는 모식도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1 : 열전소자
2 : 도전층
3 : 용가제
4 : 전극용 단자
본 발명은 열전모듈의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전모듈의 저온부 전극 접합시 열전소자와 전극용 단자의 양 단면에 치밀하고 연속적인 도전층을 형성하고, 용가제(Filler metal)에 의한 브레이징(Brazing) 접합방법을 이용하여 열전모듈을 제조할 수 있는 열전모듈의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 열전재료는 열을 전기로 또는 전기를 열로 직접 변환시키는 기능을 갖는 금속 또는 세라믹 재료로서, 쓰레기 소각에 의한 폐열, 터빈발전 폐열, 자동차 배기가스의 열, 도시가스의 연소 배열 및 산업폐열 등을 사용하여 열전발전 또는 열전냉각 등에 사용되는 것이다.
열전재료를 이용한 열전발전은 온도차만 부여하면 가동부분 없이 발전이 가능한 특성이외에 구조가 간단하고 고장이 적어 유지관리가 유용하고, 소음이 없으며, 이용열원의 선택범위가 넓다.
또한 열전냉각은 고장이 적고 소음이 없으며 미소부분의 선택적 냉각이 가능하며, 열응답 감도가 높아 온도제어가 정밀하고, 압축기나 냉매가 필요없는 특징과 이점을 갖고 있다.
이러한 열전재료를 이용한 열전모듈은 여러쌍의 P-N 단위 열전소자를 직/병렬로 연결하여 구성되기 때문에 저온부에서 열전소재와 집전 단자 사이의 저항이 성능에 미치는 영향이 매우 크다.
따라서 단위소자의 저항을 최소화하고, 열적 기계적으로 안정한 저온 접합부 구조의 설계가 필요하다.
종래의 전극 형성 방법으로는 금속 페이스트(paste)를 열전소재와 단자의 접합계면에 바르고 이를 열처리하여 접합하거나, 브레이징(brazing : 두 개의 재료를 접합하는 수단으로 비교적 용융점이 낮은 합금을 사이에 놓고 이것이 녹도록 충분히 가열하되 모재는 녹지 않도록 하는 접합방법)에 의해 직접 접합하는 방법이 주로 사용되어왔다.
그러나 금속 페이스트법의 경우 전극층이 치밀하지 못하고 기공도가 높음으로 인하여 고온의 열처리시 열전소자 표면에 산화층이 형성됨으로써 접합계면의 저항이 증가하는 단점이 있다.
또한, 브레이징법의 경우에는 소재와 접합재의 열팽창 계수 차이 및 젖음성(wetting)을 해결해야 하는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 열전모듈의 저온부 전극 접합시 열전소자와 전극용 단자의 양 단면에 치밀하고 연속적인 도전층을 형성함으로써, 모재와 용가제 및 전극용 단자와 용가제간의 젖음성을 향상시켜 브레이징 함으로써 저항을 최소화 하여 보다 우수한 성능의 열전모듈의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 열전모듈의 제조방법은 열전모듈의 저온부 전극 접합시 열전소자와 전극용 단자의 양단면에 치밀하고 연속적인 도전층을 형성하는 단계; 상기 도전층의 사이에 용가제를 도포하는 단계; 및 상기 용가제에 의해서 도전층이 접합되도록 브레이징 작업을 수행하는 단계를 포함하여서 된 것이다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 열전모듈 저온부 전극접합의 구조를 나타내는 모식도이다.
본 발명에 따른 열전모듈의 제조방법에 의해서 제조된 열전소자(1)는 도 1에 나타낸 바와 같이 열전소자(1)의 표면에 도전층(2)이 형성되고, 전극용 단자(4)의 표면에는 또 다른 도전층(2)이 형성되어 있다.
한편, 상기 열전소자(1)와 전극용 단자(4)가 결합하는 것이며, 이때에는 용가제(3)를 매개로 도전층(2)을 접합하는 것이다.
한편, 열전모듈 저온부 전극 접합을 위하여 비교예 1, 2, 3내지 발명예 1, 2의 구성을 갖는 열전모듈을 제조하였다.
비교예 1의 경우 열전소자 저온부 단면에 상용의 Ag 조성의 paste를 도포 후 열처리하였다.
비교예 2의 경우 열전소자 저온부 단면에 상용의 Ag 조성의 paste를 도포 후 열처리하고 전도성 본드(에폭시)를 접합하였다.
비교예 3의 경우 열전소자 저온부 단면에 전도성 본드를 도포하였다.
발명예 1의 경우 열전소자 및 전극단자의 양 단면에 Ni층을 전기도금으로 형성한 후, 용가제를 사용하여 브레이징 하였다.
발명예 2의 경우 열전소자 단면에 Ni층을 전기도금으로 형성한 후, 용가제를 사용하여 브레이징 하였다.
상기 비교예 1,2,3 내지 발명예 1,2,3에 대하여 전기저항을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
| 구성 | 전기저항(Ω) | |
| 비교예 1 | 열전소자/Ag paste/전극단자 | 0.29 |
| 비교예 2 | 열전소자/Ag paste/전도성 본드/전극단자 | 0.39 |
| 비교예 3 | 열전소자/전도성 본드/전극단자 | 0.43 |
| 발명예 1 | 열전소자/Ni 도금/용가제/Ni 도금/전극단자 | 0.07 |
| 발명예 2 | 열전소자/Ni 도금/용가제/전극단자 | 0.09 |
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 발명예 1 내지 발명예 2의 경우 기계적 접합강도가 저하되지 않으면서도 저온부 전극에 의한 전기 저항값이 크게 낮아진 우수한 특성을 나타내었다.
이와 같이 본 발명은 열전모듈의 저온부 전극 접합시 열전소자와 전극용 단자의 양 단면에 치밀하고 연속적인 도전층을 형성하고, 용가제에 의한 브레이징 방법을 열전모듈 구성에 적용함으로써 계면의 전기 저항값을 크게 낮추게 되어 열전발전 및 열전냉각용 모듈로서 실용성을 향상시킬 수 있는 특유의 효과가 있다.
Claims (2)
- 열전모듈의 저온부 전극 접합시 열전소자(1)와 전극용 단자(4)의 양단면에 치밀하고 연속적인 도전층(2)을 형성하는 단계;상기 도전층(2)의 사이에 용가제(3)를 도포하는 단계; 및상기 용가제(3)에 의해서 도전층(2)이 접합되도록 브레이징 작업을 수행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 용가제(3)의 일면 또는 양면에 Ni 도금층을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
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