KR101751259B1 - 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치 - Google Patents

초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 확산방지층의 박리 및 열전레그의 크랙을 방지하고, 확산방지층에 전극이 제대로 접합되게 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치를 제시한다. 그 장치는 리세스 영역을 가진 앵커를 포함하는 열전레그와, 앵커가 포함된 열전레그를 덮는 전극 및 열전레그를 수용하고 각각의 열전레그를 절연시키며 절연격벽이 있는 셀블록을 포함하는 열전모듈의 제조장치에 관한 것으로, 앵커는 초음파 진동자가 장착된 초음파 커터로 형성되며, 초음파 커터는 열전레그에 대한 움직임 및 초음파 진동자의 동작을 제어하는 구동제어부 및 초음파 진동자에 부착되고 열전레그를 절삭하며, 평판형의 커터몸체, 커터몸체의 적어도 일측에 장착된 커터날개 및 커터몸체의 끝부분에 위치하는 커터날을 구비하는 절삭부를 포함한다.

Description

초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치{Apparatus of manufacturing thermoelectric module using ultrasonic cutter}
본 발명은 열전모듈 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극과 열전레그와의 결합력을 높이기 위하여, 초음파 커터를 이용하여 앵커를 제조하는 열전모듈 제조장치에 관한 것이다.
열전현상(thermoelectric effect)은 열과 전기 사이의 가역적이고 직접적인 에너지 변환되는 것이며, 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생한다. 열전현상은 냉각 분야에 이용되는 펠티어 효과(Peltier effect)와 발전 분야에 활용되고 있는 제벡 효과(Seebeck effect)로 구분된다. 최근, 고효율의 열전냉각 재료가 개발되어 냉장고, 에어컨 등 그 응용분야가 확대되고 있다. 또한, 자동차 엔진부, 산업용 공장 등에서는 온도 차이에 의한 열전발전이 가능하며, 태양에너지 사용이 불가능한 우주 탐사선에도 이러한 열전발전 시스템을 사용하고 있다. 열전모듈은 크게 절연기판, n형 및 p형의 열전레그 그리고 구리와 같은 금속전극의 세 부분으로 구성되어 있다.
일반적으로, 금속 재질의 전극은 솔더링, 용사법 등에 의해 열전레그에 결합된다. 이때, 전극의 금속 성분이 열전레그 내부로 확산되는 것을 방지하기 위해, 별도의 확산방지층(anti-diffusion layer)을 포함한다. 열전모듈을 제조하는 공정에서 받은 열충격으로, 확산방지층의 박리 및 열전레그의 크랙(crack)이 일어나거나, 확산방지층에 전극이 제대로 접합되지 않는 등의 문제가 발생한다. 일본공개특허 제1998-190070호는 주석, 비스무트 또는 안티몬 등으로 이루어진 별도의 확산방지층을 부가하고 있으나, 이는 확산방지층의 박리 및 열전레그의 크랙, 확산방지층에 대한 미흡한 접합 등의 문제는 해결하지 못한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 확산방지층의 박리 및 열전레그의 크랙을 방지하고, 확산방지층에 전극이 제대로 접합되게 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치는 리세스 영역을 가진 앵커를 포함하는 열전레그와, 상기 앵커가 포함된 열전레그를 덮는 전극 및 상기 열전레그를 수용하고 각각의 열전레그를 절연시키며 절연격벽이 있는 셀블록을 포함하는 열전모듈의 제조장치에 관한 것이다. 이때, 상기 앵커는 초음파 진동자가 장착된 초음파 커터로 형성되며, 상기 초음파 커터는 상기 열전레그에 대한 움직임 및 상기 초음파 진동자의 동작을 제어하는 구동제어부 및 상기 초음파 진동자에 부착되고 상기 열전레그를 절삭하며, 평판형의 커터몸체, 상기 커터몸체의 적어도 일측에 장착된 커터날개 및 상기 커터몸체의 끝부분에 위치하는 커터날을 구비하는 절삭부를 포함한다.
본 발명의 제조장치에 있어서, 상기 커터날개의 내측에는 절삭에 의한 스크랩을 배출하기 위한 스크랩 배출홀을 포함한다. 상기 커터날개의 형상은 다각형 및 원호 중에서 선택 어느 하나의 단면을 가지거나 상기 단면이 조합될 수 있다. 상기 절삭부는 상기 열전레그가 접촉하는 부분의 일부 또는 전부를 연마입자와 바인더를 포함하는 연마층이 도포될 수 있다. 상기 절삭부는 연마입자의 유동을 활용하여 상기 열전레그를 절삭할 수 있다. 상기 연마입자는 상기 앵커의 표면에 조도를 형성한다.
본 발명의 바람직한 제조장치에 있어서, 상기 앵커는 트렌치 및 홈 중에서 선택된 어느 하나 또는 그들의 조합일 수 있다. 상기 앵커는 다각형, 원호, 경사진 측벽 중에서 선택 어느 하나의 단면을 가지거나 상기 단면이 조합될 수 있다. 상기 앵커는 상기 열전레그의 표면에서 안쪽으로 갈수록 폭이 넓어지는 측벽을 가질 수 있다. 상기 앵커는 직선, 지그재그 및 곡선 중의 어느 하나의 형태 또는 그들이 조합된 형태일 수 있다. 상기 열전레그에서의 상기 앵커의 부피, 상기 앵커의 단면은 상기 열전레그와 상기 전극 사이의 원자확산, 온도에 따른 상기 열전레그의 물성 변화를 고려하여 설정된다.
본 발명의 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치에 의하면, 초음파 커터로 열전레그에 앵커(anker)를 형성함으로써, 확산방지층의 박리 및 열전레그의 크랙을 방지하고, 확산방지층에 전극이 제대로 접합된다. 또한, 초음파 커터의 자유도를 높여, 직선, 곡선 등을 포함하는 3차원적인 형상의 앵커를 자유롭게 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 열전모듈의 저온 측을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 열전모듈의 고온 측을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 열전모듈을 제조하기 위한 초음파 커터를 설명하기 위한 개략적 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 열전모듈을 제조하기 위한 절삭부의 대표적인 사례들을 제시한 사시도들이다.
도 5는 도 4의 절삭부에 의해 앵커가 형성된 열전레그를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 열전모듈을 제조하기 위한 초음파 커터를 이용하여 앵커를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개략적 도면이다.
도 7은 본 발명에 의해 제조된 열전모듈의 사례를 나타내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예는 초음파 커터로 열전레그에 앵커(anker)를 형성함으로써, 확산방지층의 박리 및 열전레그의 크랙을 방지하고, 확산방지층에 전극이 제대로 접합되게 하는 제조장치를 제시한다. 이를 위해, 앵커를 가진 열전레그를 포함하는 열전모듈에 대하여 상세하게 알아보고, 상기 앵커를 제조하기 위한 초음파 커터를 구체적으로 설명하기로 한다. 이어서, 초음파 커터로 열전레그에 앵커를 만드는 과정을 자세하게 알아보기로 한다. 본 발명의 열전모듈은 열전냉각 및 열전발전에 모두 적용될 수 있으며, 바람직하게는 열전발전에 적용되는 것이 보다 효율적이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 열전모듈의 저온 측을 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 열전모듈의 고온 측을 설명하기 위한 사시도이다. 이때, 설명의 편의를 위하여, 상기 열전모듈의 일부를 파단하여 나타내었다. 여기서 제시된 열전모듈은 하나의 사례이며, 본 발명의 범주 내에서 다른 형태의 열전모듈에도 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, p형 열전레그(30a) 및 n형 열전레그(30b)는 벌크 형태로 반도체로 이루어지며, 슬라이싱(slicing) 또는 슬랩(slap)에 의해 일정한 두께를 가진 장방형이다. p형 열전레그(30a) 및 n형 열전레그(30b)는 상기 열전모듈을 구성하는 하나의 단위인 열전레그(30)를 형성한다. 열전레그(30)는 셀 블록(10)에 삽입되며, 셀 블록(10)은 p형 및 n형 열전레그(30a, 30b)를 격벽으로 절연하기 위한 절연격벽(12)을 포함한다. 절연격벽(12)은 셀 블록(10)과 블록 테두리(11)와 일체화된다. 절연격벽(12)은 p형 및 n형 열전레그(30a, 30b) 사이에 위치하는 절연격벽(12a) 및 열전레그(30) 사이에 위치하는 절연격벽(12b)으로 구분될 수 있다.
절연격벽(12)을 포함한 셀 블록(10)은 본 발명의 모듈을 외부환경이나 충격으로부터 보호하기 위한 것으로, 용도에 따라 적합한 물질로 형성할 수 있다. 셀 블록(10)은 그 재료와 이를 형성하는 방법은 특별하게 제한되지 않는다. 구체적으로, 저온 환경에 사용하는 열전모듈인 경우는 폴리이미드, 에폭시와 같은 고분자 물질이 바람직하며, 고온 환경에 사용하는 전자 냉각모듈은 고온에서 잘 견디는 실리콘 산화물 또는 실리콘 산화질화물과 같은 세라믹이 유리하다. 보다 바람직하게는, 화학증착중합에 의해 형성된 폴리이미드 또는 폴리(치환되거나 비치환된 p-크실릴렌; 듀퐁사의 파릴린) 중에서 선택할 수 있다. 또한, 서로 접착되는 중공 입자의 집합체, 예를 들면 입경 3~30㎛ 정도의 다수의 중공 유리 비즈(glass beads)를 규산 유리계의 접착제로 접착한 중공 유리 비즈의 집합체일 수 있다.
전극(20)은 상부 및 하부전극(20a, 20b)로 나뉘며, 각각 열전레그(30)의 양면에 서로 대향되어 부착된다. 전극(20)을 이루는 물질은 다양하게 선택할 수 있으나, 전기전도성이 우수한 것이 바람직하다. 전극(20)은 이하에서 상세하게 설명하겠지만, 용사법에 의해 열전레그(30)에 접착된다. 전극(20)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 철(Fe), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 탄소(C), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 이리듐(Ir), 아연(Zn), 주석(Sn), 인듐(In) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 그들의 혼합물 또는 그들의 합금일 수 있다. 전극(20)의 두께는 열전레그(30)와의 전기적인 결합력을 충분하게 유지하는 정도를 가진다. 전극(20)의 외측, 즉 열전레그(30)의 반대면은 절연성 물질로 코팅된 절연층(22)이 위치한다. 상부전극(20a)은 리드(40), 하부전극(20b)은 리드(41)와 연결되어 외부와 전기적으로 접속된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 열전모듈을 제조하기 위한 초음파 커터(100)를 설명하기 위한 개략적 도면이다. 이때, 초음파 커터(100)를 개략적으로 설명하기 위하여, 핵심적인 특징을 간략하게 도시하였으나, 본 발명의 범주 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
도 3에 의하면, 초음파 커터(100)는 구동제어부(50), 초음파 진동자(51), 절삭부(60) 및 xy 스테이지(70)를 포함하여 구성된다. 피절삭체인 열전레그(30)는 xy 스테이지(70) 상에 안착된다. 초음파 진동자(51)는 주로 압전소자(Piezo electric element)를 이용하며, 상기 압전소자는 전기를 인가하면 초음파 주파수대인 초당 약 20,000회 이상의 진동을 발생시킨다. 초음자 진동자(51)는 세척기, 의료기기 등에서 광범위하게 활용되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 절삭부(60)는 초음파 진동자(51)에서 발생하는 초음파 진동을 수용하여 열전레그(30)를 절삭한다. 초음파 커터(100)는 분진의 발생이 적고, 폐수처리 등과 같은 부수적인 공정이 불필요하는 등의 이점이 있다.
구동제어부(50)는 진동자(51)의 진동회수, 진동자(51) 및 절삭부(60)의 움직임 등을 제어한다. 도면에서, 구동제어부(50)는 진동자(51) 및 절삭부(60)를 z축으로 이동시킨다. 또한, xy 스테이지(70)는 안착되어 고정된 열전레그(30)를 x축, y축으로 움직이도록 한다. 구동제어부(50) 및 xy 스테이지(70)에 의해, 열전레그(30)의 절삭은 3차원적으로 구현할 수 있다. 한편, xy 스테이지(70) 대신에 고정형 스테이지를 적용하고, 구동제어부(50)는 3차원으로 움직임이 가능한 다관절 로봇을 적용할 수 있다. 경우에 따라, 초음파 커터(100)는 3차원의 움직임이 아닌 2차원적인 움직임으로 제한할 수 있다. 이에 따라, 구동제어부(50)는 열전레그(30)에 대하여 절삭부(60)의 상대적인 움직임을 제어하는 역할을 한다.
절삭부(60)는 평판형의 커터몸체(61), 커터몸체(61)의 적어도 일측에 부착된 커터날개(62) 및 커터날(63)을 포함한다. 절삭부(60)에 대해서는 추후에 도 4를 통하여 자세하게 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 열전모듈을 제조하기 위한 절삭부(60)의 대표적인 사례들을 제시한 사시도들이다. 도 5는 도 4의 절삭부(60)에 의해 앵커(32)가 형성된 열전레그(30)를 나타내는 사시도이다. 이때, 초음파 커터(100)는 도 3을 참조하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 절삭부(60)는 열전레그(30)에 앵커(32)를 형성하기 위한 것이다. 절삭부(60)는 평판형의 커터몸체(61), 커터몸체(61)의 적어도 일측에 부착된 커터날개(62) 및 커터날(63)을 포함한다. 커터날개(62)의 내측에는 열전재료의 절삭 스크랩을 배출하고, 절삭이 용이하게 일어나게 하기 위한 스크랩 배출홀(64)을 포함한다. 스크랩 배출홀(64)이 없으면, 절삭 마찰력이 크게 증가하여 절삭이 쉽게 일어나지 않고, 절삭부(60)가 파손될 수 있다. 스크랩 배출홀(64)의 형상은 커터날개(62)에 따라 달라지나, 편의상 동일한 참조부호 64로 통칭하였다. 커터날(63)은 끝이 뾰족하여, 열전레그(30)에 커터날개(62)보다 먼저 접촉하여 절삭 개시점을 확보한다.
커터날개(62)는 커터몸체(61)의 적어도 일측에 부착되며, 도면에서는 양측에 부착된 상태를 표현하였다. 양측에 커터날개(62)가 있으면, 이웃하는 열전레그(30)에 앵커(32)를 동시에 형성할 수 있어서, 생산성을 높일 수 있다. 커터날개(62)의 형상은 앵커(32)의 형상을 결정한다. 커터날개(62)는 단면으로 보아 다각형, 원호 및 그들이 혼합된 형태를 가진다. 도면에서는, 한 쌍을 이루는 역삼각형의 커터날개(62a), 2개의 쌍을 이루는 역삼각형의 커터날개(62b), 한 쌍을 이루는 오각형의 커터날개(62c), 한 쌍이면서 단면으로 보아 M자를 이루는 커터날개(62d)를 제시하였다. 커터날개(62)의 형상 및 개수는 본 발명의 절삭부(60)가 적용되는 열전레그(30)의 종류, 형상, 크기, 재질 등에 따라 달라진다. 특히, 커터날개(62)의 폭(W1, W2)은 열전레그(30)의 크기를 고려하여 정해진다.
절삭부(60)는 강성이 큰 금속재질이 바람직하며, 열전레그(30)가 세라믹인 것을 감안하여 초경합금으로 이루어지는 것이 좋다. 필요한 경우, 커터날(63) 및 커터날개(62)에서, 절삭과정에서 열전레그(30)와 접촉하는 일부 또는 전부에는 다이아몬드 지립과 같은 연마입자 및 바인더를 포함한 연마층(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 연마층이 있으면, 실질적으로 연마입자에 의해 절삭이 이루어지므로, 절삭부(60)의 수명을 늘일 수 있다. 또한, 연마층을 사용하면, 커터날개(62)와 열전레그(30) 사이에 일어나는 마찰에 의한 충격손상, 열손상과 같은 손상을 방지할 수 있다. 상기 연마층이 있으면, 절삭부(60)는 초경합금이 아닌 금속을 활용할 수 있다. 상기 연마입자를 사용하면, 연마입자에 의해 앵커(32)의 표면에 조도가 형성되므로, 추후에 형성되는 전극(20)과의 결합력을 높일 수 있다.
열전레그(30)는 그 형태를 제한되지 않으며, 다면체(a, c), 원통(b)와 같은 형태를 가질 수 있다. 앵커(32)는 리세스(recess) 영역이 형성된 것으로, 개념적으로 트렌치(trench, 32a) 및 홈(32b)을 모두 포함한다. 앵커(32)는 트렌치(32a) 및 홈(32b)이 어느 하나(b, c) 또는 모두 존재(a)할 수 있다. 트렌치(32a)는 열전레그(30)의 일측 전면을 통과하도록 절삭한 것이고, 홈(32b)은 열전레그(30)의 일측 전면의 일부를 절삭하는 것이다. 이를 위해, 도 3의 절삭부(60)는 각각 독립적으로 그 움직임이 제어될 수 있다. 구체적으로, 일부의 절삭부(60)는 트렌치(32a), 일부의 절삭부(60)는 홈(32b)을 형성한다.
앵커(32)는 단면으로 보아, 반드시 이에 제한되는 것을 아니지만, 다각형, 원호, 경사진 측벽 등과 같이 여러 가지 형상의 리세스 영역이 단독 또는 조합될 수 있다. 상기 경사진 측벽이란, 상기 리세스 영역이 열전레그(30) 방향으로 갈수록 폭이 좁아지거나 넓어지는 것을 포함한다. 이와 같이, 열전레그(30)의 표면에서 안쪽 방향으로의 폭이 넓어지는 리세스 영역은 앵커(32)의 앵커 효과를 높일 수 있다. 앵커(32)의 깊이(D)는 커터날개(62)가 열전레그(30)에 접촉하는 정도에 부합되어 정해진다. 커터날개(62)가 접촉하는 정도가 크면 깊이(D)는 크고, 작으면 깊이(D)는 작아진다. 본 발명의 실시예에 의한 앵커(32)는 직선, 지그재그(zigzag), 곡선 형태가 단독 또는 조합되어 자유롭게 구현할 수 있다. 예컨대 지그재그의 경우, 구동제어부(50)에 의해 열전레그(30)의 움직임을 조절하면 가능하다.
본 발명의 앵커(32)는 열전레그(30)와 전극(20)과의 결합력, 기하학적인 형상 변화에 의한 전극(20)의 전기저항 등의 변화 등을 고려하여 설정할 수 있다. 예를 들어, 열전레그(30) 전체에서의 앵커(32)의 부피, 앵커(32)에서의 상기 리세스 영역의 분율, 앵커(32)의 단면은 여러 가지 요인에 의해 달리 설정될 수 있다. 즉, 상기 부피, 분율 및 단면은 시간의 경과에 따른 열전레그(30)와 전극(20) 사이의 원자 확산, 온도에 따른 열전레그(30)의 물성 변화 등이 고려된다. 앵커(32)의 설계는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다는 것은 자명하다 할 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 열전모듈을 제조하기 위한 초음파 커터(100)를 이용하여 앵커(32)를 제조하는 과정을 설명하기 위한 개략적 도면이다. 이때, 앵커(32)는 연마재를 활용하는 점을 제외하고, 앞에서 설명한 바와 같다. 이에 따라, 동일한 참조부호에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, 초음파 커터(100)는 도 3을 참조하기로 한다.
도 6에 의하면, 열전레그(30)에서 앵커(32)가 형성되는 면에 연마입자(80)가 공급된다. 연마입자(80)는 금속 입자, 무기물 입자, 금속 코팅 무기물 입자 등이 있다. 예를 들면, 연마재는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 실리콘카바이드(SiC), 알루미나-지르코니아(Al2O3-ZrO2), 티타늄 다이보라이드(TiB2), 보론카바이드(B4C), 입방정 보론나이트라이드(CBN), 다이아몬드(diamond)입자 등이 있다. 바람직하게는 고경도의 다이아몬드 입자나 CBN 입자와 같이 초지립입자(superabrasive particle)가 많이 사용된다. 연마입자(80)는 단독 또는 2 종 이상의 입자들이 혼합된 응집체일 수 있다. 연마입자(80)의 평균 입경은, 예를 들어 약 0.1 내지 1500㎛, 바람직하게는 10 내지 1000 ㎛, 더욱 바람직하게는 180 내지 800 ㎛ 가 좋다. 연마입자(80)의 경도는 절삭되거나 연마되는 피삭재보다 경도가 강하면 가능하나, 누프(Knoop) 경도가 약 15 kN/㎟ 이상인 것이 적절하다. 연마입자(80)의 형태는 다양하게 설정할 수 있으며, 과립, 구, 봉, 피라미드, 다각면 등을 가질 수 있다.
연마입자(80)를 사용하면, 앵커(32)를 형성하는 절삭 메카니즘이 연마입자(80)의 유동에 의하게 된다. 연마입자(80)의 유동은 초음파 진동자(51)에 의해 제공된다. 초음파 진동자(51)는 초당 약 20,000회 이상의 진동을 발생시키므로, 연마입자(80)의 유동은 앵커(32)의 가공을 보다 원활하게 한다. 또한, 연마입자(80)를 사용하면, 커터날개(62)와 열전레그(30) 사이에 일어나는 마찰에 의한 충격손상, 열손상과 같은 손상을 방지할 수 있다. 또한, 연마입자(80)를 사용하면, 연마입자(80)에 의해 앵커(32)의 표면에 조도가 형성되므로, 전극(20)과의 결합력을 높일 수 있다. 이를 위하여, 열전레그(30)의 성능을 유지하는 범위 내에서 연마입자(80)의 크기를 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 열전모듈의 사례를 나타내는 단면도이다. 여기서, 전극(20)의 형성은 용사법을 중심으로 설명하였으나, 솔더링으로 형성될 수도 있다. 이때, 앵커(32)는 트렌치(32a)를 예로 들었다.
도 7에 의하면, 먼저 열전레그(30)를 절연격벽(12a, 12b)에 삽입한다. 이때, 열전레그(30)의 전면 또는 일부 면에 확산방지층(31)을 도포할 수 있다. 확산방지층(31)은 전극물질이 열전레그(30)로 확산되는 것을 방지하고 접합력을 높이기 위함이다. 이를 위해, 확산방지층(31)은 앵커(32)에만 도포될 수 있지만, 앵커(32)를 포함한 열전레그(30)의 전면에 도포되는 것이 좋다. 확산방지층(31)은 열전레그(30) 및 전극(20)과의 부착 특성 등에 따라 다양한 금속층이 사용될 수 있다. 예컨대, 확산방지층(31)은 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 코발트(Co), 티타늄(Ti), 어븀(Er), 사마륨(Sm), 유로피움(Eu) 또는 그들의 혼합물 또는 그들의 합금을 사용할 수 있다. 이와 같은 확산방지층(31)은 열전레그(30)의 일함수를 참작하여 적절하게 선택될 수 있다.
전극(20)은 용사법, 솔더링 등으로 형성되며, 용사법의 경우 전극물질을 용사면(13)에 용사하면, 전극물질은 용사면(13)에서 시작하여 앵커(32)를 덮는다. 상기 용사법은 가스 용사법, 가열 용사법, 플라즈마 용사법, 아크 용사법 등이 있다. 이중에서, 플라즈마 용사법은 플라즈마 아크 중에 금속, 세라믹과 같은 분말을 공급하여 도포를 수행하는 것을 말한다. 플라즈마 용사법은 산화물의 생성이 적고, 피막은 고밀도이며, 부착력이 우수하여 본 발명의 실시예에 적합하다. 가스는 질소와 수소, 아르곤과 헬륨, 아르곤과 수소 등이 사용된다. 전극(20)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 철(Fe), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 탄소(C), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 이리듐(Ir), 아연(Zn), 주석(Sn), 인듐(In) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 그들의 혼합물 또는 그들의 합금일 수 있다.
전극(20)은 상기 전극물질의 용사에 의해 형성된 스크랩을 연삭(grinding), 다듬질(lapping)로 제거되어 형성된다. 이때, 상기 연삭 및 다듬질은 잘 알려진 방법을 활용할 수 있다. 전극(20)의 노출된 표면에 세라믹으로 이루어진 절연층(22)이 도포된다. 절연층(22)은 용사법, 화학증착법(CVD), 물리증착법(PVD) 등으로 형성할 수 있으며, 경우에 따라 산화시켜 형성할 수 있다. 종래에는 본 발명의 절연층(22) 대신에 상대적으로 두께가 두꺼운 세라믹 기판을 사용하였다. 하지만, 본 발명의 실시예와 같이 절연층(22)을 도포함으로써, 여러 층의 접합단계가 생략되어 공정이 단순화된다. 또한, 절연층(22)의 두께가 얇아서 열전달 효과가 우수하다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 셀 블록 11; 블록 테두리
12; 절연격벽 13; 용사면
20; 전극 22; 절연층
30; 열전레그 31; 확산방지층
32; 앵커 40, 41; 리드
50; 구동제어부 51; 초음파 진동자
60; 절삭부 61; 커터몸체
62; 커터날개 63; 커터날
64; 스크랩 배출홀 70; 스테이지
80; 연마입자 100; 초음파 커터

Claims (10)

  1. 리세스 영역을 가진 앵커를 포함하는 열전레그;
    상기 앵커가 포함된 열전레그를 덮는 전극; 및
    상기 열전레그를 수용하고, 각각의 열전레그를 절연시키며, 절연격벽이 있는 셀블록을 포함하는 열전모듈의 제조장치에 있어서,
    상기 앵커는 초음파 진동자가 장착된 초음파 커터로 형성되며,
    상기 초음파 커터는,
    상기 열전레그에 대한 움직임 및 상기 초음파 진동자의 동작을 제어하는 구동제어부; 및
    상기 초음파 진동자에 부착되고, 상기 열전레그를 절삭하며, 평판형의 커터몸체, 상기 커터몸체의 적어도 일측에 장착된 커터날개 및 상기 커터몸체의 끝부분에 위치하는 커터날을 구비하는 절삭부를 포함하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커터날개의 내측에는 절삭에 의한 스크랩을 배출하기 위한 스크랩 배출홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 커터날개의 형상은 다각형 및 원호 중에서 선택 어느 하나의 단면을 가지거나 상기 단면이 조합된 것을 특징으로 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 절삭부는 상기 열전레그가 접촉하는 부분의 일부 또는 전부를 연마입자와 바인더를 포함하는 연마층이 도포된 것을 특징으로 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 절삭부는 연마입자의 유동을 활용하여 상기 열전레그를 절삭하는 것을 특징으로 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
  6. 제4항 또는 제5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 연마입자는 상기 앵커의 표면에 조도를 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 앵커는 트렌치 및 홈 중에서 선택된 어느 하나 또는 그들의 조합인 것을 특징으로 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 앵커는 다각형, 원호, 경사진 측벽 중에서 선택 어느 하나의 단면을 가지거나 상기 단면이 조합된 것을 특징으로 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 앵커는 직선, 지그재그 및 곡선 중의 어느 하나의 형태 또는 그들이 조합된 형태인 것을 특징으로 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열전레그에서의 상기 앵커의 부피, 상기 앵커의 단면은 상기 열전레그와 상기 전극 사이의 원자확산, 온도에 따른 상기 열전레그의 물성 변화를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 초음파 커터를 이용한 열전모듈 제조장치.
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