KR101824695B1 - Heat sink structure for energy harvest - Google Patents

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KR101824695B1 KR1020170099596A KR20170099596A KR101824695B1 KR 101824695 B1 KR101824695 B1 KR 101824695B1 KR 1020170099596 A KR1020170099596 A KR 1020170099596A KR 20170099596 A KR20170099596 A KR 20170099596A KR 101824695 B1 KR101824695 B1 KR 101824695B1
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    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Abstract

The present invention provides an energy harvesting heat radiation structure which absorbs heat of a semiconductor element, a semiconductor package element or a power device to convert the heat into electric energy and can store the energy. According to an embodiment of the present invention, the energy harvesting heat radiation structure comprises: a frame mounted on a substrate, after being mounted on the semiconductor element, the semiconductor package element or the power element which is an electronic device, which emit the heat when driving; and a thermoelectric module located in a mounting space of the frame, recovering the heat emitted from the power element, converting the heat into the electric energy, and storing the energy. The frame and the thermoelectric module are integrally structured.

Description

에너지 하베스팅 방열구조체{HEAT SINK STRUCTURE FOR ENERGY HARVEST}[0001] HEAT SINK STRUCTURE FOR ENERGY HARVEST [0002]

본 발명은 에너지 하베스팅 방열구조체에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvesting heat-radiating structure.

일반적으로 가정용 또는 산업용으로 사용되는 컴퓨터는 수많은 반도체와 기타주변기기의 조합으로 구성되어 작동되며, 이러한 여러 부품의 작동으로 인해 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위하여 팬 등과 같은 대기 순환을 이용한 쿨링 시스템 등이 적용되고 있다.Generally, a computer used for domestic or industrial use is composed of a combination of a number of semiconductors and other peripheral devices, and a cooling system using atmospheric circulation such as a fan is used to discharge heat generated by the operation of such various components to the outside .

특히, CPU, 그래픽 카드 및 전원공급장치 등과 같이 발열이 상대적으로 많이 발생하는 부품은 독립적으로 방열판과 팬의 조합인 쿨링장치를 가지고 있으며, 그 외의 부속들은 방열판과 같은 쿨링장치가 장착되어 있기도 한다.In particular, components such as CPUs, graphics cards, and power supplies that generate a relatively large amount of heat independently have a cooling device that is a combination of a heat sink and a fan, and other components may be equipped with a cooling device such as a heat sink.

이에 본 발명에서는 종래의 쿨링장치를 대체할 수 있고, 발열소자 또는 발열장치에서 발생된 열을 이용하여 추가 전원을 생성하고, 추가 생성된 전원을 재 사용할 수 있는 에너지 하베스팅 방열구조체를 제안하고자 한다.Accordingly, the present invention proposes an energy harvesting heat-radiating structure capable of replacing the conventional cooling device, generating additional power using heat generated from the heat-generating element or the heat-generating apparatus, and reusing the generated power source .

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0017858호Korean Patent Publication No. 10-2010-0017858

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 컴퓨터에 사용되는 CPU 등의 발열 성질을 갖는 반도체 소자, 반도체 패키지 소자 또는 전력기기의 냉각을 원할하게 하는 동시에, 반도체 소자, 반도체 패키지 소자 또는 전력기기의 열을 흡수하여 전기에너지로 변환한 후, 저장할 수 있는 에너지 하베스팅 방열구조체를 제공하는 데 그 목적이 있다.A problem to be solved by the present invention is to cool a semiconductor device, a semiconductor package device, or an electric power device having exothermic properties such as a CPU used in a computer, and to absorb heat of a semiconductor device, a semiconductor package device, An object of the present invention is to provide an energy hubbing heat-radiating structure which can be converted into electric energy and then stored.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방열구조체는 구동시 열을 발산하는 반도체 소자, 반도체 패키지 소자 또는 전자기기인 전력소자에 거치한 후, 기판에 실장되는 프레임; 및 상기 프레임의 거치공간 내에 위치하고, 상기 전력소자에서 발산된 발산 열을 회수하여 전기에너지로 변환한 후, 저장하고, 저장된 전기에너지를 전원공급부로 공급하는 열전기 모듈을 포함하고, 상기 열전기 모듈은 방열체; 상기 프레임의 제1 중공부에 배치된 상기 반도체 소자, 상기 반도체 패키지 소자 또는 전자기기에서 발생된 발산 열을 흡수한 후, 전기에너지로 변환하는 열전기 소자; 및 상기 열전기 소자에서 생성된 전기에너지를 정류하여 저장하도록 상기 프레임의 제2 중공부에 배치된 축전지를 포함하고, 상기 프레임과 상기 열전기 모듈은 일체형 구조인 것을 특징으로을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an energy hubbing heat-radiating structure, comprising: a frame mounted on a substrate after being mounted on a semiconductor device, a semiconductor package device, or a power device, And a thermoelectric module located in the mounting space of the frame and recovering divergent heat emitted from the power device, converting the divergent heat into electric energy, storing the electric energy, and supplying the stored electric energy to the power supply unit, sieve; A thermoelectric element that absorbs divergent heat generated in the semiconductor device, the semiconductor package element, or the electronic device disposed in the first hollow portion of the frame and converts the divergent heat into electrical energy; And a battery disposed in the second hollow portion of the frame so as to rectify and store the electric energy generated in the thermoelectric element, wherein the frame and the thermoelectric module are integrally structured.

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일 실시예에서, 상기 축전지는 EDLC(Electric Double Layer Capacitor) 타입의 커패시터 또는 리차지블 배터리를 포함한다.In one embodiment, the battery includes an electric double layer capacitor (EDLC) type capacitor or a rechargeable battery.

상기 과제의 해결 수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.The solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. Various means for solving the problems of the present invention can be understood in detail with reference to specific embodiments of the following detailed description.

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방열구조체는 전자장치 내의 발열체를 커버하는 형태를 갖는 구조적 형상으로 인하여 메인 모드 등과 같은 회로기판 내의 실장이 용이하다는 이점이 있다.The energy hubbing heat-radiating structure according to an embodiment of the present invention is advantageous in that it can be easily mounted in a circuit board such as a main mode due to a structural shape that covers a heat-generating body in an electronic device.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방열구조체는 발열체에서 발산된 폐열을 회수하여 전기에너지를 생성할 수 있고, 생성된 전기에너지를 전원공급부의 보조 전원으로 활용할 수 있다는 이점이 있다.In addition, the energy hubbing heat-radiating structure according to an embodiment of the present invention is capable of recovering the waste heat emitted from the heat-generating body to generate electric energy, and utilizing the generated electric energy as an auxiliary power source of the power supply unit.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방열 구조체를 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열전소자를 나타낸 예시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 축전지를 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 에너지 하베스팅 방열 구조체가 메인 보드에 실장된 모습을 나타낸 예시도이다.
1 is an exemplary view showing an energy hubbing heat-radiating structure according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is an exemplary view showing the thermoelectric element shown in Fig. 1. Fig.
FIG. 3 is an exemplary view showing the battery shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is an exemplary view showing a state where the energy hubbing heat-radiating structure shown in FIG. 1 is mounted on a main board.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 데이타 후 처리 시스템 및 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a flight data post-processing system and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면에 기초하여 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방열 구조체를 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, an energy harvesting heat-insulating structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방열 구조체를 나타낸 예시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 열전소자를 나타낸 예시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 축전지를 나타낸 예시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 에너지 하베스팅 방열 구조체가 메인 보드에 실장된 모습을 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view showing an energy hubbing heat-radiating structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exemplary view showing the thermoelectric device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a view And FIG. 4 is an exemplary view showing a state where the energy hubbing heat-radiating structure shown in FIG. 1 is mounted on a main board.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방열구조체 (100)는 프레임(110) 및 열전기 모듈(120)을 포함한다.Referring to FIG. 1, an energy hubbing heat-sinking structure 100 according to an embodiment of the present invention includes a frame 110 and a thermoelectric module 120.

상기 프레임(110)은 회로기판에 실장되는 지지구조체로서, 반도체 소자, 반도체 패키지 소자 또는 전력기기와 같이 동작시 발열하는 발열체와 결착되어 회로기판에 실장된다.The frame 110 is a support structure to be mounted on a circuit board, and is bonded to a circuit board, such as a semiconductor device, a semiconductor package device, or an electric power device.

상기 프레임(110)의 형상은 발열체의 크기에 따라 크기가 결정될 수 있다.The shape of the frame 110 may be determined according to the size of the heating element.

상기 프레임(110)은 후술하는 열전기 모듈(120)의 각 세부구성을 거치하기 위한 적어도 하나 이상의 거치공간을 포함한다.The frame 110 includes at least one mounting space for mounting each detailed configuration of the thermoelectric module 120 to be described later.

상기 프레임(110)은 하부면에 발열체를 실장하기 위한 리드 프레임(111)을 포함할 수 있고, 상기 리드 프레임(111)은 회로기판에 실장되는 기판일 수 있다.The frame 110 may include a lead frame 111 for mounting a heating element on a lower surface thereof, and the lead frame 111 may be a substrate mounted on a circuit board.

상기 리드 프레임(111)의 배면에는 배선 패턴이 형성되며, 상기 배선 패턴은 통상적인 층 형성방법, 예를 들어 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 물리기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)을 이용할 수 있고, 또는 전해 도금이나 무전해 도금에 의하여 형성될 수 있다. A wiring pattern is formed on the rear surface of the lead frame 111. The wiring pattern may be formed by a conventional layer forming method such as chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD) Or may be formed by electrolytic plating or electroless plating.

또한, 배선 패턴은 금속과 같은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 배선 패턴은 니켈, 금, 또는 이들의 합금을 더 포함할 수 있다. In addition, the wiring pattern may include a conductive material such as a metal. For example, aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, or a combination thereof. Further, the wiring pattern may further include nickel, gold, or an alloy thereof.

다시 말하면, 배선 패턴을 구리 또는 구리 합금과 같이 내산화성이 약한 물질을 이용하여 형성하는 경우에는, 그 상부에 니켈, 금, 또는 이들의 합금을 포함하는 층을 도금과 같은 방법으로 더 형성하여 구리 또는 구리 합금의 산화를 방지할 수 있다. 그러나, 이러한 배선 패턴(210)의 재료는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In other words, when the wiring pattern is formed using a material having a low oxidation resistance such as copper or a copper alloy, a layer containing nickel, gold, or an alloy thereof is further formed thereon by a method such as plating, Or oxidation of the copper alloy can be prevented. However, the material of the wiring pattern 210 is illustrative, and the present invention is not necessarily limited thereto.

한편, 상기 발열체는 전력 반도체 칩 또는 이들의 조합을 의미하며, 서보 드라이버, 인버터, 전력 레귤레이터 및 컨버터 등과 같은 전력 제어를 위한 전력변환 또는 전력제어를 위한 전력 회로 칩 등을 의미할 수 있다.The heating element refers to a power semiconductor chip or a combination thereof and may mean a power circuit chip for power conversion or power control for power control such as a servo driver, an inverter, a power regulator, and a converter.

예를 들어, 전력 반도체 칩은 전력 모스펫(power MOSFET), 바이폴라 졍션 트랜지스터(bipolar junction transistor, BJT), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated-gate bipolar transistor; IGBT), 다이오드(diode)이거나 이들의 조합(패키지)을 포함할 수 있으며, 다시 말하면, 상술한 전력 반도체 칩들의 예들을 모두 포함하거나 또는 그 일부를 포함할 수 있다. For example, the power semiconductor chip may be a power MOSFET, a bipolar junction transistor (BJT), an insulated-gate bipolar transistor (IGBT), a diode, ), That is, it may include all or some of the examples of the power semiconductor chips described above.

예를 들어, 전력 반도체 칩들의 패키지는 각각 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 다이오드(diode)의 조합인 패키지 이거나, 또는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 다이오드(diode)를 한 쌍으로 하여, 총 여섯 쌍을 포함하는 전력 소자 패키지일 수 있다. 한편, 이는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the package of the power semiconductor chips may be a package which is a combination of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a diode, or a pair of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a diode, Lt; / RTI > pair. On the other hand, this is illustrative, and the present invention is not necessarily limited thereto.

다음으로, 상기 열전기 모듈(120)은 상기 프레임(110) 내의 거치공간에 거치된 발열체의 폐열(발산열)을 회수하여 전기에너지로 변환한 후, 저장하는 기능을 한다.Next, the thermoelectric module 120 recovers the waste heat (divergence heat) of the heating element placed in the mounting space in the frame 110, converts the waste heat into electrical energy, and stores the electrical energy.

보다 구체적으로, 상기 열전기 모듈(120)은 방열체(121), 열전소자(122) 및 축전지(123)를 포함할 수 있다.More specifically, the thermoelectric module 120 may include a heat discharging body 121, a thermoelectric element 122, and a battery 123.

상기 방열체(121)는 예컨대, 히트싱크(Heat sink) 등이며, 열전소자에서 방출되는 열을 흡수하고, 복사나 대류, 열 전도 등에 의하여 기체나 액체, 다른 부재 등에 대하여 공급된 열을 방출하는 구조체로서, 열전소자(122)에서 방출된 열을 외부로 방출하는 기능을 한다.The heat dissipating member 121 is, for example, a heat sink and absorbs heat emitted from the thermoelectric element and emits heat supplied to a gas, liquid, or other member by radiation, convection, heat conduction or the like As the structure, it functions to discharge the heat emitted from the thermoelectric element 122 to the outside.

한편, 방열체(121)는 프레임(110)의 상부에 형성된 중공부와 결속된다.On the other hand, the heat discharging body 121 is bonded to a hollow portion formed on the upper portion of the frame 110.

다음으로, 상기 열전기 컨버터 소자(122)는 "고온 측(hot side)"으로 알려진 것과 "냉각 측(cold side)"으로 알려진 것 사이에 위치된 다수의 열전기 소자를 바람직하게 구비한다. Next, the thermoelectric converter element 122 preferably comprises a plurality of thermoelectric elements located between what is known as the " hot side "and the" cold side ".

열전기 소자는 예를 들면, 2개 이상의 반도체 평행 6면체(p-도프(dope)되고 n-도프됨)로 이루어지며, 상기 반도체 평행 6면체는 전기 전도성 브릿지와, 그 상부면과 하부면에서 ("고온 측" 및 "냉각 측"으로 각각) 선택적으로 접속된다. 세라믹 플레이트나 또는 세라믹 코팅 및/또는 이와 유사한 재료가 금속 브릿지를 절연하도록 사용되며, 이에 따라 상기 금속 브릿지 사이에 배치되는 것이 바람직하다. The thermoelectric elements are, for example, composed of two or more semiconductor parallelepiped bodies (p-doped and n-doped), the semiconductor parallelepiped bodies having an electrically conductive bridge, Quot; hot side "and" cold side ", respectively). Ceramic plates or ceramic coatings and / or similar materials are used to insulate the metal bridge, and are therefore preferably disposed between the metal bridges.

온도 구배가 반도체 평행 6면체의 양면에 제공된다면, 전위가 이에 따라 형성된다. If a temperature gradient is provided on both sides of the semiconductor parallelepiped, the potential is formed accordingly.

이러한 경우에 있어서, 열이 하나의 접촉점("고온 측")에서 흡수되고, 이 고온 측에서의 전자가 다음 평행 6면체의 고-에너지 전도 밴드를 통과한다. In this case, heat is absorbed at one contact point ("hot side") and electrons on this hot side pass through the high-energy conduction band of the next parallel hexahedron.

다른 한편으로, 전자가 이후 에너지를 배출하여 보다 낮은 에너지 레벨("냉각측")을 갖는 다른 한 측으로 다시 통과할 수 있다. 따라서, 적당한 온도 구배의 경우에 있어서, 전류 흐름이 생성될 수 있다.On the other hand, the electrons can then pass energy back to the other side having a lower energy level ("cooling side"). Thus, in the case of a suitable temperature gradient, a current flow can be generated.

참고로, 열전소자는 실제 열 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있고(제백 효과(Seebeck effect)), 이와 반대로 전기 에너지를 열 에너지로 변환(펠티에 효과(Peltier effect))시킨다.For reference, a thermoelectric element can convert actual thermal energy into electrical energy (a seebeck effect), and conversely converts electrical energy into thermal energy (a Peltier effect).

여기서, "제백 효과"는 열 에너지로부터 전기 에너지로의 변환 현상에 기초하며, 열전기 에너지를 발생시키는데 사용된다. Here, the "whitening effect" is based on a phenomenon of conversion from thermal energy to electric energy, and is used to generate thermoelectric energy.

제백 효과(또는 현상)는 1821년에 T. Seebeck가 Cu와 Bi 또는 Sb에 대하여 발견하였다. The whitening effect (or phenomenon) was discovered by T. Seebeck in 1821 for Cu and Bi or Sb.

열기전력을 측정하여 온도로 환산하는 열전대식 온도계는 공업적으로도 널리 이용되고 있고, 고온에서 극저온까지 각종 열전대이 개발되어 있다. 온도계측용의 열전대에는 은-금(철 첨가), 크로멜-금(철 첨가), 구리-콘스탄탄, 크로멜-콘스탄탄, 크로멜-알루멜, 백금ㆍ로듐-백금, 텅스텐-텅스텐 레늄 등, 여러가지가 있다. Thermocouple type thermometers which measure the thermoelectric power and convert the temperature into heat are widely used industrially and various thermocouples have been developed from a high temperature to a cryogenic temperature. Thermocouples for temperature measurement include silver-gold (with iron), chromel-gold (with iron), copper-constantan, chromel-constantan, chromel-alumel, platinum-rhodium-platinum, tungsten-tungsten rhenium , There are many.

한편, "펠티에 효과"는 제베크 효과와 반대되고, 열 흡수에 의해 수반되는 현상이며, 상이한 재료를 통하는 전류 흐름과 관련해 야기된다. 펠티에 효과는 예를 들면, 열전기 냉각을 위해 이미 제시되었다.On the other hand, "Peltier effect" is a phenomenon that is contrary to the Seebeck effect and is accompanied by heat absorption, which is related to the current flow through different materials. The Peltier effect has already been proposed for thermoelectric cooling, for example.

이에 본 발명에서는 열전소자의 “제베크 효과” 및 “펠티에 효과”를 동시에 적용하여, 발열체의 냉각과 동시에 발열체에서 발생되는 폐열을 흡수하여 전기에너지를 생성한 후, 재사용하는데 그 사용목적이 있다.Accordingly, in the present invention, it is an object of the present invention to simultaneously apply the " Hebeck effect " and " Peltier effect " of a thermoelectric element to absorb the waste heat generated in the heating element simultaneously with the cooling of the heating element to generate electrical energy.

상기 열전소자는 폴리머층과, 열전물질과, 내부전극과, 절연층을 구비한다. 폴리머층은 유연한 재질로 구성되어 유연하게 휘어질 수 있으며, 열전물질이 관통하여 삽입될 수 있도록 관통공이 형성된다. 열전물질은 P형 열전물질과 N형 열전물질로 구성되며 폴리머층의 관통공에 삽입된다. The thermoelectric element includes a polymer layer, a thermoelectric material, an internal electrode, and an insulating layer. The polymer layer is made of a flexible material and can be flexed flexibly, and a through hole is formed so that the thermoelectric material can be inserted and penetrated. The thermoelectric material is composed of a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material and is inserted into the through hole of the polymer layer.

열전물질로 사용되는 재질은 실리콘(Si), 비스무트(Bi), 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 망가니즈(Mg), 티타늄(Ti), 수은(Hg), 납(Pb), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 텅스텐(W), 카드뮴(Cd), 철(Fe), 비소(As), 텔루륨(Te), 저마늄(Ge) 등을 이용한 금속화합물 또는 세라믹, 그리고 전도성 폴리머 등 다양한 종류가 있는데, 이들은 온도에 따라 물질의 효율이 조금씩 변하는 특성을 지닌다. Materials used as thermoelectric materials include silicon (Si), bismuth (Bi), nickel (Ni), cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), manganese Ti, Hg, Pb, Sn, Mo, Ir, Au, Ag, Al, Zn, There are various kinds of metal compounds or ceramics such as cadmium (Cd), iron (Fe), arsenic (As), tellurium (Te) and germanium (Ge) The efficiency of the material changes little by little.

그러므로 사용하는 온도에 따라 적절한 열전물질이 사용되어야 한다. 내부전극은 P형 열전물질과 N형 열전물질의 한 쌍씩만 연결시키도록 폴리머층의 상면과 하면에 형성된다. 절연층은 내부전극의 절연을 위하여 내부전극을 덮도록 폴리머층의 상면과 하면에 형성된다.Therefore, appropriate thermoelectric materials should be used depending on the temperature used. The internal electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the polymer layer so as to connect only a pair of the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material. The insulating layer is formed on the upper surface and the lower surface of the polymer layer so as to cover the internal electrode for insulation of the internal electrode.

도 2를 참조, 상술한 열전소자의 구조의 일 예로서, 불순물 요소 배열부(103), 도전 부재들(105, 106), 전력 배선(109), 및 절연 부재들(107, 108)을 포함한다. 불순물 요소 배열부(103)에는 도 2에 상술한 바와 같은 복수의 n-형 불순물 요소들(101)과 복수의 p-형 불순물 요소들(102)이 서로 교대하여 배열된다. 2, an example of the structure of the thermoelectric element includes the impurity element array 103, the conductive members 105 and 106, the power wiring 109, and the insulating members 107 and 108 do. A plurality of n-type impurity elements 101 and a plurality of p-type impurity elements 102 as shown in FIG. 2 are alternately arranged in the impurity element array 103.

복수의 도전 부재들(105, 106)은 불순물 요소 배열부의 상측 및 하측에 각각 위치하는 상측 도전 부재들(105) 및 하측 도전 부재들(106)을 포함한다. 복수의 도전 부재들(105, 106)은 복수의 n-형 불순물 요소들(101)과 복수의 p-형 불순물 요소들(102)을 전기적으로 직렬 연결한다. 복수의 도전 부재들(105, 106)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The plurality of conductive members 105 and 106 includes upper conductive members 105 and lower conductive members 106 located above and below the impurity element array, respectively. The plurality of conductive members 105 and 106 electrically connect the plurality of n-type impurity elements 101 and the plurality of p-type impurity elements 102 in series. The plurality of conductive members 105, 106 may comprise aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, nickel, a nickel alloy, or a combination thereof.

전력 배선(109)은 도전부재들(105, 106)의 일부와 전기적으로 연결된다. 여기서, P-형 불순물 요소들(102)의 저온 전극에 연결된 배선은 축전지의 + 전극 단자와 연결되고, n-형 불순물 요소들의 저온 전극에 연결된 배선은 축전지의 - 전극 단자와 연결된다.The power wiring 109 is electrically connected to a part of the conductive members 105 and 106. Here, the wiring connected to the low-temperature electrode of the P-type impurity elements 102 is connected to the positive electrode terminal of the battery, and the wiring connected to the low-temperature electrode of the n-type impurity elements is connected to the negative electrode terminal of the battery.

다음으로, 상기 축전지(123)는 슈퍼 커패시터로서 구현 가능하고, 열전소자에서 생성된 전기에너지를 저장한다. 여기서, 상기 슈퍼 커패시터는 ELDC(Eletric Double Layer Capacitor) 타입의 슈퍼 커패시터일 수 있다.Next, the battery 123 can be implemented as a supercapacitor and stores electric energy generated from the thermoelectric element. Here, the supercapacitor may be an ELDC (Eletric Double Layer Capacitor) type supercapacitor.

도 3을 참조하면, 상기 축전부(123)는 2장의 제1 전류수집 기판(123a)) 및 제2 전류수집 기판(123b) 사이에 설치된 세퍼레이터(123e)를 기준으로 상하로 나뉘어진 폴리머층(123c, 123d)을 포함할 수 있다.3, the power storage unit 123 is divided into upper and lower polymer layers (first and second current collecting substrates 123a and 123b) on the basis of a separator 123e provided between the first current collecting substrate 123a and the second current collecting substrate 123b. 123c, and 123d.

한편, 상기 슈퍼 커페시터는 고체 전해질에 나노선을 섞고 이를 산화흑연 층간에 삽입하여 전극을 형성한 후, 나노선을 녹여서 이온이 잘 통과되도록 하는 이동경로를 형성하여, 그래핀 표면에 이온이 흡착되도록 한 구조를 가질 수 있다.Meanwhile, the supercapacitor is formed by mixing nanowires in a solid electrolyte and inserting them into a graphite oxide layer to form an electrode. Then, the nanowire is melted to form a path for allowing ions to pass therethrough so that ions are adsorbed on the graphene surface Can have one structure.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방열구조체는 도 4를 참조, 전자기기 내의 발열체를 커버하는 형태를 갖는 구조적 형상으로 인하여 메인 모드 등과 같은 회로기판 내의 실장이 용이하다는 이점이 있다.Accordingly, the energy hubbing heat-radiating structure according to an embodiment of the present invention has an advantage that it is easy to mount in a circuit board such as a main mode due to a structural shape having a shape covering a heat-generating body in an electronic device, referring to FIG.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방열구조체는 발열체에서 발산된 폐열을 회수하여 전기에너지를 생성할 수 있고, 생성된 전기에너지를 전원공급부의 보조 전원으로 활용할 수 있다는 이점이 있다.In addition, the energy hubbing heat-radiating structure according to an embodiment of the present invention is capable of recovering the waste heat emitted from the heat-generating body to generate electric energy, and utilizing the generated electric energy as an auxiliary power source of the power supply unit.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100: 에너지 하베스팅 방열 구조체
110: 프레임
111: 리드 프레임
120: 열전기 모듈
121: 방열체
122: 열전소자
123: 축전지
100: Energy harvesting heat-insulating structure
110: frame
111: Lead frame
120: thermoelectric module
121:
122: thermoelectric element
123: Storage battery

Claims (3)

구동시 열을 발산하는 반도체 소자, 반도체 패키지 소자 또는 전자기기인 전력소자에 거치한 후, 기판에 실장되는 프레임; 및
상기 프레임의 거치공간 내에 위치하고, 상기 전력소자에서 발산된 발산 열을 회수하여 전기에너지로 변환한 후, 저장하고, 저장된 전기에너지를 전원공급부로 공급하는 열전기 모듈을 포함하고,
상기 열전기 모듈은
방열체;
상기 프레임의 제1 중공부에 배치된 상기 반도체 소자, 상기 반도체 패키지 소자 또는 전자기기에서 발생된 발산 열을 흡수한 후, 전기에너지로 변환하는 열전기 소자;
상기 열전기 소자에서 생성된 전기에너지를 정류하여 저장하도록 상기 프레임의 제2 중공부에 배치된 축전지를 포함하고,
상기 프레임과 상기 열전기 모듈은 일체형 구조인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 방열구조체.
A frame mounted on a substrate after being mounted on a semiconductor element that emits heat when driven, a semiconductor package element, or a power element that is an electronic device; And
And a thermoelectric module located in the cradle space of the frame, for recovering divergent heat emitted from the power device, converting the diverted heat into electrical energy, storing the electrical energy, and supplying the stored electrical energy to the power supply unit,
The thermoelectric module
A heat radiator;
A thermoelectric element that absorbs divergent heat generated in the semiconductor device, the semiconductor package element, or the electronic device disposed in the first hollow portion of the frame and converts the divergent heat into electrical energy;
And a battery disposed in the second hollow portion of the frame for rectifying and storing the electric energy generated in the thermoelectric element,
Wherein the frame and the thermoelectric module are integrally structured.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 축전지는 EDLC(Electric Double Layer Capacitor) 타입의 커패시터 또는 리차지블 배터리를 포함하는 에너지 하베스팅 방열구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the battery includes an EDLC (Electric Double Layer Capacitor) type capacitor or a rechargeable battery.
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