KR102343882B1 - 반도체 공정용 칠러시스템 - Google Patents

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Abstract

반도체 공정용 칠러시스템을 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제1 열교환탱크; 상기 제1 열교환탱크와 이격되어 배치되며 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제2 열교환탱크; 상기 제1 열교환탱크 및 상기 제2 열교환탱크의 사이에 배치되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 실장되는 하나 이상의 열전소자 모듈; 및 상기 하나 이상의 열전소자 모듈의 적어도 일면에 부착되는 방열핀을 포함하되, 상기 열전소자 모듈은, 적어도 일부가 상기 제1 열교환탱크에 수용되며 제1 폭을 갖는 제1 발열기판; 및 적어도 일부가 상기 제2 열교환탱크에 수용되며 제2 폭을 갖는 제2 발열기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러시스템을 제공한다.

Description

반도체 공정용 칠러시스템{Chiller System for Semiconductor Process}
본 개시는 반도체 공정용 칠러시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
반도체의 제조공정에는 웨이퍼(wafer) 막의 식각, 다수의 동일 회로를 증착 등의 공정이 포함된다. 상기한 과정에서, 다량의 열이 발생하는데, 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 칠러시스템이 구비된다.
도 1은 종래기술에 따른 반도체 공정용 칠러시스템의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 반도체 공정용 칠러시스템(1)은 제1 열교환탱크(11), 제2 열교환탱크(12), 제3 열교환탱크(13), 제2 열교환탱크(12)의 일면에 직렬 상태로 배열된 하나 이상의 열전소자(12a), 하나 이상의 열전소자(12a)에 전원이 인가될 수 있도록 배치된 리드선(12b)을 포함한다.
반도체 공정용 칠러시스템(1)은 각각의 열전소자(12a)를 전기적으로 연결하기 위하여 리드선(12b)을 수작업한다. 이때, 작업자에 따라 리드선(12b)이 결선되는 문제점이 있었다.
또한, 하나 이상의 열전소자(12a)가 직렬로 연결되기 때문에 어느 하나에 불량접합이 발생하더라도, 어떠한 소자가 잘못되었는지 파악할 수 없다. 따라서, 사전 검수가 안된다는 문제점이 있었다. 사전검수가 불가능하여, 제품 불량률이 20 % 이상에 이르렀으며, 이로 인한 경제적 손실이 상당하다는 문제점이 있었다.
도 2는 종래기술에 따른 반도체 공정용 칠러시스템이 결합된 상태일 때의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 종래의 반도체 공정용 칠러시스템(1)은 밀착결합 조립 방식을 택하고 있다. 볼트(14)를 통해 제1 열교환탱크(11)와 제2 열교환탱크(12)는 고정 및 체결된다. 볼트(14)가 조여지면, 체결 부위에 압력이 가해진다.
한편, 종래의 반도체 공정용 칠러시스템(1)은 교환 능률, 제작 용이성 및 비용적 측면을 고려하여 열교환탱크(11 및 12)를 알루미늄으로 제작되었다. 알루미늄은 소성이 큰 금속에 해당한다. 따라서, 볼팅 과정에서 열교환탱크(11 및 12)에 과한 힘이 가해질 경우, 열전소자(12a)의 가장자리 쪽에 휨이 발생할 수 있다. 이러한 경우, 열전소자(12a)와 제1 열교환탱크(11)의 사이 접합면이 들뜨는 현상 발생할 수 있다. 이러한 들뜬 틈으로 누수가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 들뜬 틈으로 공기층이 형성되며 단열효과가 발생한다. 이로 인해, 열전소자(12a)에서 발생하는 온열 및 냉열이 열전달물질에 전달되지 않게 된다. 즉, 반도체 공정용 칠러시스템(1)의 냉각효율이 저하되는 문제점이 있다.
이에, 본 개시는 열전소자 모듈의 접합이 우수하고 불량률이 낮은 반도체 공정용 칠러시스템을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 개시는 누수에 의한 피해를 방지할 수 있는 반도체 공정용 칠러시스템을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 개시는 볼팅에 의해 들뜨는 현상을 최소화해, 냉각 효율이 우수한 반도체 공정용 칠러시스템을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제1 열교환탱크; 상기 제1 열교환탱크와 이격되어 배치되며 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제2 열교환탱크; 상기 제1 열교환탱크 및 상기 제2 열교환탱크의 사이에 배치되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 실장되는 하나 이상의 열전소자 모듈; 및 상기 하나 이상의 열전소자 모듈의 적어도 일면에 부착되는 방열핀을 포함하되, 상기 열전소자 모듈은, 적어도 일부가 상기 제1 열교환탱크에 수용되며 제1 폭을 갖는 제1 발열기판; 및 적어도 일부가 상기 제2 열교환탱크에 수용되며 제2 폭을 갖는 제2 발열기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러시스템을 제공한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 의하면, 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제1 열교환탱크; 상기 제1 열교환탱크와 이격되어 배치되며 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제2 열교환탱크; 상기 제1 열교환탱크 및 상기 제2 열교환탱크 사이에 배치되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 실장되며 대략 직사각형으로 형성되는 하나 이상의 열전소자 모듈; 및 상기 하나 이상의 열전소자 모듈의 적어도 일면에 부착되는 방열핀을 포함하되, 상기 방열핀의 돌출부 중 방사상 가장 외측에 배치된 돌출부 중 어느 하나는 상기 열전소자의 횡방향 모서리로부터 제1 간격만큼 이격되어 것을 특징으로 하는 칠러시스템을 제공한다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 의하면, 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제1 열교환탱크; 상기 제1 열교환탱크와 이격되어 배치되며 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제2 열교환탱크; 상기 제1 열교환탱크 및 상기 제2 열교환탱크 사이에 배치되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 실장되는 하나 이상의 열전소자 모듈; 및 상기 하나 이상의 열전소자 모듈의 적어도 일면에 부착되는 방열핀을 포함하되, 상기 인쇄회로기판은, 상기 이웃한 열전소자 모듈을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 도선을 포함하는 제1 도전패턴; 및 상기 제1 도전패턴의 적어도 일부와 상기 인쇄회로 기판의 일단을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 도선을 포함하는 제2 도전패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러시스템을 제공한다.
도 1은 종래기술에 따른 반도체 공정용 칠러시스템의 사시도이다.
도 2는 종래기술에 따른 반도체 공정용 칠러시스템이 결합된 상태일 때의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 칠러시스템의 분해사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 열교환탱크의 Ⅳ-Ⅳ' 종단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 열교환탱크의 Ⅴ-Ⅴ' 종단면도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 열전소자 모듈의 사시도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 칠러시스템이 조립된 상태에서의 종단면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 열전소자 모듈 및 방열핀의 평면도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판에 실장된 열전소자 모듈, 방열핀 및 실링부재를 나타낸 개념도이다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 열전소자 모듈 및 방열핀의 평면도이다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판에 실장된 열전소자 모듈, 방열핀 및 실링부재를 나타낸 개념도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판에 실장된 하나 이상의 열전소자 모듈 및 도전패턴을 나타낸 개념도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 개시에서 "횡방향"이라 함은 열전달물질이 유동하는 방향과 나란한 방향을 의미한다. 또한, "종방향"이라 함은 인쇄회로기판(120)의 평면 상에서 횡방향과 수직한 방향을 의미한다.
또한, 본 개시에서 "행"은 횡방향으로 나열된 복수의 열전소자 모듈(130)을, "열"은 종방향으로 나열된 복수의 열전소자 모듈(130)을 의미한다. 한편, 본 개시에서는, 열전소자 모듈(130)이 2행 5열로 나열된 것으로 도시 및 설명되나, 이는 설명의 편의를 위한 것임에 불과하며, 칠러시스템(10)의 냉방 용량 및 형상 등에 의해 복수의 열전소자 모듈(130)은 달리 배열될 수 있음에 유의한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 칠러시스템의 분해사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 칠러시스템(10)은 제1 열교환탱크(100), 제2 열교환탱크(110), 인쇄회로기판(120), 열전소자 모듈(130), 방열핀(140) 및 실링부재(150)의 전부 또는 일부를 포함한다.
제1 열교환탱크(100)는 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된다.
제1 열교환탱크(100)는 제1 입구(101) 및 제1 출구(102)를 포함한다. 제1 입구(101)를 통해 열교환물질이 인입된다. 인입된 열교환물질은 열전소자 모듈(130)로부터 발생한 냉열 또는 온열과 열교환한다. 이후, 열교환물질이 제1 출구(102)를 통해 토출된다.
한편, 제1 열교환탱크(100)의 형상, 크기 및 소재는 바람직하게는 제2 열교환탱크(110)의 형상, 크기 및 소재가 동일한바, 본 개시에서 제1 열교환탱크(100)에 관한 설명은 제2 열교환탱크(110)에 관한 설명으로 갈음하도록 한다.
제2 열교환탱크(110)는 제1 열교환탱크(100)와 이격되어 배치되며, 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된다.
제2 열교환탱크(110)는 제2 입구(111), 제2 출구(112), 하나 이상의 유로(113) 및 하나 이상의 수납공(114)의 전부 또는 일부를 포함한다.
제2 입구(111)를 통해 열전달물질이 인입된다. 인입된 열교환물질은 열전소자 모듈(130)로부터 발생한 냉열 또는 온열과 열교환한다. 이후, 열교환물질이 제2 출구(112)를 통해 토출된다.
하나 이상의 유로(113)는 제2 열교환탱크(110)의 길이 방향을 따라 연장되며, 유로(113)에서 열교환물질이 유동 및 열교환한다.
하나 이상의 수납공(114)은 내부에 방열핀(140)의 적어도 일부가 수납되도록 구성된다. 하나 이상의 수납공(114)은 유로(113)의 연장방향을 따라 배치된다. 한편, 유로(113) 및 수납공(114)의 형상 및 배치에 관해 도 4 및 도 5에서 자세히 설명하도록 한다.
열교환물질은 예컨대 물일 수 있다. 열교환물질이 물인 경우, 열전소자 모듈(130)의 저온부는 물의 어는점인 0 ℃ 이상이고, 고온부는 물의 끓는점인 100 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 물이 응고 또는 기화하지 않고 열교환탱크(100 및 110)의 내부를 유동하며 열전소자 모듈(130)로부터 발생한 냉열 및 온열을 칠러시스템(10)의 외부로 전달할 수 있다. 그러나, 본 개시는 이에 한정되지 않고, 다양한 물질이 채택될 수 있다.
열전소자 모듈(130)의 저온부가 대략 0 ℃에 수렴하면, 칠러시스템(10)의 외부의 공기에 포함된 수증기가 액화한다. 액화한 수증기는 제2 열교환탱크(110)의 표면에 액적을 형성하게 된다. 이를 방지하기 위해, 제2 열교환탱크(110)의 적어도 일부는 열전도도가 0.1 W/m·K 이하인 합성수지로 구성될 수 있다. 예컨대, 제2 열교환탱크(110)의 적어도 일부는 발포 사출성형으로 형성된 합성수지로 구성될 수 있다.
한편, 제1 열교환탱크(100) 및 제2 열교환탱크(110)의 체결을 위해, 하나 이상의 볼트(미도시)를 이용하여, 나사결합(bolting)이 적용될 수 있다.
인쇄회로기판(120)은 제1 열교환탱크(100) 및 제2 열교환탱크(110)의 사이에 배치된다. 인쇄회로기판(120)의 일면은 제1 열교환탱크(100)와 대면하며, 타면은 제2 열교환탱크(110)와 대면하도록 형성된다.
인쇄회로기판(120)에는 하나 이상의 열전소자 모듈(130)이 실장(實裝)되며, 하나 이상의 열전소자 모듈(130)에 전원을 인가하도록 구성된 도전패턴(121 및 123)을 포함한다. 한편, 인쇄회로기판(120)의 도전패턴 등에 관해서는 도 12에서 상세히 기술하도록 한다.
열전소자 모듈(130)은 인쇄회로기판(120) 상에 복수 개가 실장된다. 열전소자 모듈(130)은 일 예시적으로, 펠티어(peltier) 소자일 수 있다. 열전소자 모듈(130)에 전원이 인가되어 일면에 고온부가 형성되면, 타면에는 저온부가 형성된다. 이때, 반도체 생산 프로세스로부터 배출되는 고온의 열전달물질이 저온부를 통과하며, 냉각된다.
방열핀(140)은 열전소자 모듈(130)의 적어도 일면에 부착된다. 방열핀(140)은 열전소자 모듈(130)의 일면으로부터 제1 열교환탱크(100)를 향하는 방향으로 돌출되며, 방열핀(140)은 유로(113)의 연장방향과 나란한 방향으로 연장된다. 또한, 본 개시에서는 방열핀(140)이 하나의 판(plate)이 사행패턴(meandering pattern)으로 형성된 것으로 도시되었다. 그러나 본 개시는 반드시 이에 한정되지 않고, 예컨대 방열핀(140)은 하나 이상의 판(plate)이 부착된 형태일 수 있다.
방열핀(140)이 배치됨으로써, 열전달물질과의 접촉면적이 증대되며, 열전소자 모듈(130)로부터 발생하는 온열 및 냉열의 전달효율이 증대될 수 있다. 따라서, 칠러시스템(10)의 냉각효율이 증대될 수 있다.
방열핀(140)은 열전소자 모듈(130)에 접착제로 고정될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 방열핀(140) 및 열전소자 모듈(130)의 일면과 용착(welding)이 가능하다.
방열핀(140)은 적어도 일부가 구리, 알루미늄 또는 스테인리스스틸로 형성될 수 있다. 열전달물질이 공기인 경우, 방열핀(140)이 구리 또는 알루미늄으로 형성된다. 한편, 열전달물질이 액체일 경우, 방열핀(140)이 스테인리스스틸로 형성된다. 그러나 본 개시는 이에 한정되지 않고, 방열핀(140)은 적정한 재료로 구성될 수 있다.
실링부재(150)는 제1 열교환탱크(100) 및 인쇄회로기판(120)의 사이, 및 제2 열교환탱크(110) 및 인쇄회로기판(120)의 사이에 배치된다. 실링부재(150)는 제1 열교환탱크(100) 및 제2 열교환탱크(110)의 모서리를 따라 배치된다. 이로 인해, 제1 열교환탱크(100) 및 제2 열교환탱크(110)의 이격된 공기층 사이로 열교환이 발생하는 것이 방지된다. 각 열교환탱크(100 및 110)는 각각 저온부 및 고온부에 해당하게 되는데, 각 열교환탱크(100 및 110)가 이격된 공기층을 통해 열교환하게 될 경우 열효율이 하락할 수 있다. 이때, 실링부재(150)가 각 열교환탱크(100 및 110)와 인쇄회로기판(120)의 사이에 배치됨으로써, 칠러시스템(10)의 열효율이 증대될 수 있다. 이때, 실링부재(150)는 열전도도가 0.1 W/mK 이하의 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 실링부재(150)는 각 열교환탱크(100 및 110)의 모서리를 따라 대략 환형으로 형성되나, 반드시 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 각 열전소자 사이에 배치되는 부분(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이와 관련해서, 도 10 내지 도 11에서 상세히 기술하도록 한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 열교환탱크의 Ⅳ-Ⅳ' 종단면도이다. 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 열교환탱크의 Ⅴ-Ⅴ' 종단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 본 개시의 일 실시예예 따른 열교환탱크(100 및 110)의 내부 구조에 관하여 설명한다.
한편, 제1 열교환탱크(100)의 내부 구조는 바람직하게는 제2 열교환탱크(110)의 내부구조와 동일한바, 본 개시에서 제1 열교환탱크(100)에 관한 설명은 제2 열교환탱크(110)에 관한 설명으로 갈음하도록 한다.
하나 이상의 유로(113)는 제2 열교환탱크(110)의 길이방향을 따라 연장된다. 제2 입구(111)를 통해 인입된 열전달물질은 하나 이상의 유로(113)의 연장방향을 따라 제2 출구(112)를 통해 토출될 수 있다.
하나 이상의 유로(113)는 열전소자 모듈(130)의 배열에 따라 그 개수 및 형상 등이 달리 설계될 수 있다. 예컨대, 열전소자 모듈(130)이 본 개시의 도시된 것과 같이 2열로 배치될 경우, 제2 열교환탱크(110)는 두 개의 유로(113)를 포함하게 된다.
하나 이상의 수납공(114)은 유로(113)의 연장방향을 따라 배열되며, 하나 이상의 열전소자 모듈(130)의 개수에 상응하도록 형성된다. 예컨대, 복수의 열전소자 모듈(130)이 n열 및 m행으로 배치된 경우 복수의 수납공(114)은 n열 및 m행으로 형성될 수 있다.
또한, 수납공(114)의 형상은 열전소자 모듈(130)의 형상 및 방열핀(140)의 형상에 상응하여 형성된다. 수납공(114)의 높이는 방열핀(140)의 돌출 높이 대비 같거나 크도록 형성된다. 따라서, 수납공(114)에 방열핀(140)이 수납될 수 있다. 또한, 수납공(114)의 폭은 열전소자 모듈(130)의 폭보다 작도록 형성된다. 또한, 수납공(114)의 길이는 열전소자 모듈(130)의 길이보다 작게 형성된다. 따라서, 수납공(114)과 열전소자 모듈(130)이 접하는 부분으로 열전달물질이 누수되지 않을 수 있다.
제2 열교환탱크(110)는 하나 이상의 지지부(115)를 더 포함할 수 있다.
지지부(115)는 복수의 수납공(114)이 형성될 때, 상호 인접한 수납공(114) 사이에 형성된다. 지지부(115)는 유로(113)의 내부를 흐르는 열전달물질의 유동에 방해가 되지 않을 정도의 높이를 가질 수 있다. 제2 열교환탱크(110)가 지지부(115)를 포함함으로써, 열전달물질이 인쇄회로기판(120) 측으로 누수되지 않을 수 있다
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 열전소자 모듈의 사시도이다.
도 6을 참조하면, 열전소자 모듈(130)은 제1 발열기판(131), 제2 발열기판(132), 반도체소자(133) 및 리드선(134)을 포함한다.
제1 발열기판(131)은 제1 폭 및 제1 길이를 갖는다.
제2 발열기판(132)은 제2 폭 및 제2 길이를 갖는다. 이때, 제2 폭이 제1 폭보다 크거나, 제2 길이가 제1 길이보다 길수 있다. 또한, 제2폭이 제1 폭보다 크고, 제2 길이가 제1 길이보다 길 수 있다. 한편, 본 개시에서는 제2 발열기판(132)의 제2 폭 및 제2 길이가 제1 발열기판(131)의 제1 폭 및 제1 길이보다 모두 큰 것으로 도시 되었으나, 제2 폭이 제1 폭보다 크고, 제2 길이가 제1 길이와 같아도 무방하다. 즉, 리드선(134)이 인출되는 방향으로 제2 발열기판(132)이 제1 발열기판(131)보다 크면 족하다.
제1 발열기판(131) 및 제2 발열기판(132)을 통해 반도체소자(133)로부터 발생한 온열 또는 냉열이 방열될 수 있다. 이때, 제1 발열기판(131) 및 제2 발열기판(132)은 적어도 일부가 세라믹으로 형성될 수 있다. 제1 발열기판(131) 및 제2 발열기판(132)에는 방열핀(140)이 부착되며, 제1 발열기판(131) 및 제2 발열기판(132)의 열이 방열핀(140)을 통해 발산된다.
반도체소자(133)는 제1 발열기판(131) 및 제2 발열기판(132) 사이에 배치된다. 반도체소자(133)는 N형 반도체소자(미도시) 및 P형 반도체소자(미도시)로 구성될 수 있다. 반도체소자(133)에 전원이 인가되면, 반도체소자(133)의 적어도 일부로부터 냉열이, 반도체소자(133)의 다른 적어도 일부로부터 온열이 발생한다. 한편, 본 개시에서 반도체소자(133)의 구체적인 구조 및 작동원리는 통상의 기술자에게 자명한 기술이므로, 그에 관한 설명 및 도시는 생략한다.
리드선(134)은 일단이 반도체소자(133)의 적어도 일부와 전기적으로 연결되며, 타단은 단자(122, 도 11 참조)에 전기적으로 연결된다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 칠러시스템이 조립된 상태에서의 종단면도이다.
도 7을 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 열전소자 모듈(130)의 인쇄회로기판(120)에 결합 시 특징에 관하여 설명한다. 인쇄회로기판(120)에는 열전소자 모듈(130)의 개수 및 배열에 상응하는 실장홀(미도시)이 형성된다. 실장홀에 열전소자 모듈(130)이 삽입가능하도록 실장홀의 폭은 제1 폭 대비 크거나 같다. 또한, 실장홀의 폭은 제2 폭보다 작다. 따라서, 인쇄회로기판(120)의 적어도 일부에 열전소자 모듈(130)이 관통되고, 인쇄회로기판(120)이 제2 발열기판(132) 상에 배치되게 된다.
한편, 칠러시스템(10) 제조 시, 제2 열교환탱크(110) 상에 복수의 열전소자 모듈(130)이 배열된다. 그 후, 복수의 열전소자 모듈(130) 및 복수의 실장홀이 서로 대응되도록 인쇄회로기판(120)이 열전소자 모듈(130) 상에 배치되고, 리드선(134)이 인쇄회로기판(120) 상에 배치된다. 리드선(134)이 인쇄회로기판(120) 상의 적절한 위치에 배치되면, 리드선(134)의 적어도 일부가 인쇄회로기판(120)의 접합면과 솔더링(soldering)될 수 있다.
이로 인해, 열전소자 모듈(130)이 인쇄회로기판(120) 상에 접촉될 때 보다, 접합이 우수하다는 효과가 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 열전소자 모듈 및 방열핀의 평면도이다.
도 8을 참조하면, 방열핀(140)은 돌출부(141) 및 접합부(142)를 포함한다. 돌출부(141)는 열전소자 모듈(130)의 일면으로부터 가장 돌출되어 있는 부분이다. 접합부(142)는 방열핀(140)이 열전소자 모듈(130)의 적어도 일면과 접합한 부분이다. 한편, 도 8 이하에서는 설명의 편의를 위하여 돌출부(141)를 실선으로, 접합부(142)를 점선으로 표현하였다.
방사상 가장 외측 방향의 돌출부(141)들은 방열핀(140)은 열전소자 모듈(130)의 횡방향 모서리들로부터 제1 간격(a)만큼 이격되어 있다. 또한, 방열핀(140)의 일단 및 타단은 종방향 모서리로부터 제2 간격(b)만큼 이격되어 있다. 이때, 발열기판(131 및 132)의 하나의 모서리의 길이가 20 mm일 때, 제1 간격(a) 및 제2 간격(b)은 바람직하게는 2 mm일 수 있다. 그러나 본 개시는 반드시 이에 한정되지 않는다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판에 실장된 열전소자 모듈, 방열핀 및 실링부재를 나타낸 개념도이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 적어도 일면에 도 8에 도시된 방열핀(140)이 부착된 복수의 열전소자 모듈(130)이 인쇄회로기판(120) 상에 나열된다. 이러한 경우, 방열핀(140)의 외측 돌출부(141) 및 방열핀(140)의 단부는, 발열기판(131 및 132)의 각 모서리로부터 제1 간격(a) 또는 제2 간격(b)만큼 이격되어 있다. 방열핀(140)의 외측 돌출부(141) 및 발열기판(131 및 132)의 모서리의 사이 및, 방열핀(140)의 단부 및 발열기판(131 및 132)의 모서리의 사이에 수납공(114)의 개구부가 배치될 수 있다.
이로 인해, 열전소자 모듈(130)의 각 행 사이에는 실링부재(150)가 더 배치되지 않을 수 있다. 따라서, 도 9의 (b)와 같이 실링부재(150)는 인쇄회로기판(120)의 모서리의 형상에 상응하며 대략 환형으로 형성될 수 있다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 열전소자 모듈 및 방열핀의 평면도이다.
도 10을 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 방열핀(240a, 240b 및 240c)은, 일 실시예에 따른 방열핀(140)이 열전소자 모듈(230)의 각 모서리로부터 이격되어 있던 것에 반해, 열전소자 모듈(230)의 적어도 두 개의 모서리와 접한다.
구체적으로, 도 10의 (a)에 도시된 방열핀(240a 및 240c)은 각 단부가 열전소자 모듈(230)의 하나의 횡방향 모서리 및 하나의 종방향 모서리와는 각각 이격되어 있지만, 다른 하나의 횡방향 모서리 및 다른 하나의 종방향 모서리와는 접하고 있다.
도 10의 (b)에 도시된 방열핀(240b)은 일단이 열전소자 모듈(230)의 하나의 종방향 모서리와 이격되어 있지만, 타단은 다른 종방향 모서리와는 접하고 있다. 또한, 방열핀(240b)의 연장방향으로의 단부가 각 횡방향 모서리와 접하고 있다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판에 실장된 열전소자 모듈, 방열핀 및 실링부재를 나타낸 개념도이다.
도 11의 (a)를 참조하면, 적어도 일면에 도 10에 도시된 방열핀(240a, 240b 및 240c)이 부착된 복수의 열전소자 모듈(230)이, 인쇄회로기판(220) 상에 나열된다.
이때, 수납공(114)의 개구부의 모서리 중 적어도 하나는 방열핀(240a, 240b 및 240c)의 외측 돌출부(141) 또는 일단이 열전소자 모듈(230)의 모서리와 제1 간격(a) 또는 제2 간격(b)만큼 이격되어 있다. 이러한 경우, 방열핀(240a, 240b 및 240c)의 외측 돌출부(141) 또는 일단이 열전소자 모듈(230)의 모서리 사이의 간격에 수납공(미도시)의 개구부가 배치될 수 있다. 그러나, 열전소자 모듈(230)의 모서리와 접하는 부분의 경우, 수납공(미도시)의 개구부가 배치될 수 있는 공간이 부족할 수 있다. 따라서, 수납공(114)의 개구부의 모서리가 열전소자 모듈(230)의 기판 상에 배치되지 않고, 열전소자 모듈(230)을 벗어나 인쇄회로기판(220) 상에 배치되게 된다. 이러한 경우, 열전소자 모듈(230) 배열의 각 행 및 각 열의 사이로 누수가 발생할 수 있어, 칠러시스템(10) 내부 수밀에 불리할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 실링부재(미도시)는 인쇄회로기판(120)의 모서리 부분을 따라 형성된 환형 부분, 각 행 및 열 사이에 배치되는 부분을 더 포함할 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판에 실장된 하나 이상의 열전소자 모듈 및 도전패턴을 나타낸 개념도이다.
인쇄회로기판(120)은 제1 도전패턴(121), 단자(122), 제2 도전패턴(123) 및 전압검사부(124)의 전부 또는 일부를 포함한다.
단자(122)에 리드선(134)의 적어도 일부가 연결된다. 또한, 열전소자 모듈(130)의 열을 따라 나열된 복수의 단자(122)는, 상호 인접한 열전소자 모듈(130)의 단자들(122)끼리 하나 이상의 도선으로 연결되며 제1 도전패턴(121)을 형성한다. 제1 도전패턴(121)으로 복수의 열전소자 모듈(130)에 전원이 인가되고, 복수의 열전소자 모듈(130)이 직렬 연결될 수 있다.
제2 도전패턴(123)은, 제1 도전패턴(121)의 적어도 일부 및 전압검사부(124)의 사이를 전기적으로 연결하는 하나 이상의 도선을 포함함으로써 형성된다. 따라서, 복수의 열전소자 모듈(130)이 n열 m행으로 배열될 경우, m·(n-1) 개만큼의 도선이 m 개의 전압검사부(124)에 연결된다.
열전소자의 고온부와 저온부 사이의 전위차를
Figure 112020033094454-pat00001
라고 하면 [수학식 1]이 성립한다.
Figure 112020033094454-pat00002
[수학식 1]
열전소자가 인쇄회로기판과 열접합이 잘 되지 않는 곳은 온도차이에 비례하여 기준 전압보다 더 큰 전압이 발생하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 전압 검출만으로 기준에 부합하도록 열접합이 되어있는지를 검지할 수 있다. 즉, 제2 도전패턴(123)의 각 도선들의 일단이 모인 전압검사부(124)에서는 상기한 전압 검출이 수행될 수 있다. 따라서, 칠러시스템(10)의 사전 검수가 가능하게 되어, 불량률을 낮출 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 종래의 칠러시스템 10: 칠러시스템
100: 제1 열교환탱크 110: 제2 열교환탱크
120: 인쇄회로기판 130: 열전소자 모듈
140, 240: 방열핀 150: 실링부재
a: 제1 간격 b: 제2 간격

Claims (13)

  1. 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제1 열교환탱크;
    상기 제1 열교환탱크와 이격되어 배치되며 내부에 열교환물질을 수용하도록 구성된 제2 열교환탱크;
    상기 제1 열교환탱크 및 상기 제2 열교환탱크의 사이에 배치되는 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 실장되는 하나 이상의 열전소자 모듈; 및
    상기 하나 이상의 열전소자 모듈의 적어도 일면에 부착되는 방열핀을 포함하되,
    상기 인쇄회로기판은,
    상기 이웃한 열전소자 모듈을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 도선을 포함하는 제1 도전패턴; 및
    상기 제1 도전패턴의 적어도 일부와 상기 인쇄회로 기판의 일단을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 도선을 포함하는 제2 도전패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자 모듈은,
    적어도 일부가 상기 제1 열교환탱크의 일면과 대면하며 제1 폭을 갖는 제1 발열기판; 및
    적어도 일부가 상기 제2 열교환탱크에 일면과 대면하며 제2 폭을 갖는 제2 발열기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 폭은 상기 제1 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열전소자 모듈은,
    일면이 상기 제1 발열기판에 접하며 타면은 상기 제2 발열기판과 접하는 반도체소자 및
    일단이 상기 반도체소자의 적어도 일부와 전기적으로 연결되며, 타단은 상기 인쇄회로기판에 형성된 하나 이상의 단자에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 리드선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열전소자 모듈은 직사각형으로 형성되고,
    상기 방열핀의 돌출부 중 방사상 가장 외측에 배치된 돌출부 중 어느 하나는 상기 열전소자의 횡방향 모서리로부터 제1 간격만큼 이격되어 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방열핀의 돌출부 중 방사상 가장 외측에 배치된 돌출부 중 다른 하나는 상기 열전소자 모듈의 횡방향 모서리로부터 제1 간격만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 방열핀의 일단은, 상기 열전소자 모듈의 종방향 모서리 중 어느 하나로부터 제2 간격만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 방열핀의 타단은, 상기 열전소자의 종방향 모서리 중 다른 하나로부터 제2 간격만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자 모듈이 n열 m행으로 배치될 때, 상기 제2 도전패턴은 m·(n-1) 개의 도선을 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상기 도전패턴은 m·(n-1) 개의 도선의 일단과 전기적으로 연결되는 m 개의 전압검사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제1 열교환탱크 및 상기 제2 열교환탱크는, 상기 열교환물질이 상기 제1 열교환탱크의 길이 방향을 따라 유동하도록 구성된 하나 이상의 유로;
    상기 방열핀의 적어도 일부를 수납하도록 구성된 하나 이상의 수납공; 및
    상기 수납공이 복수 개가 배치될 때, 인접한 두 개의 수납공의 사이에 배치된 하나 이상의 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제1 열교환탱크 및 제2 열교환탱크 중 어느 하나 이상은 발포사출성형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 열교환물질은 물인 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
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