KR102344913B1 - Method of manufacturing thermoelectric module and the thermoelectric module manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법은, 열전 소자를 고온 소결(sintering) 방식의 접합을 이용하여 고온부 전극 위에 접합하여 열전 소자 구조체를 형성하는 단계, 열전 소자 구조체를 자기 정렬식의 솔더(soldering) 접합을 이용하여 저온부 전극 위에 접합하는 단계, 및 저온부 전극에 리드선을 연결하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention includes bonding a thermoelectric element on a high-temperature electrode using a high-temperature sintering method to form a thermoelectric element structure, and self-aligning the thermoelectric element structure with solder. (soldering) may include bonding on the low-temperature electrode using a soldering method, and connecting a lead wire to the low-temperature electrode.
Description
본 발명은 열전 모듈 제조 방법 및 이에 의해 제조된 열전 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제조 과정에서 발생하는 불균일 가압으로 인한 불균일 접합 문제를 개선한, 열전 모듈 제조 방법 및 이에 의해 제조된 열전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric module and a thermoelectric module manufactured thereby, and more particularly, to a method for manufacturing a thermoelectric module and a thermoelectric module manufactured by the method for improving the non-uniform bonding problem caused by non-uniform pressure generated during the manufacturing process it's about
열전 모듈은 그 양면의 온도 차를 이용하여 기전력을 발생시키는 제백 효과(Seebeck effect)에 의하여 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 것으로, 이러한 열전 모듈은 일반적으로 복수개의 열전 펠렛(p형 소자 및 n형 소자)이 교대로 배열되고, 복수의 열전 펠렛이 전극에 의해 전기적으로 직렬 연결됨으로써 구성된다.The thermoelectric module converts thermal energy into electrical energy by the Seebeck effect, which generates an electromotive force using the temperature difference between both sides thereof. ) are alternately arranged, and a plurality of thermoelectric pellets are electrically connected in series by electrodes.
구체적으로는, 열전 모듈은, p형 열전 소자(thermoelectric element: TE)와, 전자(electron)에 의해서 전류가 흐르는 n형 열전 소자로 이루어진 p-n 열전 소자 1쌍이 기본 단위를 이루어 구성되고, 이러한 p형 열전 소자와 n형 열전 소자 사이를 연결하는 전극을 구비할 수 있다. 열전 소자는 일반적으로 봉형 또는 기둥형 구조로 형성되고, 일단을 고온으로 유지하고 타단을 저온으로 유지한 상태로, 온도차에 제곱에 비례한 전력을 얻을 수 있다.Specifically, the thermoelectric module consists of a p-type thermoelectric element (TE) and a pair of pn thermoelectric elements including an n-type thermoelectric element through which current flows by electrons as a basic unit, and such a p-type thermoelectric element An electrode connecting the thermoelectric element and the n-type thermoelectric element may be provided. The thermoelectric element is generally formed in a rod-shaped or columnar structure, and while one end is maintained at a high temperature and the other end is maintained at a low temperature, power proportional to the square of the temperature difference can be obtained.
일반적으로, 고온에서 이용되는 발전용 열전 모듈의 제작에는, 고온 소결 방식을 이용한 접합법이 이용되고 있다. 그러나, 고온 소결 방식의 접합법을 통한 제조의 경우, 소결 방식의 특성상 접합 시, 균일하게 가압을 하기 위하여는, 첫째로, 기재가 평평한 구조체이어야 하는 제한이 있다. 즉, 고온 소결 방식을 이용하는 경우에는 기재가 평평하지 못하면, 고온 소결 접합이 불가하기 때문에, 고온(350℃)에서 사용하는 열전 모듈을 제작하지 못하게 되는 것이다.In general, a bonding method using a high-temperature sintering method is used to manufacture a thermoelectric module for power generation used at a high temperature. However, in the case of manufacturing through the bonding method of the high-temperature sintering method, in order to uniformly pressurize the bonding during bonding due to the nature of the sintering method, first, there is a limitation that the substrate must be a flat structure. That is, in the case of using the high-temperature sintering method, if the substrate is not flat, high-temperature sintering bonding is impossible, thereby making it impossible to manufacture a thermoelectric module used at a high temperature (350° C.).
또한, 기재가 평평하다고 하여도, 열전 소자의 특성상 복수개의 열전 소자를 동시에 접합하는 경우, 열전 소자 개개의 단차에 따른 불균일 가압이 발생하게 될 수 있으며, 이에 따라 접합 불량이 발생할 가능성이 높아지게 되는 문제가 있다.In addition, even if the substrate is flat, when a plurality of thermoelectric elements are simultaneously bonded due to the characteristics of the thermoelectric element, non-uniform pressurization may occur according to the step difference of each thermoelectric element, which increases the possibility of poor bonding. there is
즉, 열전 소자에 전극을 접합하는 경우, 평평하지 않은 기재, 또는 열전 소자 각각에 대한 치수 불균일로 인하여 열전 소자와 전극 사이에 접합 강도 등에 차이가 발생하는 접합 불균일이 발생할 수 있다. 이에 따라, 전극과의 접합 계면이 쉽게 박리되어 접합되지 않은 부분이 생기거나, 박리되지 않더라도 접합 불량이 되어 접합 계면에서의 열적 저항이나 전기적 저항에 불균일이 발생하는 원인이 되기도 한다.That is, when an electrode is bonded to a thermoelectric element, junction non-uniformity in which a difference in bonding strength between the thermoelectric element and the electrode occurs due to a non-flat substrate or dimensional non-uniformity of each thermoelectric element may occur. Accordingly, the bonding interface with the electrode is easily peeled off to form an unbonded portion, or even if the bonding interface is not peeled off, the bonding is poor, which may cause non-uniformity in thermal or electrical resistance at the bonding interface.
본 발명에서는 상기와 같은 문제를 개선하기 위한 열전 모듈 제조 방법 및 이에 의해 제조된 열전 모듈에 대한 개발이 필요하다.In the present invention, it is necessary to develop a method for manufacturing a thermoelectric module and a thermoelectric module manufactured by the method for improving the above problems.
본 발명의 실시예들은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 종래의 열전 모듈의 제조 시 각각에 대한 치수의 불균일로 인하여 발생되는 문제를 해결하고자, 열전 소자들과 전극들을 균일한 접합 강도로 접합할 수 있도록 하고, 평평한 기재뿐만 아니라 굴곡진 기재에 대하여도 열전 모듈을 접합하여 사용할 수 있도록 하는, 열전 모듈 제조 방법 및 이에 의해 제조된 열전 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Embodiments of the present invention are proposed to solve the above problems of the previously proposed methods, and in order to solve the problem caused by the non-uniformity of dimensions for each of the conventional thermoelectric modules during manufacturing, thermoelectric elements and It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a thermoelectric module and a thermoelectric module manufactured by the method, which allows electrodes to be bonded with uniform bonding strength, and can be used by bonding the thermoelectric module to not only flat substrates but also curved substrates do it with
다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to the above problems and may be variously expanded within the scope of the technical idea included in the present invention.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 열전 모듈 제조 방법은, 열전 소자를 고온 소결(sintering) 방식의 접합을 이용하여 고온부 전극 위에 접합하여 열전 소자 구조체를 형성하는 단계, 상기 열전 소자 구조체를 자기 정렬식의 솔더(soldering) 접합을 이용하여 저온부 전극 위에 접합하는 단계, 및 상기 저온부 전극에 리드선을 연결하는 단계를 포함할 수 있다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, a method for manufacturing a thermoelectric module includes bonding a thermoelectric element on a high-temperature electrode using a high-temperature sintering method to form a thermoelectric element structure, the thermoelectric element The method may include bonding the structure to the low-temperature electrode using self-aligning soldering bonding, and connecting a lead wire to the low-temperature electrode.
상기 열전 소자 구조체를 형성하는 단계는, 상기 고온부 전극을 준비하는 단계, 상기 고온부 전극 위에 소결 페이스트를 프린팅하는 단계, 상기 고온부 전극 위에 상기 열전 소자를 실장하는 단계, 및 상기 실장된 열전 소자를 소결 장비에서 고온 고압으로 상기 고온부 전극에 접합하는 단계를 포함할 수 있다.Forming the thermoelectric element structure may include preparing the high-temperature electrode, printing a sintering paste on the high-temperature electrode, mounting the thermoelectric element on the high-temperature electrode, and sintering the mounted thermoelectric element. may include bonding to the electrode of the high temperature part at high temperature and high pressure.
상기 열전 소자 구조체는, n형과 p형이 각각 한 쌍을 이루어, 하나의 전극에 이격되도록 배치되는 형태를 가질 수 있다.The thermoelectric element structure may have a form in which an n-type and a p-type form a pair, respectively, and are disposed to be spaced apart from one electrode.
상기 열전 소자 구조체는, Π 형태를 가질 수 있다.The thermoelectric element structure may have a Π shape.
상기 저온부 전극 위에 접합하는 단계는, 저온부 구조체 위에 상기 저온부 전극을 실장하는 단계, 상기 저온부 전극을 연마하는 단계, 및 상기 연마된 저온부 전극에, 상기 열전 소자 구조체를 실장하는 단계를 포함할 수 있다.The bonding on the low-temperature part electrode may include mounting the low-temperature part electrode on the low-temperature part structure, polishing the low-temperature part electrode, and mounting the thermoelectric element structure on the polished low-temperature part electrode.
상기 저온부 전극을 연마하는 단계 이후에, 솔더 접합제를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the polishing of the low-temperature electrode, the method may further include applying a solder bonding agent.
상기 연마하는 단계를 통하여 상기 저온부 전극의 각도를 조정할 수 있다.The angle of the low-temperature electrode can be adjusted through the polishing step.
상기 저온부 구조체는 평평한 구조체일 수 있다.The low-temperature part structure may be a flat structure.
상기 저온부 구조체는 굴곡진 구조체일 수 있다.The low-temperature part structure may be a curved structure.
상기 저온부 전극에, 상기 열전 소자 구조체를 실장하는 단계 이후에, 리플로우를 통하여 솔더 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step of mounting the thermoelectric element structure on the low-temperature electrode, the method may further include solder bonding through reflow.
상기 고온 소결(sintering) 방식으로 진행된 상기 고온부 전극 부분은 350℃ 이상의 고온에서 사용될 수 있다.The high-temperature electrode portion, which has been processed by the high-temperature sintering method, may be used at a high temperature of 350° C. or higher.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따른, 열전 모듈은, 열전 소자를 고온 소결(sintering) 방식의 접합을 이용하여 고온부 전극 위에 접합하여 열전 소자 구조체를 형성하는 단계, 상기 열전 소자 구조체를 자기 정렬식의 솔더(soldering) 접합을 이용하여 저온부 전극 위에 접합하는 단계, 및 상기 저온부 전극에 리드선을 연결하는 단계를 통하여 제조될 수 있다.In addition, according to another feature of the present invention for achieving the above object, the thermoelectric module includes the steps of bonding a thermoelectric element on a high-temperature part electrode using a high-temperature sintering method bonding to form a thermoelectric element structure, the thermoelectric The device structure may be manufactured through the steps of bonding the device structure onto the low-temperature electrode using self-aligning soldering, and connecting a lead wire to the low-temperature electrode.
본 발명에서 제안하고 있는 열전 모듈 제조 방법 및 이에 의해 제조된 열전 모듈에 따르면, 고온부에서는 고온 소결 방식으로 접합 과정을 거쳐 특정 형태의 열전 소자 구조체를 제조하고, 저온부에서 상기의 특정 형태로 기제작된 구조체를 자기 정렬식의 솔더 접합을 통하여 열전 모듈을 제작하며, 특히, 저온부 전극에 대한 연마 과정을 통하여 전극의 각도를 조정함으로써, 전극이 연결된 저온부 구조체에 굴곡이 있는 경우에도 곧바로 열전 모듈의 접합이 가능하도록 하여, 자유 자재로 사용이 가능하도록 할 수 있다.According to the method for manufacturing a thermoelectric module proposed in the present invention and the thermoelectric module manufactured by the method, a thermoelectric element structure of a specific shape is manufactured in a high-temperature part through a bonding process by a high-temperature sintering method, and a thermoelectric device structure of a specific shape is manufactured in the low-temperature part in the specific shape. The thermoelectric module is manufactured through self-aligning solder bonding of the structure, and in particular, by adjusting the angle of the electrode through the polishing process for the low-temperature electrode, even if there is a bend in the low-temperature structure to which the electrode is connected, the thermoelectric module can be joined immediately. By making it possible, it can be freely used.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법에 있어서, 열전 소자 구조체를 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 흐름도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법에 있어서, 저온부전극 위에 열전 소자 구조체를 접합한 후, 리드선을 연결하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 흐름도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method of forming a thermoelectric element structure in a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the flowchart of FIG. 2 .
4 is a flowchart illustrating a method of connecting a lead wire after bonding a thermoelectric element structure on a low-temperature sub-electrode in a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating the flowchart of FIG. 4 .
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of description, the thickness of some layers and regions are exaggerated.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Further, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. In addition, to be "on" or "on" the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located "on" or "on" in the direction opposite to the gravity no.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법의 흐름도이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법은, 열전 소자를 고온 소결(sintering) 방식의 접합을 이용하여 고온부 전극 위에 접합하여 열전 소자 구조체를 형성하는 단계(S100), 열전 소자 구조체를 자기 정렬식의 솔더(soldering) 접합을 이용하여 저온부 전극 위에 접합하는 단계(S200), 및 저온부 전극에 리드선을 연결하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , in the method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, a thermoelectric element is formed by bonding a thermoelectric element on a high-temperature electrode using a high-temperature sintering method (S100). ), bonding the thermoelectric element structure onto the low-temperature electrode using self-aligning soldering bonding (S200), and connecting a lead wire to the low-temperature electrode (S300).
저온부 전극 위에 접합하는 단계(S200)의 경우, 금속 성분(Sn : Ag : Cu = 96.5 : 3 : 0.5)과, 바인더 성분(2-(2-(2-butoxyethoxy)ethoxy)ethanol)으로 구성된, 금속 솔더 페이스트 SAC305를 사용하여, 디스펜싱 법에 의해 저온부 전극에 도포하고, 제작된 열전 소자(unicouple)를 실장 후, 리플로우 챔버 안에서, 일반적인 SAC305 리플로우 프로파일을 거쳐, 솔더 접합을 진행할 수 있다. 솔더 접합 리플로우 시, 전극 모양에 따라 열전 소자(unicouple)가, 전극 위에 자기 정렬(self-alignment)을 하여, 저온부 전극 위에 접합되게 된다. In the case of bonding on the low-temperature electrode (S200), a metal component (Sn: Ag: Cu = 96.5: 3: 0.5) and a binder component (2-(2-(2-butoxyethoxy)ethoxy)ethanol), a metal After applying the solder paste SAC305 to the low-temperature electrode by the dispensing method, and mounting the manufactured thermoelectric element (unicouple), in the reflow chamber, the general SAC305 reflow profile can be followed to perform solder bonding. During solder joint reflow, a thermoelectric element (unicouple) performs self-alignment on the electrode according to the shape of the electrode, and is bonded on the low-temperature electrode.
솔더(soldering) 접합으로 진행한 저온부 전극 부분은 저온에서 사용이 가능하며, 특히, 고온 소결(sintering) 방식을 이용한 고온부 전극 부분은 350℃ 이상의 고온에서 사용이 가능한 바, 고온 소결(sintering) 방식과, 솔더(soldering) 접합방식으로, 각각 단계를 나누어 진행함으로써 이와 같이 고온 작동이 가능한 열전 모듈을 제조한다는 점에서, 본 발명인 열전 모듈 제조 방법은 의의가 있다.The low-temperature electrode part, which has been processed by soldering, can be used at a low temperature. In particular, the high-temperature electrode part using the high-temperature sintering method can be used at a high temperature of 350°C or higher. The method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention is significant in that a thermoelectric module capable of high-temperature operation is manufactured as described above by dividing each step by a soldering bonding method.
고온부 전극, 저온부 전극에서의 접합하는 과정과 관련된 각 단계의 구체적인 과정에 대하여는 이하의 도 2 내지 도 5를 통해 설명하도록 한다.A detailed process of each step related to the bonding process in the high-temperature electrode and the low-temperature electrode will be described with reference to FIGS. 2 to 5 below.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법에 있어서, 열전 소자 구조체를 형성하는 방법의 흐름도이며, 도 3은 도 2의 흐름도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.FIG. 2 is a flowchart of a method of forming a thermoelectric element structure in a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating the flowchart of FIG. 2 .
도 2 에 도시된 바와 같이, 열전 소자 구조체를 형성하는 단계(S100)는, 고온부 전극을 준비하는 단계(S110), 고온부 전극 위에 소결 페이스트를 프린팅하는 단계(S120), 고온부 전극 위에 열전 소자를 실장하는 단계(S130), 및 실장된 열전 소자를 소결 장비에서 고온 고압으로 고온부 전극에 접합하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the step of forming the thermoelectric element structure (S100) includes preparing the high-temperature electrode (S110), printing a sintering paste on the high-temperature electrode (S120), and mounting the thermoelectric element on the high-temperature electrode (S130), and bonding the mounted thermoelectric element to the high-temperature electrode at a high temperature and high pressure in a sintering equipment (S140).
도 3은 도 2의 각 단계를 도면으로 도시한 것으로서, 구체적으로는, 복수의 고온부 전극(100)을 준비하는 단계(S110), 준비된 복수의 고온부 전극(100)의 상부에 소결 페이스트(110)를 프린팅하는 단계(S120), 소결 페이스트(110) 위에, p형 열전 소자, n형 열전 소자를 한 쌍으로 하여 열전 소자(120) 복수개를 실장하는 단계(S130), 장비에서 고온, 고압의 조건하에서 실장된 열전 소자(120)를 고온부 전극(100)에 접합시키는 단계(S140)의 순서로 진행됨을 확인할 수 있다. 상기의 과정을 통하여, 열전 소자 구조체(130)를 제조할 수 있다. 그 후에, 고온부 전극(100)에 접합된 열전 소자(120)를 한 쌍으로 분리하여 유니커플(unicouple)을 제작할 수 있다.3 is a diagram illustrating each step of FIG. 2 , and specifically, a step of preparing a plurality of high-temperature electrodes 100 ( S110 ), a
고온부 전극에 접합시키는 단계(S140)는, 약 0.1MPa 내지 약 200MPa의 압력 및 약 200℃ 내지 약 400℃의 온도에서 가압 소결하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 소결 단계는, 일반적인 가압 소결 방식일 수 있으며, 압력 및 온도는 상기에 기재된 범위에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라서는, 선택되는 금속 분말의 용융점 이상의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.The bonding to the high-temperature electrode (S140) may include pressure sintering at a pressure of about 0.1 MPa to about 200 MPa and a temperature of about 200° C. to about 400° C. In this case, the sintering step may be a general pressure sintering method, and the pressure and temperature are not limited to the ranges described above. According to an embodiment, it is preferable to carry out at a temperature higher than the melting point of the selected metal powder.
열전 소자 구조체(130)는, n형과 p형이 각각 한 쌍을 이루어, 하나의 전극에 이격되도록 배치된 것으로서, 실시예에 따라서는, 도 3에 도시된 바와 같은 Π 형태일 수 있으며, 이러한 열전 소자 구조체(130) 하나를 '유니커플(unicouple)'이라고 할 수 있다. 물론, 열전 소자 구조체(130)는 Π 형태로만 한정되는 것은 아니며, 고온부 전극(100)과 저온부 전극(210)을 전기적으로 직렬 연결할 수 있는 n형 또는 p형 단독 형태일 수 있다.In the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법에 있어서, 저온부전극 위에 열전 소자 구조체를 접합한 후, 리드선을 연결하는 방법의 흐름도이며, 도 5는 도 4의 흐름도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.4 is a flowchart illustrating a method of connecting a lead wire after bonding a thermoelectric element structure on a low-temperature sub-electrode in a method for manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a flowchart illustrating the flowchart of FIG. it is one drawing
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 저온부 전극(210) 위에 열전 소자 구조체를 접합하는 단계(S200)는, 저온부 구조체(200) 위에 저온부 전극(210)을 실장하는 단계(S210), 저온부 전극(210)을 연마하는 단계(S220), 및 연마된 저온부 전극(210)에, 열전 소자 구조체(130)를 실장하는 단계(S240)를 포함할 수 있다. 저온부 전극(210)을 연마하는 단계(S220)에서는, 저온부 전극(210)을 선반 밀링기 주축 연마석으로 45°의 각도로 8회 회전시키는 것이 바람직하다.As shown in FIGS. 4 and 5 , the step of bonding the thermoelectric element structure on the low-temperature part electrode 210 ( S200 ) includes mounting the low-
실시예에 따라서는, 저온부 전극(210)을 연마하는 단계(S220) 이후에, 솔더 접합제(220)를 적용하는 단계(S230)를 더 포함할 수 있으며, 저온부 전극(210)에 열전 소자 구조체(130)를 실장하는 단계(S240) 이후에, 리플로우를 통하여 솔더 접합하는 단계(S250)를 더 포함할 수 있고, 이는 도 3에서 도시된 유니커플(unicouple)을 이용하여 솔더 접합, 즉, 리플로우(reflow)를 진행하는 것이다.According to the embodiment, after the step (S220) of polishing the low-
연마하는 단계(S220)를 통하여 저온부 전극(210)의 각도를 조정할 수 있으며, 저온부 구조체(200)는 평평한 구조체일 수 있으나, 굴곡진 구조체일 수도 있다. 기존의 방법으로 제조된 열전 모듈의 경우는, 굴곡이 있거나 평평하지 않은 구조체에 접합, 작동되는 것이 불가능하였으나, 본 발명에서는 저온부 전극(210)을 연마하는 과정을 통하여, 굴곡이 있거나 평평하지 않은 저온부 구조체(200)에 접합되어 작동할 수 있는 열전 모듈(10)을 제조한다는 점에 특징이 있다. 즉, 본 발명에서는 도 5에 도시된 것처럼, 굴곡이 있는 저온부 구조체(200)에 열전 소자 구조체(130)를 실장하기 위하여, 열전 소자 구조체(130)를 실장하는 단계(S240)의 전 단계로서, 저온부 전극(210)을 연마하는 단계(S220)가 포함되는 것을 확인할 수 있다.The angle of the low-
상기의 과정을 거쳐 연마된 저온부 전극(210)의 표면에, 솔더 접합제(220)를 도포하는 단계(S230)를 거치고, 도포된 솔더 접합제(220)의 부분에 열전 소자 구조체(130)를 실장할 수 있으며, 다음으로, 열전 소자 구조체(130)가 실장되지 않은 저온부 전극(210)으로서, 상기에서 도포된 솔더 접합제(220) 부분에는 리드선(230)을 연결(S300)함으로써, 최종적으로 열전 모듈(10)을 제조할 수가 있다.After a step (S230) of applying a
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈은 상기의 방법을 통하여 제조되는 것으로서, 구체적으로는, 열전 소자를 고온 소결(sintering) 방식의 접합을 이용하여 고온부 전극 위에 접합하여 열전 소자 구조체를 형성하는 단계, 열전 소자 구조체를 자기 정렬식의 솔더(soldering) 접합을 이용하여 저온부 전극 위에 접합하는 단계, 및 저온부 전극에 리드선을 연결하는 단계를 통하여 제조될 수 있다.That is, the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention is manufactured through the above method, and specifically, a thermoelectric element structure is formed by bonding a thermoelectric element on a high-temperature part electrode using a high-temperature sintering method bonding. It may be manufactured through the steps of, bonding the thermoelectric element structure onto the low-temperature electrode using self-aligning soldering bonding, and connecting a lead wire to the low-temperature electrode.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기존의 열전 모듈의 제조 과정에서, 복수의 열전 소자들 각각에 대한 치수의 불균일로 인하여 발생되는 문제를 해결하고자 하는 것으로서, 열전 소자들과 전극들을 균일한 접합 강도로 접합할 수 있도록 하고, 평평한 기재뿐만 아니라 굴곡진 기재에 대하여도 열전 모듈을 접합하여 사용할 수 있도록 한다는 점에서 의의가 있다.As described above, the present invention is to solve a problem that occurs due to non-uniform dimensions of each of a plurality of thermoelectric elements during the manufacturing process of a conventional thermoelectric module. It is meaningful in that it enables bonding and allows the thermoelectric module to be bonded and used not only on flat substrates but also on curved substrates.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the
10: 열전 모듈
100: 고온부 전극
110: 소결 페이스트
120: 열전 소자
130: 열전 소자 구조체
200: 저온부 구조체
210: 저온부 전극
220: 솔더 접합제
230: 리드선10: thermoelectric module
100: high-temperature electrode
110: sintering paste
120: thermoelectric element
130: thermoelectric element structure
200: low-temperature part structure
210: low-temperature electrode
220: solder bonding agent
230: lead wire
Claims (12)
열전 소자를 고온 소결(sintering) 방식의 접합을 이용하여 고온부 전극 위에 접합하여 열전 소자 구조체를 형성하는 단계;
상기 열전 소자 구조체를 자기 정렬식의 솔더(soldering) 접합을 이용하여 저온부 전극 위에 접합하는 단계; 및
상기 저온부 전극에 리드선을 연결하는 단계를 포함하는 열전 모듈 제조 방법. A method for manufacturing a thermoelectric module, comprising:
forming a thermoelectric element structure by bonding the thermoelectric element on the high-temperature part electrode using a high-temperature sintering bonding method;
bonding the thermoelectric element structure onto the low-temperature electrode using self-aligned soldering bonding; and
and connecting a lead wire to the low-temperature electrode.
상기 열전 소자 구조체를 형성하는 단계는,
상기 고온부 전극을 준비하는 단계;
상기 고온부 전극 위에 소결 페이스트를 프린팅하는 단계;
상기 고온부 전극 위에 상기 열전 소자를 실장하는 단계; 및
상기 실장된 열전 소자를 소결 장비에서 고온 고압으로 상기 고온부 전극에 접합하는 단계를 포함하는 열전 모듈 제조 방법.According to claim 1,
Forming the thermoelectric element structure comprises:
preparing the high-temperature electrode;
printing a sintering paste on the high-temperature electrode;
mounting the thermoelectric element on the high-temperature electrode; and
and bonding the mounted thermoelectric element to the high-temperature electrode at a high temperature and high pressure in a sintering device.
상기 열전 소자 구조체는, n형과 p형이 각각 한 쌍을 이루어, 하나의 전극에 이격되도록 배치되는 형태를 가지는 열전 모듈 제조 방법.According to claim 1,
In the thermoelectric element structure, an n-type and a p-type are formed as a pair, respectively, and the thermoelectric module manufacturing method has a shape in which it is disposed to be spaced apart from one electrode.
상기 열전 소자 구조체는, Π 형태를 갖는 열전 모듈 제조 방법.According to claim 1,
The thermoelectric element structure is a method of manufacturing a thermoelectric module having a Π shape.
상기 저온부 전극 위에 상기 열전 소자 구조체를 접합하는 단계는,
저온부 구조체 위에 상기 저온부 전극을 실장하는 단계;
상기 저온부 전극을 연마하는 단계; 및
상기 연마된 저온부 전극에, 상기 열전 소자 구조체를 실장하는 단계를 포함하는 열전 모듈 제조 방법.According to claim 1,
The step of bonding the thermoelectric element structure on the low-temperature part electrode,
mounting the low-temperature part electrode on the low-temperature part structure;
polishing the low-temperature electrode; and
and mounting the thermoelectric element structure on the polished low-temperature electrode.
상기 저온부 전극을 연마하는 단계 이후에,
솔더 접합제를 적용하는 단계를 더 포함하는 열전 모듈 제조 방법.6. The method of claim 5,
After polishing the low-temperature electrode,
The method of manufacturing a thermoelectric module further comprising the step of applying a solder bonding agent.
상기 연마하는 단계를 통하여 상기 저온부 전극의 각도를 조정하는 열전 모듈 제조 방법.6. The method of claim 5,
A method of manufacturing a thermoelectric module for adjusting an angle of the low-temperature electrode through the polishing step.
상기 저온부 구조체는 평평한 구조체인 열전 모듈 제조 방법.6. The method of claim 5,
The method of manufacturing a thermoelectric module wherein the low-temperature structure is a flat structure.
상기 저온부 구조체는 굴곡진 구조체인 열전 모듈 제조 방법.6. The method of claim 5,
The method of manufacturing a thermoelectric module wherein the low-temperature part structure is a curved structure.
상기 저온부 전극에, 상기 열전 소자 구조체를 실장하는 단계 이후에,
리플로우를 통하여 솔더 접합하는 단계를 더 포함하는 열전 모듈 제조 방법.According to claim 1,
After the step of mounting the thermoelectric element structure on the low-temperature part electrode,
The method of manufacturing a thermoelectric module further comprising solder bonding through reflow.
상기 고온 소결(sintering) 방식으로 진행된 상기 고온부 전극 부분은 350℃ 이상의 고온에서 사용되는 열전 모듈 제조 방법.According to claim 1,
The method of manufacturing a thermoelectric module wherein the high-temperature electrode portion, which has been processed by the high-temperature sintering method, is used at a high temperature of 350° C. or higher.
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