KR102599213B1 - Thermoelectric element bonding apparatus and method of bonding the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전소자 접합 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판과 열전레그 접합 시 기판의 예비가열 방식을 통해 열전레그의 열화 현상을 방지하며, 기판 및 열전레그 이송 레일의 교차식 구성으로 접합 공정의 효율성을 높일 수 있는 전극 예비가열식 열전소자 접합 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 절연기판과 전극을 포함하는 기판을 이송하는 기판이송부; 상기 전극을 기설정된 예비가열온도로 가열하는 예비가열부; 상기 기판이송부의 상부에 이격 배치되며, 열전레그를 이송하여 상기 기판의 상부면에 위치시키는 레그이송부; 및 상기 기판과 열전레그를 가압하여 접합시키는 가압부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a thermoelectric element bonding device and method. More specifically, when bonding a substrate and a thermoelectric leg, deterioration of the thermoelectric leg is prevented through a preheating method of the substrate, and a cross-type configuration of the substrate and thermoelectric leg transfer rail is provided. It relates to an electrode preheating type thermoelectric element bonding device and method that can increase the efficiency of the bonding process.
In order to achieve the above object, the present invention includes: a substrate transfer unit that transfers a substrate including an insulating substrate and an electrode; a preheating unit that heats the electrode to a preset preheating temperature; a leg transfer unit that is spaced apart from the upper part of the substrate transfer unit and transfers a thermoelectric leg to position it on the upper surface of the substrate; and a pressurizing unit that pressurizes and joins the substrate and the thermoelectric leg.
Description
본 발명은 열전소자 접합 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자 또는 열전모듈 제조 시 전극과 열전레그를 접합하는 장치와 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for joining thermoelectric elements, and more specifically, to an apparatus and method for joining electrodes and thermoelectric legs when manufacturing thermoelectric elements or thermoelectric modules.
열전소자는 P형 열전반도체와 N형 열전반도체를 금속 전극들 사이에 접합시켜 P/N 접합 쌍인 열전레그를 형성하는 구조를 가진다. The thermoelectric element has a structure in which a P-type thermoelectric semiconductor and an N-type thermoelectric semiconductor are joined between metal electrodes to form a thermoelectric leg, which is a P/N junction pair.
열전레그의 양 끝단에 온도 차이를 부여하면 제베크(seeback) 효과에 의해 전력이 발생되는데, 이를 통해 열전소자는 발전 장치로서의 기능을 할 수 있게 된다. 또한, 열전레그에 전류를 인가하면 어느 한 쪽은 냉각되고 다른 한 쪽은 발열되는 펠티에(peltier) 효과가 발생되고, 이로 인해 열전소자는 온도 제어 장치로서 이용될 수 있다.When a temperature difference is applied to both ends of the thermoelectric leg, power is generated by the Seeback effect, which allows the thermoelectric element to function as a power generation device. Additionally, when current is applied to a thermoelectric leg, a Peltier effect occurs in which one side is cooled and the other side is heated, and because of this, the thermoelectric element can be used as a temperature control device.
이러한 열전소자 접합은, 패턴이 인쇄된 세라믹 또는 질화규소 등의 절연기판에 전극들을 접합하고, 전극과 열전레그(P형, N형)를 접합하는 공정에 의해 이루어진다. 열전레그는 접합재를 이용하여 상응하는 전극에 접합된다. This thermoelectric element bonding is accomplished by bonding electrodes to an insulating substrate such as ceramic or silicon nitride on which a pattern is printed, and bonding the electrodes and thermoelectric legs (P type, N type). The thermoelectric leg is bonded to the corresponding electrode using a bonding material.
종래 공정에 의하면, 전극과 열전레그 사이에 접합재를 바른 후, 접합재를 용융시켜 전극과 열전레그를 접합한다. 이 과정에서, 접합재를 용융시키기 위해 열전레그가 장시간 열에 노출됨에 따라 열화되어 버리는 문제점이 있었다.According to the conventional process, after applying a bonding material between the electrode and the thermoelectric leg, the bonding material is melted to join the electrode and the thermoelectric leg. In this process, there was a problem in that the thermoelectric leg deteriorated as it was exposed to heat for a long time to melt the bonding material.
구체적으로, 전극과 열전레그 간 접합 안정성을 높이기 위해서는 접합재에 충분한 양의 열이 가해져야 하는데, 이에 따라 열전레그가 함께 가열되면서 열전현상이 발생하였다. Specifically, in order to increase the stability of the joint between the electrode and the thermoelectric leg, a sufficient amount of heat must be applied to the joint material, and as a result, the thermoelectric leg was heated together and a thermoelectric phenomenon occurred.
반면, 열전레그의 열화를 막기위해 접합재에 가해지는 열량을 줄이게 되면 접합재가 충분히 용융되지 않는 등의 이유로, 열전레그와 전극 간 간극이 형성되거나 접합 불량으로 열전 특성이 저하되게 된다.On the other hand, if the amount of heat applied to the bonding material is reduced to prevent deterioration of the thermoelectric leg, a gap is formed between the thermoelectric leg and the electrode due to insufficient melting of the bonding material, or the thermoelectric properties are deteriorated due to poor bonding.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 대한민국등록특허공보 제10-1809177호 '열전소자 접합 장치 및 방법'이 개시되어 있으나, 개시된 기술에도 여전히 열전레그를 전극과 함께 가열하게 되므로 열화 현상을 완전히 차단하지 못한다는 문제가 있었다.In order to solve this problem, Republic of Korea Patent Publication No. 10-1809177, 'Thermoelectric element bonding device and method', is disclosed. However, even in the disclosed technology, the thermoelectric leg is still heated together with the electrode, so the deterioration phenomenon cannot be completely prevented. There was a problem.
따라서, 열전레그의 열화 현상을 방지함과 동시에 열전레그와 전극 간 접합 안정성을 높일 수 있는 기술 개발이 시급한 실정이다. Therefore, there is an urgent need to develop technology that can prevent the deterioration of the thermoelectric leg and at the same time increase the stability of the joint between the thermoelectric leg and the electrode.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, The present invention was created to solve the above problems,
전극의 예비 가열에 의해 열전레그의 열화를 방지함과 동시에 전극과 열전레그 간의 접합 안정성을 높이는데 목적이 있다.The purpose is to prevent deterioration of the thermoelectric leg by preheating the electrode and at the same time increase the stability of the joint between the electrode and the thermoelectric leg.
또한, 전극이 배치된 기판과 열전레그를 교차 구조로 이송함에 따라 열전소자 접합 공정의 자동화 효율을 높이는데 다른 목적이 있다. In addition, another purpose is to increase the automation efficiency of the thermoelectric element bonding process by transferring the substrate on which the electrodes are placed and the thermoelectric legs in a cross structure.
또한, 전극과 열전레그의 접합 공간을 별도로 구비함에 따라 최적의 접합 환경을 조성하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another purpose is to create an optimal bonding environment by providing a separate space for bonding the electrode and the thermoelectric leg.
전술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 절연기판과 전극을 포함하는 기판을 이송하는 기판이송부; 상기 전극을 600 내지 650 ℃ 범위로 기설정된 예비가열온도로 가열하는 예비가열부; 상기 기판이송부의 상부에 이격 배치되고, 열전레그를 이송하여 상기 기판의 상부면에 위치시키는 레그이송부; 상기 기판과 상기 열전레그를 가압하여 상기 전극과 상기 열전레그를 접합시키는 가압부; 상기 기판이송부와 상기 레그이송부가 이격 교차되는 부분을 감싸도록 형성되며, 내부가 기설정된 보온접합온도로 유지됨에 따라 상기 전극과 상기 열전레그의 접합 시에 상기 전극이 상기 예비가열온도를 유지하도록 하는 보온접합부; 및 상기 보온접합부의 내측 상단에 위치되어, 상기 보온접합부 내측 공간에 비활성 기체를 분사하는 기체분사부;를 포함하고, 상기 예비가열부는, 상기 기판이송부의 하부 또는 상부에 배치되고 유도코일이 형성된 유도가열부를 포함하되, 상기 유도가열부는, 이송되는 상기 기판의 전극을 교번 자기장을 통해 와전류를 유도하여 가열시켜, 열을 외부 환경의 영향 없이 상기 전극으로 직접 유입하고, 상기 레그이송부는, 상기 열전레그가 상기 전극과 접합되기 전에 상기 열전레그 또는 상기 전극의 일면에 접합재를 배포하는 접합재코팅부를 더 포함하여, 열전소자의 제조 속도를 높이는 것을 특징으로 하는 전극 예비가열식 열전소자 접합 장치를 제공한다.In order to solve the above-described problem, the present invention includes: a substrate transfer unit that transfers a substrate including an insulating substrate and an electrode; a preheating unit that heats the electrode to a preset preheating temperature in the range of 600 to 650°C; a leg transfer unit spaced apart from the upper part of the substrate transfer unit and transferring a thermoelectric leg to position it on the upper surface of the substrate; a pressurizing unit that pressurizes the substrate and the thermoelectric leg to bond the electrode and the thermoelectric leg; It is formed to surround a portion where the substrate transfer unit and the leg transfer unit intersect, and the interior is maintained at a preset thermal insulation junction temperature so that the electrode maintains the preheating temperature when joining the electrode and the thermoelectric leg. A thermal insulation joint; And a gas injection unit located at the inner top of the thermal insulation joint and spraying an inert gas into the inner space of the thermal insulation joint; wherein the preheating unit is disposed at the lower or upper portion of the substrate transfer unit and has an induction coil formed thereon. It includes an induction heating unit, wherein the induction heating unit heats the electrode of the transferred substrate by inducing an eddy current through an alternating magnetic field, so that heat flows directly into the electrode without the influence of the external environment, and the leg transfer unit is a thermoelectric unit. An electrode preheating type thermoelectric element bonding device is provided, which further includes a bonding material coating portion that distributes bonding material to one surface of the thermoelectric leg or the electrode before the leg is bonded to the electrode, thereby increasing the manufacturing speed of the thermoelectric device.
또한, 본 발명에 있어서 상기 기판이송부와 레그이송부가 이격 교차되도록 형성되는 것이 바람직하다.Additionally, in the present invention, it is preferable that the substrate transfer unit and the leg transfer unit are formed to intersect at a distance from each other.
또한, 전술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 절연기판의 상부면에 배치된 전극을 기설정된 예비가열온도로 예열하는 단계; 상기 전극과 열전레그가 접합 가능하도록 상기 열전레그가 상기 기판의 상부면에 위치되는 단계; 및 상기 기판과 열전레그를 가압하여 접합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 예비가열식 열전소자 접합 방법을 제공한다.In addition, in order to solve the above-described problem, the present invention includes the steps of preheating an electrode disposed on the upper surface of an insulating substrate to a preset preheating temperature; Positioning the thermoelectric leg on the upper surface of the substrate so that the electrode and the thermoelectric leg can be bonded; and bonding the substrate and the thermoelectric leg by pressing them.
본 발명에 따른 전극 예비가열식 열전소자 접합 장치 및 그 방법에 의하면,According to the electrode preheating thermoelectric element bonding device and method according to the present invention,
전극을 열전레그과 별도로 가열하는 공정 및 방법에 의해, 열전레그의 열화 현상을 차단함과 동시에 열전소자의 접합 안정성을 높여, 열전소자의 효율이 향상되는 이점이 있다.The process and method of heating the electrode separately from the thermoelectric leg has the advantage of preventing deterioration of the thermoelectric leg and increasing the bonding stability of the thermoelectric element, thereby improving the efficiency of the thermoelectric element.
또한, 기판과 열전레그의 교차 이송 구조를 통해 열전소자 접합 공정의 자동화가 가능하며, 공정의 속도 또한 높일 수 있다.In addition, the cross-transfer structure of the substrate and thermoelectric legs enables automation of the thermoelectric element bonding process and increases the speed of the process.
또한, 전극과 열전레그가 접합되는 보호 공간을 구비하여, 예열된 기판의 온도가 떨어지지 않도록 하고, 보호 가스의 분사로 보다 안정적인 접합 환경을 조성할 수 있다.In addition, a protective space where the electrode and the thermoelectric leg are bonded is provided to prevent the temperature of the preheated substrate from dropping, and a more stable bonding environment can be created by spraying a protective gas.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 접합 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 접합 장치가 포함하는 기판이송부와 예비가열부의 상면도이다.
도 3은 도 1의 접합 장치가 포함하는 보온접합부의 내측 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 접합 방법의 순서도이다.Figure 1 is a perspective view of a thermoelectric element bonding device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view of a substrate transfer unit and a preheating unit included in the bonding device of FIG. 1.
Figure 3 is a perspective view of the inner side of the thermal insulation joint included in the joining device of Figure 1.
Figure 4 is a flowchart of a thermoelectric element bonding method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to make the gist of the present invention clear.
아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.In addition, in describing the present invention, terms indicating direction are written so that those skilled in the art can clearly understand the present invention, and since they indicate relative directions, it will be said that the scope of rights is not limited by this.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 접합 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 접합 장치가 포함하는 기판이송부와 예비가열부의 상면도이며, 도 3은 도 1의 접합 장치가 포함하는 보온접합부의 내측 사시도이다.Figure 1 is a perspective view of a thermoelectric element bonding device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a top view of the substrate transfer unit and the preheating portion included in the bonding device of Figure 1, and Figure 3 is a bonding device of Figure 1. This is a perspective view of the inner side of the thermal insulation joint.
도 1 내지 3을 참조하여, 본 발명에 따른 접합 장치는 기판이송부(100), 예비가열부(200), 레그이송부(300) 및 가압부(400)를 포함한다.1 to 3, the bonding device according to the present invention includes a substrate transfer unit 100, a preheating unit 200, a leg transfer unit 300, and a pressing unit 400.
기판이송부(100)는 기판(20)을 이송하는 역할을 수행한다. 여기서, 기판(20)은 절연기판(22)과 전극(24)을 포함한다. The substrate transfer unit 100 serves to transfer the substrate 20. Here, the substrate 20 includes an insulating substrate 22 and an electrode 24.
여기서, 전극(24)은 Cu, Ag, Ni, Al, Au, Cr, Ru, Re, Pb, Cr, Sn, In, Zn을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.Here, the electrode 24 is at least one metal selected from the group including Cu, Ag, Ni, Al, Au, Cr, Ru, Re, Pb, Cr, Sn, In, and Zn, or containing these metals. Can be formed from alloys.
기판(20)은 절연기판(22)의 상부 또는 하부에 전극(24)이 배치되도록 형성될 수 있다.The substrate 20 may be formed so that the electrode 24 is disposed on the top or bottom of the insulating substrate 22.
또한, 전극(24)은 하나의 기판(20)에 복수 개가 배열되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 기판(20) 상부면에 복수 개의 전극(24)이 소정의 간격을 두고 나열된 형태로 배치될 수 있다.Additionally, a plurality of electrodes 24 may be arranged on one substrate 20 . In this case, a plurality of electrodes 24 may be arranged on the upper surface of the substrate 20 at predetermined intervals.
전극(24)과 열전레그(40)를 접합시키는 경우에는, 접합재를 매개로 하여 솔더링 또는 브레이징 등의 작업을 통해 수행된다.When joining the electrode 24 and the thermoelectric leg 40, it is performed through operations such as soldering or brazing using a bonding material.
한편, 기판이송부(100)는 벨트 상부면에 기판(20)이 배치 이송되도록 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 아니하고 기판(20) 이송이 가능한 모든 수단을 이용할 수 있다.Meanwhile, the substrate transfer unit 100 may be formed to transport the substrate 20 on the upper surface of the belt. However, the method is not limited to this and any means capable of transporting the substrate 20 can be used.
예비가열부(200)는 전극(24)을 기설정된 예비가열온도(Ta)로 가열한다.The preheating unit 200 heats the electrode 24 to a preset preheating temperature (Ta).
예비가열부(200)는 기판이송부(100)의 하부 또는 상부에 배치되어 이송되는 기판(20)을 가열하도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.The pre-heating unit 200 may be disposed below or above the substrate transfer unit 100 to heat the transferred substrate 20, but is not limited to this.
이때, 예비가열부(200)는 직접가열 또는 유도가열을 통하여 기판(20)에 열을 가할 수 있다. At this time, the preheating unit 200 may apply heat to the substrate 20 through direct heating or induction heating.
바람직하게는, 예비가열부(200)가 유도코일이 형성된 유도가열부(220)를 포함할 수 있다. 유도가열부(220)는 교번 자기장을 통해 전극(24)에서 와전류를 유도함으로써, 전극(24)을 가열할 수 있다. Preferably, the pre-heating unit 200 may include an induction heating unit 220 in which an induction coil is formed. The induction heating unit 220 may heat the electrode 24 by inducing an eddy current in the electrode 24 through an alternating magnetic field.
보다 바람직하게는, 고주파 유도가열을 이용할 수 있다. 이 경우, 전극(24)의 재료 속성에 따라, 고주파 전류가 도체의 표면에 집중되는 표피 효과(Skin Effect)가 발생함으로써, 열전레그(40)와 접합되는 근접 부위만을 가열할 수 있다.More preferably, high frequency induction heating can be used. In this case, depending on the material properties of the electrode 24, a skin effect occurs in which high-frequency current is concentrated on the surface of the conductor, thereby heating only the area adjacent to the thermoelectric leg 40.
이렇듯, 유도가열에 의해, 전극(24)을 가열하는 시간을 단축시킬 수 있으며, 외부 환경의 영향 없이 열이 전극(24)으로 직접 유입될 수 있어, 가열의 효율성을 높일 수 있다. In this way, by induction heating, the time to heat the electrode 24 can be shortened, and heat can flow directly into the electrode 24 without the influence of the external environment, thereby increasing the efficiency of heating.
한편, 기설정된 예비가열온도(Ta)는, 300 내지 750 ℃ 범위 내인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 600 내지 650 ℃ 범위 내일 수 있다.Meanwhile, the preset preheating temperature (Ta) is preferably within the range of 300 to 750 °C, and more preferably within the range of 600 to 650 °C.
만약 예비가열온도(Ta)가 650 ℃ 를 초과하게 되면, 과도한 기판(20)의 가열로 인해 열전레그(40)가 열화되거나 접합재가 흘러내리는 등의 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 예비가열온도(Ta)가 600 ℃ 미만으로 떨어지면, 접합재가 충분히 용융되지 못하여 접합 안정성을 떨어뜨릴 수 있다.If the preheating temperature (Ta) exceeds 650°C, problems such as deterioration of the thermoelectric leg 40 or leakage of the bonding material may occur due to excessive heating of the substrate 20. Conversely, if the preheating temperature (Ta) falls below 600°C, the bonding material may not be sufficiently melted, which may reduce bonding stability.
레그이송부(300)는 기판이송부(100)의 상부에 이격 배치되며, 열전레그(40)를 이송하여 기판(20)의 상부면에 위치시킨다.The leg transfer unit 300 is spaced apart from the upper part of the substrate transfer unit 100, and transfers the thermoelectric leg 40 to be placed on the upper surface of the substrate 20.
레그이송부(300)의 하단에는 레그고정부(320)가 배치되어 있어 열전레그(40)가 고정되도록 할 수 있다. 레그고정부(320)는 열전레그(40)에 손상을 입히지 않음과 동시에 기판(20)을 원하는 위치에 정확히 위치시킬 수 있는 모든 수단이 사용될 수 있으며, 이는 자석, 집게, 열전소자를 이용한 액추에이터 또는 형상기억합금 등이 될 수 있다.A leg fixing part 320 is disposed at the bottom of the leg transfer unit 300 so that the thermoelectric leg 40 can be fixed. The leg fixing part 320 can use any means that can accurately position the substrate 20 in the desired position without damaging the thermoelectric leg 40, including magnets, tongs, actuators using thermoelectric elements, or It can be a shape memory alloy, etc.
레그이송부(300)가 열전레그(40)를 기판(20) 위에 위치시키는 경우에는, 레그이송부(300)가 상하 이동하거나, 레그고정부(320)에서 열전레그(40)를 고정시키는 자력, 압력 등을 조절하는 방법을 사용할 수 있다. When the leg transfer unit 300 positions the thermoelectric leg 40 on the substrate 20, the leg transfer unit 300 moves up and down, or the magnetic force or pressure that secures the thermoelectric leg 40 in the leg fixing unit 320 You can use a method to adjust your back.
이러한 구성을 통해, 복수 개의 열전레그(40)를 접합하고자 하는 전극(24) 상부면에 한번에 정확히 위치시킬 수 있어, 접합 공정의 정확도 및 효율성을 높일 수 있다.Through this configuration, a plurality of thermoelectric legs 40 can be accurately positioned on the upper surface of the electrode 24 to be bonded at once, thereby improving the accuracy and efficiency of the bonding process.
바람직하게는, 기판이송부(100)와 레그이송부(300)가 이격 교차되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서와 같이, 기판이송부(100)와 레그이송부(300)가 직각을 이루며 교차되도록 형성되도록 할 수 있다. Preferably, the substrate transfer unit 100 and the leg transfer unit 300 may be formed to intersect at a distance from each other. For example, as shown in FIG. 1, the substrate transfer unit 100 and the leg transfer unit 300 may be formed to intersect at right angles.
구체적으로, 기판이송부(100)와 레그이송부(300)에서는 각각 복수 개의 기판(20)과 열전레그(40)가 일렬로 이송되며, 기판이송부(100)와 레그이송부(300)의 교차 지점에서 기판(20)과 열전레그(40)가 가압 접합되도록 할 수 있다. Specifically, in the substrate transfer unit 100 and the leg transfer unit 300, a plurality of substrates 20 and thermoelectric legs 40 are transferred in a row, respectively, and the intersection point of the substrate transfer unit 100 and the leg transfer unit 300 The substrate 20 and the thermoelectric leg 40 can be pressure-bonded.
이러한 구성을 통해, 하나의 기판(20) 내에 복수 개의 전극(24)이 부착되는 경우에도 접합 공정을 원활히 수행할 수 있어, 다수의 열과 행을 이루는 열전레그(40)로 구성된 열전소자 제작에도 유용하게 이용될 수 있다.Through this configuration, the bonding process can be performed smoothly even when a plurality of electrodes 24 are attached to one substrate 20, which is also useful for manufacturing a thermoelectric element composed of thermoelectric legs 40 forming multiple columns and rows. It can be used effectively.
보다 바람직하게는, 기판이송부(100)와 레그이송부(300)가 이격 교차되는 부분을 감싸도록 형성되며, 내부가 기설정된 보온접합온도(Tb)로 유지됨에 따라 전극(24)이 열전레그(40)와 접합 시에 예비가열온도(Ta)를 유지하도록 하는 보온접합부(500)가 형성될 수 있다More preferably, it is formed to surround the portion where the substrate transfer unit 100 and the leg transfer unit 300 intersect, and the electrode 24 is formed as a thermoelectric leg ( 40), a thermal insulation joint 500 may be formed to maintain the preheating temperature (Ta) when joined.
전극(24)과 열전레그(40) 접합 시, 접합 온도는 열전레그(40)와 전극(24)의 접합 안정성에 미치는 영향이 크며, 접합도는 접합 온도의 미세한 변화에 민감할 수 있다. 그러므로, 전극(24)이 열전레그(40)의 열화를 차단하면서도 접합 안정성을 높이는 최적의 온도를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.When bonding the electrode 24 and the thermoelectric leg 40, the bonding temperature has a significant effect on the bonding stability of the thermoelectric leg 40 and the electrode 24, and the degree of bonding may be sensitive to slight changes in the bonding temperature. Therefore, it is desirable for the electrode 24 to maintain an optimal temperature that increases bonding stability while preventing deterioration of the thermoelectric leg 40.
따라서, 보온접합부(500)를 더 포함하여, 전극(24)과 열전레그(40)가 접합되는 지점의 환경이 일정한 보온접합온도(Tb)를 유지함에 따라, 접합 안정성을 일관되게 유지하고, 계절이나 습기 등의 외부 환경에 의해 접합도가 변동되는 등의 문제를 예방할 수 있다.Therefore, by further including the thermal insulation joint 500, the environment at the point where the electrode 24 and the thermoelectric leg 40 are joined maintains a constant thermal insulation junction temperature (Tb), thereby maintaining joint stability consistently and maintaining seasonal stability. Problems such as changes in the degree of adhesion due to external environments such as heat or moisture can be prevented.
또한, 보온접합부(500) 내측 공간에 비활성 기체를 분사하는 기체분사부(600)가 더 형성될 수 있다. In addition, a gas injection unit 600 that sprays an inert gas may be further formed in the inner space of the thermal joint 500.
이때, 비활성 기체는 반응성이 낮은 기체로서, 아르곤, 헬륨, 질소 등이 될 수 있다. At this time, the inert gas is a gas with low reactivity and may be argon, helium, nitrogen, etc.
기체분사부(600)는, 도 3에서와 같이, 보온접합부(500) 내측 상단에 위치할 수 있으나, 기체의 특성 또는 공정의 성격에 따라 그 위치는 변경될 수 있다.The gas injection unit 600 may be located at the top inside the thermal joint 500, as shown in FIG. 3, but its location may be changed depending on the characteristics of the gas or the nature of the process.
이에 따라, 전극(24)과 열전레그(40)가 접합되는 보호 공간 내에 보호 가스의 분사로 보다 안정적인 접합 환경을 조성할 수 있다.Accordingly, a more stable bonding environment can be created by spraying a protective gas into the protective space where the electrode 24 and the thermoelectric leg 40 are bonded.
한편, 레그이송부(300)에는 접합재코팅부가 더 포함될 수 있다. 접합재코팅부(340)는 열전레그(40)가 전극(24)과 접합되기 이전 단계에서, 열전레그(40)와 전극(24)이 접합되려는 일면에 접합재를 배포할 수 있다. Meanwhile, the leg transfer unit 300 may further include a bonding material coating unit. The bonding material coating unit 340 may distribute the bonding material on one surface where the thermoelectric leg 40 and the electrode 24 are to be bonded at a stage before the thermoelectric leg 40 is bonded to the electrode 24.
즉, 접합재코팅부는 열전레그(40) 또는 전극(24) 중 일면에 접합재를 배포할 수 있으며, 이를 위하여 주사 또는 코팅 장치 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.That is, the bonding material coating unit can distribute the bonding material on one side of the thermoelectric leg 40 or the electrode 24, and for this purpose, a scanning or coating device can be used, but the present invention is not limited to this.
또한, 접합재코팅부는 복수 개로 구성되어 복수 개의 열전레그(40) 또는 전극(24)에 접합재를 배포하도록 할 수 있다.In addition, the bonding material coating unit may be composed of a plurality of jointing material coating units to distribute the bonding material to a plurality of thermoelectric legs 40 or electrodes 24.
이러한 구성을 통해, 열전소자 접합 공정에 접합재 배포 과정을 자동화시킴으로써, 열전소자 제조 공정의 속도를 더욱 높일 수 있다. Through this configuration, the speed of the thermoelectric element manufacturing process can be further increased by automating the process of distributing the bonding material in the thermoelectric element bonding process.
가압부(400)는 기판(20)과 열전레그(40)를 가압하여 접합시킨다.The pressing unit 400 presses and bonds the substrate 20 and the thermoelectric leg 40.
가압부(400)는 프레스 등으로 형성될 수 있으며, 그 크기는 접합하고자 하는 열전레그(40)의 크기 또는 개수에 따라 유동적으로 조정될 수 있다.The pressing portion 400 may be formed by a press, etc., and its size may be flexibly adjusted depending on the size or number of thermoelectric legs 40 to be joined.
가압부(400)는 기판이송부(100)의 위쪽에 위치되어, 레그이송부(300)를 열전레그(40)가 위치된 기판(20)을 가압하여 접합하도록 할 수 있다.The pressing unit 400 is located above the substrate transfer unit 100, and can enable the leg transfer unit 300 to press and bond the substrate 20 on which the thermoelectric leg 40 is located.
가압부(400)는 레그이송부(300)의 외측 또는 내측에 형성되어 열전레그(40)를 전극(24) 상단면에 위치시킴과 동시에 가압 접합하도록 형성되거나, 기판이송부(100) 측에 형성되어 기판(20)의 하단부에서 가압하도록 할 수 있다.The pressing unit 400 is formed on the outside or inside of the leg transfer unit 300 to position the thermoelectric leg 40 on the upper surface of the electrode 24 and press and bond it, or is formed on the side of the substrate transfer unit 100. This can be done to pressurize the lower part of the substrate 20.
또한, 가압부(400)는 복수 개로 형성되어 한 번에 복수 행의 열전레그(40)를 접합하도록 할 수 있다.Additionally, the pressing portion 400 can be formed in plural pieces to bond multiple rows of thermoelectric legs 40 at a time.
가압하는 압력은 3만 내지 5만 Pa 이 될 수 있으나, 열전레그(40)의 크기 등에 따라 조정될 있다.The pressing pressure may be 30,000 to 50,000 Pa, but may be adjusted depending on the size of the thermoelectric leg 40, etc.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 접합 방법의 순서도이다.Figure 4 is a flowchart of a thermoelectric element bonding method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하여, 본 발명의 열전소자 접합 방법은, 절연기판(22)의 상부면에 배치된 전극(24)을 기설정된 예비가열온도(Ta)로 예열한다(S10).Referring to FIG. 4, in the thermoelectric element bonding method of the present invention, the electrode 24 disposed on the upper surface of the insulating substrate 22 is preheated to a preset preheating temperature (Ta) (S10).
예열하는 방법에 대하여는 전술한 바와 같으므로 그 설명을 생략한다.Since the preheating method is the same as described above, its description is omitted.
다음으로, 예열된 전극(24)과 열전레그(40)가 접합 가능하도록 위치시킨 후(S20), 전극(24)과 열전레그(40)를 가압하여 접합한다(S30).Next, the preheated electrode 24 and the thermoelectric leg 40 are positioned so that they can be bonded (S20), and then the electrode 24 and the thermoelectric leg 40 are pressed and bonded (S30).
다시 도 3을 참조하여, 2 행 3 열의 전극(24)으로 구성되는 열전소자 제작 공정을 자동화하려는 경우의 예시를 살펴보기로 한다. 이때, 기판(20)의 이동 방향을 열, 열전레그(40)의 이동 방향을 행이라 하기로 한다.Referring again to FIG. 3, let's look at an example of a case where the process of manufacturing a thermoelectric element consisting of electrodes 24 in two rows and three columns is to be automated. At this time, the moving direction of the substrate 20 is referred to as row, and the moving direction of the thermoelectric leg 40 is referred to as row.
먼저, 레그이송부(300)가 예열된 기판(20)의 첫번째 행에 위치한 전극(24)의 상부면에 3 쌍의 열전레그(40)를 위치시킨다. 레그이송부(300)가 열전레그(40)를 위치시키는 방법은 전술한 바와 같이 다양한 방법을 사용할 수 있다.First, the leg transfer unit 300 positions three pairs of thermoelectric legs 40 on the upper surface of the electrode 24 located in the first row of the preheated substrate 20. As described above, various methods can be used for the leg transfer unit 300 to position the thermoelectric leg 40.
다음으로, 기판이송부(100)는 두번째 행에 위치한 전극(24)이 레그이송부(300)의 하단에 위치하도록 기판(20)을 이송시킨다.Next, the substrate transfer unit 100 transfers the substrate 20 so that the electrode 24 located in the second row is located at the bottom of the leg transfer unit 300.
그러면, 가압부(400)에서는 첫번째 행에 위치된 열전레그(40)들을 가압하여 전극(24)과 접합시키고, 레그이송부(300)는 새로운 3 쌍의 열전레그(40)를 두번째 행의 전극(24) 상단에 위치시킨다.Then, the pressing unit 400 presses the thermoelectric legs 40 located in the first row to join them to the electrode 24, and the leg transfer unit 300 connects the new three pairs of thermoelectric legs 40 to the electrodes in the second row ( 24) Place it at the top.
이후, 기판이송부(100)가 기판(20)을 이송시켜 두번째 행에 위치된 열전레그(40)들이 가압부(400)에 의해 가압 접합되도록 하면, 2 행 3 열의 전극(24) 위에 열전레그(40)가 모두 접합되게 된다.Thereafter, when the substrate transfer unit 100 transfers the substrate 20 and the thermoelectric legs 40 located in the second row are pressed and bonded by the pressing unit 400, the thermoelectric legs are placed on the electrodes 24 in the second row and third column. (40) are all joined.
이러한 과정을 반복하도록 제어하여 복수의 행과 열을 가진 열전소자 제작 과정을 보다 신속하고 안정적으로 진행할 수 있다By controlling this process to repeat, the process of manufacturing thermoelectric elements with multiple rows and columns can be carried out more quickly and stably.
더 나아가, 기판이송부(100)와 레그이송부(300)의 이동 속도 등을 제어하여, 열전소자의 크기 또는 전극(24)의 행, 열의 개수에 따른 맞춤 공정이 가능하다.Furthermore, by controlling the moving speed of the substrate transfer unit 100 and the leg transfer unit 300, a customized process according to the size of the thermoelectric element or the number of rows and columns of the electrodes 24 is possible.
이러한 본 발명의 기본적인 기술적 사상 범주내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가능함은 물론이며, 따라서 본 발명의 범주는 다양한 변형 예들을 포함하도록 작성된 특허청구범위 내에서 해석되어야 할 것이다.Of course, various modifications are possible by those skilled in the art within the scope of the basic technical idea of the present invention, and therefore, the scope of the present invention should be interpreted within the scope of the patent claims written to include various modified examples. will be.
100 : 기판이송부
200 : 예비가열부
220 : 유도가열부
300 : 레그이송부
320 : 레그고정부
400 : 가압부
500 : 보온접합부
600 : 기체분사부
20 : 기판
22 : 절연기판
24 : 전극
40 : 열전레그
Ta : 예비가열온도
Tb : 보온접합온도100: Substrate transfer unit
200: Preheating unit
220: Induction heating unit
300: Leg transfer department
320: Leg fixing unit
400: Pressure part
500: Insulating joint
600: Gas injection unit
20: substrate
22: insulating board
24: electrode
40: thermoelectric leg
Ta: Preheating temperature
Tb: Insulating joint temperature
Claims (2)
상기 기판이송부의 하부에 배치되고, 유도코일이 형성된 유도가열부를 포함하되 상기 유도가열부는 이송되는 상기 기판의 전극을 교번 자기장을 통해 와전류를 유도하여 가열시켜, 열을 외부 환경의 영향 없이 상기 전극으로 직접 유입하고, 상기 전극을 600 내지 650 ℃ 범위로 기 설정된 예비가열온도로 가열하는 예비가열부;
상기 기판이송부의 상부에 이격 배치되고, 열전레그를 이송하여 상기 기판의 상부면에 위치시키며, 상기 기판이송부와 직각을 이루면서 교차되도록 형성되며, 하단에 배치되는 레그고정부가 상하 이동하면서 상기 열전레그를 상기 기판의 상부면에 고정시키되, 상기 레그고정부는 상기 열전레그에 손상을 입히지 않음과 동시에 상기 기판을 원하는 위치에 정확히 위치시킬 수 있는 자석, 집게, 열전소자를 이용한 액추에이터 군(群) 중에서 선택된 어느 하나의 수단이 사용되는 레그이송부;
상기 레그이송부의 외측에 형성되어 상기 열전레그를 상기 전극 상단면에 위치시킴과 동시에 가압 접합하도록 형성되고, 복수 개로 형성되어 한 번에 복수 행의 상기 열전레그를 접합하도록 하는 가압부;
상부 보온패널과 상기 상부 보온패널의 각 모서리 부위에 배치되는 지지대를 포함하는 구성으로 이루어지고, 상기 기판이송부와 상기 레그이송부가 이격 교차되는 부분에 상기 상부 보온패널이 배치되면서 상기 기판이송부와 상기 레그이송부가 이격 교차되는 부분을 감싸게 되며, 내부가 기설정된 보온접합온도로 유지됨에 따라 상기 전극과 상기 열전레그의 접합 시에 상기 전극이 상기 예비가열온도를 유지하도록 하는 보온접합부; 및
상기 보온접합부의 내측 상단에 위치되어, 상기 보온접합부 내측 공간에 비활성 기체를 분사하는 기체분사부;를 포함하고,
상기 레그이송부는, 상기 열전레그가 상기 전극과 접합되기 전에 상기 열전레그 또는 상기 전극의 일면에 접합재를 배포하는 접합재코팅부를 더 포함하여, 열전소자의 제조 속도를 높이게 되며,
상기 기판이송부와 레그이송부는 각각 복수 개의 기판과 열전레그를 일렬로 이송하며, 상기 기판이송부와 레그이송부의 교차 지점에서 상기 기판과 열전레그가 가압 접합되도록 하는 것을 특징으로 하는 전극 예비가열식 열전소자 접합 장치.
A substrate transfer unit that transfers a substrate including an insulating substrate and an electrode;
It is disposed below the substrate transfer unit and includes an induction heating unit having an induction coil, wherein the induction heating unit heats the electrode of the transferred substrate by inducing an eddy current through an alternating magnetic field, thereby transferring heat to the electrode without the influence of the external environment. a preheating unit that flows directly into the electrode and heats the electrode to a preset preheating temperature in the range of 600 to 650°C;
It is spaced apart from the upper part of the substrate transfer unit, transfers a thermoelectric leg and positions it on the upper surface of the substrate, and is formed to cross the substrate transfer unit at a right angle. The leg fixing part disposed at the bottom moves up and down to transfer the thermoelectric leg. A leg is fixed to the upper surface of the substrate, and the leg fixing part is a group of actuators using magnets, tongs, and thermoelectric elements that can accurately position the substrate in a desired position without damaging the thermoelectric leg. A leg transfer unit using any one selected means;
A pressing portion formed on the outside of the leg transfer portion to position the thermoelectric leg on the upper surface of the electrode and press and bond it at the same time, and is formed in plural pieces to bond the thermoelectric leg in a plurality of rows at a time;
It consists of an upper thermal insulation panel and a support disposed at each corner of the upper thermal insulation panel, and the upper thermal insulation panel is disposed at a spaced intersection between the substrate transfer unit and the leg transfer unit, and the substrate transfer unit and A thermal insulation junction part that surrounds the part where the leg transfer part is spaced apart and maintains the preheating temperature when the electrode and the thermoelectric leg are joined as the interior is maintained at a preset thermal insulation junction temperature; and
It includes a gas injection unit located at the inner top of the thermal insulation joint and spraying an inert gas into the inner space of the thermal insulation joint,
The leg transfer unit further includes a bonding material coating portion that distributes a bonding material to one surface of the thermoelectric leg or the electrode before the thermoelectric leg is bonded to the electrode, thereby increasing the manufacturing speed of the thermoelectric element,
The substrate transfer unit and the leg transfer unit each transfer a plurality of substrates and thermoelectric legs in a row, and the substrate and the thermoelectric leg are pressurized and bonded at the intersection point of the substrate transfer unit and the leg transfer unit. Element bonding device.
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